日本芯片50年,中国如何“抄作业”?

摘要:日本政府意识到半导体的重要性后,调动了几乎全部大型工业企业进入半导体行业,美国同行如此描述——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。

以史为鉴,以同行为鉴。

日本半导体曾经登上世界之巅,但它的出身,起点不高。

1953年,索尼在美国考察时发现晶体管技术,他们尝试将晶体管运到日本国内进行复制,发现这项技术很难,即便复制了一颗晶体管,效能却达不到美国的水平。

日本业界当时的结论是——像半导体这样的技术,哪怕只是简单地复制,能成功也极其了不起。

1955年,索尼发售了日本首款晶体管收音机“TR-55” ,来源:Flickr

日本政府意识到半导体的重要性后,调动了几乎全部大型工业企业进入半导体行业,美国同行如此描述——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。

当时在美国排名前三的AMD,净利润下滑2/3;德州仪器历史上第一次出现亏损;美国最强的新兴力量英特尔,1985年被迫关闭7座芯片工厂。

日本在半导体领域的崛起对美国影响非常震撼,进而不得不重拳出击打压。

1985年日本成为全球芯片霸主,次年美国就发动了第一次“美日半导体战争”,最终逼迫日本签订了美日半导体国家协议。协议最核心的一条——日本政府必须要求旗下所有的芯片企业出口芯片的时候,要制定最低价。一举将日本出口芯片到美国、欧洲“赚高利润”的路堵死。

日本给美国的冲击也让美国形成了连锁反应,此后一旦看到有国家在某个领域挑战其霸主地位,就会出现很强的“反弹”,比如今天对中国芯片的“围堵”。

在被美国强力打压的背景下,日本半导体产业一开始的韧性依旧强大——1985年到1991年,世界前十强的芯片企业,仍有6家是日本企业。

自1990年开始,日本公司逐步淡出世界半导体销售额前十大排行榜单,数据来源:IC Insight

由于第一波打压并未完全奏效,美国继续发难,于1991年逼迫日本签订了第二份美日半导体协议。1992年开始,美国重新夺得世界半导体宝座,日本半导体产业则进入了衰落期,此后一直被压制到2018年,最终全世界半导体前十强里,没有一家日本企业。

按时间来算,美国对日本发动“半导体战争”过程经过了漫长的32年,这一点,中国的产业和公司需要有清楚的认知。

从索尼“发现”美国的半导体技术开始,日本政府最大的目标就是拿到技术为其所用。

早期,日本公派大量最聪明的学生赴美留学,尤其是“美国半导体重镇”斯坦福大学——恰巧这一阶段,半导体的大部分发明人都是斯坦福大学的全职教授。

20世纪50-70年代,是半导体技术日新月异的30年。由于行业还处于发展早期,学界、产业界的先驱都很愿意分享,所有的学术会议,大家都会把自己的想法开诚布公。

日本人也抓住了这个机会,每次开会都会出现一种美国人特别厌恶,但又很经典的场面——只要有半导体学术会议,台下闪光灯不断,主持人走过去一看全是日本人,如果提示不允许拍照,日本人会先把相机放下去,主持人走开了再拍。今天,日本的档案馆还存有当初日本留学生去美国“偷师学艺”整理出的成千上万页的文档。

在日本国内,政府则利用市场和行政手段从美国企业手上“索要”技术和专利授权。这方面有两个典型的代表,一个是发明集成电路内部连接技术的仙童半导体,另一个是发明集成电路技术专利的德州仪器。

1962年和1964年,两家企业都雄心勃勃的想打开日本市场大门,但被要求必须把专利授权给日本企业,再谈进入市场。两家最终都按照技术转让的模式,将技术授权给日本NEC,而后日本政府又要求NEC,把相关专利强制转让给日本同行企业。

作为对比,摩托罗拉则是一个典型的“反面教材”,其进入日本市场连续5次吃了闭门羹,直到1985年拿出了当时只有美国才成熟掌握的MCU技术,才获准进入日本DRAM存储市场,前后耗时近20年。

20世纪50年代,日本被美国拉入自由贸易组织,是全世界贸易开放度最高的国家之一,但在此后30年,为了发展半导体,日本不惜在世界上到处树敌——一个贸易开放国家,半导体死活不轻易开放,即便是面临打压、制裁,进入日本市场,必须进行技术转移。

日本NEC和美国LSI公司生产的芯片

2000年左右,中国加入世贸的节点,海外总说中国要求外企技术合资,实际上日本政府和日本产业界几十年前就是这么操作,并且真的促进了日本产业的繁荣。东芝、三菱、松下、NEC,这些百年老店在19世纪、20世纪初就已经很有名,但在1955年以前还未涉足半导体,在日本政府的鼓励以及自身想要发展新产业的背景下,全部投身去做了半导体,而且都非常有成就。

一定程度上可以说,举国体制是日本半导体产业成功的关键之一。比如20世纪60年代,光学背景出身的尼康开拓半导体业务,并于1984年成为行业第一名,日本于1976年到1980年的这个“五年计划”,扮演了关键性的角色。

尼康1991年生产制造的光刻系统NSR-2005i8A,分辨率0.5微米,来源:nteklitho

到1980年,日本最差的工厂造出来的芯片,良率、可靠性、性能比美国最佳工厂造出来的芯片都要好,也是在这个节点上,美国国内开始警惕日本。

概括来说,整个日本半导体产业过程有几个关键词——强势的日本政府、举国战略、骨干企业群体饱和攻击、强制转移技术。

只不过,后来在美国的打压下,日本半导体产业也走下神坛。很多人现在看不上日本半导体产业,认为他们不行了,实际上他们只是在芯片设计和制造端表现不佳,但设备、材料等在产业内仍然举足轻重。

日本发展半导体产业,一直是模仿者、仿制者,硅谷所有的优点,日本几乎都不具备。

年轻人创业文化在硅谷很常见,但到今天,日本在这方面做得也不太好,整个日本的VC 的规模加起来可能还不如一个深圳。世界银行于2016年左右公布过一份数据——日本的创新容易度,在全世界入围的183个国家和地区中,排名107。

所以,当失去美国这个模仿资源的时候,缺乏创业基因的日本半导体注定要走下坡路。今天英特尔的CPU,英伟达的GPU,中间还有一堆的相关技术,日本人都没法学习,根源在于美国关闭了模仿的通道。

日本当年发展半导体,“卷文化”盛行——所有的龙头企业都涌入行业参与竞争,很多企业尝试去硅谷设立子公司,向美国的一些企业申请技术授权形成壁垒,填补自己的空白。

今天,美国楷登电子、新思科技,明导(后来被西门子收购)并称EDA三巨头,三巨头EDA、IP研发所需的资金投入,有相当一部分来自日本当时在硅谷的子公司。日本没有培育出自己的EDA巨头,却间接地培养了硅谷的第三方芯片IP设计力量,这一点比较戏剧。究其原因,内卷导致日本企业没有真正的抱团,最终无法应对日益复杂化的芯片技术。

芯片复杂化有一个里程碑式的标志——1987年,张忠谋创办台积电。

台积电诞生之前,全世界芯片都是谁负责设计,谁负责制造,张忠谋则认为芯片既越来越复杂化,早晚有一天设计企业没有资金、能力去构建芯片制造产能,于是决定专门做芯片代工厂。

这个模式如今已经是非常流行,现在像中芯国际、华虹都是芯片代工厂,台积电更不用说,其规模和体量在全球范围遥遥领先,但是回过头看,除了联合索尼、电装与台积电合资的熊本厂外,日本还没有一家独资晶圆代工厂。

时至今日,很多企业还遵循着古老的模式:芯片设计制造跟芯片应用还在捆绑,比如说当年的索尼。说到索尼半导体,它是索尼集团一个半导体部门,负责芯片的设计和制造,然后卖给索尼其它产品部门,包括随身听、笔记本电脑、电视等。

复杂的芯片推动设计、制造分离的趋势出现时,日本相关企业还在坚守旧模式,这其实是一种守旧文化,不仅影响了产业创新,也影响了日本跟随半导体时代的节拍。

还有一点需要重点关注,日本半导体被美国打压,与自身的高调也有关联。1987年,当时除了日本半导体崛起外,整个日本经济也崛起了,号称可以买下美国。当年,索尼创始人盛田昭夫有本书叫《日本可以说不》,震撼全世界。

美、日半导体协议签署现场,来源:《芯镜》

在半导体产业,甚至出现了“只要日本愿意,可以调整芯片性能,让本来应该飞往莫斯科的导弹落在华盛顿”的高调言论,这引起了整个美国对日本半导体产业强烈的抵触和反弹,于是就有了前面提到的第二次美、日半导体协议,这些其实都有因有果。

日本半导体的起承转合、经验教训,对中国半导体产业第一个印证价值是,美国半导体产业并非不可战胜的。

大家要知道,日本和中国经济模式、产业推进模式太像了。我们叫政、产、学、研、运营体制,或者说叫引进、消化、吸收、创新、超越,这个都是高度契合的。

1978年日本报纸报道通产省牵头、日立富士通等参与的超LSI联合项目,目的是超越美国IBM等公司 来源:《芯镜》

在民族特性方面,中、日也有共同点——东亚民族不单是全世界最勤奋的民族,也具备超强的战略规划能力。全世界能够做五年规划、十年规划,甚至二十年规划的,可能只有中、日、韩。你很难听到墨西哥有什么五年行动计划,美国也没有,因为文化不同,但这没有什么优劣之分。

日本和中国还有个共同点,都有超强的应用能力——只要产业上游没有被卡住,那么在任何应用领域都有可能秒杀全世界的对手。所以,如果我们的设备、材料不被禁运,大陆要诞生一个新的“台积电”,那是很快的事情。

前面提过内卷,中、日两国都有这种现象,换种说法叫作群体创新的激情。20世纪70年代,当时有企业开始量产DRAM存储芯片,一下子日本国内就有上百个企业具备量产实力。中国早期发展网络通信也是这种现象,“巨、大、中、华”(巨龙通信、大唐电信、中兴通讯、华为技术)就是当时的代表,华为就是在这种内卷文化中脱颖而出的。

中国和日本,第二个印证价值可以称之为叫集中力量办大事。

一些可以称之为“国运产业”的特定产业,比如半导体,一定需要政府强势出击,集中力量办大事,并且具备长期的坚强意志,调动全国所有的骨干力量,把所有的资源都铺进去,而不能做成分钱式的调动。

就拿技术成果的共享来说,1962年和1964年,NEC从美国人手上拿到了半导体最核心的两个专利之后,日本政府强制NEC向全社会授权,一方面NEC快速壮大,另一方面有志于参与半导体产业的“巨无霸”,也可以快速进入行业。如果政府不强制,NEC不可能转让技术,那么今天的日本,或者说1986年的日本不可能成为半导体世界第一。

第三个印证价值可以理解为充分市场化。日本发展半导体,是靠引进、消化、吸收,最终靠市场,靠民营应用引导,今天的模式也是如此。

与之相反,20世纪50年代-70年代,美国的半导体几乎都是面向国防军工应用开发。1968年前后,美国芯片的70%以上销售给国防军工集团。

日本看到的机会在于,美国既然是面向国防,我就面向民营,面向消费电子,面向工业电子。所以,日本是一个纯消费电子、纯工业电子、汽车电子驱动的芯片工业。20世纪80年代,美国才开始转变为市场驱动,或者叫民营驱动。

在经营模式方面,日本采用的是“国产替代,走出国门”的模式。20世纪70年代,日本基本完成了美系设备的国产替代,20世纪80年代成为“世界老大”,并且完全走出国门。在我看来,中国大陆现阶段,相当于完成了日本当年赶超美国的历程的25%-35%。

怎么证明中国半导体具有世界影响力呢?只有一个,走出国门。如果国际上三分之一的应用或者说 20% 的客户用的是中国产的芯片,那一定可以说,中国半导体产业已经真正的崛起了。

第四个印证价值,是政府的政策支持 ,索尼获得日本政府的支持就是个很好的例子。

索尼成立于1946年,20世纪50年代员工100人不到,但却第一个发现了美国晶体管的优势,需要外汇去买美国的技术,而当时在日本外汇是受管制的,日本政府初期并不同意——外汇这么紧张,凭什么给100人不到的小企业?

好在,在索尼的努力下,花了一年左右的时间去说服日本政府,最后凭借少量的外汇,拿下了这个技术。如果当时日本政府把索尼的方案否了,索尼就不可能在1955年造出全世界第一款晶体管制作的民用收音机。

第五个印证价值,是中、日产业之间的合作与互补。

过去两年,我跟日本半导体从业者也做了大概有七八次的业务交流,现在双方都处于一个比较尴尬的地步——日本半导体,从世界第一衰落到今天,已经快被边缘化了。现在日本半导体的市场占有率只有 6%- 9%,中国大陆半导体基本也就是 6% 左右,在全球的比重都处于低谷期,但双方的优势又很互补。

中国大陆有庞大的资金愿意投入半导体,日本则没有多少人愿意投半导体;中国大陆有全世界最庞大的半导体工程师,包括高校的微电子专业,日本现在基本上也不多,因为没人愿意学微电子;中国大陆还有最顽强的产业链,日本现在除了设备、材料,产业链实际上是有问题的,70%芯片制造依靠海外公司,没有太多自主制造能力。

反过来讲,日本是全世界数一数二的设备企业聚集地,随便拿一个设备企业出来,都能够抵得上中国所有设备企业销售收入的总和,尤其是其材料供应占全世界的70%。

此外,日本还有曾经做过王者的经验和教训,这个是了不起的。

我一直认为,双方之间既然有互补,哪怕只是在民间层面做一些技术产业交流,也是能够促进双方在全球半导体地位的提升,一定是能够有互补的。

来源:半导体行者一点号

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