東亞半導體產業發展的歷史往事_風聞
吾久山-秋天来啦05-16 17:16
第一章,日本的半導體發展往事—美日半導體戰爭和三星台積電的崛起
**美日半導體戰爭:**1985年日本已佔據全球半導體存儲芯片一半以上市場,NEC和東芝在全球半導體銷售額中穩居冠亞軍,而美國卻節節敗退,當時AMD淨利潤下降2/3,而美國半導體龍頭英特爾則虧損了1.73億美元,被迫裁掉2000人,不得不退出存儲芯片業務。美國半導體到了危急時刻。
美國反應迅速,半導體危機出現一年內,美國就開始對日本半導體產業動手,打出組合拳。
**1、逼迫日本簽訂不平等條約。**世界半導體市場大部分在美國,美國以此逼迫日本簽訂不平等條約,不籤就對日本半導體關閉美國市場。1986年秋日本就範,被迫簽訂《美日半導體協議》。協議內容主要是:對日本半導體限制出口數量;制定所謂公平價格,日本半導體必須高於“公平價格”來出口;美國在日半導體市場份額強制要達到20%以上;
**2、對日徵税。**1986年美國裁定日本半導體存儲芯片傾銷,對此徵收100%反傾銷税。
**3、改換賽道,由內存轉向CUP。**1985年美國個人電腦市場開始迅猛增長,英特爾看準機會,壯士斷腕改換賽道,放棄起家的存儲芯片業務,轉向個人電腦CPU數字芯片,英特爾是美國半導體龍頭,很多美國半導體企業也隨之轉向。90年代初,美國政府力推“信息高速公路”,推動互聯網快速成熟發展,個人電腦市場呈幾何級數增長,也帶動了CUP數字芯片的需求,美國半導體業趁勢賺的盆滿缽滿。
**4、引入代工廠,分工合作提高效率。**和存儲芯片(DRAM)的一體化要求不同,CUP等數字芯片可將設計、生產環節分工。美國企業可以將全部或部分製造環節外包給代工廠,以此免去建設晶圓廠的鉅額投資,從而可以專精於技術和品牌。這種模式,投資少見效快,高通、英偉達、美滿等芯片設計企業都得益於這種分工模式,輕裝上陣,快速成長,由小蝦米迅速成長為行業巨獸。到1993年,美國在技術含量更高的CPU等數字芯片領域獲得對日本的絕對優勢。
雖然純代工模式早已行之有年,代工廠只接單,不在市場上銷售產品,不跟客户競爭,只做車間,但美國選擇合作對象卻小心謹慎。之前就有教訓,像日本這樣的國家,有潛力,有野心,不好控制。美國當年的困境就是早期向日本進行技術及產業轉移的結果。美國需要的是一個能夠信任並能夠掌控的純代工合作伙伴。
這個時候台灣地區的台積電進入美國的視野。1985年英特爾拋棄存儲芯片業務毅然轉向CUP數字芯片;1985年張忠謀受邀去了台灣;1986年美日簽訂《美日半導體協議》;1987年台積電成立,一開始就定位為純代工廠;1988年由張忠謀牽線,英特爾給台積電送上了訂單並派出人手改進台積電生產線以保證能夠生產合格產品,一切都順利得難以置信。美國不光扶植台積電,有了榜樣,台灣其他半導體業有樣學樣,在美國的刻意扶持下,台灣半導體代工產業從此走上了快車道。
**5、學習日本產官學結合,組建半導體制造技術聯合體(SEMATECH)。**當年日本通產省出面,由業內權威垂井康夫領頭協調,組織了富士通、日立、三菱、NEC、東芝5大核心企業以及相關科研院所,實施超大規模集成電路研究計劃(VLSI,1976–1980),整個計劃日本通產省承擔了超過41%的費用,該計劃使得日本半導體研究形成合力,技術突飛猛進。美國如法炮製,成立半導體制造技術研究聯合體(SEMATECH),由科技領袖諾伊斯領頭協調,成員包括IBM、英特爾等14家主要的半導體公司,每年2億美元的研究經費政府出一半,企業出一半,研究成果共享,此計劃達成的主要成果是
1)消除了重複投資和重複研究
2)加快新技術及新設備的研發
3)加速整個行業普及新技術及新設備。
美國得以反超日本,該計劃成功實施功不可沒。
**6、找來韓國、台灣2個合作伙伴。**美國的這2個幫手,韓國做打手,台灣做後勤。
韓國三星:《美日半導體協議》簽署後,日本存儲芯片在美國100%反傾銷税的情況下,韓國在美國反傾銷税卻只有0.74%。美國作為全球最大的半導體單一市場,對日本不僅限量限價還徵收高額反傾銷税,對於韓國三星卻市場門户大開。三星在美國庇護下不僅從美國引進存儲芯片技術,還乘半導體危機從日本拼命大量挖人,從根上挖,比如就挖到日本國寶級人才—東芝半導體事業部部長川西剛。
美國對三星完全開放市場、技術,處處綠燈。日本則被美國壓制處處紅燈。三星有了洋槍洋炮,又有韓國政府做靠山,自然敢放開手腳逆週期投資。半導體是典型的週期行業,行業起落週期明顯。三星在行業低谷時拼命上設備,擴大生產,同時壓低價格,不惜血本佔領市場,日本存儲芯片產業在美韓夾殺下節節敗退,三星最終得以成就存儲芯片霸業。
而台灣也被美國看中,專事代工,出錢出力建好晶圓廠,發揮成本控制的優勢,做好車間的角色。美國得以控制半導體投資成本,集中資源到技術研發及品牌的建設上去。
日本在存儲芯片領域被美韓夾殺,筋疲力盡,在CUP數字芯片市場蓬勃發展起來後也難以跟上美國步伐。加上日本習慣於半導體垂直產業模式,在和美國的代工分工模式競爭下也漸漸處於下風。
雖然後期日本做出改變,比如NEC被逼急了也找幫手,跑去中國上海合作設立了華虹集團,專門幫NEC代工存儲芯片,NEC這次在技術上傾囊相授,毫無保留,華虹得以在工藝上躋身世界一流。奈何大勢已去,中國90年代經濟發展還處於初期階段,國內基本沒有什麼存儲芯片市場,除了幫忙代工,在市場這塊幫不了日本什麼,最終隨着NEC半導體的沒落,華虹也經歷了一段艱苦時期。
日本最終還是被美國死死壓制,全球市場逐漸萎縮,不得不退守到半導體設備和原材料領域上,最終在半導體戰爭中完敗。
第二章,兩岸半導體發展往事—繁花與荊棘,兩岸半導體早期發展簡史
**2008年之前兩岸半導體集成電路產業發展簡史。**2008年世界發生了很多事情,中美都面臨巨大壓力。中國方向:西藏;奧運聖火傳遞風波;四川大地震; 北京奧運. 美國方向:親歐抑俄的奧巴馬贏得大選;俄羅斯和格魯吉亞開戰;美國金融危機。
中美決定合作處理美國金融危機,作為合作的一部分,中國通過鉅額投資啓動消費市場,其中的典型就是2年四萬億投資計劃。計劃達成,美國暫時擺脱了金融危機,中國的四萬億計劃擴大了消費的同時也將土地財政激發了出來。2008年開始這場投資盛宴用四萬億來點火,以土地財政為燃料,在中國點燃了不斷燃燒的投資火炬,由此中國的投資和消費都上了一個數量級。
2008年,我們以此為界,回顧早期兩岸半導體發展歷程,温故知新。
2008年前台灣半導體集成電路產業發展簡史。
**聯華電子:**1976年,台灣從美國無線電公司(RCA)獲芯片製造技術轉移。1980年台灣工研院電子所成立了聯華電子公司來進行技術吸收和項目落地,由電子所的曹興誠任副總經理。
聯電採取半導體代工、IC設計、內存並存的策略,結果運營非常吃力,業績始終落後於競爭對手台積電。1995年,聯電轉型,分割掉IC設計和內存芯片業務,學習台積電只做代工。由此開啓台灣半導體代工雙雄時代。2019年聯電營收52億美元。
**台積電:**1985年張忠謀受邀回台,擔任台灣工業研究院院長。1987年由工業研究院主導,飛利浦在台灣合資成立台積電,張忠謀任總經理,他一錘定音,明確只做代工。飛利浦以技術入股,佔股27.5%,台積電獲得飛利浦3.0um與2.5um晶圓技術,當時該技術落後英特爾2個世代。1988年台積電成立一年後,在張忠謀的牽線下,英特爾向台積電就下了大訂單,並派出技術人員對涉及該訂單的200多道工藝難題進行了指導,英特爾等於在台積電還沒有證明工廠實力的情況下,送了訂單再加送技術。有了美國半導體龍頭的示範和支持,美國方面的訂單開始源源不斷,台積電可以説含着金鑰匙出生。目前台積電晶圓代工全球份額達52%。2019年台積電營收346.3億美元,
2008年前中國半導體集成電路產業發展簡史。
**70年代:**1972年中日建交。中國得以從日本引進7條半導體生產線;1979年中美建交,中國從美國引進24條二手半導體生產線。這兩次引進,因技術和人才跟不上,最終都失敗了。
上海先進:1987年飛利浦在台灣合資成立台積電(TSMC),飛利浦佔股27.5%;1988年飛利浦和上海無線電七廠合資成立上海飛利浦半導體公司(ASMC),飛利浦佔股27.47%;1995年更名為上海先進半導體;2017年恩智浦(原飛利浦)以5370萬美元將全部27.47%股份賣給浦東科技;2019年上海先進半導體和上海積塔半導體合併;
該公司飛利浦體系出生,技術和人才都很不錯,主攻模擬電路,給飛利浦和其他歐美大廠代工,早期國內市場很小,只能依靠國外的訂單。而模擬電路一般是垂直一體化模式,歐美模擬大廠基本都有自己的工廠,在旺季忙不過來的時候,上海先進的訂單才會多一些。
2008年後國內半導體市場開始迅猛增長,上海先進2016年的國內營收已上升到40%,增長速度很快,於是在2018年投資54億美元擴大生產線。2019年上海先進營收為1.5億美元。
**無錫華晶:**1990年中國投資20多億元開啓908工程,芯片技術向朗訊購買,承接主體是無錫華晶,目標是建成一條月產1.2萬片的6寸線。該工程歷時7年才建成,技術和人才都跟不上,產量遲遲上不來,1997年投產時,月產能只有800片。後來華晶被華潤收購,成為華潤微電子的子公司。2019年華潤微電子營收8.78億美元。
**上海華虹:**1995年中國投資100億元進行909工程,直接和日本NEC合作,承接主體是上海華虹,電子工業部部長親任董事長。彼時三星有美國支持,把NEC迫到牆角,NEC只能奮起一搏,找了中國這個盟友,這次合作日本人技術上完全沒有保留,傾囊相授,各方面全力支持,項目奇蹟般的18個月就建成投產,而且投產第一年就產生利潤。華虹受益匪淺,在工藝上也得以躋身世界一流。
華虹還是面臨當時國內晶圓廠的老問題,國內市場狹小,得依靠NEC的代工存儲芯片訂單,結果還沒過幾天好日子,NEC就被三星打垮了,2002年被迫剝離半導體業務,斷臂求生。華虹受到拖累,過了好一段苦日子。
近幾年,隨着國內半導體市場井噴,華虹2016年開始盈利,並開始投資擴張,2016年投資59億美元啓動華力二期項目,2018年投資25億美元啓動無錫基地一期項目。2019年華虹營收9.33億美元。
中芯國際:2000年張汝京從台灣帶了300多半導體人才到上海成立中芯國際,項目13個月投產,4個月量產。投產和量產速度前所未有。中芯分出股份和客户利益捆綁,開始就有穩定的海外訂單,海外市場佔一半以上。有市場就有規模,張汝京幾個廠同時建,設備按批發價買,還用了部分二手設備,加上拿土地成本才169元/平,整體生產成本比台積電還低,3年內中芯就做到全球第四並開始就盈利,台積電感受到了威脅。
中芯信心滿滿,想繼續擴張,於是從台灣各大廠高薪挖人,其中就包含台積電,台積電果斷出手,在中芯上市前夕在美國發起訴訟,前後兩次訴訟糾纏了中芯6年,最後2009年靴子落地,中芯割讓10%股份和3.75億美元的賠償金了結訴訟,張汝京心力憔悴,黯然下馬。那段時間,中芯元氣大傷,前後連虧了8年,直到2011年才開始盈利。
此後中芯發展越來越好,2016年在寧波投資8.4億美元建新產線;2018年在紹興投資8.9億美元建新產線,突破14nm工藝,;2020年獲得機構注資24億美元,在科創板上市,合資成立新公司在北京投資76億美元建新產線;
**01專項(2006年-2020年)**主攻:核心電子器件、高端通用芯片及基礎軟件產品。具體項目是:CPU, EDA,功率器件,顯示器驅動,MCU,電腦操作系統軟件等。目前來看,項目中的IGBT,MCU等有一定成果。而CPU、EDA、顯示器驅動、電腦操作系統軟件國內市場所見不多。顯示器驅動,由於國內市場大(2020年佔全球36.3%),突破前景看好。
CPU, 電腦操作系統軟件很難突破,主因是:該行業規模超大加壟斷,壟斷者可以依靠規模優勢降低成本,並把單個產品的利潤降到最低,後來者很難有利潤空間來生存和發展。
**02專項(2006年-2020年)**主攻:極大規模集成電路製造技術及成套工藝。項目目標是國產半導體裝備和材料的國內市佔要達到10%和20%以上。項目具體是:14m刻蝕、薄膜、摻雜等設備及零部件;28nm光刻機及部件;14nm芯片工藝及封測技術。目前看來,除了28nm光刻機還在收尾,其他都基本完成。
**回顧過去,海峽兩岸半導體的發展,這一路走來,台灣地區一路繁花,中國大陸一路荊棘。**看似結果差異懸殊,而瞭解其中內情,就只有敬佩與感恩。中國能留下的這些半導體產業基礎與火種,都是中國的半導體先驅們拼盡一生換回的,當中的委屈與無奈,當中的艱辛與苦痛,當真不欲予外人道也。如果沒有不屈的精神,他們何至於此。以下是新中國最早一批半導體人才與工廠名單,如有遺漏請告知,會及時補充,向他們致敬:
王守武,普渡大學碩士,1950回國,31歲。
謝希德,麻省理工學院博士,1951年回國,31歲;
黃昆,布里斯托爾大學博士,1951年回國,32歲。
成眾志,哈佛大學碩士,1955年回國,34歲;
高鼎三,加利福尼亞大學博士,1955年回國,41歲;
吳錫九,麻省理工碩士,1956年回國,24歲;
林蘭英,賓夕法尼亞大學博士,1957年回國,39歲;
黃敞,哈佛大學博士畢業,1958年回國,31歲;
1956年北京電子管廠(民主德國提供技術援助)---京東方
1960年,江南無線電器材廠(742廠)---華晶
1966年,南通晶體管廠----通富微電。
1969年,國營永紅器材廠(749廠)---華天科技
1972年,江陰晶體管廠---長電科技。
第三章,中國的半導體發展往事—相比對岸的機緣中國半導體產業發展的艱難歷程
觀察兩岸早期(2008年為界)半導體芯片製造產業的發展,差異很大。兄弟爬山,各自努力,其中有機緣也有困難,我們一一道來:
**1、早期中國半導體芯片製造的人才和技術跟不上。**美國發明瞭半導體並主導了這一行業,最頂尖的半導體人才在美國,台灣在人才引進方面遠超中國大陸。以台積電為例,總經理張忠謀去台前,是德儀副總裁,分管半導體項目,有近30年半導體從業經驗。彼時,台灣在美國科技行業從業者眾,人才眾多。據説,當年台灣“科技教父”李國鼎僅一個月就在硅谷拜訪2000多名華裔科學家和工程師,可見台灣在美人才庫之豐厚。台積電由此得以從美國招到很多核心人才:胡正明是伯克利大學教授(他的學生梁孟松後來從AMD跳槽到台積電),餘振華是喬治亞工學院博士,蔣尚義曾在德州儀器、惠普工作,蔡力行是美國康奈爾大學博士。就是這些骨幹帶領台積電創造了奇蹟。
有些觀點認為,70年代我們半導體就很強了,各種研究成果就是明證。確實,我國50年代有一批從歐美歸國的頂尖半導體專家,在他們的帶領下,我國得以建起獨立的半導體產業,70年代也取得不少成果,但這些成果很多都是軍事化研發體制下的果實。其難點在於製造,即將這些研究成果低成本大批量的製造出來。而沒有強大的工業基礎,很難將成果產業化,商品化。
1977年,王守武曾感慨説:“全國共有600多家半導體生產工廠,其一年生產的集成電路總量,只等於日本一家大型工廠月產量的十分之一。” 1978年無錫742廠(華晶)從東芝首次成功引進成套集成電路產線,我國才得以第一次成功實現半導體芯片工業化生產(受限於“巴統”,很難成套引進設備,只能東湊西湊的淘設備,搞拼盤式產線,或者引進落後產線)。70年代從日美的兩次大規模引進30多條半導體生產線,最後項目失敗;90年代初的908工程(無錫華晶)項目產能不達標。這些例子都説明當年我們半導體產業化這一塊遇到了很大問題,我國工業基礎薄弱,產線需從海外引進,但我們缺乏玩轉國外生產線的技術和人才,而解決這一問題,引進海外人才是條捷徑。
然而中國早期要引進海外人才卻沒那麼容易。常規的做法是從中國海外人才庫引進,但中國1978年才重新開始向西方派遣留學生,第一年860人,13年後的1991年也才每年2900人留學。直到1992年出台“支持留學,鼓勵回國,來去自由”的留學方針,留學人數才開始飆升。同時,早期學成回國也很少,2007年的學成回國率還是30.6%,2008金融危機後,回國率才開始大幅提升。中國海外人才庫小,加上早年國內很多人有機會就想往外跑,引進海外人才不容易,遠遠落在了台灣後頭。
每年3-4千人留學,加上4年博士+5年以上工作經驗,海外人才庫成長緩慢,到了2000年前後,隨着人才庫的慢慢成長,1996 年條件稍微成熟,中國開始推出“春暉計劃”延攬硅谷人才。例如1999 年的“春暉計劃”適逢建國50週年,就以李嵐清副總理的名義邀請 25 名在硅谷的人才歸國,並參加50國慶觀禮,這25人裏就包括百度李彥宏和中興微鄧中翰,李和鄧當年都是31歲。中國互聯網行業今天的取得的成就以及半導體產業近些年的發展,當年這批歸國人才功不可沒。
**2、國內半導體市場太小,池小養不了大魚。**國內市場之於企業就像大地之於安泰俄斯,是源源不斷的力量來源。而改革開放初期,軍隊要裁軍,軍隊要忍耐,國內半導體企業最依賴的軍工市場訂單陡然減少,加上國外半導體產品大量進口,企業處境艱難。原有傳統市場突然減少消失,還要跟進口貨爭奪有限的民用市場,企業能混個温飽就不錯了。
例如1992年908工程(華潤微),1995年的909工程(華虹),90年代國內電子市場還沒有發展起來,加上當時中國電子業由外資特別是台資主導,市場、零部件兩頭在外,這部分市場國內廠家吃不到,國內只有一些IC卡智能卡市場,海外市場又不穩定,企業效益規模受限,無法形成良性循環,只能艱難求存。
中國做得好的新興產業,都是有強大的國內市場做支撐的,比如風電,太陽能光伏產業,早年風電、光伏產業的市場主要在國外,特別是光伏,2010年90%產品出口。在2012年,這兩個產業同時被美歐雙反(光伏反補貼税31%--249%; 風電反傾銷税44.99%-70.63%,反補貼税21.86%--34.81%)行業危如累卵。這時國家及時出手,用政策和大規模補貼強力啓動了國內市場,力挽狂瀾,生生保住這兩個產業,目前這2個產業都做到了全球第一。2018年風電全球市場964億美元,中國市場佔42%,全球15強企業中國佔8強;2018年光伏全球市場320億美元,中國市場佔45%,全球20強企業中國佔了16強。
再拿互聯網業舉例,台灣當年在美國的互聯網人才不比中國大陸差,像楊致遠,李開復等在美國很早就成名,他們有所成就後也重點投資扶持台灣的互聯網產業,開始時兩岸人才,技術差別不大但結果迥異,台灣市場太小,池小養不了大魚,一直動靜不大。而中國大陸由於東西方語言文化差異,及多種原因,國外業者有進入障礙,這就為歸國創業者提供了廣闊的國內市場。讓他們有足夠的空間成長為龐然大物。
**3、中國國內半導體市場被外商主導。**近些年,中國半導體市場高速發展,但國產半導體市佔不高,2018年全球半導體銷售額4767億美元,中國市場1578億美元佔33%(WSTS數據),但國產只佔國內市場的15%。2018年全球半導體企業25強裏中國只佔了1個,排在21位的海思半導體。半導體國貨市佔不高,包含以下原因:
1)美台半導體產業循環佔了中國半導體市場很大一部分,國內市場表面看起來很大,但這部分市場中國廠商是吃不到的:台灣將關鍵電子零組件/半導體芯片代工廠放在台灣本地,普通配件及裝配代工廠放在中國大陸。接到客户訂單後在台灣生產好關鍵電子零組件/半導體芯片,發到中國大陸組裝,再按客户要求發往世界各地,這些客户里美國佔大多數。對中國來説這有點像來料加工,兩頭在外(市場和關鍵零部件在外)。這部分市場吃不到不説,還要承擔對美貿易逆差的壓力。中美貿易談判的時候,就抱怨過逆差中很一大部分是台灣轉移到中國身上的台美逆差。美台半導體產業循環規模有多大呢?2017年台灣出口大陸總額的85.79%(793.6億美元)是芯片為主的電子零組件中間產品,待組裝成品後再從大陸出口。而2018年中國出口額TOP10企業中有6家是從事電子組裝代工的台企。
2)國產半導體芯片製造業由於設備和原料大部分依賴進口,製造成本下不來,國貨對進口貨沒有價格優勢,難以快速擴大市場。
3)WTO的《信息技術協定》要求各國半導體產品進口零關税,中國半導體企業主場優勢不明顯。
**4、美國主導的半導體產業對台灣友善,對中國並不友善。**美國是半導體發明者和產業主導者。歐洲這麼發達,半導體芯片也只能偏安於工業用途的模擬芯片。在競爭激烈,面向消費業務的存儲芯片及數字芯片(CUP、手機處理器等),只有美韓台在搞,中國只是摸到點邊而已。如今的半導體產業分佈格局很大程度上是美日半導體戰爭塑造的----美國扶持日本,日本不斷成長後威脅到美國產業霸主地位,為對付獨走而且危險的日本半導體產業,美國扶持了韓國台灣,韓台的半導體產業對美國依賴頗深,不像日本沒那麼獨立。
美國對於台灣地區半導體產業:盡心幫扶,市場開放,技術開放,加上台灣技術人才有足夠積累,以及在成本控制方面的確有一手,半導體產業發展一直很順利。
美國對於中國大陸半導體產業:美國在美蘇爭霸關鍵的80年代為了半導體產業首次向盟友日本開刀,手段狠辣,對於比日本潛力更大,更獨立的中國,更是警惕,從技術和設備入手對中國加以限制。前有“巴統”後有瓦森納協定(33個簽約國),中國難以獲得最新的半導體技術及設備,難以成套引進最新產線,只能引進落後產線或者拼盤式拼湊設備產線。半導體產業合作和投資也帶有一定傾向性,這幾年中國的芯片需求增長這麼大,芯片工廠連連擴建,美國半導體卻大撤退,格羅方德成都爛尾,英特爾賣掉大連工廠,這和麥當勞2017年中美貿易戰開戰前賣掉中國業務意圖一樣,就是避險。開炮前撤掉步兵,轟完了看情況再回來。
早期(2008年前)很長一段時間裏,中國半導體制造行業面臨很大困難,在市場不成熟,各種要素缺乏的情況下,有一批人心中始終燃燒着一團火焰,他們懷揣夢想,在艱難困苦中砥礪前行,感謝他們,我們沒被拉開太大距離。