ญี่ปุ่นผลักดันอธิปไตยด้านชิป AI
ญี่ปุ่นกำลังเดิมพันเงิน 1.63 หมื่นล้านดอลลาร์ เพื่อทวงคืนสถานะในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์โลก รัฐบาลเพิ่งอนุมัติเงินอุดหนุนเพิ่มเติม 631,500 ล้านเยน (4 พันล้านดอลลาร์) ให้แก่ Rapidus สตาร์ตอัปโรงหล่อชิปในประเทศ ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของยุทธศาสตร์เชิงรุกเพื่อผลิตหน่วยประมวลผลปัญญาประดิษฐ์ที่ล้ำหน้าที่สุดในโลกภายในญี่ปุ่นทั้งหมด หัวใจสำคัญของโครงการนี้คือฟูจิตสึ กลุ่มบริษัทเทคโนโลยีที่มีประวัติยาวนานนับศตวรรษ ซึ่งกำลังพัฒนาชิปประมวลผลอนุมาน AI ขนาด 1.4 นาโนเมตรที่ล้ำสมัย โดย Rapidus จะผลิตที่โรงงานแห่งใหม่ในฮอกไกโดภายในสิ้นทศวรรษนี้
สารบัญ
โครงการนี้เป็นความพยายามที่ทะเยอทะยานที่สุดของโตเกียวจนถึงขณะนี้ เพื่อลดการพึ่งพา Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. (TSMC) และซัพพลายเออร์ต่างชาติรายอื่น ท่ามกลางความตึงเครียดทางภูมิรัฐศาสตร์ที่ทวีขึ้นและความเปราะบางของห่วงโซ่อุปทาน เรียวเฮ อาคาซาวะ รัฐมนตรีว่าการกระทรวงอุตสาหกรรม เน้นย้ำถึงความจำเป็นเชิงยุทธศาสตร์นี้ในงานของ Rapidus ที่ฮอกไกโดเมื่อไม่นานมานี้
ไม่ว่าบริษัทจะมีเทคโนโลยีที่ยอดเยี่ยมเพียงใด ธุรกิจก็จะล้มเหลวหากไม่สามารถหาลูกค้าที่ต้องการใช้เทคโนโลยีนั้นได้
อาคาซาวะอธิบายว่า การสนับสนุนจากรัฐบาลมีเป้าหมายเพื่อช่วยให้ Rapidus สร้างความต้องการและหาลูกค้า นอกเหนือจากความพยายามด้านการตลาดของบริษัทเอง ซึ่งสะท้อนให้เห็นว่ารัฐบาลตระหนักถึงความจำเป็นของระบบนิเวศที่แข็งแกร่ง โดยมีนักออกแบบชิปในประเทศพร้อมเสี่ยงใช้เทคโนโลยีโรงหล่อที่ยังไม่ผ่านการพิสูจน์
ความท้าทายทางเทคนิคของเทคโนโลยี 1.4 นาโนเมตร
หน่วยประมวลผลประสาท (NPU) ที่ฟูจิตสึวางแผนพัฒนามุ่งใช้กระบวนการผลิตที่ยังไม่มีการผลิตจำนวนมากที่ใดในโลก เทคโนโลยีระดับ 1.4 นาโนเมตรเป็นแนวหน้าขั้นถัดไปหลังเทคโนโลยี 2 นาโนเมตร โดยใช้สถาปัตยกรรมทรานซิสเตอร์แบบเกตล้อมรอบทุกด้าน (GAA) ซึ่งคาดว่าจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานและความหนาแน่นในการประมวลผลอย่างมีนัยสำคัญ ขณะที่ TSMC และซัมซุงกำลังแข่งขันเพื่อเริ่มผลิตชิป 2 นาโนเมตร ฟูจิตสึและ Rapidus ตั้งเป้าก้าวกระโดดไปสู่ 1.4 นาโนเมตร โดยมุ่งเน้นงานประมวลผลอนุมาน AI โดยเฉพาะ
ความแตกต่างระหว่างชิปสำหรับฝึก AI กับชิปสำหรับประมวลผลอนุมานเป็นประเด็นสำคัญ หน่วยประมวลผลกราฟิก (GPU) ของ Nvidia ครองตลาดการฝึก AI ซึ่งเป็นกระบวนการสอนโมเดลภาษาขนาดใหญ่ให้รู้จำรูปแบบ อย่างไรก็ตาม การประมวลผลอนุมาน ซึ่งเป็นการนำโมเดลที่ฝึกแล้วไปใช้งานจริงเพื่อคาดการณ์หรือตัดสินใจ ต้องอาศัยสถาปัตยกรรมที่ต่างออกไป หน่วยประมวลผลประสาทจัดการการคำนวณเหล่านี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพกว่า GPU อเนกประสงค์ โดยเฉพาะในงานประมวลผลที่ขอบเครือข่ายและศูนย์ข้อมูล ซึ่งการใช้พลังงานและความหน่วงมีความสำคัญ NPU ได้รับการปรับแต่งให้เหมาะกับการคูณเมทริกซ์ที่ใช้กันทั่วไปในโครงข่ายประสาท พร้อมลดภาระด้านแบนด์วิดท์หน่วยความจำและพลังงานที่ GPU ต้องใช้เพื่อรองรับความยืดหยุ่นในการทำงาน
ฟูจิตสึตั้งใจประกอบ NPU เหล่านี้เข้ากับหน่วยประมวลผลกลาง Monaka-X ที่ใช้สถาปัตยกรรม Arm ให้เป็นอุปกรณ์แบบบูรณาการชิ้นเดียว Monaka-X เป็นพัฒนาการต่อยอดจากชิปศูนย์ข้อมูล Armv9 รุ่นปัจจุบันของบริษัท ซึ่งมี 144 คอร์และผลิตด้วยกระบวนการ 2 นาโนเมตรของ TSMC ภายในปี 2029 ฟูจิตสึหวังว่าจะย้ายการผลิต Monaka-X ไปยังสายการผลิต 1.4 นาโนเมตรของ Rapidus โดยรวมการทำงานของ CPU และ NPU เข้าด้วยกัน สำหรับ Fugaku NEXT ซึ่งเป็นซูเปอร์คอมพิวเตอร์เรือธงรุ่นถัดไปของญี่ปุ่น การผสานนี้ช่วยลดการเคลื่อนย้ายข้อมูลระหว่างชิปแยกชิ้น ลดการใช้พลังงาน และเพิ่มความเร็วในการประมวลผลงาน AI นอกจากนี้ ฟูจิตสึยังตั้งเป้าฝังเทคโนโลยีเข้ารหัสไว้ในโปรเซสเซอร์โดยตรง เพื่อปกป้องข้อมูลสำคัญระหว่างประมวลผล ตอบโจทย์ความกังวลที่เพิ่มขึ้นเกี่ยวกับอธิปไตยและความปลอดภัยของข้อมูลในแอปพลิเคชัน AI
Rapidus กับการเดิมพันโรงหล่อชิปในประเทศ
Rapidus ก่อตั้งขึ้นในปี 2022 โดยได้รับการสนับสนุนจากบริษัทญี่ปุ่นรายใหญ่ 8 แห่ง รวมถึงโตโยต้า โซนี่ และ NEC บริษัทแห่งนี้แบกรับภารกิจฟื้นฟูขีดความสามารถการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ของญี่ปุ่น หลังถดถอยมานานหลายทศวรรษ ปัจจุบันบริษัทกำลังก่อสร้างโรงงานผลิตชิปแห่งแรกชื่อ IIM-1 ในเมืองชิโตเสะ จังหวัดฮอกไกโด โดยตั้งเป้าเริ่มผลิตชิป 2 นาโนเมตรจำนวนมากในช่วงครึ่งหลังของปีงบประมาณ 2027 ส่วนโรงงานแห่งที่สอง ซึ่งมีกำหนดเริ่มก่อสร้างในปี 2027 จะรองรับการผลิตชิป 1.4 นาโนเมตรสำหรับชิป AI ของฟูจิตสึ
ความคืบหน้าทางเทคนิคชี้ให้เห็นถึงความหวังอย่างระมัดระวัง ในเดือนกรกฎาคม 2025 Rapidus ประกาศว่าได้เริ่มสร้างต้นแบบชิป GAA ขนาด 2 นาโนเมตรที่โรงงาน IIM-1 แล้ว ไม่นานมานี้ บริษัทยังเปิดสายการผลิตต้นแบบส่วนหลังของกระบวนการผลิต และเปิดโรงงาน Rapidus Chiplet Solutions (RCS) สำหรับการบรรจุชิปขั้นสูง ซึ่งมีความสำคัญต่อการรวมโปรเซสเซอร์หลายประเภทไว้ในแพ็กเกจเดียว ศูนย์วิเคราะห์ที่ตั้งติดกับโรงหล่อมีความสามารถในการวิเคราะห์ทางกายภาพ สิ่งแวดล้อม และเคมี ซึ่งจำเป็นต่อการปรับปรุงอัตราผลผลิตในการผลิต
อัตสึโยชิ โคอิเกะ ประธานเจ้าหน้าที่บริหาร เปิดเผยเมื่อเดือนกุมภาพันธ์ว่า Rapidus กำลังหารืออย่างจริงจังกับลูกค้าที่มีศักยภาพหลายราย โดยมุ่งเน้นการใช้งานด้าน AI หุ่นยนต์ และการประมวลผลที่ขอบเครือข่าย
เรากำลังหารืออย่างจริงจังกับลูกค้าที่มีศักยภาพมากกว่า 60 ราย สำหรับชิปที่มุ่งรองรับงาน AI หุ่นยนต์ และการประมวลผลที่ขอบเครือข่าย
แม้ IBM และ Tenstorrent สตาร์ตอัปออกแบบชิปจะเป็นผู้ที่มีแนวโน้มสูงสำหรับกำลังการผลิต 2 นาโนเมตรในช่วงแรก แต่ฟูจิตสึเป็นลูกค้าหลักในประเทศที่โตเกียวหวังว่าจะช่วยยืนยันขีดความสามารถของโรงหล่อแห่งนี้
เงินทุนเพื่ออนาคต
โครงสร้างทางการเงินที่สนับสนุนโครงการนี้ครอบคลุมทั้งภาครัฐและเอกชน องค์การพลังงานใหม่และการพัฒนาเทคโนโลยีอุตสาหกรรม (NEDO) ของญี่ปุ่น ซึ่งอยู่ภายใต้กระทรวงเศรษฐกิจ การค้า และอุตสาหกรรม คาดว่าจะรับผิดชอบประมาณสองในสามของต้นทุนพัฒนาเบื้องต้นสำหรับ NPU ของฟูจิตสึ ซึ่งประเมินไว้ที่ 58,000 ล้านเยน (363 ล้านดอลลาร์) โครงการเงินอุดหนุนนี้มุ่งสนับสนุนการสร้างเซมิคอนดักเตอร์ AI ที่ใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพและผลิตได้ภายในประเทศโดยเฉพาะ
ความมุ่งมั่นของรัฐบาลในภาพรวมมีขอบเขตกว้างกว่าโครงการของฟูจิตสึมาก ภายในเดือนมีนาคม 2027 เงินลงทุนรวมจากภาครัฐและเอกชนใน Rapidus จะสูงถึง 2.6 ล้านล้านเยน (16,300 ล้านดอลลาร์) รวมเงินอุดหนุนเพิ่มเติม 631,500 ล้านเยนที่เพิ่งอนุมัติ ญี่ปุ่นวางแผนลงทุนมากกว่า 10 ล้านล้านเยน (62,800 ล้านดอลลาร์) ในด้านชิปและ AI ภายในปีงบประมาณ 2030 พร้อมกำหนดให้เซมิคอนดักเตอร์เป็นผลิตภัณฑ์สำคัญเฉพาะด้านความมั่นคงแห่งชาติ นายกรัฐมนตรีซานาเอะ ทาคาอิจิ เน้นย้ำถึงความจำเป็นในการเพิ่มการลงทุนในสาขาที่สำคัญต่อความมั่นคงแห่งชาติ โดยเฉพาะเมื่อญี่ปุ่นพยายามป้องกันผลกระทบจากปัจจัยภายนอกและความเสี่ยง เช่น ความตึงเครียดในภูมิภาคที่ปะทุขึ้นอีกครั้งเมื่อไม่นานมานี้
คณะกรรมการจากภายนอกได้เข้าตรวจสอบโรงหล่อของ Rapidus ในฮอกไกโดและรับรองความคืบหน้าทางเทคโนโลยีก่อนการอนุมัติเงินทุนรอบล่าสุด บ่งชี้ว่าผู้เชี่ยวชาญอิสระมองเห็นแนวทางที่เป็นไปได้ในการบรรลุเป้าหมายการผลิตอันทะเยอทะยานของบริษัท
ความร่วมมือคู่ขนานของฟูจิตสึ
แม้ความร่วมมือกับ Rapidus จะเน้นย้ำเรื่องความเป็นอิสระทางเทคโนโลยี แต่ฟูจิตสึก็ไม่ได้ฝากความหวังไว้กับขีดความสามารถในประเทศเพียงอย่างเดียว บริษัทมีเครือข่ายความร่วมมือระหว่างประเทศที่ซับซ้อน ซึ่งสะท้อนความท้าทายในทางปฏิบัติของการพึ่งพาตนเองด้านเซมิคอนดักเตอร์อย่างสมบูรณ์ ในเดือนตุลาคม 2025 ฟูจิตสึประกาศความร่วมมือกับ Nvidia เพื่อร่วมพัฒนาชิป AI สำหรับศูนย์ข้อมูลญี่ปุ่นภายในปี 2030 โดยเชื่อมต่อ CPU ของฟูจิตสึเข้ากับ GPU ของ Nvidia บนแผ่นรองรับชิปร่วมกัน
นอกจากนี้ ฟูจิตสึยังทำงานร่วมกับ AMD ในโครงการชิป AI แยกต่างหาก Monaka CPU รุ่นปัจจุบันของบริษัทใช้กระบวนการ 2 นาโนเมตรของ TSMC แสดงให้เห็นว่า แม้ญี่ปุ่นกำลังสร้างทางเลือกภายในประเทศ เทคโนโลยีล้ำสมัยก็ยังคงมาจากไต้หวันและศูนย์กลางการผลิตที่มีฐานมั่นคงแห่งอื่น แนวทางสองทางนี้ช่วยให้ฟูจิตสึรักษาความสามารถในการแข่งขัน พร้อมกับบ่มเพาะขีดความสามารถในประเทศที่อาจต้องใช้เวลาหลายปีกว่าจะเติบโตเต็มที่
โครงการซูเปอร์คอมพิวเตอร์ Fugaku NEXT เป็นตัวอย่างของยุทธศาสตร์นี้ เครื่องรุ่นถัดไปมีกำหนดเริ่มใช้งานราวปี 2030 โดยตั้งเป้าให้มีประสิทธิภาพสูงกว่าระบบ Fugaku ปัจจุบัน 100 เท่า และมีแนวโน้มว่าจะรวมเทคโนโลยีโปรเซสเซอร์หลายประเภทเข้าด้วยกัน แม้ CPU Monaka-X อาจมาจากสายการผลิต 1.4 นาโนเมตรของ Rapidus แต่ระบบนี้แทบจะแน่นอนว่าจะรวม GPU และตัวเร่งการประมวลผลประเภทอื่นจากซัพพลายเออร์ต่างชาติ เพื่อให้บรรลุเป้าหมายด้านการคำนวณ
สร้างระบบนิเวศที่กว้างขึ้น
ฟูจิตสึไม่ใช่ลูกค้ารายเดียวของ Rapidus แม้จะเป็นรายที่มีความทะเยอทะยานด้านเทคโนโลยีมากที่สุด Canon ตกลงสั่งซื้อเซมิคอนดักเตอร์ประมวลผลภาพสำหรับกล้องดิจิทัลและอุปกรณ์เฝ้าระวัง โดยใช้กระบวนการผลิต 2 นาโนเมตรของ Rapidus และเริ่มทดลองผลิตแล้ว IBM Japan ยังได้รับการสนับสนุนจาก NEDO เพื่อพัฒนาชิป AI ประหยัดพลังงาน ซึ่งอาจผลิตโดย Rapidus โดยจัดสรรเงินให้โครงการของ IBM สูงสุด 17,500 ล้านเยน เทียบกับ 58,500 ล้านเยนสำหรับฟูจิตสึ
ระบบนิเวศที่กำลังก่อตัวนี้ไม่ได้จำกัดอยู่แค่สัญญาการผลิตทั่วไป Rapidus ร่วมมือกับ IBM ในการพัฒนาเทคโนโลยีกระบวนการผลิต 1.4 นาโนเมตร ซึ่งเป็นพื้นฐานสำคัญ โดยใช้ประโยชน์จากศักยภาพด้านการวิจัยของ Big Blue เพื่อเร่งกรอบเวลา Synopsys บริษัทชั้นนำด้านระบบอัตโนมัติในการออกแบบอิเล็กทรอนิกส์ เข้าร่วมการพัฒนาเซนเซอร์ภาพของ Canon ซึ่งบ่งชี้ว่า Rapidus กำลังสร้างโครงสร้างพื้นฐานเพื่อรองรับโครงการเซมิคอนดักเตอร์ที่ซับซ้อนและมีหลายฝ่ายร่วมดำเนินงาน
การกระจุกตัวของกิจกรรมในฮอกไกโดมีนัยต่อเศรษฐกิจภูมิภาค เกาะทางเหนือแห่งนี้มีข้อได้เปรียบหลายประการ รวมถึงสภาพอากาศที่เย็นกว่า ซึ่งช่วยลดต้นทุนการทำความเย็นสำหรับโรงงานผลิต อย่างไรก็ตาม ต้นทุนพลังงานในญี่ปุ่นที่ขาดแคลนทรัพยากรยังคงเพิ่มขึ้น ท่ามกลางความไม่แน่นอนทั่วโลก Rapidus เดิมพันว่าการสนับสนุนจากรัฐบาล ความร่วมมือทางเทคนิค และข้อได้เปรียบด้านที่ตั้ง จะช่วยเอาชนะความท้าทายเชิงโครงสร้างของการผลิตในญี่ปุ่นได้
การแข่งขันกับยักษ์ใหญ่ในอุตสาหกรรม
กรอบเวลาที่ฟูจิตสึและ Rapidus ต้องเผชิญนั้นท้าทายอย่างยิ่ง TSMC เริ่มผลิตชิป 2 นาโนเมตรจำนวนมากในปี 2025 และมีความสัมพันธ์กับผู้เล่นรายใหญ่ในวงการ AI รวมถึง Nvidia และ Apple ขณะที่ Intel เริ่มผลิตจำนวนมากด้วยกระบวนการระดับ 18A แล้ว ซึ่งมีขนาดใกล้เคียง 1.8 นาโนเมตร พร้อมเปิดตัวโปรเซสเซอร์ Panther Lake ที่สร้างด้วยกระบวนการขั้นสูงนี้ Rapidus ตั้งเป้าเริ่มผลิตชิป 2 นาโนเมตรในช่วงปลายปี 2027 และตามด้วย 1.4 นาโนเมตรราวปี 2029
ช่องว่างนี้มีความสำคัญ เพราะการผลิตเซมิคอนดักเตอร์มีอานิสงส์จากเครือข่ายอย่างชัดเจน ความเป็นผู้นำของ TSMC ในด้านการบรรจุชิปขั้นสูง ประสบการณ์การผลิตปริมาณมาก และระบบนิเวศการออกแบบที่ตั้งมั่นแล้ว ล้วนสร้างอุปสรรคที่ผู้เล่นรายใหม่ฝ่าฟันได้ยาก อัตราผลผลิต ซึ่งหมายถึงสัดส่วนชิปที่ทำงานได้จากเวเฟอร์ซิลิคอนแต่ละแผ่น มักเป็นตัวชี้ขาดความคุ้มค่าทางเศรษฐกิจ การจัดตั้งศูนย์วิเคราะห์และขีดความสามารถด้านการวินิจฉัยใหม่ของ Rapidus แสดงให้เห็นว่าบริษัทตระหนักถึงความท้าทายเหล่านี้ แต่การทำอัตราผลผลิตให้แข่งขันได้ที่ระดับ 1.4 นาโนเมตรยังไม่เคยได้รับการพิสูจน์
ต้นทุนพลังงานเป็นอีกหนึ่งปัจจัยซับซ้อน การผลิตเซมิคอนดักเตอร์ต้องใช้ไฟฟ้าและน้ำในปริมาณมหาศาล ข้อจำกัดด้านทรัพยากรของญี่ปุ่นและต้นทุนวัสดุที่เพิ่มขึ้นท่ามกลางความไม่มั่นคงในตะวันออกกลาง อาจทำให้ Rapidus เสียเปรียบคู่แข่งที่ดำเนินงานในภูมิภาคซึ่งมีพลังงานราคาถูกกว่าหรือมีห่วงโซ่อุปทานที่ตั้งมั่นแล้ว ความเต็มใจของรัฐบาลที่จะอุดหนุนทั้งต้นทุนการพัฒนาและการผลิตสะท้อนให้เห็นว่า รัฐบาลตระหนักว่ากลไกตลาดเพียงอย่างเดียวไม่อาจสร้างขีดความสามารถการผลิตในประเทศได้
ประเด็นสำคัญ
- ฟูจิตสึกำลังพัฒนาหน่วยประมวลผลประสาทขนาด 1.4 นาโนเมตรสำหรับการประมวลผลอนุมาน AI โดยตั้งเป้าให้ Rapidus ผลิตในฮอกไกโดภายในสิ้นทศวรรษนี้
- ญี่ปุ่นให้คำมั่นจัดสรรเงินทุนรวม 16,300 ล้านดอลลาร์แก่ Rapidus ภายในเดือนมีนาคม 2027 รวมถึงเงินอุดหนุนเพิ่มเติม 4 พันล้านดอลลาร์ที่เพิ่งอนุมัติ โดยมีเป้าหมายเฉพาะเพื่อสนับสนุนงานของฟูจิตสึ
- NPU จะทำงานร่วมกับ CPU Monaka-X ของฟูจิตสึ สำหรับศูนย์ข้อมูลและซูเปอร์คอมพิวเตอร์ รวมถึงระบบ Fugaku NEXT ซึ่งวางแผนเปิดใช้งานในปี 2030
- Rapidus ตั้งเป้าเริ่มผลิตชิป 2 นาโนเมตรจำนวนมากในช่วงปลายปี 2027 และเริ่มผลิตชิป 1.4 นาโนเมตรราวปี 2029 ที่โรงงานแห่งที่สอง
- NEDO ซึ่งเป็นหน่วยงานพัฒนาเทคโนโลยีของญี่ปุ่น ให้ทุนสนับสนุนประมาณสองในสามของต้นทุนพัฒนาเบื้องต้น 363 ล้านดอลลาร์สำหรับโครงการชิป AI
- ฟูจิตสึยังคงความร่วมมือคู่ขนานกับ Nvidia และ AMD โดยผสานความพยายามสร้างความเป็นอิสระในประเทศเข้ากับการเข้าถึงเทคโนโลยีล้ำสมัยจากต่างชาติในระยะใกล้
- Canon และ IBM Japan เป็นลูกค้าเพิ่มเติมของ Rapidus ซึ่งบ่งชี้ถึงก้าวแรกของการสร้างระบบนิเวศเซมิคอนดักเตอร์ในประเทศ
