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日本半导体浮沉录

回望曩昔70年,日本半导体工业展开比较顺利的时分,都有比较好的运用工业。半导体工业的展开和运用工业的展开是一个互相支撑的,良性互动的联系。

导读

壹  ||  日本半导体工业经历过80年代的光辉,也有之后的缓慢让步。可是假如简略地以为日本半导体工业失利了,是严峻的误解。

贰  ||  出产一个杂乱的芯片,出产过程中需求用到几十种原资料。从物理形状来讲,有固体的,也有液态和气体的。日本企业在大部分的原资料中都有很强的存在感。

叁  ||  安稳的并且不断扩大的运用场景十分重要。半导体是一种高科技产品,可是这种产品独自是不能发挥作用,有必要是运用到某个详细的产品傍边。90年代往后,日本坚强存活下来的几个半导体产品在日本国内外的商场都是安稳增长的。

肆  ||  新动力轿车职业往后是影响我国半导体工业展开的最重要的工业。日本半导体工业给我国*的经验教训便是终端产品和不断的技能研制。

01

80年代的“行”和2000年往后的“不可”

众所周知,日本半导体工业经历过80年代的光辉,也有之后的缓慢让步。可是假如简略地以为日本半导体工业失利了,是严峻的误解。今日日本半导体工业在一些范畴也有十分有竞赛力的范畴。客观的知道其胜败背面的原因,对咱们今日展开半导体工业有十分强的参考价值。

在这儿笔者想纠正一个观念。许多人以为,日本半导体工业在80年代后期超过了美国。笔者以为这个观念自身不是很精确。精确的说,80年代日本在DRAM(动态随机存取存储器,Dynamic Random Access Memory)的出产方面,其质量可靠性方面逾越了美国。并不是半导体工业全体逾越了美国。

首要考虑一个问题,那便是为什么80年代日本赶上美国了?80年代,日本工业产品的质量安稳性和出产功率全体都赶上了欧美首要兴旺国家。这并不是半导体一个职业的现象。笔者以为,其背面有两个重要的原因。*个是日本的后发优势。战后日本不断的从美国取得各种新技能,一起通过价格优势不断的占有美国商场(80年代之前,日元汇率比较低,并且日本的劳动力本钱低于欧美);第二个原因是日本企业管理的特征。从50年代起,开端企业一体的全体质量管理系统,也便是所谓的TQC。70年代,许多日本企业展开了ND活动,也便是所谓的No Defects活动,打造残次品为零的出产系统。而美国一向是采纳,科学的概率论的办法,某批次的产品能够符合要求的合格率就好。其背面是美国和日本的人种构成差异和文化差异。

进入90年代,日本半导体企业在全球的影响力缓慢下降。其背面有三个首要的原因。*个原因是美国对日本半导体职业的阻遏。其标志为1986年签定的“日美半导体协议”。这个政治原因直接形成日本政府不应继续对半导体工业进行工业政策和资金方面的大规模的支撑。也形成日本半导体企业扩展速度的放缓。第二个原因是90年代日本泡沫的幻灭。90年代,日本企业面对的是多重压力。首要是日元明显增值的不利要素。别的是日本国内商场饱满,企业盈余才能严峻下降。这就形成对半导体的继续研制和设备出资缺少。形成的结果是韩国DRAM厂家鼓起。第三个原因是周边国家和地区的鼓起。90年代曾经,半导体商场根本上美国和日本在竞赛。90年代往后,韩国和台湾地区也参加到了这个竞赛傍边。80年代的大展开,形成了大部分的半导体制作技能设备化。也便是半导体制作设备中凝结了之前几十年的技能堆集。韩国和台湾企业购入设备完成了快速的赶超。

此外,日本企业也没有培育出EDA(Electronic Design Automation)企业。这是和日本社会长时刻重制作业,小看软件业的社会特征有关。也和日本缺少了支撑新式企业的资本商场有关。80年代半导体工业如日中天的时分,日本各个大企业都是自己内部开发了自己用的规划软件,并且视为自己的竞赛才能,不愿意对外揭露。终究形成了日本EDA企业的缺失。全体来讲,日本在工业规划软件、仿照软件、计算软件都能看到相似的状况。这个范畴一向比方美国和欧洲。

02

怎么看日本半导体资料的强壮

出产一个杂乱的芯片,出产过程中需求用到几十种原资料。从物理形状来讲,有固体的,也有液态和气体的。日本企业在大部分的原资料中都有很强的存在感。

咱们能够罗列其间一些,比方在光刻胶范畴的首要日本企业有JSR,东京运用化工,信越化学工业,住友化学,富士胶片。电子级硅晶圆范畴首要日本企业有信越化学工业,SUMCO。掩光罩范畴的首要日本企业:大日本印刷,凸版印刷。半导体出产用特别气体范畴的首要日本企业有大阳日酸,Air Water,关东化学,Resonac(原昭和电工收买日立化成之后更名),大金工业,日本Zeon,住友精化,中心玻璃,岩谷工业,三井化学,关东电化工业,ADEKA等等。此外,在半导体出产范畴用各种特别化学药业范畴、各种靶材范畴,都能看到日本企业的身影。

半导体资料在资料职业也是归于十分技能壁垒十分高的范畴。半导体资料有一个一起的特征,那便是要求纯度十分高。比方作为原资料的硅的纯度要求是11N,也便是99.999999999%。一个半导体工厂每天需求大力的高纯度水用来做清洗。水的纯度也要求在6N以上。需求指出的是,这种高纯度的水,并不是每个国家都有才能制作的。

别的需求留意的是,半导体资料范畴的规模是很广的。比方在芯片出产过程中,搬运晶圆需求用到一种电子吸盘。现在日本的株式会社NTK Ceratec公司就有很强的存在感。该公司是日本工业陶瓷范畴的闻名公司日本特别陶业(NTK)公司的子公司。

总结起来,日本半导体资料的强壮有两个要素。

*个要素是70年代和80年代左右,日本电子职业全体十分兴旺。其时各个职业的日本企业也都面对着开辟新的事务内容和添加新的收益源的问题,许多企业都参加电子资料范畴。比方,掩光罩范畴,日本的大日本印刷和凸版印刷现在是全球*的两家企业。这两家公司一向是日本*的两家印刷公司。大日本印刷公司是建立150年的印刷企业。他们最初是转用了印刷职业的一些制版的技能进入到了掩光罩范畴。半导体资料的研制,需求许多的资金投入。日本企业的多角化战略弥补了日本资本商场不兴旺这个缺陷。

别的一个要素是精细化工资料职业,企业内部的技能knowhow十分重要。不仅仅是日本半导体资料职业,其他国家的高科技资料职业也是相同的。出产设备都是开发企业规划和定制的,并不是商场上有的规范工业品。这些公司许多时分,特意不把自己开发的技能申请专利,而是黑箱化。后发国家除了研制之外,很难进行仿照。

在这儿也举一个颇具日本特征的半导体资料的前史,那便是日本*食品企业味之素公司的ABF的比方。ABF是Ajinomoto Build-up Film的简称,中文的意思是味之素堆积膜。这种产品用作CPU的绝缘资料。现在该类产品,味之素公司霸占了100%的商场份额。味之素在日语中是味精的意思,该公司现已有100多年的前史了,现在是日本代表性的食品企业。在上世纪70年代,味之素公司探索着运用氨基酸出产中堆集的技能开发一些新产品和新资料。1996年,味之素公司开端开发薄膜型绝缘体,4个月左右就成功了。可是开辟商场,让半导体公司运用该资料花费了3年左右的时刻。之后味之素公司一向霸占着该细分范畴。其他公司没能简略进入该范畴有两个原因,一个是味之素持有许多的专利,阻遏了其他公司的进入。别的一个原因是专利之外,还有许多的出产工艺上的技能秘密,构成了技能上的壁垒。

03

日本落败的实质

90年代往后,日本半导体的落败实质上是日本DRAM工业的落败。日本的半导体制作设备工业和半导体资料一向比较坚硬。并且90年代往后一向到最近几年,日本在一些半导体产品方面,在全世界规模仍然具有比较强的存在感。首要是CMOS Image Sensor(也便是把光信号转换为电子信号的半导体产品,首要用在数码相机和智能手机摄像头号范畴),功率半导体(在各种设备中操控电力的半导体产品),NAND Flash Memory,轿车用微处理器(简略说便是用在轿车中,操控包含发动机在内的各个功用单元的微处理器),LED(LED灯也是一种广义的半导体产品)。

其实,这几种半导体产品在日本企业坚强的坚持到现在,有两个理由最重要:(1)日本具有安稳的运用场景,(2)日本技能的原创性和工业初期的*。

安稳的并且不断扩大的运用场景十分重要。半导体是一种高科技产品,可是这种产品独自是不能发挥作用,有必要是运用到某个详细的产品傍边。90年代往后,日本坚强存活下来的几个半导体产品在日本国内外的商场都是安稳增长的。

Case1:CMOS Image Sensor。CMOS Image Sensor和日本强壮的数码相机职业在90年代往后的鼓起不无联系,两边是相互支撑,良性互动。战后,日本照相机职业繁荣展开,以尼康为代表的日本照相机品牌风行全世界。90年代往后,日本的照相机企业和电机企业接连都进入到数码相机范畴,日本企业至始至终占有了全球数码相机90%以上的商场份额。丰盛的商场报答给索尼公司更多的研制动力,CMOS Image Senor的功能的不断提高,提高了数码相机和手机的魅力,创造了更大的商场。是一种规范的良性互动。在这儿需求指出的是,日本的索尼公司早在70年代就开端了CCD的研制和运用。这个范畴一向在不断的堆集和前进。

Case2:轿车用微处理器。轿车用微处理器(日语称号:マイコン)和车载半导体也是相似状况。1980年,日本轿车出产量到达1000万台左右,成为全球*的轿车出产国家。轿车用微处理器和美国的环境操控和70年代的石油危机有密切联系。美国在1970年推出了“1970年大气净化修正法”,也便是俗称的“马斯基法”(Muskie Act)。该法案对轿车公司的尾气排放做出了严苛的减排要求。其时许多轿车公司都以为是不可能完成的。在这个布景下,美国的一些轿车公司开端托付外部的公司开发操控轿车发动机喷油和排气再焚烧的微处理器。日本东芝公司通过5年多尽力,在70年代末成功为福特公司研制成功。之后该技能转用到了日本的各个轿车公司。日本的瑞萨半导体坚强的活下来,便是由于其首要产品都是车用半导体。

Case3:功率半导体。现在全球的功率半导体范畴,德国日本美国的企业占有了全球前十大企业。德国的英飞凌最为强壮,遥遥*。日本企业往往能够入围4-5家企业,一般为东芝、三菱电机、富士电机、日立、罗姆。这几家企业除了罗姆公司是专门的半导体公司之外,都是所谓的“归纳电机”公司。也便是相似德国西门子的业态的公司。英飞凌便是从西门子分出来的企业。别的,需求指出的是,功率半导体的出产方式和DRAM等产品有很大的不同,也便是要求的技能不尽相同。在这范畴,日本也是一个正循环的态势。比方东芝公司在1981年就推出了全世界*台变频民用空调。变频设备的中心便是功率半导体。日本在90年代全世界最早在铁道车辆和新干线车辆导入了IGBT,极大的促进了铁道范畴的节能。

Case4:LED。90年代往后,日本主导了LED相关范畴的展开。其首要原因是日本的科学家在90年代初期打破了蓝色LED的技能。三原色傍边,蓝色发光LED是最终打破的。2014年,由于打破蓝色发光LED的奉献,三位日本科学家赤崎勇、天野浩和中村修二取得诺贝尔物理学奖。中村修二地点的日亚化学是坐落日本德岛县的一个小规模化学企业,由于LED的展开,该企业接连增长了20年。

Case5:NAND Flash Memory。东芝公司在该产品范畴,一向具有比较强的存在感。其实质原因在于该产品便是东芝公司创造的。东芝公司的舛岡富士雄(Masuok Fujio)在1984年左右创造了NAND Flash Memory。东芝公司在技能方面,*了全世界同行一步,这个优势一向坚持了下来。

04

我国需求怎么应对半导体的困难局势

最近几年,美国不断对我国半导体工业的展开采纳各种阻遏和约束办法。作为我国的应对,能够从三个时刻视点去考虑。短期最重要的作业是安稳和美国以及其他首要兴旺国家的联系。90年代往后,美国在半导体工业现已不能构成一个完好的工业链了。现在美国撮合荷兰和日本的实质原因就在这儿。中期来讲,加速导入海外人才和培育国内半导体相关人才最重要。十年之内,咱们做的大部分作业都是国产代替的作业。许多细分范畴都是兴旺国家10年前,20年前现已完成的技能和产品。长时刻来讲,假如我国想占有半导体工业的主导权,需求在根底理论方面有所打破。没有根底理论和技能的重大打破,我国很难成为半导体的强国。

此外,新动力轿车职业往后是影响我国半导体工业展开的最重要的工业。日本半导体工业给我国*的经验教训便是终端产品和不断的技能研制。

在往后半导体职业的展开中,我国不是没有一点优势。笔者以为,现在繁荣鼓起的第四次工业革新对我国的半导体展开也是一个百年一遇的时机。第四次工业革新在2020年左右拉开帷幕,其间有两个首要的内容,也便是DX和GX。所谓的DX便是Digital Transformation,便是全工业的数字化转型,最有影响力的内容是人工智能的展开。所谓的GX便是Green Transformation,也便是全工业的绿色低碳转型,最有影响力的内容便是从化石动力主导改变可再生动力主导的动力革新。前三次工业革新我国都欧美国家主导的。第四次工业革新,我国和欧美日占到了同一个起跑线。

在第四次工业革新中,轿车职业也会迎来一个百年一遇的大变局。轿车会变成一个智能化产品。现在,一个高级电动轿车,需求用到1000个左右的各种芯片(并不都是高端的芯片)和100个左右的各种传感器。新动力轿车是半导体产品*的运用商场。很明显,我国的新动力轿车范畴在全世界规模走到了前面。

回望曩昔70年,日本半导体工业展开比较顺利的时分,都有比较好的运用工业。半导体工业的展开和运用工业的展开是一个互相支撑的,良性互动的联系。80年代曾经,是晶体管收音机、电子计算器和电视机等。日本的液晶工业也是由于电子计算器的运用需求,堆集了初期的根本技能。80年代往后是电脑。90年代往后是个人电脑、数码相机和手机。2007年往后,日本丧失了运用半导体量*的两个产品的展开主导权,也便是个人电脑和智能手机的展开主导权。这也是日本半导体工业滑落的一个重要原因。

不仅仅是日本,美国的半导体工业也是相同的。80年代曾经的半导体产品是十分贵重的。美国是军工和科研部门的资金有力的支撑了美国半导体工业展开的根底。90年代往后,英特尔公司长达30年时刻,位居全世界半导体企业*强的方位。这是由于,英特尔公司供给了这个年代最重要的半导体产品CPU。进入2023年,美国的英伟达公司成为全球市值*的半导体公司,是由于该公司的GPU会在人工智能年代占有最重要的方位。也便是技能的原创及不断前进、巨大的商场这两个要素。

(作者系日本工业观察家,著有《回望平成年代的日本经济》等)