世界上只有三家公司能够执行大规模制造最先进的计算机芯片的令人难以置信的精度。上个月，日本的一家初创公司迈出了成为第四家的第一步。Rapidus 在 4 月 1 日实现了一个关键的里程碑，它使用与 IBM 合作开发的配方，基于 IBM 的纳米片晶体管结构，启动并测试了其 2 纳米节点芯片的试验线。 Rapidus 告诉 IEEE Spectrum，其位于千岁的新晶圆厂安装了 200 多台尖端设备，包括 Keystone 部件，一个价值超过 3 亿美元的最先进的极紫外 （EUV） 光刻系统，现已准备好投入运行。
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“我们于 2023 年 9 月破土动工，”Rapidus Design Solutions 总裁 Henri Richard 说，该公司于去年 4 月在硅谷圣克拉拉成立，旨在监督美国的业务发展。“因此，在 2025 年第二季度初，我们已经对 EUV 光刻系统进行了首次曝光，现在准备开始试生产，这真是太神奇了。”
至于 Rapidus 何时发货第一批测试芯片，Rapidus 首席执行官 Atsuyoshi Koike 在 4 月份告诉日本时报，“原型芯片可能会在 7 月生产出来。虽然在一份公司声明中澄清了媒体对与客户谈判的报道，但该公司表示，它正在“与许多潜在客户进行讨论，从大型成熟企业到 AI 初创公司”。
5 万亿日元：资金 Rapidus 预测需要实现大规模生产
Rapidus 成立于 2020 年 8 月，得到了八家国内公司组成的财团的支持：电装、铠侠、MUFJ Bank、NEC、NTT、软银、索尼和丰田。但事实证明，中央政府的支持更为重要，这是振兴该国先进半导体行业努力的一部分。日本的支持是出于对国家安全的担忧，因为该国依赖可能脆弱的海外供应商来提供尖端芯片。（出于同样的原因，美国也采取了行动来减少其依赖性。迄今为止，政府补贴总额为 1.72 万亿日元（120 亿美元）。然而，八位创始人的股权投资仍然只有 73 亿日元（5100 万美元），这引发了人们对 Rapidus 未来的担忧。新铸造厂估计，要实现其大规模生产目标，需要大约 5 万亿日元（350 亿美元）。
然而，Rapidus 的情况与 1990 年代成立的现在业界最大的芯片制造商台湾积体电路制造股份有限公司 （TSMC） 没有什么不同。早稻田大学（Waseda University）商业与金融研究生院教授大巳（Atsushi Osanai）指出，当时和日本一样，台湾政府支持这家初创公司，而私营公司“最初并不热情”。“同样，日本私营公司对 Rapidus 也持观望态度。关键因素将是政府是否为 Rapidus 提供足够的支持 [以激励] 私营部门。
Rapidus 与 TSMC
尽管 Rapidus 的起步速度很快，但其 2027 年 2 纳米的出货日期可能会比该行业的三大领先硅生产商台积电、英特尔和三星落后两年，据报道，这三家公司可能会在今年下半年开始大规模生产 2 纳米芯片。
为了迎头赶上并竞争，Rapidus 正在采取与三大制造商青睐的大规模硅片生产模式不同的方法。以台积电为代表的商业模式专注于使用 GPU 和 CPU 等大批量设备处理大批量晶圆，以高良率进行加工，并依赖于仅逐步改进的刚性加工方法。相比之下，Rapidus 将使用单晶圆工艺生产针对特定应用的专用芯片，为利基市场生产定制芯片，并且只会在以后生产大批量订单。
顾名思义，单晶圆方法单独处理每个晶圆，而不是分批处理。尽管许多晶圆可以同时通过生产线，但每个晶圆在工艺的每个阶段都是单独处理的。Rapidus 还将应用一种新开发的方案，称为设计制造协同优化 （DMCO）。该公司声称，这将通过将设计与制造联系起来来促进设计，这也有助于抵消因消除批处理而降低的吞吐量。通过使用 AI 优化生产参数，DMCO 旨在提高设计速度和良率。这需要在设备内部广泛使用传感器来测量温度、气体密度和反应速率等参数，以获取大量生产数据供 AI 分析。
“这将使我们能够测量单个晶圆的加工过程，从结果中学习，并将数据快速反馈到系统中，”Richard 解释说。“为了提高产量，必须不断调整参数，而这些变化取决于在加工过程中学习的数据。”
“此外，他补充说，该晶圆厂正在使用”一种革命性的网格运输系统，使我们能够在加工过程中将晶圆移动到任何位置，从而避免在采用线性运输系统的标准晶圆厂中机器停机或出现问题时发生的交通拥堵。
东京大学工程学教授 Tadahiro Kuroda 说：“从制造过程中获取大量数据并将其反馈 [到系统] 以更快地提高产量的想法将缩短上市时间”，东京大学工程学教授 Tadahiro Kuroda 说，他在东芝公司的半导体部门工作了 18 年，然后进入学术界。“这是半导体制造的理想场景，非常有意义。”
但是，由于大量新技术依赖于大量新技术，Rapidus 可能会遇到初期问题，这可能会延长将产品批量交付给客户所需的时间。与此同时，竞争对手并没有坐等它赶上。4 月，台积电推出了其下一代 A14 工艺（相当于 1.4 纳米节点芯片），并计划“于 2028 年投入生产”。
“从技术上讲，Rapidus 的成功取决于为 2027 年大规模生产而开发的半导体原型是否顺利进行，”Osanai 说。“在两年的时间里实现批量生产，这代表了公司成功的关键条件。”
其他专家则持更乐观的看法。鉴于 AI 应用和新兴 AI 数据中心的预期巨大增长，以及随之而来的功耗飞跃，“对 2 纳米芯片的需求将很大，”Kuroda 说，因为与当今领先的硅相比，这些半导体有望将功耗降低 30% 以上。“因此，对人工智能相关半导体的需求预计将超过当前代工厂的产能。”
如果后一种观点成功，并且 Rapidus 能够按时实现其大规模生产目标，那么政府支持的这项旨在让日本重新获得先进芯片制造力量地位的努力可能会成为一场成功的赌注，而不是一场轻率的赌博。
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