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【 嵌牛导读 】 ： 半导体的应用领域很广，在集成电路、消费电子、通信系统、光伏发电、照明、大功率电源转换等领域都有应用，可以说是现代科技的骨架。半导体应用的关键领域便是集成电路。集成电路发明起源于美国，后来在日本加速发展壮大，到目前在韩国台湾分化发展。本文旨在介绍日本半导体的发家史，体会上世纪美日之间在半导体产业争霸上的血雨腥风，同时从中寻找一些我国科技产业的发展经验。
【 嵌牛鼻子 】 ： 日本半导体产业
【 嵌牛提问 】 ： 日本半导体产业是如何在美国技术封锁的牢笼中走向世界？
【 嵌牛内容 】
在集成电路行业，全球范围内的每一次技术升级都伴随模式创新，谁认清了技术、投资和模式间的关系，谁才能掌握新一轮发展主导权，在全球竞争中占据更为有利的地位，超大规模集成电路（VLSI）计划便是例证。日本的集成电路产业发展较早，在20世纪60年代便已经有了研究基础，发展至今经历了从小到大、从弱到强、转型演变的历史，其中从1976年3月开始实施的超大规模集成电路计划是一个里程碑。
日本集成电路的起点
在超大规模集成电路计划实施前，日本的集成电路行业已经有了一定的基础。作为冷战时期美国抵御苏联影响的桥头堡，日本的集成电路发展得到了美国的支持。1963年，日本电气公司便获得了仙童半导体公司的平面技术授权，而日本政府则要求日本电气将其技术与日本其他厂商分享。以此为起点，日本电气、三菱、夏普、京都电气都进入了集成电路行业。在日本早期的集成电路发展中，与美国同期以军用市场为主不同的是，日本在引进技术后侧重于民用市场。究其原因，第二次世界大战后，日本的军事建设受限，在美苏航天争霸的过程中日本的半导体技术只能用于民间市场。正是如此，日本走出了一条以民用市场需求为导向的集成电路发展之路，并在20世纪70年代和80年代一度赶超美国。
日本政府为集成电路的发展制定了一系列的政策措施，例如1957年制定的《电子工业振兴临时措施法》、1971年制定的《特定电子工业及特定机械工业振兴临时措施法》和1978年制定的《特定机械情报产业振兴临时措施法》，加上民用市场的保护使日本的集成电路具备了一定的基础。
20世纪70年代，在美国施压下，日本被迫开放其半导体和集成电路市场，而同期IBM正在研发高性能、微型化的计算机系统。在这样的背景下，1974年6月日本电子工业振兴协会向日本通产省提出了由政府、产业及研究机构共同开发“超大规模集成电路”的设想。此后，日本政府下定了自主研发芯片、缩小与美国差距的决心，并于1976—1979年组织了联合攻关计划，即超大规模集成电路计划，计划设国立研发机构——超大规模集成电路技术研究所。此计划由日本通产省牵头，以日立、三菱、富士通、东芝、日本电气五家公司为主体，以日本通产省的电气技术实验室、日本工业技术研究院电子综合研究所和计算机综合研究所为支持，其目标是集中优势人才，促进企业间相互交流和协作攻关，推动半导体和集成电路技术水平的提升，以赶超美国的集成电路技术水平。
项目实施的4年间共取得上千件专利，大幅提升了日本的集成电路技术水平，为日本企业在20世纪80年代的集成电路竞争铺平了道路，取得了预期的效果。把握世界竞争大势、研判未来发展方向，需要凝聚力量、统筹协调的专业认知作为支撑。尽管事后看，日本的超大规模集成电路计划实施效果非常理想，但是实施过程却并不顺利。根据前期测算，计划需投入3000亿日元，业界希望能够得到1500亿日元的政府资助，后来实施4年间共投入737亿日元，其中政府投入291亿日元。其间，自民党信息产业议员联盟会长桥木登美三郎多次努力，希望政府追加投入，但是未能如愿。政府投入未及预期，参与企业的士气受到了一定程度的打击。当时，参与计划的富士通公司福安一美说：“当时，大家都有一种被公司遗弃的感觉，而且并未料到竟然研制出向IBM挑战的产品。”
投入不及预期，再加上研究人员从各企业和机构间临时抽调、各行其道，一时间日本的超大规模集成电路计划开发很不顺利，不同研究室人员间互相提防、互不往来、互不沟通的现象十分普遍。 此时，垂井康夫站了出来。垂井康夫1929年出生于东京，1951年毕业于早稻田大学第一理工学院电气工学专业，1958年申请了晶体管相关的专利，是日本半导体研究的开山鼻祖，1976年超大规模集成电路技术研究会成立时被任命为联合研究所的所长。
垂井康夫在当时的日本业界颇具声望，他的领导使各成员都能信服。 垂井康夫对参与方进行积极的引导，指出参与方只有同心协力才能改变基础技术落后的局面，在基础技术开发完成后各企业再各自进行产品开发，这样才能改变在国际竞争氛围中孤军作战的困局。垂井康夫的努力，很快为研发人员所接受，各家力量得到了有效的融合，而历时4年的风雨同舟、协同努力成了日本集成电路产业发展的最好推力。除垂井康夫外，当时已从日本通产省退休的根岸正人功不可没。当时，超大规模集成电路技术研究会设理事会，日立公司社长吉ft博吉担任理事长，但是在真正的执行过程中，根岸正人发挥了很好的协调作用。
根岸正人有多年推动大型国家研究计划的经验，他对计划各参与方的能力、利益诉求都颇为了解，在计划中通过其有效的沟通化解了冲 突，为垂井康夫成功地凝聚团队做了背后的铺垫。 可以看出，在集成电路的研发攻关中，除了资金和资源投入外，团队协调和技术融合更是成功的关键。
从超大规模集成电路计划的组织架构来看，除垂井康夫领导的联合研究所外，先前成立的两个联合研究机构也参与了超大规模集成电路计划，分别是日立、三菱、富士通联合建立的计算机综合研究所，以及由日本电气和东芝联合成立的日电东芝信息系统。三个研究所分别从事超大规模集成电路、计算机和信息系统的研发，其中联合研究所负责基础及通用技术的研发，另两个研究所则负责实用化技术开发（重点为64KB及256KB内存芯片的设计及开发）。在各方的协同努力下，参与方都派遣了其最优秀的工程师。来自各地的工程师们肩并肩地在同一研究所内共同工作、共同生活、集中研 究，在微细加工技术及相关设备、硅晶圆的结晶技术、集成电路设计技术、工艺技术和测试技术上取得了突破。其中，联合研究所主要负责微细加工技术及相关设备、硅晶圆的结晶技术的攻关，其他技术的通用部分也由其负责，实用化的开发则由另两个研究所负责。
具体来看，六个研究室中，分别由不同企业负责协调：第一、第二、第三研究室主要攻关微细加工技术，分别由日立、富士通和东芝负责协调；第四研究室攻关结晶技术，由工业技术研究院电子综合研究所负责协调；第五研究室负责工艺技术，由三菱负责协调；第六研究室攻关测试、评价及产品技 术，由日本电气负责协调。微细加工技术是计划的重心，从联合研究所的研究成果来看，日本当时开发了三种电子束描绘装置、电子束描绘软件、高解析度掩膜及检查装置、硅晶圆含氧量及碳量的分析技术等。垂井康夫评估说，计划实施完毕后日本的半导体技术已和IBM并驾齐驱。在计划中，日本企业对于动态随机存储器有了深入的理解，其更高质量、更高性能的动态随机存储器芯片为日本赶超美国提供了机遇。
从1980年至1986年，日本企业的半导体市场份额由26％上升至45％，而美国企业的半导体市场份额则从61％下滑至43％。 1980年，联合研究所的研究工作已全部结束，而另两个研究所则追加资金（共约1300亿日元）作进一步的技术开发， 以1980年至1982年为第一期，1983至1986年为第二期。 这些系统化的布局为日本的半导体行业腾飞发挥了至关重要的作用。
从人员来看，计划开展期间的联合研究所研发人员数量为100人左右，计算机综合研究所的研发人员数量为400人左右，日电东芝信息系统则为370人左右。在后续投入阶段，研究人员数量减少，1985年计算机综合研究所研发人员已减至90人左右，而日电东芝信息系统则减至30人左右。尽管联合研究所研发人员相对较少，但事关各企业的未来发展基础，因此各企业都派遣一流人才参与。在此过程中，垂井康夫对各企业都十分了解，点名要求各企业派遣其看中的人才。
在实施超大规模集成电路计划及后续的资助计划后，1986年日本半导体产品已占世界市场的45％，超越美国成为全球第一半导体生产大 国。 1989年，在存储芯片领域，日本企业的市场份额已达53％，与美国该领域37％的市场份额形成了鲜明对比。 在日本企业的巅峰时期，日本电气、东芝和日立三家企业排名动态存储器领域的全球前三，其市场份额甚至超90％，与之相比，美国德州仪器和镁光科技则苦苦支撑。
英特尔这几年估计心很累。
除了PC销量下滑、工艺进展迟滞，当英伟达股价上涨、新型AI处理器问世、AMD收购赛灵思、苹果发布新芯片……英特尔每每都要被拖出来吊打一次。
是廉颇老矣？还是大象善舞本来就不容易？
从英特尔现在的业务情况来看，传统PC业务已经从原来的八成下降到现在的五成，而数据中心则一路上扬，营收从原来的二成增长到了五成。或许老牌 科技 企业都逃不开波峰低谷的发展周期，于是转型就成为必然。
从2017年开始，英特尔就宣称自己是一家数据公司，因为“数据才是未来的石油”。2018年底，英特尔宣布最新战略目标，即以制程和封装、XPU架构、内存和存储、互连、安全、软件六大技术支柱为核心，明确了“以PC为中心”转向“以数据为中心”的转型目标。
而就在昨晚，英特尔正式发布其首款数据中心独立图形显卡——服务器GPU，以及oneAPI Gold工具包。这也意味着，英特尔六大战略中的XPU架构（XPU架构中的“X”指的是包含 CPU、GPU、专用加速以及FPGA 的混合架构）集齐最后一条“神龙”；软件方面，one API Gold继Beta版本发布一年后，也完成了阶段性的跃升。软硬件共同发力，英特尔卯足力气搅动数据中心本来就不平静的池水。
局势已经非常明朗，英特尔、英伟达、AMD都在打造自家的XPU架构，通过收购也好、自研也罢，在硬件架构和软件工具上的布局都是一副当仁不让的态势。
英特尔加速计算20年坎坷路
英特尔不是没有过独立显卡GPU的尝试，只不过是20年前。2009年末，英特尔宣布取消“Larrabee”图形芯片项目，将重注都押在多核的技术路径上。
彼时，英伟达已经推出Tesla，大举进攻。AMD也在2006年收购了ATI后正式进入显卡领域，虽然在CPU和GPU面临着英特尔和英伟达的双重夹击，却也是成就今天三足鼎立局面的关键一步。
英特尔在集成显卡这条路的经济账没毛病。将图像处理的部分整合到CPU中，这样一来核心显卡始终是和CPU一体的，必要时还是需要调用部分CPU的运算能力来提高图像处理效率。当性能需要提升时怎么办？增加核显，还可以提高处理器价格，间接增加利润。或许正因如此，英特尔没有太大动力去开发独显GPU，在宣布取消Larrabee项目时，信誓旦旦表示不会推出独立显卡GPU，至少短期内不会。
被停掉的Larrabee后来成为了至强融核（Xeon Phi）协处理器的原型，这是英特尔首款集成众核（Many Integrated Core，MIC）架构的产品，用作高性能计算的超级计算机或服务器的加速卡，顺应了高性能计算市场的异构需求。Xeon Phi也一度被用到超级计算机上，雄霸世界超算榜单，例如我国的天河一号、天河二号，直到2015年4月被美国禁止向中国超算中心出口Xeon Phi。
受市场需求颓势的主要影响，2018年开始，代号为Knight Landing的Xeon Phi 7210、7230等产品列入停产计划；去年，代号为Knight Mill的Xeon Phi处理器也启动停产计划，并宣布将在今年7月31日停止出货。
而就在英特尔在加速计算曲折前进的这些年，英伟达GPU一骑绝尘，AMD也在CPU和GPU双线开花。虽说船大不好调头，但作为巨头，必要时确实要勇于自我piapia打脸。
2017年末，原AMD RTG总裁、显卡首席架构师Raja Koduri离开AMD，加入英特尔。当时业界就推断英特尔可能要重启独显计划，直到Xeon Phi陆续停产，这一猜想在去年达到沸点。
直到今年8月的架构日上，英特尔曝光了针对数据中心的首款基于 Xe 架构的独立图形显卡，有关英特尔开发独显GPU的传言正式得到验证。
Xe GPU的出现，从多个维度补充了英特尔缺失的拼图。它正式宣告英特尔进军高端GPU领域，将触角伸向移动端、桌面端、云 游戏 、数据中心、高性能计算等多个领域。此外，它作为英特尔向量计算的代表产品，进一步补全了英特尔的XPU组合。
XPU架构成为必争之地
仅有CPU一条路确实走不通，这一点AMD的方向从一开始就是正确的，英特尔这些年也通过买买买扩充了XPU架构。
2015~2019这几年间，英特尔都有重磅收购，几乎都是围绕这个架构理念展开的。2015年收购FPGA供应商Altera，2016年收购AI芯片供应商Nervana，2017年收购了ADAS芯片供应商Mobileye和AI芯片供应商Movidius，2018年收购eASIC，2019年收购云端AI芯片供应商Habana Labs。
直到昨天正式推出针对数据中心的首款服务器GPU，至此，XPU全家桶已配齐。如果说英特尔之前搁置GPU计划是出于市场策略和技术瓶颈，那么，今天重返这一市场，难度就会低吗？英伟达的GPU性能不够好吗？AMD的性价比它不香吗？用户选择英特尔的理由是什么？
据英特尔的技术大拿表示，在过去的20年里，英特尔其实一直在提供集成图形显卡。而显然，随着工作负载和性能需求都在上升，AI和流媒体在这些工作负载中的占比也在上升。英特尔正在扩展为更为坚实的Linux堆栈，并将从数据中心一些独特的用例开始，比如安卓云 游戏 和流媒体服务。
这是非常明智的一个起步。安卓云 游戏 在全球 游戏 开发生态系统中占据74%的市场份额，增长空间非常大；而流媒体服务涉及高密度的媒体转码和编码，现在小视频、直播盛行，有着巨量的用户市场。英特尔希望通过至强可扩展处理器与全新服务器GPU的组合，加上开源和授权的软件组件，通过较低的总体拥有成本（TCO），为安卓云 游戏 以及实时顶级视频直播的高密度媒体转编码提供高密度、低时延的解决方案。
但不管怎样，英特尔这一次押注数据中心GPU，将会是更为艰难的挑战。首先庞大的研发投入仍然必不可少，更重要的是，这一次要突围的技术需要多点开花，要在AI、5G、自动驾驶等领域都要持续投入，基础研发上既要保持专注还要保证核心竞争优势，软件要更易用，生态要更强大。
互相渗透的软件生态
XPU的确很强大，但是想要把整个计算系统打通，除了硬件，软件平台也是要搭建的。因为涉及到具体的开发工作，在不同架构之间切换并不容易，尤其是想要跨厂商进行切换的时候，这也是业内普遍的痛点。
英特尔曾在2019年的SuperComputing大会上首次提出oneAPI，并表示这是为实现统一、简化的跨架构编程模型所提出的愿景，希望能够不受限于单一厂商专用的代码构建，且能实现原有代码的集成。借助oneAPI，开发者可以针对他们要解决的特定问题选择最佳的加速架构，且无需为一个架构和平台再重写软件。这不仅能够释放底层硬件的性能潜力，同时能降低软件开发和维护成本。继Beta版本发布一年后，相信这次最新发布的Gold版本在代码稳定性、成熟度以及性能表现方面值得期待。
既然支持跨架构、跨厂商的切换，那么不妨设想一下，如果英特尔、英伟达和AMD的芯片同在一个系统中，oneAPI是否可以提供支持？
对这一问题，英特尔方面给出的答案是肯定的，哪怕这个系统中没有英特尔的芯片，也是可以支持的。这意味着什么？它将成为开放的行业规范，任何人都可以运用它，它甚至可以进入英伟达、AMD的生态系统。面对竞争，英特尔向友商敞开怀抱，并且进入他们的阵营拥抱他们和他们的盟友。oneAPI就是英特尔在软件乃至生态层面最大的雄心。
英伟达的做法异曲同工。在2019年法兰克福国际超算大会上，英伟达已经宣布其CUDA编程架构开放支持Arm CPU架构，向Arm生态系统提供全堆栈的AI、HPC软件，可支持所有AI框架、600多个HPC应用程序的加速，其中包括所有NVIDIA CUDA-X AI和HPC库、GPU加速的AI框架和软件开发工具，比如支持OpenACC的PGI编译器和性能分析器。而堆栈优化完成后，NVIDIA将为所有主流CPU架构提供加速，包括x86、POWER、Arm。
AMD几年前也开始了这样的尝试，其Radeon开放运算平台ROCm，希望通过CUDA编译代码转换，进一步支持英伟达的 CUDA平行运算平台，开始了在软件平台上对英伟达的追赶。
写在最后
5G、AI都在催生计算场景的多样性和更为丰富的内涵。未来的数据是多样化的，需要通过多种硬件计算组合来应对多种数据类型，谁能挖掘出最优化的算力组合，谁就能让数据发挥出最大价值。异构计算，不仅是解决摩尔定律走入绝境的一种方法，更是未来所需。这就是为什么英特尔、英伟达、AMD纷纷在构建自己的XPU平台。
不过，当三大巨头纷纷端出自己的全家桶时，一个挑战是共通的：进步绝不仅体现在处理性能的提升上，更大的难题在于：如何牢牢抓住应用需求，用极为丰富、灵活的组合给出最优化、最适配的方案？
世界上十大半导体公司分别为：
1、美国英特尔（Intel）公司，以生产CPU芯片闻名于世。
2、韩国的三星(Samsung)电子公司成立于1969年，初期主要生产家用电子产品，如电视机和录像机等。
3、美国的德州仪器(TI)公司是一家全球性的半导体公司，是世界领先的数字信号处理和模拟技术的设计商、供应商，是推动电子数字化进程的引擎。
4、日本的东芝(Toshiba)在国际市场上盛名远扬，家喻户晓。
5、中国台湾的台积电(TSMC)成立于1987年，是全球最大的专业集成电路制造服务公司。身为专业集成电路制造服务业的创始者与领导者，TSMC在提供先进晶圆制程技术与最佳的制造效率上已建立声誉。
6、意大利和法国的意法半导体会(ST)是全球性的独立半导体制造商。公司设计、生产、销售一系列半导体IC和分立器件，用于远程通讯系统、计算机系统、消费电子产品、汽车和工业自动化控制系统。
7、日本的瑞萨科技(Renesas)在2003 年4 月1 日正式成立，以领先的科技实现人类的梦想。
8、韩国的海力士(Hynix)1983年开始运作，目前已经发展成为世界级电子公司，拥有员工约22,000人，1999年总资产达20万亿。
9、日本的索尼(Sony)半导体分部是索尼电子公司1995年3月在美国加州圣约瑟市建立的一个分部，该分部使索尼公司能够对变幻莫测、竞争激烈的美国半导体市场迅速做出反应，为索尼电子公司发展高附加值的通讯、音频/视频、计算机应用产品提供后备支持。
10、美国的高通(Qualcomm）公司开发、销售一系列高性能FPGA半导体产品和软件开发工具。
扩展资料
半导体
半导体（ semiconductor），指常温下导电性能介于导体（conductor）与绝缘体（insulator）之间的材料。半导体在收音机、电视机以及测温上有着广泛的应用。如二极管就是采用半导体制作的器件。
无论从科技或是经济发展的角度来看，半导体的重要性都是非常巨大的。今日大部分的电子产品，如计算机、移动电话或是数字录音机当中的核心单元都和半导体有着极为密切的关连。常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等，而硅更是各种半导体材料中，在商业应用上最具有影响力的一种
参考资料：百度百科-半导体
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