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來源：本文來自technews，謝謝。
日本新創半導體公司Rapidus 近期似乎有很大進展，《Nikkei Asia》報導該公司將於今年4 月試產，並計劃在6 月就可產出2 奈米的晶片產品原型。
儘管已有愈來愈多媒體探討Rapidus會不會成功，不過，筆者認為，這件事有需要更深入的探究與說明，釐清某些疑惑之處，以對Rapidus的未來可能發展有更多理解。
Rapidus 可能高估2 奈米晶片原型成功機率，初期挑戰高
Rapidus需留意實驗室成果的侷限性。IBM華生研究中心（Thomas J. Watson Research Center） 是一間享負盛名的研究單位，過往叱吒風雲，有著極為輝煌的歷史，不管是在物理、數學、半導體、程式語言、超級電腦等等領域，都為人類社會帶來卓越且巨大的貢獻。在半導體領域，IBM原本有自己的晶圓廠，後來於2014年10月賣給格羅方德（GlobalFoundries），但IBM保留了半導體領域的研究，且走在現今時代的科技尖端。
Rapidus必須留意是，在最新的“環繞閘極（gate-all-around；GAA） 半導體制程架構”上，IBM目前僅是實驗室成果。雖然，Rapidus另外還跟具有半導體深厚實力的比利時imec結盟，但imec依然是研究機構，二者都較無量產的實質經驗。
依筆者先前在工研院的研發經驗顯示，通常實驗室成果有其侷限性，距離可實際量產尚有一段不短的路要走。因而，IBM與imec技術能否可確實實現商業化，需後續進一步觀察，而這應該也是Rapidus最大的挑戰之一。
雖然已有領導廠商投入GAA尖端製程，但目前的半導體主流依然是鰭式場效電晶體（Fin Field-Effect Transistor；FinFET） 架構。除了臺積電、三星與Intel 三家半導體大廠外，臺灣聯華電子、美國格羅方德、中國中芯半導體等都是將FinFET製程架構運用的極為成熟且極有經驗的公司，這是它們重要的營收來源，可依此支援這些企業正常運轉。其中，聯電與格羅方德有能力量產14奈米，而中芯更有能力量產7奈米晶片。但是，因考量到龐大的資本支出、高度的研發風險、所需的優秀科技人才以及其他複雜因素，有的公司並不敢貿然投入、有的公司則是受到限制而無法投入GAA製程架構。
而Rapidus選擇投入GAA架構應該是基於以下主要原因：
它是下一代半導體技術，技術相對於FinFET能夠提供更好的效能和能效表現，因而極可能成為未來的主流，特別是在人工智慧（artificial intelligence；AI） 和高效能運算（high performance computing；HPC） 領域。
因臺積電已在日本設立一家採成熟製程的製造廠，若要取得政府的高額補助，只有投入尖端製程才更有機會。
在資源極為有限的狀況下，投入未來主流的GAA技術，不僅可節省在舊技術上的研發資源，並且能將焦點集中在最前端技術上。
雖然Rapidus跳過FinFET製程架構，是一種策略選擇，也是個見仁見智的問題；但這決策卻正好閃避了近期以來成熟製程過度激烈競爭的問題，而這問題日後只會更加嚴峻，不易緩解。然而，若不計入臺積電，目前日本的半導體制程技術暫時停留在40奈米，一下子要跳
躍至2奈米做出產品原型，有可能做到嗎？
筆者認為，雖然不是完全沒有任何成功機會，但這對成立僅僅2.5年的Rapidus來說，是一項極大的考驗。因而，倘若Rapidus真能在2025 年4月試產，且6月就產出符合高品質且高效能的晶片產品原型，可說在那僅有的微小機率裡，Rapidus正在創造第一步奇蹟。
Rapidus 可能低估2 奈米量產難度
2奈米技術節點無法輕易達成，要規模量產並非想像中容易。
2奈米節點須採用全新的GAA製程架構，與FinFET架構相比較，其技術架構更為複雜，在製造過程可能面臨精細度不容易掌握、材料缺陷、散熱不易、漏電流改善不佳、材料與其介面等問題，因而研發風險更高，所需資金更多。在如此細微的尺度裡要解決這些難題，其困難度極高，並非想像中容易。
以跨入GAA製程技術的三家半導體大廠為例：
三星電子陷入了技術困境，在良率上尚無法有效突破。
在GAA有優良研究成果的英特爾（Intel），目前因種種複雜因素，面臨有史以來最糟糕的經營困境，也尚未生產出實際的2奈米晶片產品。
臺積電也經過多年辛勤努力後，預定在今年下半年以後順利量產。
由上述說明可知，若僅以三星電子為例，它投入了無數資金、龐大資源與優秀人才，即便深耕GAA技術多年，依然深受良率不佳所困擾，導致其剛推出的年度旗艦新機Galaxy S25系列處理器，首度全數採用高通最新的驍龍8 Elite晶片，而這些高通晶片全數皆交由臺積電生產供應。足見GAA困難度之高，不容易在短期內有效攻克。
在生產晶片過程需要相當多的貴重與精準裝置，其中的關鍵之一是EUV曝光機。當製程技術進入到7奈米以下時，往往需要採用EUV曝光機方能提高營運效能。EUV製程的核心是雷射光學系統（laser optic system），其主要的組成部件由ASML、蔡司（ZEISS）、TRUMPF和Fraunhofer IOF共同研發，在經歷重重的艱難挑戰後，它最終被開發出來，並能產生光波波長為13.5 奈米的EUV，有了EUV技術就可以在指甲大小的表面上製作出超過一百億個電晶體。
事實上，這過程極為複雜。除了要收集到足以曝光微小線路的微弱EUV外，曝光過程也需要極高的精準度和穩定性。此外，雖然其變化極為細微，但EUV產生的熱氣會微微改變反射鏡尺寸而失準。儘管這些對位工作可經由裝置裡的機制來自動校準，但為了確保系統正常與穩定運轉、避免不確定因素的影響，工程師需在出現異常時快速進行處理。
儘管ASML會培訓客戶如何使用裝置，提供一週7天、每天24小時的支援服務替客戶解決疑難問題，同時安排工程師定期到客戶的工廠檢查機臺裝置。但依筆者過往操作其他貴重儀器與裝置的經驗顯示，除了正規的完整系統性訓練外，這也相當仰賴個別工程師的內隱知識與細膩經驗，它需要時間去感知揣摩與調整，以提高裝置使用效能，並逐步降低營運成本。
半導體整個系列製程極其複雜，EUV曝光機僅是其中一個重要環節，這說明若想要達到符合標準的高良率，是相當大的挑戰。連半導體三大廠要突破與量產2奈米技術，都得面對高度的困難與挑戰，Rapidus當然也不會例外。
因而，若Rapidus真能在2年後如期量產，那它可說是創造了第二步奇蹟。
Rapidus的獨特生產模式能否支援其策略發展？
Rapidus Design Solutions首任總經理Henri Richard指出，Rapidus的主要市場是一些AI晶片新創公司，他覺得Rapidus沒有必要直接挑戰臺積電就能獲得成功。
受限於EUV機臺，規模有限，無法同時服務太多客戶，Rapidus主要以某些小型的利基市場（niche market） 為目標。為了可順利經營這些利基市場，Richard接受《Forbes》訪問指出：“Rapidus正在改變半導體的設計和生產方式，為當前製造商提供替代方案，並顛覆傳統的製造方法”。
嚴格地說，臺積電等三大廠都已發展出自己的先進封裝技術，例如臺積電的CoWoS （Chip-on-Wafer-on-Substrate），而不單只是做晶片製造。另一方面，混合鍵合技術也已被臺積電與Intel應用在其先進封裝技術之中。因而，Rapidus在先進封裝領域較不容易因此而產生優勢。
Rapidus透過把製造和封裝集中在“同一屋簷下”，將縮短週期時間。這是不是表示，Rapidus正因應單片晶圓處理方式而會發展出自己的不同整合製程？有待後續觀察。
結語
因Rapidus尚未正式量產，因而較無法驗證其技術可行性到什麼程度，待日後將會更加明朗。不過，由上述說明可知，Rapidus所謂的量產並非一般大眾認知的大量生產，而是選擇某些特定利基市場的多樣化、小規模量產模式，因而其經營模式與其他三大廠商並不相同。
Rapidus能否如巨石落水，掀起大浪，關鍵在於：高階領導團隊必須確保Rapidus-IBM-imec跨國合作模式的先進製程技術，能生產出符合客戶期待的高品質高效能晶片。而Rapidus細膩的小規模、多樣化量產模式，或許是後續觀察它能否成功的重要焦點之一，若此模式可順利運轉，那它可說是創造了第三步奇蹟。
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