芯片破壁者(十.下):富士山上的絕響

2019年,日韓驟起貿易爭端,日本方面稱可能停止韓國的半導體原材料供應,一時間吃瓜群眾以為將看到兩國大戰(zhàn)。沒想到的是,強悍的韓國半導體很快“慫”了下來,三星太子李在榕第一時間飛到東京尋求解決,還碰了一鼻子灰悻悻而歸。

在我們的印象里,日本半導體行業(yè)不是衰退了嗎?怎么還是在貿易爭端中給人能一擊致命的感覺?

事實上,在今天的半導體全球分工中,日本半導體在芯片生產設備、生產原料等領域依舊占據(jù)著舉足輕重的地位,并且擁有全流程、體系完善、專利覆蓋全面的半導體業(yè)態(tài)。在中美圍繞半導體展開新一輪科技交鋒時,日本的產業(yè)鏈也成為了中國寶貴的外部資源。

根據(jù)日本半導體制造裝置協(xié)會(SEAJ)發(fā)布的報告,預計2020年日本半導體制造設備銷售額將達到2.2181萬億日元,同比2019年度增長7%。而半導體設備之所以能在發(fā)展緩慢的日本經(jīng)濟中“一枝獨秀”,就是因為中美科技博弈大背景下,中國加大了對日本半導體設備、原材料、半成品的采購力度,目前中國已經(jīng)是日本半導體產業(yè)第一大出口市場。而廣為國人所知的華為、中芯國際,都是日本半導體設備與原材料的重要買家。更有甚者,在美國宣布對華為進一步科技封鎖后,傳出了華為希望與尼康、佳能合作光刻機的消息。日本半導體行業(yè)在中美芯片博弈中的地位可見一斑。

而這所有日本半導體產業(yè)的區(qū)位優(yōu)勢,都可以說是上世紀八十年代——那個日本經(jīng)濟黃金時期,也是日本半導體黃金十年的留下的“遺產”。

承接上文所述,日本從60年代開始,在LSI等領域推行了激進的貿易保護與產業(yè)刺激措施,最終培育出索尼、日立等一系列國際頂尖公司。到了80年代,日本繼續(xù)這條產業(yè)路線,抓住DRAM的技術機遇一飛沖天,超過美國成為全球半導體第一大國。1986年,日本的半導體產能全球占比達到45%;1989年, 日本公司占據(jù)了世界存儲芯片市場53% ,而美國僅占37%;1990年,全球前10大半導體公司中,日本公司就占據(jù)了6家,NEC、東芝與日立割據(jù)三甲,后來統(tǒng)一了CPU市場的英特爾也只能屈居第四。

與產業(yè)份額、公司地位同樣成功的,是當時日本半導體堪稱“高質量”的代名詞。1980年,惠普在16K DRAM驗收測試中發(fā)現(xiàn),日本日立、NEC、富士通三家公司的產品,不良率是驚人的0,遠遠好于英特爾、德州儀器、莫斯泰克這美國三強。

盛極一時,風頭無兩的日本半導體80年代,可能是中國產業(yè)最希望學習和模仿的案例,而這個時代僅僅維持了10年,也是國人必須引以為鑒的歷史。

那個硅谷從0到1,富士山下從2到3的神奇時代,究竟發(fā)生了什么?

屬于霓虹國的DRAM時代

所謂硅谷從0到1,日本從2到3,在70年代中已經(jīng)發(fā)生了一個深刻的變化。50、60年代,日本商人更多是購買美國專利,通過高良品率和低生產成本來打入民用市場。這種模式在美國公司逐漸重視民用市場后,很快就失去了效果。但在半導體市場上積攢了足夠技術、產能與野心的日本企業(yè),開始尋覓更大的機會:在核心市場中,技術領先美國,質量全面占優(yōu)的機會。

這個機會就是此前我們專門討論過的DRAM,即動態(tài)隨機存取存儲器(Dynamic Random Access Memory,DRAM)。隨著70年代后半期,超大規(guī)模集成電路的發(fā)展,以及存儲市場應運而生,DRAM變成了全球半導體產業(yè)的新焦點。存儲市場技術門檻不高,但需要制程、工藝上的長期鉆研與演進,并且對良品率有較高的要求,這一切都正中長期布局LSI技術的日本企業(yè)與學、政各界之下懷。

DARM很像今天的5G和AI,新的技術創(chuàng)造新的需求,新的需求導致新的機遇。想要改寫此前堅固的產業(yè)規(guī)則,就不能在別人身后疲于奔命,而是要在新技術變局中迎頭趕上,創(chuàng)造身位交錯的歷史契機。

回頭來看,會發(fā)現(xiàn)DRAM的發(fā)展就是日本的契機。在DRAM產業(yè)化初期,1K的DRAM最早在1970年于美國完成,日本在1972年才研制成功。而16K DARM就變成了美、日在1976年同年研制成功。第二年,也就是1977年,日本就突破了64K的DRAM生產,美國卻等到1979年才研制出來。而64K不僅讓日本一舉贏得了DRAM市場的全球占有率桂冠,同時也宣布日本領先美國進入了VLSI(超大規(guī)模集成電路)時代,兩強交錯就此完成。

在此期間,日本可謂以舉國之力,集合了產、學、政各種力量來突破64K和128K DRAM工藝,并且實現(xiàn)了相關半導體工藝的全面國產化。通過全產業(yè)鏈模式,不再依靠西方上游產業(yè)的日本半導體實現(xiàn)了驚人高的良品率,為80年代的黃金十年奠定了最重要的產業(yè)基礎。而日本NEC、日立、東芝等主要公司也乘勢而起,成為全球半導體版圖中的頂尖存在。同時,大量日本制造業(yè)、化工業(yè),甚至船舶和冶金業(yè)公司也紛紛被DRAM的龐大蛋糕吸引,加入了DRAM產業(yè)鏈當中。今天日本有千奇百怪的半導體公司,基本都是受到DRAM風暴的感召。

需要注意的是, 雖然日本DRAM技術表現(xiàn)突出,但在處理器等更高端半導體產業(yè)依舊缺乏獨立性與基礎創(chuàng)新能力。日本產通省和日本商人更多瞄準的是利益,而不是底層技術的自主可控。高端芯片依舊牢牢控制在硅谷手中,這也是日本黃金十年背后若隱若現(xiàn)的憂患。

而今看來,中國半導體面對的局勢可以說與日本當時有幾分相似。美國雖然牢牢控制著產業(yè)鏈上游,但AI、5G、物聯(lián)網(wǎng)等新技術的崛起卻在帶來新的變數(shù)和機遇。尤其是物聯(lián)網(wǎng)芯片,其與通信產業(yè)高度相關、低門檻、低成本的特征,非常適合中國半導體產業(yè)的發(fā)展?;蛟S物聯(lián)網(wǎng)就是21世紀的DRAM——畢竟大量設備的涌現(xiàn),很可能給半導體生產系統(tǒng)造成劇烈的底部變化。

當然,這只是一個姑妄言之的猜測。

黃金十年背后的VLSI研究所

理解日本半導體的黃金十年,我們可能需要更多一些歸因。比如DRAM是日本的機遇,但日本到底是如何能在核心技術上超越美國,抓住這個機遇的呢?

這里有個隱藏的勝負手,就是堪稱彼時最成功產業(yè)協(xié)同組織的日本VLSI研究所——很多日本學者,將這一組織定義為半導體黃金十年最大的幕后功臣。

VLSI研究所為何重要?這還需要從日本半導體產業(yè)的獨特模式與發(fā)展機遇說起。

70年代中期,日本IC產業(yè)在LSI領域賺的盆滿缽滿,但美國公司強大的研發(fā)和底層創(chuàng)造能力始終是太平洋彼岸最強大的敵人。比如IBM預計在1978年推出采用VLSI(超大規(guī)模集成電路)的新型計算機,如果日本產業(yè)鏈還處在LSI的傳統(tǒng)產業(yè)周期,勢必很快在半導體貿易自由化背景下被美國公司輕易擊垮。

技術競賽的警鐘拉響,團結的日本半導體產業(yè)迅速集結起來,開始思考如何應對這場危機。想要與美國公司進行科技競賽,最大問題在于開發(fā)VLSI需要消耗巨大的產業(yè)投入。而此時日本公司的體量與研發(fā)能力,對比IBM這樣的美國巨頭還有巨大差距。

既然單打獨斗,各自閉門造車無濟于事,日本產通省決定祭出日本商人的傳統(tǒng)藝能:團結就是力量。組織各公司、大學共同研究突破VLSI的技術難題,最終成果各大公司共享。用軍團戰(zhàn)術來應對美國巨獸的潛在威脅。于是,1976年日本產通省通從所屬電子技術綜合研究所選拔出一系列半導體專家, 由他們牽頭組織日本五大計算巨頭:富士通、NEC、日立、東芝和三菱電機,共同打造了“VLSI研究所”。這個組織的目的在于超越美國,制造出最先進的VLSI存儲芯片,之前我們說過日本在DRAM上連連趕超美國,就是VLSI研究所造就的半導體奇跡。從1976到1980年,VLSI研究所總共消耗研究資金737億日元, 其中五巨頭出資446億日元, 日本政府以向成員企業(yè)提供免息貸款形式補助291億日元,此后相關投入從專利收入和DRAM的市場回報中得到了有效回收。

并且VLSI研究所雖然到1980年宣布結束,但這種多家企業(yè)、大學、政府組成專項研究所的模式卻得到了繼承。80年代日本能夠成為全球半導體第一,很大程度依賴于研究所模式能夠有效建立基礎研究底座,避免重復勞動,集中研究經(jīng)費,從而讓日本半導體具備清晰的產業(yè)方向與較高的發(fā)展速度。

VLSI研究所模式,成功消解了日本公司相對弱小,無法集中力量攻克研發(fā)難關的問題。并且這個模式中規(guī)定了只開發(fā)基礎技術,而不涉及半導體產品的研發(fā),從而保證了日本幾大公司可以在享用共同開發(fā)技術之后,在產品階段繼續(xù)保持競爭,開發(fā)市場,從而在一致對外與保持內部競爭間達成了相對的平衡。

通過VLSI研究所模式,日本一舉在DRAM基礎技術上超越了美國,從而導致此后一系列產業(yè)格局的改寫。相比而言,美國在70年代出現(xiàn)了明顯的經(jīng)濟滯脹,科技企業(yè)缺乏創(chuàng)新的動力與支持。而集中力量干大事的日本看準了美國公司的停滯,一舉沖垮了根深蒂固的半導體防線。某種意義上來說,在5G等技術上,今天的美國同樣出現(xiàn)了創(chuàng)新力不足、研發(fā)投入放緩的現(xiàn)象,那么五十年之后的中國又該如何抓住這個機會呢?或許這是中國半導體產業(yè),乃至社會各界需要更深層思考的話題。

回顧歷史,會發(fā)現(xiàn)VLSI研究所模式的優(yōu)缺點是相當明顯的,其分攤成本、集中力量突破基礎研究的方式當然值得借鑒;然而其沒有改變商業(yè)模式與產業(yè)鏈模式,讓日本各企業(yè)依舊獨立發(fā)展,缺乏上下游搭建,也客觀上培養(yǎng)日本幾大企業(yè)都成了大而全的產業(yè)體態(tài),缺乏靈活多元的模塊化特征。這也為后續(xù)日本半導體的衰落埋下了隱憂。

到了80年代,隨著VLSI技術以及DRAM產品的成功,大量日本半導體產品與日本公司走向了美國。大量日本公司在美國建立子公司、合資公司,以及收購美國半導體產業(yè)。至此,日本半導體走向了耀眼的盛世。

但極速擴張的日本半導體,也引發(fā)了美國的深刻忌憚與反彈。

日本的后路

如果從更長期歷史的角度看,VLSI研究所模式到底是成功還是失敗了?這個問題可能頗具爭議。畢竟其滋養(yǎng)出全產業(yè)鏈模式的日本公司,確實在90年代一敗涂地。也給日本半導體產業(yè)扣上了缺乏變通、舉國體制的種種帽子。但換個角度看,VLSI研究所更像是日本在當時特殊情況下沒有選擇的選擇。如果不這樣做,日本半導體將無法觸及核心科技,勢必被掉頭走向民用且資源強大的美國公司席卷一空。

另一方面,VLSI研究所雖然沒有長期確保日本半導體的領先地位,但卻給日本半導體留下了后路。開頭我們所說的日本能夠通過光刻膠等幾個“小玩意”制裁韓國,背后都有VLSI研究所留下的影響。

在70年代中后期,日本的半導體設備與原材料同樣主要依靠從歐洲、美國進口。但在VLSI研究所逐步推進的過程里,日本半導體產業(yè)開始在產通省的有意引導下,以DRAM作為商業(yè)契機,推動本土半導體生產設備與生產材料快速發(fā)展。在政府高度補貼、幾大公司拿出真金白銀進行產業(yè)合作的背景下,VLSI研究所孵化了多種多樣的半導體上游企業(yè)。比如在其資助下,開發(fā)了各種類型的電子束曝光裝置、干式腐蝕裝置等制造半導體關鍵設備。在VLSI研究所的引導下,光學領域、印刷領域、化工領域的日本公司,以各自擅長的方式,在產業(yè)鏈上游切入了半導體行業(yè)。我們最近熱議的佳能、尼康的光刻機生產能力,就是在這一階段得到了VLSI研究所的大力培養(yǎng),甚至一度制霸全球。

畢竟半導體產業(yè)具有極高的門檻,內部體系精密、技術秘訣眾多。一家非半導體公司想要進入產業(yè)上游,缺乏技術、信息、市場規(guī)則上的溝通很難成功。而VLSI研究所卻以半官方半產業(yè)的方式,給這些公司提供了溝通半導體行業(yè),拿到訂單與資金支持,發(fā)揮自身特長,加入產業(yè)鏈的機會。最終,VLSI研究所變成了一次國民行動,培養(yǎng)起來的半導體生產設備與原材料公司也將產品輸送到國際。在這個競爭相對較弱,適合慢工出細活的產業(yè)周期里,日本企業(yè)相對來說更加如魚得水。即使90年代日本半導體全線敗落,大量由VLSI研究所孵化的上游公司依舊確保了在全球產業(yè)鏈中的優(yōu)勢地位。今天,日本是最大的半導體原材料出口國,擁有全球非常少見的全產業(yè)鏈能力,或許也是VLSI研究所或有心或無意,給日本半導體工業(yè)留下的“退路”。

VLSI研究所模式,也體現(xiàn)了美國與日本在國家扶持半導體方面極大的不同。彼時,美國的扶持方式主要是通過政府和軍方訂單來催生半導體產業(yè)發(fā)展。而日本產通省則更多是通過多方面的資源調配與產業(yè)合作,瞄準民用市場機遇,進行有組織有競爭的產業(yè)協(xié)調與幫扶。

日本半導體的黃金十年已經(jīng)遠去,但其所面臨形勢與發(fā)展模式,卻與今天的中國留有非常多的相似之處。從那段歷史里,也能整理出幾份今天仍可借鑒的經(jīng)驗。比如說:

1、半導體突圍,必須依靠底層技術和核心產業(yè)發(fā)展。

VLSI研究所模式的初衷,就是打破日本半導體擅于制造,不擅創(chuàng)新的瓶頸。通過對底層技術的突破,尤其是對上游產業(yè)的大力發(fā)展,日本確實完成了美國重壓下的翻盤。并且在半導體上游的布局,直接影響了日本半導體如今的地緣區(qū)位,成為國際貿易中的一把“利劍”。直面艱難且充滿困境的底層技術、核心產業(yè),可能才是半導體博弈永恒的重心。

2、積極展開產學研政溝通,求得最有效的產業(yè)效率。

無論是VLSI研究所的成功,還是后來美國牽頭打造全球半導體協(xié)作體系,都證明了半導體不可能是一家公司勇往直前,而必須建立在有效的平臺模式、協(xié)作機制、模塊化分工之上。產業(yè)協(xié)作、專家監(jiān)督的另一重意義在于,可以有效克服急于求成、外行領導內行,或者盲目跟風、輕率投資、項目造假等情況的發(fā)生。這點在中國尤其需要注意。

3、找到變數(shù),并且合理驅動變數(shù)放大。

客觀來說,日本半導體產業(yè)在70-80年代,確實完成了我們總是掛在嘴邊的“彎道超車”。日本半導體沒有選擇核心處理器這種高難度應用,而是瞄準了DRAM這種相對難度較低、市場廣闊的應用場景。在發(fā)展半導體產業(yè)的過程里,清晰合理的預判,以及對變化的預估,甚至推動變化發(fā)生都是非常重要的。經(jīng)常出現(xiàn)的情況是,我們或許沒必要砸下天文數(shù)字去搞高性能CPU,或者難度極大的光刻制程工藝。但可以從新市場、新需求出發(fā),去搶占先機,然后平衡以往的產業(yè)劣勢。在芯片博弈中,需要洞若觀火的預見能力。物聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛、AI芯片,甚至量子計算芯片,芯片需求和芯片市場本身的變化,就是沖垮半導體枷鎖的戰(zhàn)局所在。選對方向,把核心攻堅和未來發(fā)展調一致,才是沖出封鎖的正道。

一系列正確的選擇,讓日本半導體來到了全球第一的寶座。但接下來的局勢卻更加復雜。日本產業(yè)鏈、公司甚至社會輿論的錯誤認識,以及眾多“形勢比人強”的不得已因素,最終導致日本很快又丟掉了努力數(shù)十年的成果。

伴隨著日本經(jīng)濟泡沫的破裂,富士山上閃耀十年的芯片之光,竟然就此成了絕響。

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2020-08-07
芯片破壁者(十.下):富士山上的絕響
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