半导体产业系列(一)--日本半导体产业之崛起

半导体产业系列(一)--日本半导体产业之崛起,第1张

姓 名:李欢迎            学 号:20181214053              学 院:广研院

原文链接:https://xueqiu.com/7332265621/133496263

【 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。

仅仅30余年,已经少有人记得那场在日美之间爆发的芯片战争。

这一战,日本人输得干干净净,从高峰时占据全球近80%的DRAM(俗称电脑内存)份额,跌到现在的零。这场芯片战争完美诠释了什么叫国际政治经济学,亚当.斯密的自由市场竞争理论在大国产业PK中,只是一个美好的童话。

1980年代前五年是日本半导体芯片企业的高光时刻。

硅谷的英特尔、AMD等 科技 创业公司在半导体存储领域,被日本人追着打,然后被反超,被驱离王座,半导体芯片领域(当时主要是半导体存储占据主流)成为日本企业后花园。

美国的 科技 公司败在了模式上。

硅谷的发展模式是,通过风险投资为创业公司注入资金,创业公司获得资金支持后,进行持续的技术创新获得市场,提升公司估值,让后上市,风险资本卖出股票获利退出。这种模式以市场为导向,效率高,但体量小,公司之间整合资源难,毕竟大家都是一口锅里抢饭吃的竞争对手。

日本人的玩法截然不同:集中力量办大事。1974年,日本政府批准“超大规模集成电路(俗称半导体芯片)”计划,确立以赶超美国集成电路技术为目标。随后日本通产省组织日立、NEC、富士通、三菱和东芝等五家公司,要求整合日本产学研半导体人才资源,打破企业壁垒,使企业协作攻关,提升日本半导体芯片的技术水平。

日本的计划也差一点儿夭折,各企业之间互相提防、互相拆台,政府承诺投入的资金迟迟不到位。关键时刻,日本半导体研究的开山鼻祖垂井康夫站了出来,他利用自己的威望,将各怀心思的参与方们捏合到一起。

垂井康夫的说辞简单明了:大家只有同心协力才能改变日本芯片基础技术落后的局面,等到研究成果出来,各企业再各自进行产品研发,只有这样才能扭转日本企业在国际竞争中孤军奋战的困局。

计划实施4年,日本取得上千件专利,一下子缩小了和美国的技术差距。然后,日本政府推出贷款和税费优惠等措施,日立、NEC、富士通等企业一时间兵强马壮,d药充足。

一座座现代化的半导体存储芯片制造工厂在日本拔地而起。随着生产线日夜运转,日本人发起了饱和攻击。

美国人的噩梦开始了。1980年,日本攻下30%的半导体内存市场,5年后,日本的份额超过50%,美国被甩在后面。

硅谷的高 科技 公司受不了市场份额直线下跌,不断派人飞越太平洋到日本侦察,结果让人感到绝望。时任英特尔生产主管的安迪.格鲁夫沮丧地说:“从日本参观回来的人把形势描绘得非常严峻。”如果格鲁夫去日本参观,他也会被吓坏的:一家日本公司把一整幢楼用于存储芯片研发,第一层楼的人员研发16KB容量,第二层楼的人员研发64KB的,第三层人员研发256KB的。日本人这种研发节奏简直就是传说中的三箭齐发,让习惯了单手耍刀的硅谷企业毫无招架之力。

让美国人感到窒息的是,日本的存储芯片不仅量大,质量还很好。1980年代,美国半导体协会曾对美国和日本的存储芯片进行质量测试,期望能找到对手的弱点,结果发现美国最高质量的存储芯片比日本最差质量的还要差。

而且,日本人还拍着胸脯对客户保证:日本的存储芯片保证质量25年!

在日本咄咄逼人的进攻下,美国的芯片公司兵败如山倒,财务数据就像融化的冰淇淋,一塌糊涂。

1981年,AMD净利润下降2/3,国家半导体亏损1100万美元,上一年还赚了5200万美元呢。第二年,英特尔被逼裁掉2000名员工。日本人继续扩大战果,美国人这边继续哀鸿遍野,1985年英特尔缴械投降,宣布退出DRAM存储业务,这场战争让它亏掉了1.73亿美元,是上市以来的首次亏损。在英特尔最危急的时刻,如果不是IBM施以援手,购买了它12%的债券保证现金流,这家芯片巨头很可能会倒闭或者被收购,美国信息产业史可能因此改写。

英特尔创始人罗伯特.诺伊斯哀叹美国进入了“帝国衰落”的进程。他断言,这种状况如果继续下去,硅谷将成为废墟。

更让美国人难以容忍的是,富士通打算收购仙童半导体公司80%的股份。仙童半导体公司是硅谷活化石,因为硅谷绝大部分 科技 公司的创始人(包括英特尔和AMD)都曾经是仙童半导体的员工。在硅谷人心中,仙童半导体神一般的存在,现在日本人却要买走他们的“神”,这不是耻辱么?有一家美国报纸在报道中写道:“这笔交易通过一条消息告诉我们,我们已经很落后了,重要的是我们该如何对此做出应对。”

几年前,硅谷的 科技 公司成立了半导体行业协会(简称SIA)来应对日本人的进攻,经过几年游说,成果如下:将资本所得税税率从49%降低至28%,推动养老金进入风险投资领域。政府不愿出面施以援手。

苦捱到1985年6月,SIA终于炮制出一个让华盛顿不淡定的观点,一举扭转局面。

SIA的观点是:美国半导体行业削弱将给国家安全带来重大风险。

日本不是美国的盟友么,日本半导体崛起,美国半导体衰落,看着就是左口袋倒右口袋的 游戏 ,怎么会威胁到美国的国家安全呢?

SIA的逻辑链是这样的:

此前,SIA游说7年,得到政府的回应总是:美国是自由市场,政府权力不应染指企业经营活动。

这次,SIA的“国家安全说”一出,美国政府醍醐灌顶,从原来的磨磨唧唧变成快马加鞭,效率高的惊人:

1986年春,日本被认定只读存储器倾销;9月,《美日半导体协议》签署,日本被要求开放半导体市场,保证5年内国外公司获得20%市场份额;不久,对日本出口的3亿美元芯片征收100%惩罚性关税;否决富士通收购仙童半导体公司。

美国人这一波 *** 作至少开创了两个记录:第一次对盟友的经济利益进行全球打击;第一次以国家安全为由,将贸易争端从经济学变成政治经济学问题。

负责和日本交涉的美国在亚洲地区的首席贸易代表克莱德.普雷斯托维茨,一面指责日本的半导体芯片产业政策不合理,一面又对它赞叹不已,“所以我对美国政府说我们也要采取和日本相同的政策措施。”

对这种双重标准,曾在日立制作所和尔必达做过多年研发的汤之上隆在自己的书中气愤地说:“这人实在是欺人太甚!”

随着《美日半导体协议》的签署,处于浪潮之巅的日本半导体芯片产业掉头滑向深渊。

日本半导体芯片产业从1986年最高40%,一路跌跌不休跌到2011年的15%,吐出超过一半的市场份额,其中的DRAM受打击最大,从最高点近80%的全球市场份额,一路跌到最低10%(2010年),回吐近70%。

可以说,和美国人这一战,日本人此前积累的本钱基本赔光,举国辛苦奋斗十一年(从1975年到1986年),一夜被打回解放前。

但日本人吐出的肉,并没有落到美国人嘴里,因为硅谷超过7成的 科技 公司砍掉了DRAM业务(包括英特尔和AMD),1986年之后,美国人的市场份额曲线就是一条横躺的死蚯蚓,一直在20%左右。

那么,这70%的巨量市场进了谁的肚子?

答案是韩国。

在日本被美国胖揍的1986年前后,韩国DRAM趁机起步,但体量犹如蹒跚学步的婴儿,在全球半导体芯片业毫无存在感。而且和日本相比,以三星为代表的韩国半导体芯片企业完全是360度无死角的菜鸡:根本打不进日本人主导的高端市场,只能在低端市场靠低价混饭吃;市场体量上,两者就是蚂蚁和大象的区别。

但三星深谙所有的贸易摩擦问题都属于政治经济学范畴,借机干翻了日本大象。

1990年代,三星和面临美国发起的反倾销诉讼,但其掌门人李健熙巧妙利用美国人打压日本半导体产业的机会,派出强大的公关团队游说克林顿政府:“如果三星无法正常制造芯片,日本企业占据市场的趋势将更加明显,竞争者的减少将进一步抬高美国企业购入芯片的价格,对于美国企业将更加不利。”

于是,美国人仅向三星收取了0.74%的反倾销税,日本最高则被收取100%反倾销税,这种 *** 作手法简直是连样子都懒得装。

三星抱上美国的大腿,等于从背后给了日本一刀,让日本彻底出局。

如果没有三星补刀,日本半导体芯片尚有走出困境的希望。

美国人用《美日半导体协议》束缚日本人,并挥动反倾销大棒对其胖揍,但日本半导体存储芯片产业受的只是皮肉伤,因为硅谷的企业超过七成退出了半导体存储芯片行业,市场仍然牢牢掌握在日本人手中,熬过去后,又是一群东洋好汉,毕竟在全球半导体芯片产业链上,日本还是一支难以替代的力量。

三星加入战团并主动站队美国后,难以替代的日本人一下子变的可有可无,韩国人由此成为新宠。随后,三星的DRAM“双向型数据通选方案”获得美国半导体标准化委员会认可,成为与微处理器匹配的内存,日本则被排除在外。这样,三星顺利搭上微处理器推动的个人电脑时代快车,领先日本企业。

从上面的DRAM份额图中可以发现,日本的份额呈断崖式下跌,韩国的则是一条陡峭的上升曲线,一上一下两条线形成一把巨大的剪刀,剪掉的是日本半导体芯片的未来。

此后,即使日本政府密集出台半导体产业扶持政策,并投入大量资金,但也无力回天,日本半导体芯片出局的命运已定。

直到今天,仍有观点认为,韩国半导体芯片的崛起,日本半导体芯片的衰落,是产业转移的结果。这是不准确的,因为产业转移是生产线/工厂从高劳动力成本地区向低劳动力成本地区迁移,日本的半导体芯片企业并没有向韩国迁移生产线,而是直接被替代。美国人实际上联手韩国,重组了全球半导体产业供应链,将日本人从供应链上抹去,使一支在全球看起来不可或缺的产业力量消失得干干净净。

纵观日美芯片战,是否掌握重组全球产业链的能力,才是贸易战中决胜的关键,市场份额的多寡不构成主要实力因素,这也是日本输掉芯片战争的关键原因之一

主要参考资料:

《失去的制造业:日本制造业的败北》,作者:汤之上隆;

《日本电子产业兴衰录》,作者:西村吉雄;

《芯事》,作者:谢志峰;

《硅谷百年史》,作者:阿伦.拉奥,皮埃罗.斯加鲁菲。


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