電子發燒友網報道(文/黃山明)從20世紀開始,人類社會逐漸從原子時代走向信息時代,數據成為人類日常發展的主流。而半導體芯片作為數據的重要載體,也開始在產業中占據越來越重要的位置。近日,韓國產業經濟與貿易研究院發布了一份報告,為全球幾大關鍵國家與地區在半導體競爭力方面進行了評分。
其中美國以96分的產業競爭力位列第一,中國臺灣排名第二,得分79,日本則以78分排名第三,隨后為中國大陸(74),韓國(71),歐盟(66)。號稱經濟失落三十年的日本,為何卻在半導體領域仍然占有重要位置,甚至如今在許多上游原材料與設備上占據絕大部分市場份額,日本當年半導體是如何崛起的?
日本半導體發展的契機
二戰失敗后,日本本土遭受重創,許多城市與工業都毀于戰火之下。但在1955年到1969年,日本的GDP增速卻一直保持著高速增長,甚至一度超過了12%。戰后快速的復蘇除了美國的大力扶持以及明治維新留下的百年計劃外,重視科技、教育,學習西方經濟強國,把工業發展視為國家最重要的產業,這些都成為日本重新崛起的關鍵。
即便是在二戰剛結束之際,日本便將教育定為國策,堅決實行小學、初中的義務教育,免費為中小學生提供餐點與教科書。后來日本經濟條件變好,又將義務教育時間延長了三年,義務教育所培養的人才,也為日本的日后的科技發展奠定了堅實基礎。
而半導體在日本的發展可以追溯至上個世紀50年代,1950年,日本東京通信工業株式會社的井深大在一本雜志上第一次看到了貝爾實驗室發明的晶體管。兩年后,井深大來到美國考察時,從朋友處得知美國西部電子公司愿意授權新獲得的晶體管專利一事。
在當時,晶體管技術雖然是貝爾實驗室所研發出來的,不過專利握在母公司西部電子手中。并且貝爾實驗室為了推廣晶體管對方放開了專利授權,只需要2.5萬美元,就能夠拿到授權生產晶體管,貝爾實驗室還承諾幫助培養人才。
價格實惠,還能幫助進行人員培訓。井深大一想,這生意不虧,當場花費2.5萬美元,將晶體管技術引入了日本。1955年,應用晶體管技術制造的袖珍收音機TR-55被正式推向市場,并大獲成功,井深大還為這款收音機創立了一個品牌,也就是如今日本如日中天的索尼。
1958年,由于收音機的持續大賣,井深大干脆直接把公司名字改成了索尼。但使用晶體管制造收音機的技術顯然沒有太大的難度,彼時美國與日本開始涌現眾多類似產品,眼看一場圍繞新時代收音機的價格戰即將打響。
但索尼并未陷入到價格戰的泥潭當中,認為擁有領先的技術才能占據市場。為此,就在這一年,索尼技術負責人江崎玲于奈研發出了隧道二極管,這種二極管可以進行高速切換,利用量子隧穿效應,切換速度能達到微波頻率。利用這項新技術,索尼推出了短波和調頻收音機,再次引領了市場。
1973年,江崎玲于奈與布賴恩·戴維·約瑟夫森因為發現電子的量子隧穿效應而獲得諾貝爾物理學獎,這種晶體管也稱為為“江崎二極管”。
新技術的巨大紅利讓索尼意識到了基礎研究對于公司未來發展的重要性,1960年,索尼正式成立研究所,圍繞半導體及周邊科學進行前沿研究。到1974年,索尼攻克了CCD半導體技術,也為索尼日后全球“圖像之王”的地位打下了堅實的基礎。
為了進一步促進日本國內半導體產業的發展,1957年日本頒布了《電子工業振興臨時措施法》,開始限制外資的進入,除非外資與本國企業進行合資并保證技術轉讓,這一法案也加速了日本半導體產業的發展。
1962年初,NEC從仙童半導體處購買了平面光刻生產工藝,大大加快了芯片的產量。隨后在日本政府的主導下,NEC又將技術開放給了三菱、京都電器等公司,從而形成了日本半導體產業的雛形。
1967年,1967年,日本電氣與VarianAssociates公司成立合資企業,開始在日本開發生產自動鋁線真空鍍膜設備以及濺射裝置等;日立制作所在1968年研究開發離子注入設備。1968年索尼與TI談判成立合資公司,并承諾TI將在合資公司成立三年后向日本公布與集成電路相關的專利。
至此,在上世紀60年代,全球半導體產業開始逐步由美國慢慢向日本轉移,日本也開始迎來了經濟騰飛與產業騰飛的契機。
日本半導體產業的輝煌時代
為了進一步推動日本國內的半導體產業,在1974年,日本方面批準了“VLSI超大規模集成電路計劃”,四年時間共獲得1000多項專利。1976年,在政府的引導下,日立、NEC、三菱、東芝、富士通五家公司籌集了2.36億美元,聯合成立了VLSI技術研究所,目標直指DRAM存儲器。
之所以選擇存儲芯片,主要有兩個原因,一個是存儲器已經成為當時計算機中不可或缺的功能元件,在當時半導體市場中占據絕大部分份額;更重要的是第二個原因,動態隨機存取存儲器是生產技術的工藝推動器,從存儲器生產中學習到的工藝流程可以應用到其他集成電路生產上去。
而存儲器之所以在半導體市場中占有重要地位,就不得不提到美國的仙童半導體。作為當年美國半導體業界的“黃埔軍校”,如今美國一半以上的半導體企業,都與仙童半導體有著千絲萬縷的聯系,比如英特爾、AMD、賽靈思、Altera、巨積公司、美國國家半導體公司等。
1969年,美國加州的Advanced Memory System(先進內存系統)成功生產出了世界上第一款容量僅為1KB的DRAM芯片,并將其銷售給了霍尼韋爾。但霍尼韋爾收到這批貨后,卻發現工藝上存在一些瑕疵,因此又找到了一家新成立的公司尋求幫助,而這家公司便是1968年由仙童半導體出來的羅伯特?諾伊斯和戈登?摩爾等人創立的英特爾。
1970年,英特爾成功推出了全球第一款成熟商用的DRAM芯片C1103,一經推出便大獲成功,成為全球最暢銷的半導體內存,服務于HP、DEC等重要客戶。在這顆芯片的幫助下,1974年英特爾DRAM產品的全球市場份額達到了驚人82.9%。
被英特爾帶動的DRAM市場也被日本人所看重,VLSI研究所共設有6個實驗室,覆蓋了設計和生產DRAM的全產業鏈,并在不久后成功攻克了電子束***、干式蝕刻裝置等半導體核心加工設備,同時在量產DRAM時也獲得了領先的制程工藝與半導體設計能力,為后續日本半導體騰飛奠定了基礎。
1977年,在VLSI研究所的幫助下,日本成功研制出了64KB DRAM,追平了美國公司的研發進度。進入到80年代后,日本廠商更是憑借質量與價格優勢,開始反超美國公司。
1980年,日本的DRAM量產良率已經達到了80%,彼時美國廠商良率僅為50%。到1982年,日本一躍成為全球最大的DRAM生產國,并且在1984年率先研制成功1000K的DRAM,1985年NEC成為全球半導體銷售冠軍,并在此后連續7年成功衛冕。到1988年,全球前十大半導體公司,有六家來自日本,市占率超過50%。
相比之下,美國的相關企業處境并不樂觀。1981年,AMD凈利潤暴跌70%,美國國家半導體凈利潤更是直接不足此前的20%。
如此前占據DRAM市場絕大部分份額的英特爾,更是在日本廠商的強大攻勢下節節敗退,1982年,英特爾被迫裁員2000人,到1985年,英特爾的存儲業務虧損達到1.73億美元,被迫關閉旗下七座半導體工廠,并正式宣布退出DRAM市場,轉型集成芯片。
而在半導體設備上,日本更是不斷發力,在上世紀80年代,全球前五大半導體設備商全是日本公司,直到1991年,前五大廠商中也有4家屬于日本。此時日本正處于泡沫經濟的頂峰時期,也迎來了自身半導體產業的輝煌年代。
寫在最后
從全球半導體產業來看,上世紀60至70年代,依靠技術創新,美國牢牢占據了全球半導體市場的半壁江山,但隨著日本經濟的快速復蘇,加上日本政府舉國投入半導體,讓日本的半導體產業迅速發展。
半導體產業中心開始由美國轉向了日本,而經濟強盛的日本,更是在上世紀80年代喊出了“賣掉東京,便能買下整個美國”的口號。但日本半導體的崛起,讓美國相關產業大受損失,同時在80年代中期,隨著美蘇冷戰氣氛的不斷減弱,美日貿易摩擦開始不斷增加。在巨大的財政赤字壓力下,美國里根政府開始將目光轉向了日本,一場“好戲”即將開場。
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