摘要:提及半导体产业,首先想到的为头部的欧美、韩国和中国台湾,很少有人能想到日本,但在上世纪末,日本的半导体产业曾一度占到全球产值的45%,也是当时世界上最大的半导体生产国,全球十大半导体企业中,就有六个出自日本。那么,曾经称霸全球的日本半导体,为何一度从神坛跌落?
提及半导体产业,首先想到的为头部的欧美、韩国和中国台湾,很少有人能想到日本,但在上世纪末,日本的半导体产业曾一度占到全球产值的45%,也是当时世界上最大的半导体生产国,全球十大半导体企业中,就有六个出自日本。那么,曾经称霸全球的日本半导体,为何一度从神坛跌落?让我们从事件的时间顺序来详述。
01
借势启航
20世纪40年代,日本产业正处于重建之际,美国处于自身利益和制衡国家的考虑,积极向日本转移先进技术,日本就此开始全方位复制美国的半导体技术。
1953 年,索尼的前身东京通信 2.5 万美元的价格从美国西屋电气引入晶体管技术。1955年,东京通信成功制造出TR-55 ,TR-55 是日本第一台真正的便携式收音机,它的成功使东京通信工业株式会社的运营进入正轨,并让公司摆脱了劣质产品的标签,为后来索尼成为高质量精良产品的同义词奠定了基础。
1962年,日本电气(NEC)向美国仙童(Fairchild Semiconductor)购买平面光刻工艺,标志着日本正式拥有集成电路制造能力。引入该工艺后,NEC的集成电路产量暴增,并开始生产当时十分先进的大规模集成电路。
1972 年,卡西欧推出了世界上第一款使用芯片的个人用计算器。Casio Mini售价仅为1万日元左右,这款计算机凭着质优价廉,仅上市十个月就卖出了100万台,靠消费电子累积了大量财富后,日本不满足与这种简单晶体管的生产方式。
日本政府意识到半导体的重要性之后,调动了几乎日本全部的大型工业企业进入半导体行业。
在政府支持下,日本开始存储芯片生产技术和工艺上发力,
NEC率先进入 DRAM 存储芯片领域,推出了 2K 容量的产品。随后NEC、富士通、三菱、东芝、日立共同设立了研究所,技术共享,极大促进了日本存储芯片的发展。不久后,日本公司开始进军美国市场,面对日本产品的强劲冲击,美国的技术优势不再明显,美国人当时是这样形容的:1981年到1985年,当日本开始崛起的时候,美国的半导体企业就像冰淇淋在夏天融化一样迅速地瓦解。
DRAM时代集成电路批量生产的特性,恰巧契合日本人极其擅长生产目标明确,需要精细工艺的技术。例如日本垄断级的清洗设备,垄断的秘诀是液体材料的非标准化,设备与液体的整合属于隐性知识,日本人在这方面非常擅长。也因此日本形成了在DRAM产业从设计到生产一把抓的全产业链模式。
在日本的猛烈进攻下,1981年AMD净利润下降三分之二,半导体亏损1100万美元,第二年英特尔辞退2000名员工。几年后,英特尔亏损1.73亿美元,是其上市以来的首次亏损,该公司关闭了其全部的7座芯片工厂,并宣布退出DRAM存储业务,岌岌可危。在英特尔最危急的时刻,IBM伸以援手,购买了其12%的债券保证现金流,助英特尔顺利渡过难关。
于是,在20世纪80年代后期,日本半导体的市场份额超过了美国。1980至1986年,美国占全球芯片市场的比重从61%下降到43%,而日本则由26%上升至44%。1986年,日本半导体产业的全球市场份额首次超过美国,跃居世界第一。
02
市场洗牌
当意识到被日本反超后,美国迅速采取行动。1985 年,美国指控东芝秘密向苏联出售四台精密机床。1987 年 6 月,美国通过 “东芝制裁法案”,取消一系列采购合同,并禁止东芝的所有产品向美出口 2 至 5 年。1986 年,美国以日本半导体企业在美倾销芯片为由,威胁对日本进行贸易制裁。美国政府根据《1974 年贸易法》第 301 条款,对日本半导体产品展开调查,指责日本半导体企业存在倾销行为,即以低于成本的价格在美国市场销售产品,抢占美国企业的市场份额。
美国和日本签订了《日美半导体协定》。该协定主要包括两个部分,一是日本半导体企业必须停止在美国市场的倾销行为;二是日本要开放国内半导体市场,保证美国半导体产品在日本市场的份额达到 20%。这一协定的签订,标志着美国开始通过政治和贸易手段来抑制日本半导体产业的发展。
该协定使得日本半导体企业在国际市场扩张的步伐受到限制,扰乱了其原有的节奏,导致其错失了整个计算机发展时代。同时,这一时期计算机市场中大型机开始向个人计算机转变,市场发生改变,工艺要求不再像之前般严苛,这使得日本半导体的成本优势受到冲击,日企之前生产的高质量DRAM变成了资源的浪费,而此前为IBM等大型机公司提供内存的质量要求基本都是在25年起步,而对于个人消费市场来说,电子消费品的使用寿命周期大大缩短。前面提到,日本人有独属于自己的经营模式,即便在受到市场更新迭代的冲击下,日本人也对自己的经营模式深信不疑,过去二十多年形成的技术文化难以被撼动,依然坚持极致的良品率。
祸不单行,1990 年日本泡沫经济破裂,经济遭受重创。这使得日本半导体企业的投资大幅削减,1991 年半导体产业设备投资减少 40%,资金的短缺严重影响了企业的技术研发与产能扩张。
但与此同时,该协定也并未给美国带来其预期的利益。由于英特尔退出DRAM市场,市场上存储芯片变得一片难求,导致价格飙升,而此时,韩国和中国台湾敏锐地嗅到了这一商机,纷纷涌入美国存储市场,日本产品逐渐失去竞争力。1991年签订了第二份美日半导体协议,1992年,日本进入了衰落期,而这一年,也是美国再次夺得世界半导体宝座的那一年。
如果说日本是凭着美国基础研究的红利以举国体制超越了美国,那么韩国也是如此。在日本签定协定的同一时期,韩国半导体趁机起步,逆周期投资,引进日本半导体技术人员,成立全球调研团队,1983年,韩国政府启动“半导体工业振兴计划”,为半导体企业提供了3.5亿美元的贷款,政府希望通过大力发展半导体产业,改变韩国主要以劳动密集型产业为主的产业结构,提高产品的附加值和技术含量。
在 “半导体工业振兴计划” 的推动下,韩国半导体企业的技术水平迅速提高。1992 年三星推出世界第一个 64M DRAM,1996 年又开发出第一个 1GB DRAM,,逐渐在 DRAM 和 NAND Flash 等存储芯片领域成为全球领先企业。形成了以三星电子和SK海力士等为核心的半导体产业集群。这些企业在半导体设计、制造、封装测试等环节紧密合作,带动了上下游相关产业的发展,如半导体材料、设备制造等产业也在韩国逐渐兴起。
日本并不甘心就这样在半导体产业中没落下去。面对市场份额被不断挤压、美国的打压以及韩国等地的崛起,日本决定反击,成立尔必达就是其中关键的一步。
1999 年,在日本政府想要重振产业的推动下,日立和 NEC 把各自的 DRAM 业务合并,成立了尔必达。尔必达整合了技术、人才、设备等资源,想打造出一个有竞争力的半导体企业。刚成立时,尔必达靠着原来企业积累的技术,做出的 DRAM 产品性能和稳定性都不错,成功进入戴尔、索尼、东芝等电脑厂商的供应链,订单不少,让日本半导体产业又有了点起色。
但没多久,问题就来了。2008 年金融危机爆发,半导体市场需求大幅下滑,产品价格暴跌,尔必达收入锐减,资金链非常紧张。同时,日元升值,出口产品利润越来越少,成本压力更大了。
为活下去,尔必达到处找办法。2009 年,它成了日本《产业再生法》修正案的受益者,拿到 300 亿日元公共资金和 1000 亿日元日本政策投资银行融资。有了钱,尔必达加大研发投入,想做出高端产品,在高端 DRAM 市场站稳脚跟,不和韩国、中国台湾的产品在中低端竞争。
可是,竞争对手没给它机会。三星、SK 海力士等韩国企业发展很快,技术更新、产能扩张都很猛,不断推出新 DRAM 产品,还降价抢占市场。尔必达因为资金和规模有限,渐渐跟不上,越来越吃力。到 2012 年,尔必达撑不下去了,向东京地方法院申请破产保护,日本半导体产业复兴的希望也变得渺茫。
03
尽管尔必达的破产让日本半导体产业复兴之路蒙上阴霾,但日本并未彻底放弃。进入 21 世纪,尤其是近年来,日本重新燃起斗志,多管齐下扶持半导体产业,试图重回行业巅峰。
2010 年起,日本政府设立半导体产业振兴基金,计划在未来 5 - 10 年内投入海量资金,向本土半导体企业与前沿科研项目精准“输血”。就拿攻克下一代半导体关键材料——碳化硅(SiC)及氮化镓(GaN)在大规模量产中的技术壁垒来说,2013 年,政府联合丰田、索尼等行业巨头,首次向相关科研团队注入高达 30 亿日元的资金支持。彼时,电动汽车、5G 基站等高端制造业已初露锋芒,对高性能芯片的需求呈现爆发式增长,日本抢先布局,志在率先突破新材料技术瓶颈,进而在新兴市场夺得先机。
2015 年之后,为吸引外资、促进国际合作,日本政府更是动作频频,出台一系列颇具吸引力的优惠政策。通过简化审批流程、给予税收优惠等方式,积极向英特尔、台积电等国际半导体领军企业抛出橄榄枝。终于,在 2021年,台积电与索尼半导体2021年宣布在当地建立晶圆厂。此后几年间,随着工厂逐步落成、运营步入正轨,上下游配套产业如同雨后春笋般蓬勃发展,一条完整且极具活力的产业链在熊本县逐渐成型。
在技术研发路径选择上,日本采取“差异化创新”策略,避开与韩国、中国台湾在传统 DRAM、NAND Flash 等成熟领域的白热化竞争,转而深耕模拟芯片、传感器芯片等细分领域。罗姆半导体便是其中典型代表,其在汽车电子用模拟芯片领域潜心钻研数十载,自 2000 年起,已累计积累大量核心技术专利,产品广泛应用于全球各大汽车品牌的电子控制系统,凭借卓越性能与高可靠性,在全球汽车芯片市场占据显著份额。
与此同时,民间企业自发抱团,联合组建产业联盟,东芝、索尼、瑞萨等多家企业携手,致力于整合此前分散的研发力量,将矛头对准量子计算芯片、超精密光刻技术等前沿技术难题。联盟搭建的共享研发平台于 2014 年正式上线运营,各成员企业纷纷将自身技术专长与研发数据汇聚其中,科研人员打破企业壁垒协同合作,技术突破的速度明显加快。以新一代存储芯片技术研发为例,2016 年,东芝的闪存技术与索尼的芯片设计能力深度融合,经过近两年的艰苦攻关,到 2018 年便成功推出一款读写速度远超同类产品的新型存储芯片原型,在行业内引起不小震动。
同年,为吸引海外高端人才回流,日本政府适时推出“半导体人才特别签证”,提供优厚待遇与良好科研环境。政策推出后的短短两年间,诸多曾效力于欧美半导体巨头的日本籍专家受此吸引,纷纷归国,为本土产业注入新鲜活力。
去年11月,日本首相石破茂提出,政府将在2030财年前提供至少10万亿日元(约合4688亿元人民币)的支持,来推动该国半导体和人工智能产业的发展。相较AI牵涉面较广,日本政府的半导体政策也被一致视作“日本半导体国家队” Rapidus的利好。Rapidus原本是2022年软银、索尼、丰田等8家日本大公司筹办的半导体制造公司,此前日本政府也在考虑将政府资助建造的工厂和设备转让给公司,换取Rapidus股权。
目前Rapidus的北海道工厂计划在2027年投产2纳米芯片,已余去年年底接收ASML极紫外光刻机设备。公司预计要实现目标需要投资5万亿日元,去掉9200亿日元的政府补贴,剩下的钱得靠市场筹集。软银、索尼等现有股东已经表示会追加投资,富士通也有可能入股。
随着筹备工作的持续推进,Rapidus 若能按计划在 2027 年顺利实现 2 纳米芯片的投产,将极大提升日本在全球高端芯片领域的竞争力。这不仅能满足本土对极致性能芯片的需求,还能凭借技术优势打开国际市场,重新在全球半导体价值链的顶端站稳脚跟。届时有望吸引更多上下游企业与之合作,进一步强化日本半导体产业的集群效应。
尽管前路崎岖,Rapidus 承载着日本半导体产业复兴的厚望,每一步前行都备受瞩目。若各项举措落地生效,日本半导体产业有望逐步摆脱困境,重回世界舞台中央,再次成为全球半导体格局中不可忽视的力量,改写近年来的发展颓势。但全球半导体行业发展迅猛,技术迭代、市场波动等不确定因素始终高悬,日本能否如愿,尚待时间给出答案。
来源:半导体产业纵横