O Japão está a acelerar o seu regresso aos primeiros lugares da indústria de semicondutores e Hokkaido tornou-se o centro deste renascimento. A ilha, conhecida por suas pastagens para vacas, estações de esqui e campos de flores de verão, é agora o lar de um dos projetos de fabricação de chips mais ambiciosos do mundo – a fábrica Rapidus, apoiada pelo governo. A fundição pretende alcançar um avanço na produção em massa de chips lógicos de 2 nm.

A importância deste projecto é extraordinária, tanto a nível político como económico. Tóquio comprometeu cerca de US$ 12 bilhões com o Rapidus, que é apenas parte do mercado de “subsídios aos semicondutores”. Além disso, gigantes locais como Toyota, SoftBank e Sony também se juntaram ao apoio.

A nova fábrica é chamada de "IIM-1 (Innovative Integrated Manufacturing)" e está localizada na cidade de Chitose, perto do Novo Aeroporto de Chitose e a uma curta distância da cidade de Sapporo. Está localizado no Parque Industrial Bibi World. O local foi escolhido pelo seu fornecimento estável de água e eletricidade e pelo menor risco de terremotos do que outros candidatos no Japão - crucial para equipamentos de litografia altamente sensíveis.

O projeto da fábrica leva em consideração características industriais e regionais. O CEO da Rapidus, Junyoshi Koike, disse que o exterior da fábrica será coberto com grama e se misturará à paisagem pastoral de Hokkaido. Por trás desta casca verde, há uma base de fabricação integrada de front-end e back-end planejada: a primeira linha de produção experimental de 2 nanômetros está planejada para ser colocada em produção primeiro, e a produção em massa em grande escala deverá começar em 2027.

Do ponto de vista técnico, a Rapidus está tentando entrar no mercado na fase mais exigente do nó do processo. No início deste ano, a empresa anunciou que havia produzido com sucesso transistores gate-all-around (GAA) de 2 nanômetros. Essa conquista deveu-se à sua cooperação com a IBM e à introdução da propriedade intelectual do processo de nanofolhas da IBM.

Atualmente, apenas a TSMC e a Samsung demonstraram capacidades semelhantes neste campo de processo, enquanto a Intel adotou uma rota de desenvolvimento diferente e saltará diretamente de 7 nanômetros para cerca de 1,8 nanômetros sem configurar uma transição de nó de 2 nanômetros.

Para o Japão, a importância de ser capaz de realizar dispositivos utilizáveis ​​de 2 nm em wafers de 300 mm não é alcançar os concorrentes no curto prazo, mas provar que os engenheiros locais têm as principais capacidades de integração GAA do mundo.

A Rapidus instalou a mais recente máquina de litografia ultravioleta extrema (EUV) da ASML na fábrica IIM-1, tornando-se a primeira empresa japonesa a implantar este nível de equipamento na fabricação de lógica avançada. Este equipamento vem da linha de alta produção da ASML e pode processar centenas de wafers por hora em plena carga. Ele integra fontes de luz de alta potência, componentes ópticos de precisão e plataformas wafer de altíssima velocidade.

A colocação deste equipamento em uso requer um alto grau de coordenação na construção da fábrica, preparação da sala limpa e entrega do equipamento, e atende rigorosamente às especificações de temperatura, umidade e limpeza exigidas para a operação do EUV.

Do lado da produção, a Rapidus adota uma arquitetura de processo diferente da maioria das fábricas maduras. A empresa planeja executar todos os processos front-end em equipamentos de wafer único, em vez do híbrido lote/wafer único comumente usado. Ou seja, cada wafer passa independentemente por deposição, gravação, limpeza e outros processos, permitindo que os engenheiros ajustem os parâmetros em tempo real e coletem dados de alta resolução em cada camada.

Esse processo baseado em dados ajuda a reduzir a densidade de defeitos e a acelerar a melhoria do rendimento, especialmente em nós exigentes como 2nm, onde mesmo pequenas alterações na largura da linha, deslocamento ou detalhes da parede lateral podem causar falha do chip. A Rapidus acredita que a detecção precoce de desvios e anomalias de processamento pode encurtar o ciclo desde a fita adesiva até a produção em massa certificada e construir seu ponto de venda de "resposta rápida e fabricação personalizada" em vez de competir diretamente com grandes fundições pela capacidade de produção.

A Rapidus também está construindo simultaneamente um ecossistema de embalagens. Perto da cidade de Chitose, a Seiko Epson implantou RCS (linha de produção piloto back-end) em suas instalações para desenvolver interpositores de camada de redistribuição, integração de matrizes e processos de empacotamento 3D. Essas tecnologias farão a transição para a linha de produção back-end IIM-1 em 2027, permitindo-lhes realizar uma cadeia industrial integrada desde a fabricação de transistores até embalagens e testes avançados, formando um sistema de montagem de "produto de boa qualidade e de alta qualidade" para melhorar as taxas de rendimento.

Apesar do impulso político, ainda existem dúvidas sobre os seus obstáculos estruturais. O Gabinete de Investigação Macroeconómica da ASEAN+3 estima que o Rapidus ainda tem uma grande lacuna no seu financiamento actual de cerca de 5 biliões de ienes (aproximadamente 31,8 mil milhões de dólares) necessários para alcançar a produção em massa em grande escala de 2 nanómetros. Analistas do Centro de Estudos Estratégicos e Internacionais também apontaram que Rapidus não tem conquistas reais no campo da manufatura avançada e depende fortemente da tecnologia transferida pela IBM, que é muito menor do que o profundo acúmulo de processos acumulado pela TSMC e Samsung ao longo dos anos.

Portanto, o resultado da batalha de transformação da Rapidus é cheio de incertezas: ela não deve apenas colocar em produção o primeiro lote de novas fábricas da indústria, mas também transferir as complexas receitas de processos desenvolvidas localmente no exterior, atingir um nível comercial de rendimento de 2 nm, atrair clientes estáveis ​​​​e verificar se seu modelo de produção de "wafer único + inteligência de IA" pode realmente encurtar o ciclo de produção.

Se a maioria destes objectivos puder ser implementada, o Japão recuperará a sua posição na vanguarda da produção de semicondutores. Se falhar, o IIM-1 pode tornar-se um caso típico de “querer que o rei regresse, mas ser derrotado pela realidade”.