日本制定《半導(dǎo)體數(shù)字產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略》

張麗娟，劉亞坤

（1.中國(guó)科學(xué)技術(shù)信息研究所；2.北京海關(guān)）

2021年6月，日本政府對(duì)半導(dǎo)體、數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施及數(shù)字產(chǎn)業(yè)做出綜合部署，制定了以擴(kuò)大國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體生產(chǎn)能力為目標(biāo)的《半導(dǎo)體數(shù)字產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略》。根據(jù)這一戰(zhàn)略，日本將：加強(qiáng)與海外合作，聯(lián)合開發(fā)先進(jìn)半導(dǎo)體制造技術(shù)，確保生產(chǎn)能力；加大數(shù)字領(lǐng)域投資，強(qiáng)化邏輯半導(dǎo)體設(shè)計(jì)與開發(fā)能力；促進(jìn)綠色創(chuàng)新；優(yōu)化國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)布局，增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)韌性。

隨著數(shù)字化時(shí)代的到來，半導(dǎo)體成為推動(dòng)數(shù)字化發(fā)展的基礎(chǔ)性產(chǎn)品，被廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、電腦、電源模塊、5G基礎(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域。未來，半導(dǎo)體將在5G及后5G基礎(chǔ)設(shè)施、自動(dòng)駕駛、工廠自動(dòng)化等領(lǐng)域具備更加廣闊的前景。當(dāng)前，隨著中美戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)的不斷加劇，半導(dǎo)體已不僅是產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域問題，更是事關(guān)國(guó)家安全。由于美國(guó)不斷加強(qiáng)技術(shù)封鎖，各國(guó)優(yōu)先應(yīng)用本國(guó)自主技術(shù)將是必然趨勢(shì)。此外，全球半導(dǎo)體生產(chǎn)制造主要集中于中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)和韓國(guó)，二者占比超過70%，半導(dǎo)體代工的地緣政治風(fēng)險(xiǎn)也在不斷加大。

日本曾是半導(dǎo)體研發(fā)及生產(chǎn)制造強(qiáng)國(guó)，在20世紀(jì)80年代后期日本在全球半導(dǎo)體市場(chǎng)所占份額超過50%，但在激烈競(jìng)爭(zhēng)中不斷萎縮，近年來已降至10%左右，且大多數(shù)日本企業(yè)僅能生產(chǎn)低端半導(dǎo)體產(chǎn)品。為此，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省于2021年6月4日出臺(tái)《半導(dǎo)體數(shù)字產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略》，旨在擺脫“失落的三十年”，提升本國(guó)半導(dǎo)體生產(chǎn)制造能力。日本將重點(diǎn)支持的半導(dǎo)體領(lǐng)域包括：中高端邏輯半導(dǎo)體、微處理器、存儲(chǔ)器（DRAM、NAND）、功率半導(dǎo)體、傳感器、模擬半導(dǎo)體、半導(dǎo)體生產(chǎn)制造“后期處理技術(shù)”（如3D封裝）。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，日本提出四大方面的具體措施。

一、加強(qiáng)先進(jìn)半導(dǎo)體制造技術(shù)開發(fā)，保障生產(chǎn)能力

日本在半導(dǎo)體制造設(shè)備及材料、數(shù)字領(lǐng)域投資方面具有優(yōu)勢(shì)。從戰(zhàn)略角度來看，日本應(yīng)與國(guó)外先進(jìn)晶圓代工廠商合作研發(fā)，鞏固半導(dǎo)體制造設(shè)備及材料領(lǐng)域核心技術(shù)。主要措施包括：

一是支持先進(jìn)半導(dǎo)體研發(fā)與實(shí)證。日本將通過實(shí)施小型化工藝技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目（More Moore，如晶體管小型化）以及3D工藝技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目（More than Moore，如邏輯、存儲(chǔ)、傳感等多個(gè)芯片的三維集成），推動(dòng)日本國(guó)內(nèi)制造設(shè)備和材料產(chǎn)業(yè)相關(guān)部門與國(guó)外晶圓代工廠商合作，共同開展先進(jìn)邏輯半導(dǎo)體制造技術(shù)研發(fā)，并盡快實(shí)現(xiàn)在日本建成先進(jìn)半導(dǎo)體量產(chǎn)工廠。

二是開展半導(dǎo)體制造設(shè)備與材料先導(dǎo)研究。2020年代后期，日本將大力支持半導(dǎo)體制造設(shè)備及材料先導(dǎo)研究（英文為Pilot Study，可稱之為“預(yù)試驗(yàn)”研究，旨在為后續(xù)大型研究提供依據(jù)）和敏感技術(shù)（涉及軍事用途的尖端技術(shù)以及可轉(zhuǎn)化為軍事用途的民用技術(shù)的總稱）開發(fā)。具體來看，將在材料創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，靈活應(yīng)用先進(jìn)半導(dǎo)體前端制造工藝中的材料（如納米半導(dǎo)體材料、配線材料、絕緣材料）、后端處理過程中的材料（如密封劑、晶圓凸塊、3D封裝基板）、碳納米管等，并通過加強(qiáng)與設(shè)備制造廠商的合作，開發(fā)新一代創(chuàng)新型存儲(chǔ)器，推動(dòng)其社會(huì)應(yīng)用。

三是加大開放創(chuàng)新。為系統(tǒng)、高效地推進(jìn)小型化工藝技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目和3D工藝技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目，日本將委任產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所（AIST，是日本最大的國(guó)立研究機(jī)構(gòu)，定位于連接從基礎(chǔ)研究到新產(chǎn)品開發(fā)的全周期研究，是大學(xué)與產(chǎn)業(yè)界之間的“橋梁”）牽頭并領(lǐng)導(dǎo)筑波創(chuàng)新園區(qū)（TIA）成員單位（國(guó)立物質(zhì)與材料研究機(jī)構(gòu)、筑波大學(xué)、高能加速器研究機(jī)構(gòu)、東京大學(xué)、東北大學(xué)）組建聯(lián)盟，共同構(gòu)建并使用技術(shù)開發(fā)和測(cè)試平臺(tái)。同時(shí)，日本將加強(qiáng)與美國(guó)、歐洲、中國(guó)臺(tái)灣等國(guó)家和地區(qū)的合作，推動(dòng)開放創(chuàng)新發(fā)展。

二、加大數(shù)字領(lǐng)域投資，強(qiáng)化邏輯半導(dǎo)體設(shè)計(jì)與開發(fā)能力

未來，隨著5G、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等基礎(chǔ)性數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，有必要針對(duì)自動(dòng)駕駛、工廠自動(dòng)化、智能城市等應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行邏輯半導(dǎo)體設(shè)計(jì)與研發(fā)。同時(shí)，要一體化推進(jìn)數(shù)字領(lǐng)域投資與數(shù)字化轉(zhuǎn)型相關(guān)舉措，擴(kuò)大新興產(chǎn)業(yè)對(duì)邏輯半導(dǎo)體的需求。主要舉措包括：

一是大力支持應(yīng)用于新一代數(shù)字技術(shù)重要應(yīng)用場(chǎng)景的半導(dǎo)體技術(shù)開發(fā)，并著力實(shí)現(xiàn)超低延遲、多接口集成等性能。

二是加強(qiáng)與國(guó)內(nèi)外用戶、科研機(jī)構(gòu)合作開發(fā)半導(dǎo)體技術(shù)。在半導(dǎo)體技術(shù)開發(fā)過程中，要以實(shí)現(xiàn)虛擬空間與現(xiàn)實(shí)空間深度融合為基礎(chǔ)，與最終用戶、科研機(jī)構(gòu)等共同開發(fā)新興數(shù)字產(chǎn)業(yè)所需的半導(dǎo)體技術(shù)。主要研發(fā)方向包括：融合半導(dǎo)體技術(shù)（CPU、存儲(chǔ)器等）與光電集成技術(shù)（光電混合裝置）進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)開發(fā)，以構(gòu)建基于高性能計(jì)算、人工智能等技術(shù)的新一代高性能、低耗電數(shù)據(jù)中心；開發(fā)能夠兼容軟件設(shè)計(jì)、半導(dǎo)體設(shè)計(jì)和光電集成技術(shù)的架構(gòu)，以優(yōu)化電動(dòng)汽車及聯(lián)網(wǎng)汽車傳感器中的計(jì)算程序；開展人工智能邏輯半導(dǎo)體研發(fā)，以支持自動(dòng)駕駛、工廠自動(dòng)化、物聯(lián)網(wǎng)、醫(yī)療保健等領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景。

三是構(gòu)建半導(dǎo)體創(chuàng)新技術(shù)研發(fā)基地，提升邏輯半導(dǎo)體設(shè)計(jì)能力。首先，構(gòu)建半導(dǎo)體線路設(shè)計(jì)與驗(yàn)證環(huán)境，提供人工智能半導(dǎo)體研發(fā)所必須的共性基礎(chǔ)技術(shù)，加速人工智能半導(dǎo)體研發(fā)。其次，構(gòu)建基于RISC-V架構(gòu)（是基于精簡(jiǎn)指令集RISC原則的開源指令集架構(gòu)，可以自由地用于任何目的，并允許任何人設(shè)計(jì)、制造和銷售RISC-V芯片和軟件）和電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）工具的開發(fā)平臺(tái)，并開發(fā)3D封裝技術(shù)。再次，大力支持利用自旋電子技術(shù)進(jìn)行半導(dǎo)體設(shè)計(jì)、驗(yàn)證及系統(tǒng)級(jí)開發(fā)。

三、促進(jìn)綠色創(chuàng)新

隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，數(shù)據(jù)處理量將快速上升，預(yù)計(jì)到2030年電力消費(fèi)將會(huì)大增。在“碳中和”目標(biāo)的壓力之下，開發(fā)節(jié)能且性能強(qiáng)大的半導(dǎo)體器件將是當(dāng)務(wù)之急。主要措施包括：

一是開發(fā)綠色技術(shù)。首先，大力支持節(jié)能環(huán)保的功率半導(dǎo)體的研發(fā)。具體而言，要提高原有硅基功率半導(dǎo)體的性能，同時(shí)加大創(chuàng)新型材料（如碳化硅、氮化鎵、氧化鉀）的應(yīng)用，提高新一代功率半導(dǎo)體的性能。其次，開發(fā)分散處理數(shù)據(jù)的軟件技術(shù)，通過傳感技術(shù)、數(shù)據(jù)收集技術(shù)與處理分散數(shù)據(jù)的邊緣計(jì)算技術(shù)的融合，實(shí)現(xiàn)傳感器就近處理數(shù)據(jù)，減少通信數(shù)據(jù)量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)云數(shù)據(jù)中心和邊緣服務(wù)器的最優(yōu)數(shù)據(jù)處理組合。

二是開發(fā)光電混合處理技術(shù)，即開發(fā)芯片內(nèi)置光電轉(zhuǎn)換基板技術(shù)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器以及汽車等設(shè)備芯片的節(jié)能環(huán)保。

四、優(yōu)化半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)布局，增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)韌性

除邏輯半導(dǎo)體外，日本雖然在內(nèi)存、傳感器、功率半導(dǎo)體等領(lǐng)域擁有具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的半導(dǎo)體制造廠商，但在全球半導(dǎo)體市場(chǎng)及各國(guó)產(chǎn)業(yè)政策競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的大背景下，日本必須制定強(qiáng)有力的應(yīng)對(duì)策略，否則其半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)將會(huì)陷入困境。為加強(qiáng)各半導(dǎo)體制造廠商之間的合作，日本政府將提供金融、稅制及政策層面的系統(tǒng)性支持，促進(jìn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)規(guī)模擴(kuò)大與重組，并進(jìn)一步加強(qiáng)先進(jìn)技術(shù)研發(fā)。主要措施包括：

一是構(gòu)建牢固且穩(wěn)定的供應(yīng)鏈。日本政府將：靈活應(yīng)用供應(yīng)鏈補(bǔ)貼，保障日本國(guó)內(nèi)制造設(shè)備、材料與零部件等半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈上重要產(chǎn)品的生產(chǎn)；加強(qiáng)與海外企業(yè)合作，支持在日本國(guó)內(nèi)建設(shè)中高端邏輯半導(dǎo)體生產(chǎn)基地，滿足汽車、工程機(jī)械、家用電器等行業(yè)的需求；重組國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的半導(dǎo)體廠商，綜合利用研發(fā)稅制、投資促進(jìn)稅制及金融支持等手段擴(kuò)大相關(guān)企業(yè)在微處理器、存儲(chǔ)器、傳感器、功率半導(dǎo)體、模擬半導(dǎo)體領(lǐng)域的設(shè)備投資，增強(qiáng)制造能力，并通過提供代工服務(wù)激發(fā)企業(yè)活力，保障半導(dǎo)體穩(wěn)定供給。

二是共享半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)目標(biāo)。日本政府將委任產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所制定半導(dǎo)體、材料與設(shè)備領(lǐng)域的技術(shù)戰(zhàn)略，并通過規(guī)劃技術(shù)路線圖，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)官三方目標(biāo)共享。

三是完善半導(dǎo)體研究環(huán)境，培養(yǎng)相關(guān)人才。日本政府將：構(gòu)建從技術(shù)開發(fā)到技術(shù)評(píng)估、驗(yàn)證的基地；實(shí)現(xiàn)納米技術(shù)平臺(tái)、先進(jìn)材料研究基礎(chǔ)設(shè)施等機(jī)構(gòu)最先進(jìn)研究設(shè)備共享共用；建立全國(guó)機(jī)制共享共用專有技術(shù)及工藝數(shù)據(jù)；加強(qiáng)新一代年輕技術(shù)人員培養(yǎng)，做好技術(shù)傳承，維持并提升日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

四是加強(qiáng)國(guó)際合作。日本政府將：立足半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的復(fù)雜性，加強(qiáng)與美國(guó)、歐洲國(guó)家在提高半導(dǎo)體生產(chǎn)與供應(yīng)能力方面開展戰(zhàn)略合作；構(gòu)建能夠?qū)崿F(xiàn)信息共享的國(guó)際合作框架，在發(fā)生影響半導(dǎo)體生產(chǎn)與供應(yīng)的突發(fā)狀況下，通過國(guó)際合作，將影響降至最??；加強(qiáng)日本國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體研發(fā)基地與世界研發(fā)創(chuàng)新基地的合作，攜手推動(dòng)新一代半導(dǎo)體研發(fā)。