提及半導體產業,首先想到的為頭部的歐美、韓國和中國臺灣,很少有人能想到日本,但在上世紀末,日本的半導體產業曾一度占到全球產值的45%,也是當時世界上最大的半導體生產國,全球十大半導體企業中,就有六個出自日本。那么,曾經稱霸全球的日本半導體,為何一度從神壇跌落?讓我們從事件的時間順序來詳述。
01 借勢啟航
20世紀40年代,日本產業正處于重建之際,美國處于自身利益和制衡國家的考慮,積極向日本轉移先進技術,日本就此開始全方位復制美國的半導體技術。
1953 年,索尼的前身東京通信 2.5 萬美元的價格從美國西屋電氣引入晶體管技術。1955年,東京通信成功制造出TR-55 ,TR-55 是日本第一臺真正的便攜式收音機,它的成功使東京通信工業株式會社的運營進入正軌,并讓公司擺脫了劣質產品的標簽,為后來索尼成為高質量精良產品的同義詞奠定了基礎。
1962年,日本電氣(NEC)向美國仙童(Fairchild Semiconductor)購買平面光刻工藝,標志著日本正式擁有集成電路制造能力。引入該工藝后,NEC的集成電路產量暴增,并開始生產當時十分先進的大規模集成電路。
1972 年,卡西歐推出了世界上第一款使用芯片的個人用計算器。Casio Mini售價僅為1萬日元左右,這款計算機憑著質優價廉,僅上市十個月就賣出了100萬臺,靠消費電子累積了大量財富后,日本不滿足與這種簡單晶體管的生產方式。
日本政府意識到半導體的重要性之后,調動了幾乎日本全部的大型工業企業進入半導體行業。
在政府支持下,日本開始存儲芯片生產技術和工藝上發力,
NEC率先進入 DRAM 存儲芯片領域,推出了 2K 容量的產品。隨后NEC、富士通、三菱、 東芝、日立共同設立了研究所,技術共享,極大促進了日本存儲芯片的發展。 不久后,日本公司開始進軍美國市場,面對日本產品的強勁沖擊,美國的技術優勢不再明顯,美國人當時是這樣形容的: 1981年到1985年,當日本開始崛起的時候,美國的半導體企業就像冰淇淋在夏天融化一樣迅速地瓦解。
DRAM時代集成電路批量生產的特性,恰巧契合日本人極其擅長生產目標明確,需要精細工藝的技術。例如日本壟斷級的清洗設備,壟斷的秘訣是液體材料的非標準化,設備與液體的整合屬于隱性知識,日本人在這方面非常擅長。也因此日本形成了在DRAM產業從設計到生產一把抓的全產業鏈模式。
在日本的猛烈進攻下,1981年AMD凈利潤下降三分之二,半導體虧損1100萬美元,第二年英特爾辭退2000名員工。幾年后,英特爾虧損1.73億美元,是其上市以來的首次虧損,該公司關閉了其全部的7座芯片工廠,并宣布退出DRAM存儲業務,岌岌可危。在英特爾最危急的時刻,IBM伸以援手,購買了其12%的債券保證現金流,助英特爾順利渡過難關。
于是,在20世紀80年代后期,日本半導體的市場份額超過了美國。1980至1986年,美國占全球芯片市場的比重從61%下降到43%,而日本則由26%上升至44%。1986年,日本半導體產業的全球市場份額首次超過美國,躍居世界第一。
02 市場洗牌
當意識到被日本反超后,美國迅速采取行動。1985 年,美國指控東芝秘密向蘇聯出售四臺精密機床。1987 年 6 月,美國通過 “東芝制裁法案”,取消一系列采購合同,并禁止東芝的所有產品向美出口 2 至 5 年。1986 年,美國以日本半導體企業在美傾銷芯片為由,威脅對日本進行貿易制裁。美國政府根據《1974 年貿易法》第 301 條款,對日本半導體產品展開調查,指責日本半導體企業存在傾銷行為,即以低于成本的價格在美國市場銷售產品,搶占美國企業的市場份額。
美國和日本簽訂了《日美半導體協定》。該協定主要包括兩個部分,一是日本半導體企業必須停止在美國市場的傾銷行為;二是日本要開放國內半導體市場,保證美國半導體產品在日本市場的份額達到 20%。這一協定的簽訂,標志著美國開始通過政治和貿易手段來抑制日本半導體產業的發展。
該協定使得日本半導體企業在國際市場擴張的步伐受到限制,擾亂了其原有的節奏,導致其錯失了整個計算機發展時代。同時,這一時期計算機市場中大型機開始向個人計算機轉變,市場發生改變,工藝要求不再像之前般嚴苛,這使得日本半導體的成本優勢受到沖擊,日企之前生產的高質量DRAM變成了資源的浪費,而此前為IBM等大型機公司提供內存的質量要求基本都是在25年起步,而對于個人消費市場來說,電子消費品的使用壽命周期大大縮短。前面提到,日本人有獨屬于自己的經營模式,即便在受到市場更新迭代的沖擊下,日本人也對自己的經營模式深信不疑,過去二十多年形成的技術文化難以被撼動,依然堅持極致的良品率。
禍不單行,1990 年日本泡沫經濟破裂,經濟遭受重創。這使得日本半導體企業的投資大幅削減,1991 年半導體產業設備投資減少 40%,資金的短缺嚴重影響了企業的技術研發與產能擴張。
但與此同時,該協定也并未給美國帶來其預期的利益。由于英特爾退出DRAM市場,市場上存儲芯片變得一片難求,導致價格飆升,而此時,韓國和中國臺灣敏銳地嗅到了這一商機,紛紛涌入美國存儲市場,日本產品逐漸失去競爭力。1991年簽訂了第二份美日半導體協議,1992年,日本進入了衰落期,而這一年,也是美國再次奪得世界半導體寶座的那一年。
如果說日本是憑著美國基礎研究的紅利以舉國體制超越了美國,那么韓國也是如此。在日本簽定協定的同一時期,韓國半導體趁機起步,逆周期投資,引進日本半導體技術人員,成立全球調研團隊,1983年,韓國政府啟動“半導體工業振興計劃”,為半導體企業提供了3.5億美元的貸款,政府希望通過大力發展半導體產業,改變韓國主要以勞動密集型產業為主的產業結構,提高產品的附加值和技術含量。
在 “半導體工業振興計劃” 的推動下,韓國半導體企業的技術水平迅速提高。1992 年三星推出世界第一個 64M DRAM,1996 年又開發出第一個 1GB DRAM,,逐漸在 DRAM 和 NAND Flash 等存儲芯片領域成為全球領先企業。形成了以三星電子和SK海力士等為核心的半導體產業集群。這些企業在半導體設計、制造、封裝測試等環節緊密合作,帶動了上下游相關產業的發展,如半導體材料、設備制造等產業也在韓國逐漸興起。
日本并不甘心就這樣在半導體產業中沒落下去。面對市場份額被不斷擠壓、美國的打壓以及韓國等地的崛起,日本決定反擊,成立爾必達就是其中關鍵的一步。
1999 年,在日本政府想要重振產業的推動下,日立和 NEC 把各自的 DRAM 業務合并,成立了爾必達。爾必達整合了技術、人才、設備等資源,想打造出一個有競爭力的半導體企業。剛成立時,爾必達靠著原來企業積累的技術,做出的 DRAM 產品性能和穩定性都不錯,成功進入戴爾、索尼、東芝等電腦廠商的供應鏈,訂單不少,讓日本半導體產業又有了點起色。
但沒多久,問題就來了。2008 年金融危機爆發,半導體市場需求大幅下滑,產品價格暴跌,爾必達收入銳減,資金鏈非常緊張。同時,日元升值,出口產品利潤越來越少,成本壓力更大了。
為活下去,爾必達到處找辦法。2009 年,它成了日本《產業再生法》修正案的受益者,拿到 300 億日元公共資金和 1000 億日元日本政策投資銀行融資。有了錢,爾必達加大研發投入,想做出高端產品,在高端 DRAM 市場站穩腳跟,不和韓國、中國臺灣的產品在中低端競爭。
可是,競爭對手沒給它機會。三星、SK 海力士等韓國企業發展很快,技術更新、產能擴張都很猛,不斷推出新 DRAM 產品,還降價搶占市場。爾必達因為資金和規模有限,漸漸跟不上,越來越吃力。到 2012 年,爾必達撐不下去了,向東京地方法院申請破產保護,日本半導體產業復興的希望也變得渺茫。
03 復興新程
盡管爾必達的破產讓日本半導體產業復興之路蒙上陰霾,但日本并未徹底放棄。進入 21 世紀,尤其是近年來,日本重新燃起斗志,多管齊下扶持半導體產業,試圖重回行業巔峰。
2010 年起,日本政府設立半導體產業振興基金,計劃在未來 5 - 10 年內投入海量資金,向本土半導體企業與前沿科研項目精準“輸血”。就拿攻克下一代半導體關鍵材料——碳化硅(SiC)及氮化鎵(GaN)在大規模量產中的技術壁壘來說,2013 年,政府聯合豐田、索尼等行業巨頭,首次向相關科研團隊注入高達 30 億日元的資金支持。彼時,電動汽車、5G 基站等高端制造業已初露鋒芒,對高性能芯片的需求呈現爆發式增長,日本搶先布局,志在率先突破新材料技術瓶頸,進而在新興市場奪得先機。
2015 年之后,為吸引外資、促進國際合作,日本政府更是動作頻頻,出臺一系列頗具吸引力的優惠政策。通過簡化審批流程、給予稅收優惠等方式,積極向英特爾、臺積電等國際半導體領軍企業拋出橄欖枝。終于,在 2021年,臺積電與索尼半導體2021年宣布在當地建立晶圓廠。此后幾年間,隨著工廠逐步落成、運營步入正軌,上下游配套產業如同雨后春筍般蓬勃發展,一條完整且極具活力的產業鏈在熊本縣逐漸成型。
在技術研發路徑選擇上,日本采取“差異化創新”策略,避開與韓國、中國臺灣在傳統 DRAM、NAND Flash 等成熟領域的白熱化競爭,轉而深耕模擬芯片、傳感器芯片等細分領域。羅姆半導體便是其中典型代表,其在汽車電子用模擬芯片領域潛心鉆研數十載,自 2000 年起,已累計積累大量核心技術專利,產品廣泛應用于全球各大汽車品牌的電子控制系統,憑借卓越性能與高可靠性,在全球汽車芯片市場占據顯著份額。
與此同時,民間企業自發抱團,聯合組建產業聯盟,東芝、索尼、瑞薩等多家企業攜手,致力于整合此前分散的研發力量,將矛頭對準量子計算芯片、超精密光刻技術等前沿技術難題。聯盟搭建的共享研發平臺于 2014 年正式上線運營,各成員企業紛紛將自身技術專長與研發數據匯聚其中,科研人員打破企業壁壘協同合作,技術突破的速度明顯加快。以新一代存儲芯片技術研發為例,2016 年,東芝的閃存技術與索尼的芯片設計能力深度融合,經過近兩年的艱苦攻關,到 2018 年便成功推出一款讀寫速度遠超同類產品的新型存儲芯片原型,在行業內引起不小震動。
同年,為吸引海外高端人才回流,日本政府適時推出“半導體人才特別簽證”,提供優厚待遇與良好科研環境。政策推出后的短短兩年間,諸多曾效力于歐美半導體巨頭的日本籍專家受此吸引,紛紛歸國,為本土產業注入新鮮活力。
去年11月,日本首相石破茂提出,政府將在2030財年前提供至少10萬億日元(約合4688億元人民幣)的支持,來推動該國半導體和人工智能產業的發展。相較AI牽涉面較廣,日本政府的半導體政策也被一致視作“日本半導體國家隊” Rapidus的利好。Rapidus原本是2022年軟銀、索尼、豐田等8家日本大公司籌辦的半導體制造公司,此前日本政府也在考慮將政府資助建造的工廠和設備轉讓給公司,換取Rapidus股權。
目前Rapidus的北海道工廠計劃在2027年投產2納米芯片,已余去年年底接收ASML極紫外光刻機設備。公司預計要實現目標需要投資5萬億日元,去掉9200億日元的政府補貼,剩下的錢得靠市場籌集。軟銀、索尼等現有股東已經表示會追加投資,富士通也有可能入股。
隨著籌備工作的持續推進,Rapidus 若能按計劃在 2027 年順利實現 2 納米芯片的投產,將極大提升日本在全球高端芯片領域的競爭力。這不僅能滿足本土對極致性能芯片的需求,還能憑借技術優勢打開國際市場,重新在全球半導體價值鏈的頂端站穩腳跟。屆時有望吸引更多上下游企業與之合作,進一步強化日本半導體產業的集群效應。
盡管前路崎嶇,Rapidus 承載著日本半導體產業復興的厚望,每一步前行都備受矚目。若各項舉措落地生效,日本半導體產業有望逐步擺脫困境,重回世界舞臺中央,再次成為全球半導體格局中不可忽視的力量,改寫近年來的發展頹勢。但全球半導體行業發展迅猛,技術迭代、市場波動等不確定因素始終高懸,日本能否如愿,尚待時間給出答案。