日本半導體浮沉啟示錄
發(fā)稿時間：2023-07-17 16:54:12 來源：《經濟觀察報》 作者：李海燕
80年代的“行”和2000年以后的“不行”
眾所周知，日本半導體產業(yè)經歷過80年代的輝煌，也有之后的緩慢退步。但是如果簡單地認為日本半導體產業(yè)失敗了，是嚴重的誤解。今天日本半導體產業(yè)在一些領域也有非常有競爭力的領域。客觀的認識其成敗背后的原因，對我們今天發(fā)展半導體產業(yè)有非常強的參考價值。
在這里筆者想糾正一個觀點。很多人認為，日本半導體產業(yè)在80年代后期超過了美國。筆者認為這個觀點本身不是很準確。準確的說，80年代日本在DRAM(動態(tài)隨機存取存儲器，Dynamic Random Access Memory)的生產方面，其質量可靠性方面超越了美國。并不是半導體產業(yè)整體超越了美國。
首先考慮一個問題，那就是為什么80年代日本趕上美國了?80年代，日本工業(yè)產品的質量穩(wěn)定性和生產效率整體都趕上了歐美主要發(fā)達國家。這并不是半導體一個行業(yè)的現象。筆者認為，其背后有兩個重要的原因。第一個是日本的后發(fā)優(yōu)勢。戰(zhàn)后日本不斷的從美國獲得各種新技術，同時通過價格優(yōu)勢不斷的占領美國市場(80年代之前，日元匯率比較低，而且日本的勞動力成本低于歐美);第二個原因是日本企業(yè)管理的特色。從50年代起，開始企業(yè)一體的整體質量管理體系，也就是所謂的TQC。70年代，很多日本企業(yè)開展了ND活動，也就是所謂的No Defects活動，打造殘次品為零的生產體系。而美國一直是采取，科學的概率論的方法，某批次的產品能夠符合要求的合格率就好。其背后是美國和日本的人種構成差異和文化差異。
進入90年代，日本半導體企業(yè)在全球的影響力緩慢下降。其背后有三個主要的原因。第一個原因是美國對日本半導體行業(yè)的阻撓。其標志為1986年簽訂的“日美半導體協(xié)議”。這個政治原因直接造成日本政府不敢繼續(xù)對半導體產業(yè)進行產業(yè)政策和資金方面的大規(guī)模的支持。也造成日本半導體企業(yè)擴展速度的放緩。第二個原因是90年代日本泡沫的破滅。90年代，日本企業(yè)面臨的是多重壓力。首先是日元顯著升值的不利因素。另外是日本國內市場飽和，企業(yè)盈利能力嚴重下降。這就造成對半導體的持續(xù)研發(fā)和設備投資不足。造成的結果是韓國DRAM廠家崛起。第三個原因是周邊國家和地區(qū)的崛起。90年代以前，半導體市場基本上美國和日本在競爭。90年代以后，韓國和臺灣地區(qū)也加入到了這個競爭當中。80年代的大發(fā)展，造成了大部分的半導體制造技術裝置化。也就是半導體制造設備中凝結了之前幾十年的技術積累。韓國和臺灣企業(yè)購入設備實現了快速的趕超。
此外，日本企業(yè)也沒有培育出EDA(Electronic Design Automation)企業(yè)。這是和日本社會長期重制造業(yè)，輕視軟件業(yè)的社會特點有關。也和日本缺乏了支持新興企業(yè)的資本市場有關。80年代半導體產業(yè)如日中天的時候，日本各個大企業(yè)都是自己內部開發(fā)了自己用的設計軟件，而且視為自己的競爭能力，不愿意對外公開。最終造成了日本EDA企業(yè)的缺失。整體來講，日本在工業(yè)設計軟件、模擬軟件、統(tǒng)計軟件都能看到類似的情況。這個領域一直不如美國和歐洲。
如何看日本半導體材料的強大
生產一個復雜的芯片，生產過程中需要用到幾十種原材料。從物理形態(tài)來講，有固體的，也有液態(tài)和氣體的。日本企業(yè)在大部分的原材料中都有很強的存在感。
我們可以列舉其中一些，比如在光刻膠領域的主要日本企業(yè)有JSR，東京應用化工，信越化學工業(yè)，住友化學，富士膠片。電子級硅晶圓領域主要日本企業(yè)有信越化學工業(yè)，SUMCO。掩光罩領域的主要日本企業(yè)：大日本印刷，凸版印刷。半導體生產用特殊氣體領域的主要日本企業(yè)有大陽日酸，Air Water，關東化學，Resonac(原昭和電工收購日立化成之后更名)，大金工業(yè)，日本Zeon，住友精化，中央玻璃，巖谷產業(yè)，三井化學，關東電化工業(yè)，ADEKA等等。此外，在半導體生產領域用各種特殊化學藥業(yè)領域、各種靶材領域，都能看到日本企業(yè)的身影。
半導體材料在材料行業(yè)也是屬于非常技術壁壘非常高的領域。半導體材料有一個共同的特點，那就是要求純度非常高。比如作為原材料的硅的純度要求是11N，也就是99.999999999%。一個半導體工廠每天需要大力的高純度水用來做清洗。水的純度也要求在6N以上。需要指出的是，這種高純度的水，并不是每個國家都有能力制造的。
另外需要注意的是，半導體材料領域的范圍是很廣的。比如在芯片生產過程中，轉移晶圓需要用到一種電子吸盤。目前日本的株式會社NTK Ceratec公司就有很強的存在感。該公司是日本工業(yè)陶瓷領域的著名公司日本特殊陶業(yè)(NTK)公司的子公司。
總結起來，日本半導體材料的強大有兩個因素。
第一個因素是70年代和80年代左右，日本電子行業(yè)整體非常發(fā)達。當時各個行業(yè)的日本企業(yè)也都面臨著開拓新的業(yè)務內容和增加新的收益源的問題，很多企業(yè)都加入電子材料領域。比如，掩光罩領域，日本的大日本印刷和凸版印刷目前是全球最大的兩家企業(yè)。這兩家公司一直是日本最大的兩家印刷公司。大日本印刷公司是成立150年的印刷企業(yè)。他們當初是轉用了印刷行業(yè)的一些制版的技術進入到了掩光罩領域。半導體材料的研發(fā)，需要大量的資金投入。日本企業(yè)的多角化戰(zhàn)略彌補了日本資本市場不發(fā)達這個缺點。
另外一個因素是精密化工材料行業(yè)，企業(yè)內部的技術knowhow非常重要。不僅僅是日本半導體材料行業(yè)，其他國家的高科技材料行業(yè)也是一樣的。生產設備都是開發(fā)企業(yè)設計和定制的，并不是市場上有的標準工業(yè)品。這些公司很多時候，特意不把自己開發(fā)的技術申請專利，而是黑箱化。后發(fā)國家除了研發(fā)之外，很難進行模仿。
日本落敗的本質
90年代以后，日本半導體的落敗本質上是日本DRAM產業(yè)的落敗。日本的半導體制造設備產業(yè)和半導體材料一直比較堅挺。而且90年代以后一直到最近幾年，日本在一些半導體產品方面，在全世界范圍依然具有比較強的存在感。主要是CMOS Image Sensor(也就是把光信號轉換為電子信號的半導體產品，主要用在數碼相機和智能手機攝像頭等領域)，功率半導體(在各種設備中控制電力的半導體產品)，NAND Flash Memory，汽車用微處理器(簡單說就是用在汽車中，控制包括發(fā)動機在內的各個功能單元的微處理器)，LED(LED燈也是一種廣義的半導體產品)。
其實，這幾種半導體產品在日本企業(yè)頑強的堅持到現在，有兩個理由最重要：(1)日本具有穩(wěn)定的應用場景，(2)日本技術的原創(chuàng)性和產業(yè)初期的領先。
穩(wěn)定的而且不斷擴大的應用場景非常重要。半導體是一種高科技產品，但是這種產品單獨是不能發(fā)揮作用，必須是應用到某個具體的產品當中。90年代以后，日本頑強存活下來的幾個半導體產品在日本國內外的市場都是穩(wěn)定增長的。
Case1：CMOS Image Sensor。CMOS Image Sensor和日本強大的數碼相機行業(yè)在90年代以后的崛起不無關系，雙方是相互支持，良性互動。戰(zhàn)后，日本照相機行業(yè)蓬勃發(fā)展，以尼康為代表的日本照相機品牌風靡全世界。90年代以后，日本的照相機企業(yè)和電機企業(yè)陸續(xù)都進入到數碼相機領域，日本企業(yè)至始至終占據了全球數碼相機90%以上的市場份額。豐厚的市場回報給索尼公司更多的研發(fā)動力，CMOS Image Senor的性能的不斷提高，提高了數碼相機和手機的魅力，創(chuàng)造了更大的市場。是一種標準的良性互動。在這里需要指出的是，日本的索尼公司早在70年代就開始了CCD的研發(fā)和應用。這個領域一直在不斷的積累和進步。
Case2：汽車用微處理器。汽車用微處理器和車載半導體也是類似情況。1980年，日本汽車生產量達到1000萬臺左右，成為全球最大的汽車生產國家。汽車用微處理器和美國的環(huán)境管制和70年代的石油危機有密切關系。美國在1970年推出了“1970年大氣凈化修正法”，也就是俗稱的“馬斯基法”(Muskie Act)。該法案對汽車公司的尾氣排放做出了苛刻的減排要求。當時很多汽車公司都認為是不可能實現的。在這個背景下，美國的一些汽車公司開始委托外部的公司開發(fā)控制汽車發(fā)動機噴油和排氣再燃燒的微處理器。日本東芝公司經過5年多努力，在70年代末成功為福特公司研發(fā)成功。之后該技術轉用到了日本的各個汽車公司。日本的瑞薩半導體頑強的活下來，就是因為其主要產品都是車用半導體。
Case3：功率半導體。目前全球的功率半導體領域，德國日本美國的企業(yè)占據了全球前十大企業(yè)。德國的英飛凌最為強大，遙遙領先。日本企業(yè)往往能夠入圍4-5家企業(yè)，一般為東芝、三菱電機、富士電機、日立、羅姆。這幾家企業(yè)除了羅姆公司是專門的半導體公司之外，都是所謂的“綜合電機”公司。也就是類似德國西門子的業(yè)態(tài)的公司。英飛凌就是從西門子分出來的企業(yè)。另外，需要指出的是，功率半導體的生產方式和DRAM等產品有很大的不同，也就是要求的技術不盡相同。在這領域，日本也是一個正循環(huán)的態(tài)勢。比如東芝公司在1981年就推出了全世界第一臺變頻民用空調。變頻裝置的核心就是功率半導體。日本在90年代全世界最早在鐵道車輛和新干線車輛導入了IGBT，極大的促進了鐵道領域的節(jié)能。
Case4：LED。90年代以后，日本主導了LED相關領域的發(fā)展，其主要原因是日本的科學家在90年代初期突破了藍色LED的技術。三原色當中，藍色發(fā)光LED是最后突破的。2014年，因為突破藍色發(fā)光LED的貢獻，三位日本科學家赤崎勇、天野浩和中村修二獲得諾貝爾物理學獎。中村修二所在的日亞化學是位于日本德島縣的一個小規(guī)?；瘜W企業(yè)，因為LED的發(fā)展，該企業(yè)連續(xù)增長了20年。
Case5:NANDFlashMemory。東芝公司在該產品領域，一直具有比較強的存在感。其本質原因在于該產品就是東芝公司發(fā)明的。東芝公司的舛岡富士雄(MasuokFujio)在1984年左右發(fā)明了NANDFlashMemory。東芝公司在技術方面，領先了全世界同行一步，這個優(yōu)勢一直保持了下來。
