進(jìn)入2020年之后，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為世界各國產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略中最重要的問題。目前各行各業(yè)都擔(dān)心被這個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈卡脖子，這也是未來核心技術(shù)承載的關(guān)鍵——因?yàn)?/span>當(dāng)前的供應(yīng)問題將對(duì)未來的汽車行業(yè)產(chǎn)生影響。

最近在研究日本的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，前面的文《瑞薩電子和日本車用半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)》已經(jīng)聊過日本車企和產(chǎn)業(yè)界下一步也會(huì)加強(qiáng)半導(dǎo)體的投資。

日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省去年推出了“半導(dǎo)體與數(shù)字產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略”，凸顯出在解決半導(dǎo)體相關(guān)的問題，都需要政府層面做文章，不能只依靠民間力量主導(dǎo)（靠公司和資本進(jìn)行投資）。

目前已舉行多次會(huì)議，分別是第1次（2021年3月24日）、第2次（2021年4月27日）、第3次（2021年5月19日）和第4次會(huì)議（2021年11月15日），其中涉及汽車的部分我們可以仔細(xì)看一下。

▲圖1.集成電路的重要性

按產(chǎn)業(yè)分工的世界已經(jīng)改變

Part 1

汽車用半導(dǎo)體的趨勢

隨著社會(huì)數(shù)字化進(jìn)程的推進(jìn)，半導(dǎo)體芯片已成為汽車產(chǎn)業(yè)、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心和元宇宙的生命線，并涉及到經(jīng)濟(jì)安全保障問題。

日本“失去的30年”經(jīng)濟(jì)增長低迷的主要因素之一是“數(shù)字化轉(zhuǎn)型失敗”。半導(dǎo)體芯片，日本預(yù)期的主要市場是電動(dòng)汽車和自動(dòng)駕駛領(lǐng)域。日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省認(rèn)為日本的芯片產(chǎn)業(yè)不會(huì)在消費(fèi)電子（電腦和手機(jī)）的主戰(zhàn)場上與美中韓以及中國臺(tái)灣地區(qū)進(jìn)行競爭，而需要瞄準(zhǔn)車載、數(shù)據(jù)中心、物聯(lián)網(wǎng)邊緣領(lǐng)域以扭轉(zhuǎn)其僅占10%市場份額的局面。

▲圖2.日本半導(dǎo)體的情況

數(shù)字革命中，美國、中國臺(tái)灣地區(qū)和韓國在邏輯/存儲(chǔ)等芯片領(lǐng)域份額都在不斷增長，而日本在車載、工廠自動(dòng)化領(lǐng)域擁有最后的增長機(jī)會(huì)——碳化硅功率損耗降低，傳統(tǒng)小算力汽車半導(dǎo)體芯片方面都有一些機(jī)會(huì)。

車載半導(dǎo)體中，自動(dòng)駕駛知覺和信息處理相關(guān)的上半層與電動(dòng)汽車電耗相關(guān)的下半層領(lǐng)域的需求都在增加。

●上半層：用于實(shí)現(xiàn)功能安全的傳感器×人工智能系統(tǒng)以及兼顧處理這些信息的高處理性能與低電耗的處理芯片，圍繞算力為主導(dǎo)， Soc系統(tǒng)級(jí)芯片/傳感器，人工智能系統(tǒng)，處理能力和低功耗芯片。

●下半層：用于改善電耗的功率半導(dǎo)體的能量損耗降低需求較重要，圍繞低算力芯片和功率半導(dǎo)體（MCU/功率半導(dǎo)體）。

從2022-2030年普及的電動(dòng)汽車、自動(dòng)駕駛所需的半導(dǎo)體芯片需求要牢牢抓住。

▲圖3.日本半導(dǎo)體的發(fā)展機(jī)會(huì)

換個(gè)角度來說，如果日本在這兩個(gè)領(lǐng)域都沒把握住，目前日本經(jīng)濟(jì)中的汽車產(chǎn)品的競爭力就麻煩了。

日本國內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)出貨額達(dá)60萬億日元，占制造業(yè)的20%，產(chǎn)品出口額77萬億日元中，汽車產(chǎn)業(yè)占比20%，汽車產(chǎn)業(yè)就業(yè)人口550萬人（占所有產(chǎn)業(yè)的10%），設(shè)備投資1.4萬億日元, 研發(fā)投資3萬億日元。汽車產(chǎn)業(yè)是日本名副其實(shí)的支柱，而汽車行業(yè)迎來了百年一遇的大變革——汽車新四化趨勢與碳中和目標(biāo)下的：

1. 出行服務(wù)x自動(dòng)駕駛

2. 網(wǎng)聯(lián)化x自動(dòng)行駛

3. 電動(dòng)汽車與電動(dòng)化動(dòng)向

對(duì)于半導(dǎo)體的需求將出現(xiàn)爆炸式增長，必須將其與數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施改革聯(lián)系起來，汽車半導(dǎo)體的發(fā)展是不可或缺的。

▲圖4.日本汽車產(chǎn)業(yè)在日本經(jīng)濟(jì)中制造業(yè)非常重要

汽車電子主要圍繞可靠性開發(fā)，在芯片領(lǐng)域應(yīng)用目前使用的工藝已超過10年，幾乎都是40nm及以上的上一代穩(wěn)定工藝（高可靠性、高溫儲(chǔ)存、高耐濕性和低缺陷率等嚴(yán)格條件）。隨著高算力帶來的集中化設(shè)計(jì)需求和自動(dòng)駕駛對(duì)于圖像傳感器的精細(xì)化/性能增強(qiáng)，汽車半導(dǎo)體工藝開始向20nm級(jí)轉(zhuǎn)型，目前10nm級(jí)工藝已經(jīng)應(yīng)用于自動(dòng)駕駛和網(wǎng)聯(lián)化領(lǐng)域的高端SoC。

近期的汽車缺芯問題，向精細(xì)化工藝轉(zhuǎn)型的情況下，汽車芯片廠家不太積極增加老工藝的供應(yīng)，在2020年汽車需求一度降溫，因此更多新品企業(yè)往消費(fèi)電子方向發(fā)展，目前半導(dǎo)體工廠的利用率超過90%。

Part 2

日本的對(duì)策

從日本國內(nèi)半導(dǎo)體廠商的情況來看，在邏輯芯片以外的領(lǐng)域，仍然有公司可以在內(nèi)存、傳感器、功率等方面在全球市場一較高下，但在面臨全球企業(yè)加大投資，在競爭激化的情況下也存在落后的風(fēng)險(xiǎn)，特別是功率半導(dǎo)體似乎處境艱難。日本沒有競爭優(yōu)勢的邏輯芯片領(lǐng)域被認(rèn)為是未來推動(dòng)數(shù)字化產(chǎn)品的關(guān)鍵，只有40nm級(jí)或更早的老一代工藝生產(chǎn)基地?？紤]未來經(jīng)濟(jì)安全和供應(yīng)鏈時(shí)，如果缺失這一環(huán)，情況將極為危險(xiǎn)。 

▲圖5.日本的投資確實(shí)欠了很多的賬

在邏輯芯片領(lǐng)域的競爭形勢方面，世界幾乎完全轉(zhuǎn)向了橫向分工，其中臺(tái)積電在代工業(yè)務(wù)的市場份額超過50%，且工藝先進(jìn)，處于幾乎壟斷的地位。最先進(jìn)工藝的開發(fā)也與芯片設(shè)計(jì)具有共創(chuàng)關(guān)系，通過主要客戶蘋果和臺(tái)積電的強(qiáng)大合作關(guān)系與共同開發(fā)，雙方都贏得了壓倒性的地位。這種共創(chuàng)關(guān)系不僅對(duì)先進(jìn)工藝很重要，而且對(duì)老工藝以及新技術(shù)開發(fā)都很重要，例如高度可靠的混合存儲(chǔ)器和下一代堆疊式圖像傳感器技術(shù)。

從汽車產(chǎn)業(yè)的角度來看，在日本擁有接下來將成為主流的20nm級(jí)工藝生產(chǎn)基地，通過與這些產(chǎn)品國內(nèi)設(shè)計(jì)的共創(chuàng)關(guān)系，逐步建立技術(shù)和制造層面的優(yōu)勢，同時(shí)保障穩(wěn)定供應(yīng)，這是至關(guān)重要的。

▌三步走策略

◎第一步

緊急加強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)半導(dǎo)體生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)：電動(dòng)汽車×自動(dòng)駕駛。

▲圖6.三步走戰(zhàn)略第一步

從經(jīng)濟(jì)安全和供應(yīng)鏈保障的角度來看，日本讓臺(tái)灣半導(dǎo)體制造公司臺(tái)積電在日本建設(shè)40nm半導(dǎo)體生產(chǎn)線是有疑問的。作為確保制造基地的措施。

第一是確保日本國內(nèi)公司的先進(jìn)半導(dǎo)體（邏輯和存儲(chǔ)芯片）的穩(wěn)定供應(yīng)，通過確保生產(chǎn)基地來保障日本的生態(tài)系統(tǒng)（元件/設(shè)備制造商、地區(qū)）。第二是應(yīng)對(duì)供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)的措施，更新升級(jí)現(xiàn)有的模擬器件、功率、微控制器等制造基礎(chǔ)設(shè)施。汽車市場正處于高端微控制器、集成ECU產(chǎn)品、圖像傳感器等未來汽車半導(dǎo)體的時(shí)代，日本國內(nèi)企業(yè)的需求量很大。對(duì)于半導(dǎo)體行業(yè)來說，20nm級(jí)的國內(nèi)工藝制造基地是必不可少的。 

◎第二步

日美合作研發(fā)下一代半導(dǎo)體技術(shù)基礎(chǔ)。

▲圖7.三步走戰(zhàn)略第二步（2-1）

第一步帶有強(qiáng)烈的應(yīng)急色彩，第二步則開始進(jìn)行反擊，包括先進(jìn)半導(dǎo)體前端工藝（2nm）后端工藝（3D封裝）和下一代功率半導(dǎo)體（SiC、GaN、Ga2O3）的技術(shù)開發(fā)。

▲圖8.三步走戰(zhàn)略第二步（2-2）

◎第三步

全球合作研發(fā)下一代技術(shù)基礎(chǔ)——到2030年致力于開發(fā)可以改變游戲規(guī)則的未來技術(shù)。

其亮點(diǎn)是光電融合技術(shù)。在最先進(jìn)的工藝中，金屬布線的損耗是一個(gè)基本的限制條件，雖說精細(xì)化具有局限性，但利用光傳輸?shù)募夹g(shù)具有可能性，因此將致力于研究這個(gè)問題。

▲圖9.三步走戰(zhàn)略第三步

小結(jié)：關(guān)于日本的討論很多，能做的功率半導(dǎo)體，目前全球市場份額第3、第5、第6都是日本廠商，但在后兩家企業(yè)基本沒有什么利潤，這是零部件行業(yè)面臨的艱難局面。全球領(lǐng)先的德國英飛凌動(dòng)作迅速，建立了越來越多的300mm晶圓線工廠，啟動(dòng)運(yùn)營進(jìn)行競爭。排名第2的美國安森美和排名第4的瑞士意法半導(dǎo)體都已經(jīng)啟動(dòng)了300mm晶圓線，日本廠商完全落后。

本文特別感謝「鋰解小哥哥 Gao Hongze」翻譯圖片&「鋰解小姐姐 周mm」排版編輯

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