赛迪译丛：《日本半导体数字产业战略 》

-1-2021年9月27日第29期总第502期日本半导体数字产业战略【译者按】今年6月，日本经济产业省首次发布《半导体数字产业战略》，将半导体数字产业上升为国家战略予以高度重视。该战略围绕新冠疫情背景下，全球半导体供需形势、数字基础设施和数字产业等产业环境的重大变化，提出要增加数字化投资，加强尖端逻辑半导体设计和开发，同步推进数字化和绿色技术，加大卡脖子技术联合研发攻关力度，从国家层面确保半导体生产和供给能力。战略描绘了半导体数字产业发展目标及施政方向，是对日本半导体产业失去的30年进行反思和重要战略调整。赛迪智库规划研究所对该战略进行了编译，期望对我国有关部门有所帮助。【关键词】半导体数字基础设施数字产业日本 -2-自21世纪以来数字化进程不断加速，半导体、数字基础设施（如通信网络和数据中心）和数字产业（如云计算）正经历着重大变化。当前日本面临着一系列挑战，如绿色发展、区域发展、生产力增长、低出生率和人口老龄化等，亟需推动数字化来实现可持续发展。能否顺利抓住机遇，不再是个别企业的单独行为，而应上升为国家意志。日本要制定并迅速实施关于半导体、数字基础设施和数字产业的国家战略，加强产业竞争力和强韧性，实现向社会5.0的转型。一、战略目标及施策方向（一）战略目标制定实施国家级战略。数字技术已成为所有经济活动的基础，是解决社会问题、支持民主主义的重要手段，应与能源和粮食供应安全并重，实施同级别的扶持政策，且扶持对象不应局限在民间商业范畴，应上升为国家项目、国家战略，予以高度重视。夯实基础提升话语权。大国博弈对产业发展的影响越来越深远，为确保日本在大国博弈中能够展现不可或缺性和自主性，应引导在日企业夯实数字产业基础，以确保日本在与美欧等其他国家或地区的合作中，发挥技术和生产方面的核心作用。确保经济与环境共优。利用数字技术使经济和社会智能化， -3-促进碳中和目标实现，并在数字领域提升能源效率、实现去碳化，降低能源负荷和环境影响，最终将日本建设成为可同时实现数字化和绿色化的，集技术创新、系统开发、社会应用于一体的全球中心。（二）施策方向1、半导体产业领域20世纪80年代，日本半导体制造商席卷世界，占据了全球约50%市场份额，但随着1986年《日美半导体协议》的签订，加之产业发展重心从内存转向逻辑半导体，设计生产模式从垂直转向开放，导致日本半导体产业发展遭遇困难。进入21世纪，个人电脑、互联网、智能手机和数据中心快速兴起，但日本的数字企业未能紧跟新形势、扩大有效投资，导致服务于数字企业的半导体产业停滞不前，设计体系无法建立，先进半导体长期依赖进口。此时，其他国家不仅在研究和开发方面加大投入，还通过财政补贴和税收优惠支持企业的设备更新与技术改造，其半导体产业竞争力逐步超越日本。为适应市场变化与产业结构调整，日本政府与半导体产业界希望通过加大研发投入改变现状，但研发投入越大越使日本企业陷入固步自封境地，未能建立起开放的创新生态系统与国际联盟，也未将产品供给与市场需求有机结合。目前，日本企业在存储器、传感器、微型计算机和功率半导 -4-体等方面仍然拥有一定的市场竞争力，在设备制造、材料加工等方面也拥有绝对话语权，半导体制造企业可能不具备最先进的生产设备，但企业数量位居全球首位。下一步，为推动半导体产业发展，应着重为具有竞争力的产品线增加最先进的生产设备，并在重要领域大胆投资，强化产业基础，引领产业发展方向。2、数字基础设施领域日本拥有全球最先进的移动电信网络（LTE）和光纤网络，能够提供覆盖全国的高速通信服务，并作为亚洲地区的数据中心所在地，大量投资建设数据中心，同时，日本从2020年一季度起加快布局5G基站，在全国范围内推广5G应用。可以说，相比于世界其他国家，日本在数字基础设施建设的质量和进度等方面，均有较高的比较优势。但放眼全球，主要国家均在加快建设数字基础设施，日本基站制造商在全球市场中的份额很小且面临着激烈的国际竞争。日本对于数据中心等数字基础设施建设的投入并不充分，需要做好系统规划，制定更多支持政策，加大数字基础设施投入力度。为进一步推动数字化发展，下一步，日本政府应对数据中心、5G（包括后5G）、Beyond5G等数字基础设施核心设备或技术，持续扩大投资，并前瞻布局服务未来五年、十年的下一代基础设施，联合在5G等方面具有长足进步的美欧国家，制定建设标准， -5-实施标准化战略。3、数字产业1领域21世纪以来，数字产业发展呈现扩张态势，但由于日本独特的工业标准（JIS，JapaneseIndustrialStandards），导致诸多细分领域与其他国家不可通用，且日本存在以系统集成企业为主的多重分包结构，导致产业生产力水平、从业人员工资等较为低下。虽然以软件和服务为主的数字产业较早地参与了全球竞争，但目前只有少数技术和企业残存，国外大型IT企业的市场份额远超日企，加之目前日本数字基础设施并不完善，无法全面推广云计算等数字产业，无法满足数字产业发展的稳定性和公共性。此外，随着数字化在各个领域的进展，开发者本身越来越难以对整个系统进行掌控和验证。比如，不同系统连接时，或新系统与云服务、开放API、OSS等结合时，系统的连接方式很复杂，开发者和操作者无法看到整个系统，可能会出现未知系统错误、问题和安全缺陷，如何处理故障、如何检查安全方面问题和保证安全，以及如何发展实体来实施安全验证已成为行业内的重要课题。随着云计算、网络安全等数字产业在全球范围内的需求持续扩大，未来对可靠性的要求也将进一步提高。日本应避免独特的工业标准，发展支持社会基础设施的新产业，包括发展能够应对1数字产业包括云计算和数字平台。 -6-不断扩大的产业、政府和基础设施领域的制度建设和从业人员的培养。二、细分领域战略（一）半导体产业领域1、主攻方向一是从国家层面确保半导体生产和供给能力。先进逻辑半导体生产方面，加快建设服务于后5G、数据中心、信息通信设备等在内的中高端先进逻辑半导体制造基地。微型计算机方面，继续保持较高的全球市场份额与国际竞争力，保持和加强通用逻辑半导体领先地位，推动供应链多样化。存储器（DRAM、NAND）方面，加强与国外企业合作，提升内存制造能力，研究开发更低延迟、绿色节能的新非易失性存储器。功率半导体方面，加大对节能和绿色技术核心部件的研发投入，增强产品竞争力，应对产业结构调整。传感器方面，加快研发生产服务于自动驾驶、物联网、智能工厂、智慧城市的传感器，给予政策和资金支持。模拟半导体方面，加强模拟半导体细分市场地位，通过重组或并购对生产基地进行改革。此外，加大半导体制造工艺前端小型化研发与生产，加大后端（三维堆叠工艺）投入，通过三维封装缩小尺寸，通过 -7-缩短芯片间布线距离，提高其通信速度并降低功耗，通过堆叠多个功能封装提高芯片性能。二是支持数字化和绿色投资的设计开发。随着数字化、绿色化发展，以人工智能、大数据应用、自动驾驶、智能工厂和智慧城市为代表的数字服务将进一步扩大。此外，对可再生能源和电动汽车等绿色产品、服务的投资也将同步增加，催生新市场。未来，日本应持续开发服务于下一代信息和通信基础设施的创新半导体，以提升产业竞争力。进一步加强对下一代半导体的设计开发，支持未来的数字社会和绿色投资。加强半导体设计自动化软件（EDA）开发，支持无工厂发展。三是加大卡脖子技术研发攻关力度。随着中美战略博弈加剧，许多国家提出让制造业回归本土，可能诱发在日优秀设备企业和材料加工企业将生产或研发基地移出日本。设备生产与材料加工领域里的卡脖子技术较多，日本应着力增强对此些领域关键环节供应链的把控，制定产业政策、加强产学研联合攻关，不断提升技术研发水平。此外，除运用外汇法2中对相关领域出口、投资进行限制外，还应贯彻落实好“2020年综合创新战略”3，强化部2外汇法即《外汇和对外贸易法》。2020年6月7日日本全面施行《外汇及对外贸易法》修订，加强外国投资者对国内上市企业的出资限制，阻止与安全保障相关的先进技术外流。32013年6月起，日本每年公布综合创新战略，旨在将日本打造为“全球最适合创新的国度”。这一战略由综合科学技术创新会议负责制定，并评估实施成效。综合科学技术创新会议由内阁府设置，会议统揽日本整体的科学技术， -8-委之间合作，对关键环节进行梳理和分析，对外迁路线制定应对策略，严防技术外流。同时，深化与美国、中国台湾、欧洲等其他国家或地区合作，加大国际间技术交流。2、实施路径联合攻关先进技术工艺并加快本土生产布局。加强微型化工艺技术、3D堆叠技术开发，鼓励日本半导体生产、材料加工企业与国外先进代工厂合作，联合开发先进逻辑半导体，并在日本建立大规模生产工厂。加大资金支持力度，开发先进半导体器件前后端工艺材料（如：前端的纳米片等半导体材料、布线材料、绝缘材料等，后端的封装材料、凸块材料、三维封装基板等）以及碳纳米管下一代创新存储器技术等，并加快推进产业化。依托产业技术综合研究所，联合国外先进代工厂，建设共享实验室，并利用TIA4资源，建立联合技术开发平台，强化与美国、欧洲、中国台湾等国家和地区的研究机构合作，支持开放创新。加大数字投资带动先进芯片设计。支持建设融合半导体技术（GPU、加速器、存储器等）和光电技术（光电融合器件）的绿色数据中心。支持开发融合软件设计、半导体设计、光电技术的进行科学技术政策的企划立案和综合调整。4TIA机构包括产业技术综合研究所、物质与材料研究机构（NIMS）、筑波大学、高能量加速器研究机构（KEK）、东京大学、东北大学。 -9-系统架构。支持用于自动驾驶、自动化工厂、物联网、医疗健康等领域的人工智能逻辑半导体设计。支持“富岳”之后的下一代计算基础设施建设。建设AI芯片设计基地、3D堆叠技术开发基地、RISC-V设计基地、自旋电子半导体开发基地等，强化产学研用联合攻关。推进半导体技术的绿色革新。加快研发节能、低功耗的功率半导体元器件。除已有的硅基功率半导体外，加快开发SiC、GaN、Ga2O3等新材料，提高下一代功率半导体的性能。加快新一代边缘计算技术以及超分散绿色计算技术的研发。加快推进光互连的器件开发与生产。研制面向2030年Beyond5G/6G全光时代的光电设备、光电融合处理器等技术和产品。提升产业链供应链稳定性和竞争力。建设半导体生产基地，生产半导体制造设备、关键材料、核心零部件等重要产品。扩大对外合作，在研制高端逻辑半导体的同时，加大用于汽车、工业机械、家用电器等领域的中端逻辑半导体生产。对现有半导体工厂实施技术改造，扩大产品领域，增强微型计算机、内存、传感器、电源等产品的制造能力。加大财税金融支持，调整投资和研发税收减免制度，引进投资基金支持半导体企业商业化股权融资。 -10-开放高校和科研机构实验设施，强化人才引培，注重技术传承。深化与产业盟友的合作交流，共同培育保护包括半导体在内的重要供应链和技术，在半导体、高性能计算、量子技术等方面，对供应链上的“卡脖子”技术给予特殊的“保护”和“培育”政策，并加强出口管制和技术输出。（二）数字基础设施领域1、主攻方向一是建设数据中心5。以建设亚洲数据中心枢纽为目标，加快推动国内数据中心建设，支持日本国内数字化转型与国际业务拓展。二是开发低功耗设施。提高服务器、通信设备、数据中心的能源效率和性能，推广使用可再生能源发电，降低数字化转型带来的能源消耗。三是强化数据基础设施安全。当前，国际数据治理准则尚未制定，使用数据中心的个人和企业希望将数据储存在日本，日本应根据使用目的和数据内容的不同，建立可靠性高的数据管理基础设施，化解民众担忧。2、实施路径加快推进数据中心建设。在全国范围内布局建设数据中心，化解目前过度集中于东京和大阪两市的布局缺陷。筛选电力基础5数据中心建设包括超级计算机和其它有先进计算能力的计算中心。 -11-设施优越、场地建设规划充分的地区，建设如千叶县印西市的数据中心集群。同时，充分挖掘高校数字基础设施和现有企业工厂的数据设施资源，加强对数据中心的技术改造。建设绿色数据中心。加快节能技术开发，充分利用下一代边缘计算技术、绿色计算技术、半导体与光电子融合技术