日本的半導體產業
風光不再的日本半導體產業，能否找到出路？
截至2024年，在CPU和GPU等邏輯半導體領域，能量產10奈米世代以後之先進半導體的企業在全球僅有三家，分別是美國的英特爾、韓國的三星，以及台灣的台積電。到了5奈米和3奈米世代，台積電更以其技術實力壓倒其他公司，在最先進邏輯半導體的製造方面，幾乎獨佔了市場。
1980年代，日本企業曾以記憶體半導體為中心，引領全球半導體市場。然而，由於簽訂了對日本半導體企業不利的美日半導體協議，以及技術革新延遲等因素，日本企業在半導體市場所佔的地位逐漸下滑（下圖），在半導體微縮化的競爭中跟不上腳步，Sony、富士通、瑞薩電子、東芝等企業相繼退出，到了2010年代，隨著Panasonic的退出，日本便再也沒有能夠製造最先進邏輯半導體的企業。
從經濟安全保障的角度來看，在本國製造也相當重要
2022年8月，為了再次於日本製造先進邏輯半導體，相關單位成立了Rapidus株式會社（專訪請見84頁）。台積電等公司預計將於2025年開始量產次世代的邏輯半導體，即2奈米世代的產品。另一方面，Rapidus則表示將於2027年開始量產2奈米世代的先進半導體。
昌原中心主任表示，日本企業要從台積電等頂尖企業手中搶下大量市佔並非易事。但他同時也指出，作為後進者也有其策略。台積電採取的是種類少、大量製造的製造策略，譬如為iPhone生產先進半導體。他認為「作為後起之秀的Rapidus，應該會鎖定那些需求量不如智慧型手機龐大，卻是絕對必要，且擁有一定市場的專用晶片領域。具體來說，就是汽車、機器人、量子電腦等領域的專用晶片。」（昌原中心主任）。
汽車或機器人用的專用晶片，也有助於降低功耗。此外，汽車和機器人也是日本在全球市場上有強大競爭力的領域，由日本企業開發並製造決定其性能的半導體，從經濟安全保障的角度來看也相當重要。
距離日本企業退出先進邏輯半導體製造領域已超過十年。Rapidus將直接挑戰最先進的2奈米世代製造，這在技術上是否可行呢？昌原中心主任說「在日本還有企業製造先進邏輯半導體的時候，日本有一批研究人員作為頂尖跑者活躍於全球，現在他們都聚集到了Rapidus。因此，我個人認為技術方面無需擔心。」
2奈米世代後，製程與材料將會改變
雖然日本在先進邏輯半導體製造方面落後，但在半導體製造設備和材料方面仍維持一定的市佔率（右上圖）。「製造設備與材料的供應商，為了降低不良率並生產高品質的產品，需與半導體製造商進行細膩的調整磨合，這是一項需要踏實改善品質的工作。這正是日本企業一直以來的專長，因此，日本在製造設備與材料上，依然有很高的水準。」（昌原中心主任）。
昌原中心主任表示，在導入GAA-FET的2奈米世代，以及小晶片的製造中，「製程和材料將會與以往截然不同」。他接著說「舉例來說，小晶片的基板上使用了一種名為『ABF』的絕緣材料，這是由味之素公司生產的『味之素積層膜』，全球市佔率超過95%（參考第60頁）。隨著製程與使用材料的巨大變化，新進廠商的機會也隨之出現。」（昌原中心主任）。
以矽以外的元素超越微縮化的極限
預計在2025年時，可量產的最先進半導體會從3奈米世代邁入2奈米世代。目前各廠商正著手研發2奈米之後的產品。
舉例來說，有研究正在開發將GAA-FET的板狀通道厚度縮小至僅1奈米以下的技術。這項技術不使用矽，而是使用鉬等元素，製造出厚度僅有數個原子的薄片，並將其作為通道。這種極薄的薄片被稱為「二維通道」。
昌原中心主任表示「以矽為主要材料的MOSFET已經面臨微縮化的極限，但若使用其他元素，或許能突破目前的微縮化瓶頸。」二維通道是針對6個世代之後的0.2奈米世代而開發的技術，大約會在2040年左右實用化。
目前的半導體晶片，是透過電（電子）訊號在晶片內部的傳遞來進行各種處理運算。未來，一部分的訊號傳輸媒介可能會從原本的電子換成光。將電子換成光的技術稱作「光電整合」（請參考第90頁的Column）。昌原中心主任說「將晶片內的部分訊號傳輸改為光，可望實現戲劇性的低功耗化。NTT提出了『IOWN』構想，並正在推進光電整合的研究。在不久的將來，光在半導體晶片中穿梭的時代將會到來。」
自1947年電晶體發明以來，已過去約80年。隨著半導體的演進，我們的社會發生了巨大的變化。半導體的進化，將會為人類的未來開創出什麼樣的道路呢？
風光不再的日本半導體產業，能否找到出路？
截至2024年，在CPU和GPU等邏輯半導體領域，能量產10奈米世代以後之先進半導體的企業在全球僅有三家，分別是美國的英特爾、韓國的三星，以及台灣的台積電。到了5奈米和3奈米世代，台積電更以其技術實力壓倒其他公司，在最先進邏輯半導體的製造方面，幾乎獨佔了市場。
1980年代，日本企業曾以記憶體半導體為中心，引領全球半導體市場。然而，由於簽訂了對日本半導體企業不利的美日半導體協議，以及技術革新延遲等因素，日本企業在半導體市場所佔的地位逐漸下滑（下圖），在半導體微縮化的競爭中跟不上腳步，Sony、富士通、瑞薩電子、東芝等企業相繼退出，到了2010年代，隨著Panasonic的退出，日本便再也沒有能夠製造最先進邏輯半導體的企業。
從經濟安全保障的角度來看，在本國製造也相當重要
2022年8月，為了再次於日本製造先進邏輯半導體，相關單位成立了Rapidus株式會社（專訪請見84頁）。台積電等公司預計將於2025年開始量產次世代的邏輯半導體，即2奈米世代的產品。另一方面，Rapidus則表示將於2027年開始量產2奈米世代的先進半導體。
昌原中心主任表示，日本企業要從台積電等頂尖企業手中搶下大量市佔並非易事。但他同時也指出，作為後進者也有其策略。台積電採取的是種類少、大量製造的製造策略，譬如為iPhone生產先進半導體。他認為「作為後起之秀的Rapidus，應該會鎖定那些需求量不如智慧型手機龐大，卻是絕對必要，且擁有一定市場的專用晶片領域。具體來說，就是汽車、機器人、量子電腦等領域的專用晶片。」（昌原中心主任）。
汽車或機器人用的專用晶片，也有助於降低功耗。此外，汽車和機器人也是日本在全球市場上有強大競爭力的領域，由日本企業開發並製造決定其性能的半導體，從經濟安全保障的角度來看也相當重要。
距離日本企業退出先進邏輯半導體製造領域已超過十年。Rapidus將直接挑戰最先進的2奈米世代製造，這在技術上是否可行呢？昌原中心主任說「在日本還有企業製造先進邏輯半導體的時候，日本有一批研究人員作為頂尖跑者活躍於全球，現在他們都聚集到了Rapidus。因此，我個人認為技術方面無需擔心。」
2奈米世代後，製程與材料將會改變
雖然日本在先進邏輯半導體製造方面落後，但在半導體製造設備和材料方面仍維持一定的市佔率（右上圖）。「製造設備與材料的供應商，為了降低不良率並生產高品質的產品，需與半導體製造商進行細膩的調整磨合，這是一項需要踏實改善品質的工作。這正是日本企業一直以來的專長，因此，日本在製造設備與材料上，依然有很高的水準。」（昌原中心主任）。
昌原中心主任表示，在導入GAA-FET的2奈米世代，以及小晶片的製造中，「製程和材料將會與以往截然不同」。他接著說「舉例來說，小晶片的基板上使用了一種名為『ABF』的絕緣材料，這是由味之素公司生產的『味之素積層膜』，全球市佔率超過95%（參考第60頁）。隨著製程與使用材料的巨大變化，新進廠商的機會也隨之出現。」（昌原中心主任）。
以矽以外的元素超越微縮化的極限
預計在2025年時，可量產的最先進半導體會從3奈米世代邁入2奈米世代。目前各廠商正著手研發2奈米之後的產品。
舉例來說，有研究正在開發將GAA-FET的板狀通道厚度縮小至僅1奈米以下的技術。這項技術不使用矽，而是使用鉬等元素，製造出厚度僅有數個原子的薄片，並將其作為通道。這種極薄的薄片被稱為「二維通道」。
昌原中心主任表示「以矽為主要材料的MOSFET已經面臨微縮化的極限，但若使用其他元素，或許能突破目前的微縮化瓶頸。」二維通道是針對6個世代之後的0.2奈米世代而開發的技術，大約會在2040年左右實用化。
目前的半導體晶片，是透過電（電子）訊號在晶片內部的傳遞來進行各種處理運算。未來，一部分的訊號傳輸媒介可能會從原本的電子換成光。將電子換成光的技術稱作「光電整合」（請參考第90頁的Column）。昌原中心主任說「將晶片內的部分訊號傳輸改為光，可望實現戲劇性的低功耗化。NTT提出了『IOWN』構想，並正在推進光電整合的研究。在不久的將來，光在半導體晶片中穿梭的時代將會到來。」
自1947年電晶體發明以來，已過去約80年。隨著半導體的演進，我們的社會發生了巨大的變化。半導體的進化，將會為人類的未來開創出什麼樣的道路呢？
