日本半導體浮沉啓示錄_風聞

經濟觀察報

2023年07月04日 19:45:39 來自北京

李海燕/文

80年代的“行”和2000年以後的“不行”

眾所周知，日本半導體產業經歷過80年代的輝煌，也有之後的緩慢退步。但是如果簡單地認為日本半導體產業失敗了，是嚴重的誤解。今天日本半導體產業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後的原因，對我們今天發展半導體產業有非常強的參考價值。

在這裏筆者想糾正一個觀點。很多人認為，日本半導體產業在80年代後期超過了美國。筆者認為這個觀點本身不是很準確。準確的説，80年代日本在DRAM（動態隨機存取存儲器，Dynamic Random Access Memory）的生產方面，其質量可靠性方面超越了美國。並不是半導體產業整體超越了美國。

首先考慮一個問題，那就是為什麼80年代日本趕上美國了？80年代，日本工業產品的質量穩定性和生產效率整體都趕上了歐美主要發達國家。這並不是半導體一個行業的現象。筆者認為，其背後有兩個重要的原因。第一個是日本的後發優勢。戰後日本不斷的從美國獲得各種新技術，同時通過價格優勢不斷的佔領美國市場（80年代之前，日元匯率比較低，而且日本的勞動力成本低於歐美）；第二個原因是日本企業管理的特色。從50年代起，開始企業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。而美國一直是採取，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。其背後是美國和日本的人種構成差異和文化差異。

進入90年代，日本半導體企業在全球的影響力緩慢下降。其背後有三個主要的原因。第一個原因是美國對日本半導體行業的阻撓。其標誌為1986年簽訂的“日美半導體協議”。這個政治原因直接造成日本政府不該繼續對半導體產業進行產業政策和資金方面的大規模的支持。也造成日本半導體企業擴展速度的放緩。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，企業盈利能力嚴重下降。這就造成對半導體的持續研發和設備投資不足。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年代以後，韓國和台灣地區也加入到了這個競爭當中。80年代的大發展，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。韓國和台灣企業購入設備實現了快速的趕超。

此外，日本企業也沒有培育出EDA（Electronic Design Automation）企業。這是和日本社會長期重製造業，輕視軟件業的社會特點有關。也和日本缺乏了支持新興企業的資本市場有關。80年代半導體產業如日中天的時候，日本各個大企業都是自己內部開發了自己用的設計軟件，而且視為自己的競爭能力，不願意對外公開。最終造成了日本EDA企業的缺失。整體來講，日本在工業設計軟件、模擬軟件、統計軟件都能看到類似的情況。這個領域一直比如美國和歐洲。

如何看日本半導體材料的強大

生產一個複雜的芯片，生產過程中需要用到幾十種原材料。從物理形態來講，有固體的，也有液態和氣體的。日本企業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有JSR，東京應用化工，信越化學工業，住友化學，富士膠片。電子級硅晶圓領域主要日本企業有信越化學工業，SUMCO。掩光罩領域的主要日本企業：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有大陽日酸，Air Water，關東化學，Resonac（原昭和電工收購日立化成之後更名），大金工業，日本Zeon，住友精化，中央玻璃，巖谷產業，三井化學，關東電化工業，ADEKA等等。此外，在半導體生產領域用各種特殊化學藥業領域、各種靶材領域，都能看到日本企業的身影。

半導體材料在材料行業也是屬於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，並不是每個國家都有能力製造的。

另外需要注意的是，半導體材料領域的範圍是很廣的。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。該公司是日本工業陶瓷領域的著名公司日本特殊陶業（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，日本電子行業整體非常發達。當時各個行業的日本企業也都面臨着開拓新的業務內容和增加新的收益源的問題，很多企業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。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。他們當初是轉用了印刷行業的一些製版的技術進入到了掩光罩領域。半導體材料的研發，需要大量的資金投入。日本企業的多角化戰略彌補了日本資本市場不發達這個缺點。

另外一個因素是精密化工材料行業，企業內部的技術knowhow非常重要。不僅僅是日本半導體材料行業，其他國家的高科技材料行業也是一樣的。生產設備都是開發企業設計和定製的，並不是市場上有的標準工業品。這些公司很多時候，特意不把自己開發的技術申請專利，而是黑箱化。後發國家除了研發之外，很難進行模仿。

在這裏也舉一個頗具日本特色的半導體材料的歷史，那就是日本最大食品企業味之素公司的ABF的例子。ABF是Ajinomoto Build-up Film的簡稱，中文的意思是味之素堆積膜。這種產品用作CPU的絕緣材料。目前該類產品，味之素公司霸佔了100%的市場份額。味之素在日語中是味精的意思，該公司已經有100多年的歷史了，目前是日本代表性的食品企業。在上世紀70年代，味之素公司摸索着使用氨基酸生產中積累的技術開發一些新產品和新材料。1996年，味之素公司開始開發薄膜型絕緣體，4個月左右就成功了。但是開拓市場，讓半導體公司使用該材料花費了3年左右的時間。之後味之素公司一直霸佔着該細分領域。其他公司沒能簡單進入該領域有兩個原因，一個是味之素持有大量的專利，阻止了其他公司的進入。另外一個原因是專利之外，還有大量的生產工藝上的技術秘密，構成了技術上的壁壘。

日本落敗的本質

90年代以後，日本半導體的落敗本質上是日本DRAM產業的落敗。日本的半導體制造設備產業和半導體材料一直比較堅挺。而且90年代以後一直到最近幾年，日本在一些半導體產品方面，在全世界範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（簡單説就是用在汽車中，控制包括發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頑強的堅持到現在，有兩個理由最重要：（1）日本具有穩定的應用場景，（2）日本技術的原創性和產業初期的領先。

穩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揮作用，必須是應用到某個具體的產品當中。90年代以後，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定增長的。

Case1：CMOS Image Sensor。CMOS Image Sensor和日本強大的數碼相機行業在90年代以後的崛起不無關係，雙方是相互支持，良性互動。戰後，日本照相機行業蓬勃發展，以尼康為代表的日本照相機品牌風靡全世界。90年代以後，日本的照相機企業和電機企業陸續都進入到數碼相機領域，日本企業至始至終佔據了全球數碼相機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，創造了更大的市場。是一種標準的良性互動。在這裏需要指出的是，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（日語名稱：マイコン）和車載半導體也是類似情況。1980年，日本汽車生產量達到1000萬台左右，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境管制和70年代的石油危機有密切關係。美國在1970年推出了“1970年大氣淨化修正法”，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託外部的公司開發控制汽車發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成功。之後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佔據了全球前十大企業。德國的英飛凌最為強大，遙遙領先。日本企業往往能夠入圍4-5家企業，一般為東芝、三菱電機、富士電機、日立、羅姆。這幾家企業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態的公司。英飛凌就是從西門子分出來的企業。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的態勢。比如東芝公司在1981年就推出了全世界第一台變頻民用空調。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幹線車輛導入了IGBT，極大的促進了鐵道領域的節能。

Case4：LED。90年代以後，日本主導了LED相關領域的發展。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，藍色發光LED是最後突破的。2014年，因為突破藍色發光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於日本德島縣的一個小規模化學企業，因為LED的發展，該企業連續增長了20年。

Case5:NAND Flash Memory。東芝公司在該產品領域，一直具有比較強的存在感。其本質原因在於該產品就是東芝公司發明的。東芝公司的舛岡富士雄（Masuok Fujio）在1984年左右發明了NAND Flash Memory。東芝公司在技術方面，領先了全世界同行一步，這個優勢一直保持了下來。

中國需要如何應對半導體的困難局面

最近幾年，美國不斷對中國半導體產業的發展採取各種阻撓和限制措施。作為中國的應對，可以從三個時間角度去考慮。短期最重要的事情是穩定和美國以及其他主要發達國家的關係。90年代以後，美國在半導體產業已經不能構成一個完整的產業鏈了。現在美國拉攏荷蘭和日本的本質原因就在這裏。中期來講，加快導入海外人才和培養國內半導體相關人才最重要。十年之內，我們做的大部分工作都是國產替代的工作。很多細分領域都是發達國家10年前，20年前已經實現的技術和產品。長期來講，如果中國想佔據半導體產業的主導權，需要在基礎理論方面有所突破。沒有基礎理論和技術的重大突破，中國很難成為半導體的強國。

此外，新能源汽車行業今後是影響中國半導體產業發展的最重要的產業。日本半導體產業給中國最大的經驗教訓就是終端產品和不斷的技術研發。

在今後半導體行業的發展中，中國不是沒有一點優勢。筆者認為，目前蓬勃興起的第四次產業革命對中國的半導體發展也是一個百年一遇的機會。第四次產業革命在2020年左右拉開帷幕，其中有兩個主要的內容，也就是DX和GX。所謂的DX就是Digital Transformation，就是全產業的數字化轉型，最有影響力的內容是人工智能的發展。所謂的GX就是Green Transformation，也就是全產業的綠色低碳轉型，最有影響力的內容就是從化石能源主導轉變可再生能源主導的能源革命。前三次產業革命中國都歐美國家主導的。第四次產業革命，中國和歐美日佔到了同一個起跑線。

在第四次工業革命中，汽車行業也會迎來一個百年一遇的大變局。汽車會變成一個智能化產品。目前，一個高檔電動汽車，需要用到1000個左右的各種芯片（並不都是高端的芯片）和100個左右的各種傳感器。新能源汽車是半導體產品最大的應用市場。很明顯，中國的新能源汽車領域在全世界範圍走到了前面。

回望過去70年，日本半導體產業發展比較順利的時候，都有比較好的應用產業。半導體產業的發展和應用產業的發展是一個互相支持的，良性互動的關係。80年代以前，是晶體管收音機、電子計算器和電視機等。日本的液晶產業也是因為電子計算器的應用需求，積累了初期的基本技術。80年代以後是電腦。90年代以後是個人電腦、數碼相機和手機。2007年以後，日本喪失了使用半導體量最大的兩個產品的發展主導權，也就是個人電腦和智能手機的發展主導權。這也是日本半導體產業滑落的一個重要原因。

不僅僅是日本，美國的半導體產業也是一樣的。80年代以前的半導體產品是非常昂貴的。美國是軍工和科研部門的資金有力的支撐了美國半導體產業發展的基礎。90年代以後，英特爾公司長達30年時間，位居全世界半導體企業第一強的位置。這是因為，英特爾公司提供了這個時代最重要的半導體產品CPU。進入2023年，美國的英偉達公司成為全球市值最大的半導體公司，是因為該公司的GPU會在人工智能時代佔據最重要的位置。也就是技術的原創及不斷進步、巨大的市場這兩個因素。

（作者系日本產業觀察家，著有《回望平成時代的日本經濟》等）