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冯昭奎:日本芯片业发展之路带来的启示

2019-07-03 08:47:00

  日本作为20世纪崛起的世界电子产品大国,其在芯片和半导体领域与美国经历了蜜月期、打压期和复兴期。通过对这一历程不同阶段的分析,我们可以从中得出不少值得借鉴的东西。

  作为日本的同盟国,美国在20世纪50年代对向日本转移先进技术十分积极,在此背景下,日立、东芝等纷纷从美国引进晶体管技术,其中一家当初只有七八名员工的小公司“东京通信研究所”(1958年更名为“索尼”)也从通产省争到外汇指标从美国引进了晶体管技术,并在1955年研制出晶体管收音机。这种比真空管收音机耗电少又便携的半导体收音机一上市,便十分畅销。而为满足市场旺盛需求,大量生产半导体收音机等电子消费品,反过来带动了作为“中间品”——晶体管的大量生产。1960年日本晶体管年产量突破1亿个,连续第二年超过美国。

  与日本企业利用晶体管制造大众化消费品相比,美国半导体企业主要为军品提供所需的晶体管。然而,对晶体管的军用需求量远远赶不上民用需求量。作为大众化消费品,拥有海量市场的收音机等民用电子消费品,对晶体管产业的推动作用显然大大超过军需的推动作用,这是日本晶体管产量迅速超美的最重要原因。 

  到20世纪50年代末,美国为了军事需要研制成功集成电路(IC,常称为“芯片”),日本半导体企业又对美国的IC技术展开了新一轮穷追猛赶。有了赶超美国晶体管技术的经验,日本人更加认识到新技术的发展前途是“用”出来的,IC与晶体管一样,都不是直接面向市场的大众消费产品,因此迫切需要找到可间接“用”IC,来制造为消费者大众所直接使用的最终产品,而且这种产品应拥有极大的市场需要。

  1972年卡西欧公司推出世界上第一款使用芯片的个人用计算器,上市后立即成为抢手货,掀起了计算机大众化、“个人用品化”潮流。计算器在日本受欢迎程度大于其他国家,这是因为日本广大家庭主妇习惯于细心记录家计收支,而计算器成了便于随身携带的记账工具。随着日本电子企业纷纷进入计算器这个大众化、个人化的新产品领域,引起了对IC芯片的旺盛需求,有力地推动了日本芯片产业的跃进。

  自1976年至1980年,由通产省电子技术综合研究所牵头,组织日本最大的五家计算机公司富士通、日本电气、日立、东芝和三菱电机结成了“超大规模集成电路(VLSI)技术研究组合”。这个“组合”最终实现了突破1微米加工精度大关的目标,在1980年研制成功用途极广的VLSI——256K存储器DRAM,比美国早了两年。

  到1987年日本在全球DRAM市场的占比高达80%,全球前十名芯片制造商中有六家是日本企业,可以说日本得意一时,实现了“半导体夺冠梦”。不过,日本在主流产品DRAM领域虽然表现很出色,但在微处理器这种更高级的芯片方面,优势仍被美国牢牢掌握,这表明美国的强项在于复杂的新产品设计和研发,日本人则在工艺和生产技术方面表现出色。

  从技术上看,芯片产业包括:制造芯片的产业、制造芯片工艺所需的生产设备产业和制造芯片工艺所需的硅单晶等各种材料的产业,其中后两者相当于制造芯片产业的两翼,没有两翼的支撑,制造芯片产业是很难腾飞的。

  在上述“VLSI技术研究组合”开始活动时,日本芯片工业主要依靠从美国、西欧进口生产设备。随着研究活动的开展,“组合”日益转向使用国产设备和材料。这体现了一种战略思想,即以开发“超大规模集成电路”为契机,大力推进芯片生产设备和芯片材料产业的发展、使日本芯片产业迅速转变为依靠国产设备和材料的独立自主产业部门。

  日本在包括晶体管和芯片的半导体技术领域对美国的成功赶超,给美国半导体产业带来了巨大的竞争压力。在这种背景下,美国开始动了“歪点子”。1985年美国就日本电子产品的倾销发起301条款起诉,同年由美国一手导演的“广场协议”导致日元大幅度升值。在美国强力施压之下,日美两国于1986年签订了《日美半导体保证协定》,该协定的实施意味着日本DRAM厂商被完全置于美日政府的监视之下。

  在此之后,通过上述的限制,1993年美国凭借其附加价值比存储器芯片要高出10倍的微处理器(CPU)技术,从发展趋势上压倒日本,在半导体市场占有率方面重新夺冠。另一方面,韩国等亚洲国家和地区采用既引进技术又挖人才的发展模式,使日本半导体产业陷入了“前门有虎(美国的CPU),后门有狼(韩国的DRAM)”的境地。事实上,韩国的芯片产业得到美国给予大力的市场支持,因此无论是“虎”还是“狼”,身后都是美国。

  从这一历史过程可以看出,美国的性格就是不能容忍别国在技术上超过它,即便是同盟国也毫不留情。然而,在美国的打压面前,虽然日本政府举双手服软,日本企业却没有在技术上投降。

  日本在世界芯片市场上的占有率一路下滑,从超过一半下跌到不到一成,主要原因就是输掉了DRAM、CPU这两个具有海量市场的通用芯片的国际竞争,然而,如今日本半导体企业致力于发展可望在本世纪20年代成长为主流产品的芯片,并已经用于自动驾驶系统和自动驾驶汽车的芯片(如MCU)、物联网相关芯片(如MCU、SOC)、机器人芯片等领域,在世界市场上夺得领先地位。

  特别是从半导体全产业链来看,日本在14种半导体重要材料方面均占有50%以上份额,是全球最大的半导体材料输出国,日本硅晶圆厂商占全球硅晶圆市场的53%,占全球200至300毫米大尺寸硅晶圆市场的70%以上。在2018年全球前15名半导体生产设备厂商中,日本占据7家,而美国和欧洲分别为4家和3家。对于半导体产业来说,材料是基础,设备是关键,在材料优势和设备优势这“两翼”支持下,日本半导体产业还有复兴的希望。因此,可以说日本半导体发展找到了一条新路。

(作者是中国社科院荣誉学部委员、中国中日关系史学会顾问)

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