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。

日本半导体被废了。

现在说起半导体最强的国家和地区，大家总是先提美国，然后再提中国台湾，再提韩国，欧盟、中国大陆等地，至于日本似乎已经被大家遗忘了。

到现在，日本在半导体领域，其实还是非常厉害的，卡着全球众多芯片厂商的喉咙，日本卡的主要是原材料，设备这一块。相对地被大家最熟悉的，应该就是日本的光刻胶产品了，日本企业所占的份额也达到8成以上，EUV光刻胶，只有日本企业能够生产。

公司简介“仙童半导体”成立于1957年，但提到“仙童”，就不得不先提起另外的一段故事，那就是成就了“二十世纪最伟大发明”的“晶体管之父” 的肖克利（W.Shockley）博士，1955年肖克利离开贝尔实验室返回故乡圣克拉拉，创建了"肖克利半导体实验室"。不久，因仰慕"晶体管之父"的大名，无数的求职信像雪片般飞到肖克利办公桌上。第二年，八位年轻的科学家从美国东部相继来到硅谷，加盟肖克利实验室。他们是：诺依斯（N. Noyce）、摩尔（R.Moore）、布兰克（J.Blank）、克莱尔（E.Kliner）、赫尔尼（J.Hoerni）、拉斯特（J.Last）、罗伯茨（S.Boberts）和格里尼克（V.Grinich）。他们的年龄都在30岁以下，风华正茂，学有所成，都正处在创造能力的巅峰。他们之中，有获得过双博士学位者，有来自大公司的工程师，有著名大学的研究员和教授，这也是当年美国西部从来没有过的英才大集合。29岁的诺依斯是八人之中的长者，也是"投奔"肖克利最坚定的一位。当他飞抵旧金山后所做的第一件事，就是倾囊为自己下一所住所，决定永久性定居，根本就没有考虑到工作环境、条件和待遇。其他七位青年，来硅谷的经历与诺依斯大抵相似。

可惜，肖克利是天才的科学家，却缺乏经营能力；他雄心勃勃，但对管理一窍不通。特曼曾评论说："肖克利在才华横溢的年轻人眼里是非常有吸引力的人物，但他们又很难跟他共事。"一年之中，实验室没有研制出任何象样的产品。八位青年瞒着肖克利开始计划出走。在诺依斯带领下，他们向肖克利递交了辞职书。肖克利怒不可遏地骂他们是“八叛逆”（The Traitorous Eight）。青年人面面相觑，但还是义无反顾离开了那个让他们慕名而来，之后又相聚在一起的“伯乐”。不过，后来就连肖克利本人也改口把他们称为“八个天才的叛逆”。在硅谷许多著作书刊中，“八叛逆”的照片与惠普的车库照片属于同一级别，具有同样的历史价值。

编辑本段发展历程诞生“八叛逆”找到了一家纽约的摄影器材公司来给他们投资创业，这家公司名称为Fairchild，音译“费尔柴尔德”，但通常意译为“仙童”。费尔柴尔德不仅是企业家，也是发明家。他的发明主要在航空领域，包括密封舱飞机、折叠机翼等等。由于产品非常畅销，他在1936年将公司一分为二，而其中生产照相机和电子设备的就是仙童摄影器材公司。当“八叛逆”向他寻求合作的时候，已经60多岁的费尔柴尔德先生仅仅给他们提供了3600美元的创业基金，要求他们开发和生产商业半导体器件，并享有两年的购买特权。于是，“八叛逆”创办的企业被正式命名为仙童半导体公司，“仙童”之首自然是诺依斯。1957年10月，仙童半导体公司在硅谷嘹望山查尔斯顿路租下一间小屋，距离肖克利实验室和距离当初惠普公司的汽车库差不多远。“仙童”们商议要制造一种双扩散基型晶体管，以便用硅来取代传统的锗材料，这是他们在肖克利实验室尚未完成却又不受肖克利重视的项目。费尔柴尔德摄影器材公司答应提供财力，总额为150万美元。诺依斯给伙伴们分了工，由赫尔尼和摩尔负责研究新的扩散工艺，而他自己则与拉斯特一起专攻平面照相技术。

发展1958年1月，蓝色巨人 IBM公司给了他们第一张订单，订购100个硅晶体管，用于该公司电脑的存储器。到1958年底，“八叛逆”的小小公司已经拥有50万销售额和100名员工，依靠技术创新的优势，一举成为硅谷成长最快的公司。

仙童半导体公司在诺依斯精心运筹下，业务迅速地发展，同时，一整套制造晶体管的平面处理技术也日趋成熟。天才科学家赫尔尼是众"仙童"中的佼佼者，他像变魔术一般把硅表面的氧化层挤压到最大限度。仙童公司制造晶体管的方法也与众不同，他们首先把具有半导体性质的杂质扩散到高纯度硅片上，然而在掩模上绘好晶体管结构，用照相制版的方法缩小，将结构显影在硅片表面氧化层，再用光刻法去掉不需要的部分。扩散、掩模、照相、光刻，整个过程叫做平面处理技术，它标志着硅晶体管批量生产的一大飞跃，也为"仙童"打开了一扇奇妙的大门，使他们看到了一个无底的深渊：用这种方法既然能做一个晶体管，为什么不能做它几十个、几百个，乃至成千上万呢？1959年1月23日，诺依斯在日记里详细地记录了这一最伟大也被当时的人们看作是最疯狂的设想。

1959年2月，德克萨斯仪器公司（TI）工程师基尔比（J.kilby）申请第一个集成电路发明专利的消息传来，诺依斯十分震惊。他当即召集“八叛逆”商议对策。基尔比在TI公司面临的难题，比如在硅片上进行两次扩散和导线互相连接等等，正是仙童半导体公司的拿手好戏。诺依斯提出：可以用蒸发沉积金属的方法代替热焊接导线，这是解决元件相互连接的最好途径。仙童半导体公司开始奋起疾追。1959年7月30日，他们也向美国专利局申请了专利。为争夺集成电路的发明权，两家公司开始旷日持久的争执。1966年，基尔比和诺依斯同时被富兰克林学会授予“巴兰丁”奖章，基尔比被誉为“第一块集成电路的发明家”，而诺依斯被誉为“提出了适合于工业生产的集成电路理论”的人。1969年，法院最后的判决下达，也从法律上实际承认了集成电路是一项同时的发明。

1960年，仙童半导体公司取得进一步的发展和成功。由于发明集成电路使它的名声大振，母公司费尔柴尔德摄影器材公司决定以300万美元购买其股权，“八叛逆”每人拥有了价值25万美元的股票。1964年，仙童半导体公司创始人之一摩尔博士，以三页纸的短小篇幅，发表了一个奇特的定律。摩尔天才地预言说道，集成电路上能被集成的晶体管数目，将会以每18个月翻一番的速度稳定增长，并在今后数十年内保持着这种势头。摩尔所作的这个预言，因后来集成电路的发展而得以证明，并在较长时期保持了它的有效性，被人誉为“摩尔定律”，成为IT产业的“ 第一定律”。

没落60年代的仙童半导体公司进入了它的黄金时期。到1967年，公司营业额已接近2亿美元，在当时可以说是天文数字。据那一年进入该公司的虞有澄博士（现英特尔公司华裔副总裁）回忆说：“进入仙童公司，就等于跨进了硅谷半导体工业的大门。”然而，也就是在这一时期，仙童公司也开始孕育着危机。母公司总经理不断把利润转移到东海岸，去支持费尔柴尔德摄影器材公司的盈利水平。在目睹了母公司的不公平之后，“八叛逆”中的赫尔尼、罗伯茨和克莱尔首先负气出走，成立了阿内尔科公司。据说，赫尔尼后来创办的新公司达12家之多。随后，“八叛逆”另一成员格拉斯也带着几个人脱离仙童创办西格奈蒂克斯半导体公司。从此，纷纷涌进仙童的大批人才精英，又纷纷出走自行创业。结果人才纷纷离仙童而去，最终仙童中的斯波克将NSC弄成了全球第六大半导体厂商，桑德斯创立了AMD，而诺依斯和摩尔则创立了INTEL（英特尔），而这就是仙童的整个历程。[1]

编辑本段公司影响“仙童”，一个永远让世人铭记和仰慕的名字，一个对半导体界乃至全世界作出了后人无法企及的贡献。引用苹果总裁乔布斯的一句话：“仙童半导体公司就象个成熟了的蒲公英，你一吹它，这种创业精神的种子就随风四处飘扬了。”仙童半导体拥有与众不同的晶体管制作方式，扩散、掩模、照相、光刻，整个过程叫做平面处理技术，它标志着硅晶体管批量生产的一大飞跃。在1969年的半导体工程师大会，400位与会者中只有24位的履历表上没有在仙童公司的工作的经历。

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