半导体产业系列（一）--日本半导体产业之崛起

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。

近年来，我国在世界制造业的所占比重越来越大，由于外国及我国台湾企业纷纷在我国沿海地区设立电子组装工厂，从我国出口的电子产品占我国贸易出口的很大份额。但是，如果仔细分析我国的电子产品，我们发现在电子产品的进出口过程中，虽然产生了巨大的进出口贸易额，但在我国境内产生的附加价值很小，对我国经济发展的推动和贸易额不成正比。反观日本，近年来随着数码产品的普及，给日本经济带来了新的增长点，这一现象在日本甚至被称为是“数字景气”。 日本电子产品制造业之所以能够长期保持世界领先水平并与追赶者始终保持一定产品层次上的差距，最根本原因在于其具有雄厚的制造业 基础，同时也是和企业自身的努力、长期技术积累和政府的大力支持分不开。 1. 长年技术积累建立的技术基础和产品化能力 日本企业非常重视技术的长期积累，对很多传统的日本企业来说，他们认为技术积累是比人才更重要的技术创新因素。 当前电子制造技术的基础是半导体技术，而日本一直将半导体产业定位于国家的支柱产业。无论是政府还是企业，一刻也没有停止过半导体技术相关研究开发的投入，因此，日本企业在这一领域拥有世界领先水平的研发能力、产品化能力和足够的技术积累。在世界半导体市场上，日本企业的占有率曾达到52%，引发了当年的日美半导体磨擦。进入90年代，个人电脑、移动通讯开始普及以后，美国半导体企业的卷土重来以及加上台湾、韩国等新兴力量的崛起，使得日本在一些半导体领域同时失去了技术优势和成本优势。其2000年的半导体市场份额减少到28.5%，虽然这个数字依然庞大，但和当年52%的份额相比缩水很大，引起了日本各界的恐慌。2001年，日本各大综合电器企业进行了大规模的改革，包括大规模裁员和将半导体业务剥离重组，将半导体的研发和生产重点放到了用于信息家电等附加价值更高的系统LSI（大规模集成电路）的研究和开发上，同时也将目光瞄准了下一代的半导体制造技术。 2. 在日本形成了世界最高水平的材料及零部件集群 日本是世界上最高水平的电子制造业“高水平材料、零部件产业集群”。无论是产业上游的材料技术、原材料加工水平，中游的精密加工技术、材料、零部件、制造设备，还是下游的最终产品制造技术，日本企业都是世界电子制造业的最高水平。支撑大企业的无数中小企业经过几十年的生存竞争和对技术的不懈追求，形成了很多ONLY ONE产品。这种电子产品的制造环境在世界上是绝无仅有的。电子产品领域，其制造设备、材料及零部件等保持了很高份额，如：光刻机的份额达到70%、液晶产品相关制造设备的份额甚至达到96%；硅晶圆的产量占世界份额70%、等离子显示面板零部件为100%、数码影像产品的关键部件CCD为100%等。 在电子产品领域，亚洲地区特别是东南亚地区和我国之所以成为世界范围的信息电子产品的制造基地与日本的这一“高水平材料、零部件产业集群”地理上相近被认为是重要原因之一。 3. 跟踪世界发展趋势，把握时代发展带来的机遇 在PC（个人电脑）时代，日本企业虽然和美国企业相比是失败者，但其在打印机、显示器、硬盘、笔记本电脑等领域及部件供应上仍占据着很大的份额。而近年来，随着数字技术的不断发展和与图像处理技术的不断融合，数码产品纷纷上市，数码相机、超薄电视、DVD录像机等以大大高于PC的增长速度增长并将持续较长时间，在这些附加价值依然很高的数码产品中日本都占有相当份额。在音像处理技术领域，日本企业早就确立了其世界霸主地位，而正是由于日本企业长年的技术积累，为把握新的机遇做好了充分的技术准备。 信息技术的下一步发展目前被认为是“无所不在的网络”领域，在这一领域的要素技术中，日本企业也有很强的技术实力，比如IPV6、RFID（射频识别）技术、以IC标签为代表的微型芯片等。日本官、产、学各界很早就瞄准了这一领域，目前一些技术已经投入到产品中，同时积极参与国际标准的制定。更不可忽视的是，以纳米技术为代表的超精细加工本来就是日本人的优势，日本企业多年的技术积累也许会在这个领域再次发挥优势。 4. 软件不软 嵌入式软件可以被称作电子产品的灵魂。日本的嵌入式软件的附加价值一直是通过硬件来实现的，无论是普通家电、办公机器、数码相机还是某些汽车发动机的控制部分、超薄电视的图像处理芯片，嵌入式软件都发挥着灵魂的作用。尤其是在信息通信产业领域，随着小型化、多功能化的发展，嵌入式软件也发挥着越来越大的作用。而在这一领域，日本一直走在前列，其基础 *** 作系统TRON被广泛应用于电子产品中。 日本电子产品制造业能持续保持强大的创新能力，和企业自身努力及政府大力推动密切相关。 1）在第二期日本科学技术计划（2001―2005年）中，日本政府将信息技术作为四个重点发展领域之一，在科技预算上重点投入，其中2004年度的信息通信领域的预算额高达471.49亿日元，启动了着眼于未来发展的多个科研项目，力争在下一代信息技术争夺战中占据有利地位。在半导体领域，由官产学联合进行的“半导体MIRAI（未来）项目”于2001年启动，该项目主要进行下下一代半导体技术的开发（70~20nm水平的超精细加工技术），项目执行期为7年。此外，民间主导的以半导体先进实用技术研发为主的共同开发项目“ASUKA”也于2001年4月开始执行，该项目将持续5年。日本2002年度开始执行的“经济活性化项目”中，也有很多是信息通讯领域的项目。 2）日本2001年成立以总理大臣为首的“IT战略本部”，推出E－JAPAN战略，提出要在2005年将日本打造成世界最先进的IT国家，随着政府的不断推动，目前日本无论在基础设施方面还是应用方面都达到了政府预期的目标。宽带通讯速度、宽带用户、手机上网率、电子政府的构建、网络安全、消除数字鸿沟等指标都达到世界先进水平。 3）在政策上放宽限制，鼓励竞争。在电信领域，由于日本电话电报公司事实上的长期垄断使日本的通信成本居高不下，严重影响了网络技术在日本普及和应用。经过政府多次修订电信政策，放宽民间企业进入通信、网络领域的限制，使得网络接入成本不断下降，宽带网接入费用平均每100bps的费用达到了世界主要国家最低水平，引起了宽带用户爆炸式增长。特别是在3G（第三代移动通讯）牌照发放问题上，日本也没有采用当时欧美较流行的招标方式，而是对运营商开展3G业务进行比较审查方式，未对运营商额外收取开展3G业务的任何费用（无线频段使用费除外）。2001年10月，NTTdocomo公司正式推出第三代移动通信服务“FOMA”，使日本成为世界上最早正式开展第三代移动通信业务的国家，为3G业务的运营、服务模式、3G产品的研发和制造争取到了市场制高点。（

‍‍因为日本的经济和综合国力衰退了，各个产业也随着经济形势变化而发生了改变。其中最主要的一个原因还是像美国和韩国等半导体产业的崛起冲击了日本的半导体产业，在技术和工艺方面赶超了日本。同时伴随着市场地位的下滑，半导体产业衰退下去必然趋势，现在的市场比的都是速度，效率，质量，技术等等，如果在这些环节慢别人一拍很可能就要被市场淘汰，花更少的钱买到更好的产品是每个人都追求的事情。‍‍

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