日本芯片慘案_風聞

“全世界都在看着我們”。作 者丨華商韜略華商韜略出品丨ID：hstl8888上世紀七十年代，戰後快速發展的日本半導體產業遭遇到美國的“黑船叩關”，美國一方面揮舞貿易制裁的大棒，一方面力推IBM等巨頭攜高新技術殺進“江户灣”。市場被迫開放，行業被降維打擊的嚴峻情勢之下，日本秘密發起了反擊——由通產省牽頭、五大日企協力，組成“半導體聯合艦隊”，以舉國模式突破核心技術的“卡脖子”難題，實現對美半導體的追趕與反超。1976年初的一天，東京千代田區紀尾井町，福田屋裏人頭攢動。這是一家創立於1939年的日式料理店，以美食和室內工藝設計著稱，米其林評級二星，也是日本政商兩界舉辦宴會的常選之地。這天，宴會的主辦者是日本通產省（現在的經濟產業省）退休官員根橋正人，以及在通產省工業技術院電氣試驗所任職的垂井康夫。日立、富士通、東芝、日本電氣和三菱電機等五家日本當時最大的計算機公司社長悉數到場。開席之前，根橋對垂井説：“你今天的任務就是跟社長們喝酒，把他們都喝到位了。”技術開發出身的垂井不勝酒力也不會應酬，為此還被根橋説了一通，“老弟，你這麼板正，今後的工作可不好開展啊！”垂井後來才明白，根橋的意思是讓他和社長們打成一片，最好是能到稱兄道弟的程度，這樣才能給後續的項目合作打下情感基礎。這個項目事關日本國運，它就是後來載入史冊的——“超大規模集成電路技術研發項目”（超LSI技術研究組合，LSI：Large Scale Integration，後文簡稱“超LSI”）。其核心運作方式和目的是，由通產省負責，五大公司協力組成聯合研究所進行技術研發，追趕和超越美國IBM等巨頭的半導體技術，扭轉日本半導體的被動挨打局面。用我們熟悉的話説，就是要以“舉國體制”集中力量辦大事。大國在工業和科技領域以“舉國體制”“集中力量辦大事”是兵家常事。比如，奧斯卡最佳影片《奧本海默》講的就是二戰期間美國集中力量研發原子彈的故事；而前蘇聯則曾以“動員”模式，橫跨政、軍、工、科、教發展基礎研究，取得1957年搶在美國之前成功發射世界第一顆人造衞星“斯普特尼克1號”的標誌性成果。日本在這方面更可謂是爐火純青，而且形成一套成熟的操作體系。它們的“舉國體制”，核心是“產學官”的大合作，其官方稱為“有機開發體制”和“整合推進體制”，其中：“有機開發體制”主攻縮短與先進國家的技術差距，由國家提供資金，國立科研機構、產業界、學術界合作攻關，優先發展對國民經濟重要且緊急必要的先導性大型工業技術，特別是對研發週期長、投入大，民營企業無法獨立操作且“把握不住”的技術聯合攻關。“整合推進體制”則着眼於科技體制改革，當日本認為自己已經在科技領域表現出創造性不足、行政及科研機構“躺平”的問題之時，將由國家牽頭明確責任，推進機構改革，以上述“產學官”合作模式，提升研發活力，實施大規模研發項目的立項與推進。二戰後，日本通過引進美國技術改良創新、制定關税壁壘、政府採購扶植、制定《電子工業振興臨時措施法》等措施，快速發展電子產業，令計算機行業不斷自主壯大，其進口依存度1960年代初期還有69%，但到1970年代初已只剩下21%了，而且出現了市場上的國產機型比外國貨還要賣得好的現象。但這很快引起了美國的警惕。隨之而來的是，此前支持日本的美國一改往日，雙方的貿易摩擦頻繁發生。美國一方面從政府層面不斷施壓日本開放集成電路的市場，一方面在企業層面持續突破，以領先技術碾壓日本半導體行業。1970年，IBM推出以大規模集成電路為基本硬件的370系列計算機，其技術與性能均完勝日本同行，令整個日本計算機行業被降維打擊。為了追趕美國，日本砸下570億日元資助企業聯盟，但眼看快要趕上了，對手又是一個重磅炸彈，讓差距被進一步拉大。1975年，日本剛剛開始着手生產1K DRAM存儲芯片的計算機，IBM卻對外宣佈，已開始研發以1M DRAM超大規模集成電路芯片為基礎的第四代未來系統（Future System）計算機。“超LSI項目”的幕後推動者、日本電子產業振興協會負責人、東京大學教授田中昭二後來回憶説，“除了通過國家項目，我們沒有任何辦法掌握這項技術。”不僅如此，半導體市場開放後，日本的消費級民用電子產業也正面臨被美國蠶食的危機。存亡時刻，日本再次啓動“舉國模式”，組成“半導體聯合艦隊”攻向太平洋，繼而也有了根橋和垂井要把社長們喝到位的局。“超LSI項目”聯合艦隊的核心是，由日立、富士通、東芝、日本電氣和三菱電機各自抽調20名技術骨幹組成的“聯合研究所”，成員100人。“艦隊司令”由通產省的人擔任，負責行政的，正是退休官員、具有豐富國家級項目管理經驗的產業老將根橋正人；負責技術統籌的就是垂井康夫，畢業於早稻田大學第一理工學院電氣工學專業的垂井，1958年就申請了晶體管相關的專利，是日本最早參加半導體開發工作的專家之一。“超LSI項目”開工當天，項目全體技術人員站在設立於日本電氣公司中央研究室的聯合研究所門前，隆重其事地合影紀念這一時刻。當這些來自日本頂尖企業的工程師們意識到自己進入了“國家隊”，內心都泛起了波瀾，後來有人回憶説，很多人都生出一種感覺：“全世界都在看着我們”。▲超LSI項目主要成員合影要完成“超LSI”項目，技術攻關之外，各方利益平衡、保持科研人員的積極性至關重要。而兩位項目負責人則做到了堪稱完美的配合。一位訪談過根橋正人的學者就曾如此評價：“根橋與垂井的個性、性格和能力類型很不相同，一個是老練的行政官員，擅交往、會做人的工作，一個是典型的工程技術專家，井井有條、一絲不苟，一心撲在技術上，對於超LSI項目來説，他們正好互為補充。”“超LSI”項目的研究方向是聚焦“微細加工裝置開發”和“硅晶圓片”兩大主題，五大公司內部的研究重點，則放在64K以及256K DRAM的實用化研發。方向和重點之下，關鍵的難題是微細電子加工技術，即大幅提升芯片的集成度。1976年3月，“超LSI”項目兵分三路，開始了對超大規模集成電路、計算機和信息系統研發等“卡脖子”難題的挑戰，具體分工是：垂井領導的聯合研究所，負責基礎及通用技術的研發；日立、三菱、富士通聯合建立的計算機綜合研究所，以及日本電氣和東芝聯合成立的日電東芝信息系統研究所，則主攻實用化技術的開發。垂井負責的聯合研究所下轄六個研究室，前三個研究室的研究方向是微細電子加工技術，第四研究室攻關結晶技術，由工業技術研究院電子綜合研究所負責；第五研究室開發工藝技術，由三菱負責；第六研究室攻關測試、評價及產品技術，由日本電氣負責。就在這一過程中，圍繞研究室的爭議出現了。大家對後三個研究室的負責人選沒有爭議，但在前三個研究室的負責人選上卻爭執不下，因為微電子加工技術屬於半導體的關鍵基礎性技術，五家公司都因此爭着要當負責人，進而讓自己更掌握核心。日立、富士通和東芝甚至“威脅”，不能如願就退出聯合研究。這背後，是五家公司在微細製造領域的研發進展各不相同，且都是身處同一行業的競爭對手。因此，處在領先地位的公司擔憂聯合攻關之後，會失去自身的技術優勢，處在相對落後地位的公司遇到如此天賜良機，自然也不肯放過機會。最終，根橋和垂井下場解決了危機，核心辦法是，讓已經取得領先地位的更佔據主動，最終由日立、富士通和東芝各出一人分別負責前三個研究室。多線並舉的項目，定期互通有無很重要。為此，每隔一到兩週，垂井就會組織各研究室的研究員介紹各自的進展，而且，他還從辦公環境上都做了促進交流，增加協同和透明度的安排：各研究室雖然相互隔開，但卻“故意”沒有裝門。除了人力、智力上的聯合與技術上的開放共享，“超LSI”項目的研發投入也是政府與企業共擔。在項目實施的四年間，“超LSI”共計投入737億日元的研發經費，其中政府補貼291億，其餘則有5家企業補齊。這裏面也有一個大的插曲，再次體現出這種聯合的不易：五家公司曾經希望政府能追加投入到1500億日元，覆蓋整個研發過程及後續計劃。政府拒絕了這一要求後，五家公司一度對研究所態度冷淡，包括派出的人也都感受到這種變化進而士氣低落。尤其聯合研究所的100位工程師，也有人感慨：“我們被公司遺棄了。”關鍵時刻，與技術人員更有共鳴的垂井下場扭轉了局面，這次，他主打一個愛國牌：“我們每天在一起工作，一起生活，為的是什麼？我們的對手不是彼此，而是世界第一的IBM。所以，請大家不要再互相提防，互不溝通。歸根到底，我們是在同一個鍋裏吃飯的。”在垂井的感染下，來自不同公司的工程師再次擰成了一股繩，結成一條心，大家放棄自己的公司身份，以國家隊的責任和使命，一起向最終的目標邁進。“超LSI”項目研發的另一挑戰是，如何讓項目順利的秘密進行，以免遭受美國的圍追堵截和反攻。過程中還真出現了驚魂時刻。期間，日本國內一家報紙刊登了第二研究室的新聞，有關可變矩陣光束的研究成果。高度關注着日本動向的美國人注意到了這篇新聞，並懷疑日本啓動了半導體產業的國家級項目，而且，這種懷疑還在美國被持續擴大。這可嚇壞了垂井。多番思量後，他決定“主動出擊”，辦法是主動交代，但不説實情。垂井向根橋建議，在美國舉辦的國際電子器件大會（IEEE International Electron Devices Meeting）上發表一篇論文，介紹超LSI項目，但不提項目核心內容，只講基礎研究的部分，以此打消美國人的疑慮。根橋轉而與五大公司商量對策。五大公司一致認為：“最好連基礎研究也不要提，更不要提聯合研究所的事。”1977年12月，美國華盛頓喜來登酒店，垂井康夫單刀赴會地出現在IEEE會議現場，並做了題目為“日本的LSI以及VLSI研究”主題演講。特殊的背景，讓垂井的演講會場湧進了600多人，走廊裏都站滿了擠不進來的參會者。在一眾美國同行的注視下，垂井看似精心準備得煞有其事，但所講內容卻都是過往研究的彙編，幾乎沒有什麼乾貨，忐忑中完成演講的結尾，他還一本正經地強調道：“我們會分享更多的研究成果，讓日美一道探索微電子的未來吧！”但美國方面還是沒有因此放鬆警惕。會議一結束，垂井一位在貝爾實驗室工作的美國朋友就跑過來試探：“聽説你們的政府在補貼企業，美國的法律可不允許，在這裏，政府和企業是競爭關係。知道為什麼美國的律師數量是日本的25倍嗎，競爭改變社會。”項目成功之後，垂井更在項目回憶錄裏寫道：“經過事後確認，我在美國的所到之處全程都有CIA人員‘陪同’，美國政府似乎在等我露出什麼破綻。”而這也是美國的慣用伎倆。幾十年後，法國阿爾斯通高管皮耶魯齊的《美國陷阱》和華為孟晚舟事件中，美國也都是類似的操作。不過，垂井算是幸運者。他不但有驚無險地回到了日本，而且的確通過這一次主動出擊，轉移了美國人的視線，讓項目得以避開美國人的火力。贏得時間和空間的日本人因此披星戴月地集中研發，持續突破。三種電子束描繪裝置、電子束描繪軟件、高解析度掩膜及檢查裝置、硅晶圓含氧量及碳量分析技術等微細加工技術與設備、大口徑單晶硅培育技術、CAD設計技術等關鍵技術相繼取得突破，適用這些技術的邏輯、存儲元件製造技術也都應運而生之下，日本最終提前美國一年時間，研發出了256K DRAM，成為了這一關鍵領域的引領者。在超LSI項目基礎性研究成果的共享機制下，參與項目的五大公司，也都實現了在半導體技術上的跨越式發展，進而掌握下一代計算機的核心技術，粉碎了美國的技術圍獵。手握金剛鑽之後，日本公司開始在半導體產業發起反攻，並快速追趕，改寫了與美國之間的攻守關係。到1986年，日本企業在全球半導體市場份額由26%上升到45%，美國半導體市場份額則從61%下降到43%。當年，全球排名前十的芯片製造商中有六家是日企。日本電氣、東芝和日立更包攬了前三名。遺憾的是，日本的技術突破最終沒能擺脱國家實力的較量與制約。堪稱“珍珠港偷襲”式的日本半導體突圍，很快讓美國如夢方醒。技術打不贏，就立法來打，立法還打不贏，就想其他辦法來打。1984年，美國推出《半導體芯片保護法》，明確提出政府對芯片產業的更大力度支持；1987年，修改《反托拉斯法》，明確美國政府也可以合法地補貼企業，然後效仿日本，聯合14家企業建立了半導體制造技術聯盟（即SEMATECH），主攻芯片製造工藝及其設備，從技術上對抗日本先進技術。強大自身的同時，美國還舉起所謂法律武器。依據其《貿易法》301條款，美國半導體行業協會發起了對日本的起訴，逼迫日本於1986年簽署《日美半導體協定》，《協定》明確要求，提高美國半導體產品在日本市場上所佔的比重至20%。曾經領導日本成功反擊的垂井康夫因此倍感失望與憤怒，評價該《協定》是：“載入史冊的不平等協議”。▲日美半導體協議談判現場正面狙擊日本的同時，美國還通過扶植諸如韓國半導體等辦法，繼續對日本半導體趕盡殺絕。到1990年代中期，日本半導體徹底陷入頹勢，至今未能東山再起。多年後回首往事，垂井康夫仍對當時痛失好局耿耿於懷，但他的教訓總結卻頗引人深思：“成為世界第一有時並不是好事，當年日本費盡力氣衝到第一的位置，結果成了靶子，被美國打壓後再也沒能翻身。”值得關注的是，走過“失去的三十年”，近年來經濟增速復甦、股市連創紀錄的日本又對半導體發起了衝鋒。因為他們輸得實在不甘心，現任經濟產業省大臣齋藤健在日美簽下半導體協議時，還是通產省的一位年輕官員。上個月，出席台積電熊本工廠落成典禮的齋藤健對記者説：“美國當年是如何瘋狂地削弱日本半導體產業競爭力的，我至今歷歷在目。”2022年8月，八大日本公司成立半導體制造公司Rapidus，目標在2027年，實現2納米制程半導體的量產。2023年9月，Rapidus北海道第一工廠舉行開工儀式。對於目前只能生產40納米制程半導體的日本來説，2納米的難度比當年“超LSI”項目大了不止一個量級，需要跨越數個障礙，包括：能製造尖端產品的工廠；數千名熟練技術工人；最新一代的極紫外光刻機；從三星、台積電嘴裏爭奪客户；5萬億日元的投入。為此，Rapidus正在“團結”一切能拉攏的力量，連當年的“敵人”IBM都成了合作研發的夥伴。72歲的社長小池淳義曾在日立和西部數據從事芯片製造工作，他對上世紀八九十年代日本的印象是：“我們認為自己能搞定一切。”目前，日本政府承諾為Rapidus的2納米計劃補貼20億美元，如果想要更多的政府投入，他們必須拿出能推向市場的產品。作為新一任日本半導體國家隊的隊長，小池淳義只能想着如何贏：“別人需要三個月的事情，我們花一個月來完成。因為這是日本最後的機會。”[1]《超LSI共同研究所の思い出とその後の歩み》 垂井康夫[2]《從半導體技術攻關來看，日本科技領域存在“舉國體制”嗎？》 李慧敏，穆榮平，郝躍[3]《芯事：一本書讀懂芯片產業》 謝志峯，陳大明 上海科學技術出版社