Rapidus晶圆厂路线图详解——这家数十年来首家新兴的尖端芯片制造商在北海道拥有一座晶圆厂，计划于2027年完工，并拥有60家潜在客户

Rapidus 正在竞标日本重返尖端逻辑电路领域的全部项目，该项目位于北海道千岁市的一家工厂。目前，该项目的进度取决于 2027 年 2nm 工艺的量产目标，但目前还没有任何大批量客户承诺订购。

自去年4月IIM-1试验线投产以来，Rapidus已成功使用日本首台量产级EUV光刻机进行晶圆加工，并在7月生产出符合预期电气特性的2nm环栅原型，并于2月完成2676亿日元的融资，使日本政府成为其最大股东。首席执行官小池笃义在同月表示，已有超过60家公司就2nm产能进行洽谈，但尚未有公司签署批量协议。鉴于Rapidus的全部生产基地都位于IIM-1工厂，这意味着如果该节点未能按计划推进，Rapidus将缺乏多元化生产渠道和备用工厂。

然而，这家晶圆厂承载着整个国家的希望，其发展前景也十分光明。以下是详细分析。

IIM-1 的倒计时已经开始

（图片来源：Rapidus）

IIM-1（全称为“创新制造集成”）于2023年9月在千岁市比比市破土动工，洁净室于2024年竣工。ASML于2024年12月交付了TWINSCAN NXE:3800E，这是日本首台量产级极紫外光刻系统，并于去年4月1日完成了首次曝光。试验生产线也于当月开始运行。

Rapidus目前的目标是在2027年实现量产，但该公司并未对此日期做出任何进一步说明，其商业计划仅指出将于2027财年下半年开始生产，并在2028年达到全面量产。该计划还设定了产能提升方案，初期每月晶圆产量约为6000片，并在第一年内增长至约25000片，增幅达四倍。Rapidus希望通过这一增长来降低单片晶圆的成本。

IIM-1选址于千岁市，这里拥有晶圆清洗所需的丰富水源、有助于减轻冷却负荷的凉爽气候，以及日本最强大的可再生能源潜力，涵盖风能、太阳能和水力发电。当地政府和县政府已围绕该项目制定了“北海道山谷”计划，旨在打造一个横跨苫小牧、千岁和石狩三地的半导体产业集群。

2nm工艺

（图片来源：Rapidus）

Rapidus 的 2nm 节点采用环绕式栅极纳米片设计，源自IBM 于 2021 年发布的 2nm 工艺，是双方于 2022 年 12 月签署合作协议的成果。Rapidus 的工程师与 IBM 的工程师在纽约州奥尔巴尼纳米技术中心合作学习该节点，之后将其转移到千岁。据 IBM 称，2023 年和 2024 年期间，超过 150 名 Rapidus 工程师被派往奥尔巴尼学习该节点，其中约 80 名工程师之后返回千岁，负责将工艺转移并进行优化，以用于量产。

该公司主打的差异化优势在于制造流程。IIM-1 全面采用单晶圆前端加工，并将其命名为“快速统一制造服务”。Rapidus 表示，与台积电和三星采用的批量加工相比，该技术将把每片晶圆的数据输入人工智能模型，从而加速良率学习并缩短周转时间。据悉，2nm 工艺设计套件 (PDK) 已于今年第一季度交付给早期客户。不过，Rapidus 尚未公布良率数据，其公开声明仅限于原型机达到了预期的电气特性。

该项目不仅限于晶圆层面，日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）已批准Rapidus在2026财年预算中拨款，用于支持其2纳米制程半导体芯片和封装的设计与制造技术，以及前端研发工作。该公司还将面板级玻璃基板封装纳入其长期发展路线图。在千岁市自建后端研发能力，而非外包，将效仿英特尔和三星的一体化发展模式。

日本政府作为股东

Rapidus 2月份的融资轮最终完成，总额达2676亿日元（约合17亿美元），其中1000亿日元来自日本政府通过信息技术振兴厅出资，1676亿日元来自32家私营企业。此次政府投资是日本补贴法修订案生效后，政府首次入股Rapidus。修订案将于2025年生效，修订后的补贴法允许政府持有Rapidus的股权。此次投资使东京成为Rapidus的最大单一股东，其持有的“黄金股”赋予了东京对包括股权转让和技术合作在内的重大决策的否决权。

此轮融资是在去年11月日本产业通商资源部追加约1万亿日元投资的基础上进行的。当时，日本产业通商资源部承诺在2026财年和2027财年期间追加约1万亿日元的资金支持，使政府计划支持总额达到约2.9万亿日元。今年6月初，日本政府又追加了1500亿日元的股权投资，使Rapidus的资本和资本储备总额达到约4250亿日元。日本政府持有的股份大多为无投票权股份，使其正式投票权约为11.5%。但如果公司业绩恶化，这些股份将转换为约60%的控股权。这一条款与“黄金股”机制相结合，使东京方面既能与公司业绩增长保持同步，又能对公司业绩下滑起到一定的控制作用。

Rapidus的厂房和设备目前也归日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）所有，并以回租形式持有。该公司此前有义务在2027财年之前购回这些设备。现在，日本政府计划在2027和2028财年期间利用公共资金建造新的厂房和设备，并以实物出资的形式转让给Rapidus，换取股份，从而免除Rapidus的购回义务，并将原本的赠款转化为直接所有权。

客户难题

小池百合子在2月份表示，Rapidus正在与60多家公司进行洽谈，并已向其中约10家公司提供了初步报价。据TrendForce报道，参与洽谈的公司包括IBM和加拿大RISC-V加速器初创公司Tenstorrent。此外，作为Rapidus的创始投资方之一的富士通也在考虑是否为其2029年前后推出的富岳超级计算机的后续产品外包1.4纳米CPU 。

然而，Rapidus实际签署的设计合作协议是与一些规模较小的厂商签署的，这些厂商致力于开发节能型AI芯片。例如，由芯片架构师Jim Keller领导的Tenstorrent公司（目前高通正在考虑收购该公司）早在2023年就同意与Rapidus合作，在NEDO和前沿半导体技术中心（LSTC）的项目框架下，基于2nm工艺节点开发边缘AI加速器。其中，Tenstorrent负责CPU部分，而Rapidus的AI芯片设计中心则负责加速器的开发。此外，Rapidus还在2024年5月与RISC-V推理芯片设计公司Esperanto Technologies签署了一份单独的合作备忘录。

这两种方案都无法满足Rapidus所需的大批量订单需求，而且必须快速到位。小池百合子形容市场对Rapidus的兴趣增长“如同失控的蒸汽机”，但兴趣并不等同于订单分配。Rapidus的成本模式依赖于25000片晶圆产能的满负荷运转，而产能远低于负荷的晶圆厂与满负荷运转的晶圆厂一样，都需承担相同的固定折旧成本。该公司表示，其自主研发的2nm芯片成本可能是日本目前主流芯片的10倍左右，而这种溢价只有在产量增加后才会逐渐缩小。

日本的双轨战略

（图片来源：Rapidus）

Rapidus是日本国家双轨制计划的主导部分。另一条轨道是台积电在九州岛南部熊本的JASM合资企业，该合资企业的第一座晶圆厂由索尼、电装和丰田共同投资，于2024年12月开始量产成熟的12nm、16nm、22nm和28nm制程工艺，目标市场为汽车和工业芯片。

熊本的第二座晶圆厂于2025年破土动工，其计划制程节点两次升级，先是升级到4纳米，后又升级到3纳米，目标是在2028年左右投产。因此，东京方面一方面通过一家经验丰富的外国运营商在南部投资建设成熟的特种芯片产能，另一方面又寄希望于一家国内初创公司在北部地区取得领先地位。熊本工厂的技术风险远低于其他工厂，并且已经开始出货；而Rapidus公司几乎承担了该项目所有的执行风险，却没有其任何已验证的产能。

即使2nm生产线正在逐步投产，Rapidus仍计划于2026年启动1.4nm工艺的研发，2027年开始建设1.4nm晶圆厂，并于2029年左右实现量产。该节点的研发依托于公司强大的研发实力：Rapidus于2023年4月加入imec的核心合作伙伴计划，从而可以使用这家比利时研究所的试验生产线。imec认为，1.4nm单次曝光层需要高数值孔径（High-NA）的极紫外光刻（EUV），即数值孔径为0.55的工具，它能够在一次曝光中解析出最关键的金属层，而无需多次曝光。据TrendForce和日经新闻报道，预计总投资将超过7万亿日元，其中仅实现稳定的2nm量产就需要约5万亿日元。

Rapidus的财务状况凸显了其距离实现自给自足还有多远：该公司2025财年亏损3.75亿日元，总资产为7495亿日元，却仍计划从私人投资者处筹集约1万亿日元。东盟与中日韩宏观经济研究办公室估计，已承诺的资金仍远低于稳定生产所需的约5万亿日元，而这依赖于尚未大规模形成的私人投资者基础。

与此同时，台积电的N2制程节点于2025年底开始量产，三星也于同年开始第一代SF2制程节点的量产，这使得Rapidus在这一制程节点上落后这两家厂商大约两年，而客户已经可以从其他厂商那里购买到良率可靠的产品。此外，双方之间似乎还存在一些对抗性因素：据报道，台积电员工去年被指控窃取了原本计划提供给Rapidus的2nm制程商业机密，但一位日本政府官员后来称这一指控并不重要。目前尚无证据表明此事会对Rapidus的制程工艺产生影响，因为该工艺是基于IBM的知识产权开发的。

Rapidus的目标是在2030财年左右实现运营盈利，并在2031财年进行IPO。这一时间表的前提是2027年的产能爬坡计划能够按期完成，并且目前正在洽谈的客户能够最终达成订单。三个里程碑将决定这些目标能否实现：获得已确定的客户并达成订单；2nm工艺良率达到台积电和三星现有水平的证据；以及产能爬坡计划达到25,000片晶圆的目标。

文章来源：Tom's Hardware