交易管理 地缘经济的研究与案例

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30多年前的美日芯片战争

30余年前的日美芯片战争中,日本从高峰时近80%全球内存份额跌到将近零。日本丢失的份额,几乎都进了以三星为首的韩国企业。美国人实际上联手韩国,重组了全球半导体产业供应链,将日本从供应链上抹去,使一支在全球看起来不可或缺的产业力量消失得干干净净。
2019-05-23

(作者:蒋培宇;来源:微信公众号:魔铁的世界;转自:华尔街见闻《30多年前,日本是如何输掉芯片战争的?》2019.05

 

纵观日美芯片战,是否掌握重组全球产业链的能力才是决胜关键。

重点

随着生产线日夜运转,日本人发起了饱和攻击;

日本人这种研发节奏简直就是传说中的三箭齐发,让习惯了单手耍刀的硅谷企业毫无招架之力;

在英特尔最危急的时刻,IBM施以援手,购买了它12%的债券保证现金流,否则这家芯片巨头很可能会倒闭或者被收购,美国信息产业史可能因此改写;

l  SIA国家安全说一出,美国政府醍醐灌顶,从原来的磨磨唧唧变成快马加鞭,效率高的惊人;

三星深谙所有的贸易摩擦问题都属于政治经济学范畴,借机干翻了日本大象;

是否掌握重组全球产业链的能力,才是贸易战中决胜的关键;

 

正文

仅仅30余年,已经少有人记得那场在日美之间爆发的芯片战争。

这一战,日本人输得干干净净,从高峰时占据全球近80%DRAM(俗称电脑内存)份额,跌到现在的零。这场芯片战争完美诠释了什么叫国际政治经济学,亚当.斯密的自由市场竞争理论在大国产业PK中,只是一个美好的童话。

 

   垂井康夫

1980年代前五年是日本半导体芯片企业的高光时刻。

硅谷的英特尔、AMD等科技创业公司在半导体存储领域,被日本人追着打,然后被反超,被驱离王座,半导体芯片领域(当时主要是半导体存储占据主流)成为日本企业后花园。

美国的科技公司败在了模式上。

硅谷的发展模式是,通过风险投资为创业公司注入资金,创业公司获得资金支持后,进行持续的技术创新获得市场,提升公司估值,让后上市,风险资本卖出股票获利退出。这种模式以市场为导向,效率高,但体量小,公司之间整合资源难,毕竟大家都是一口锅里抢饭吃的竞争对手。

日本人的玩法截然不同:集中力量办大事。1974年,日本政府批准“超大规模集成电路(俗称半导体芯片)”计划,确立以赶超美国集成电路技术为目标。随后日本通产省组织日立、NEC、富士通、三菱和东芝等五家公司,要求整合日本产学研半导体人才资源,打破企业壁垒,使企业协作攻关,提升日本半导体芯片的技术水平。

日本的计划也差一点儿夭折,各企业之间互相提防、互相拆台,政府承诺投入的资金迟迟不到位。关键时刻,日本半导体研究的开山鼻祖垂井康夫站了出来,他利用自己的威望,将各怀心思的参与方们捏合到一起。

垂井康夫的说辞简单明了:大家只有同心协力才能改变日本芯片基础技术落后的局面,等到研究成果出来,各企业再各自进行产品研发,只有这样才能扭转日本企业在国际竞争中孤军奋战的困局。

 

   美国人被吓坏了

计划实施4年,日本取得上千件专利,一下子缩小了和美国的技术差距。然后,日本政府推出贷款和税费优惠等措施,日立、NEC、富士通等企业一时间兵强马壮,弹药充足。

一座座现代化的半导体存储芯片制造工厂在日本拔地而起。随着生产线日夜运转,日本人发起了饱和攻击。

美国人的噩梦开始了。1980年,日本攻下30%的半导体内存市场,5年后,日本的份额超过50%,美国被甩在后面。

九州岛被称为日本的“硅岛”,曾集中了日本绝大部分半导体芯片企业

硅谷的高科技公司受不了市场份额直线下跌,不断派人飞越太平洋到日本侦察,结果让人感到绝望。时任英特尔生产主管的安迪.格鲁夫沮丧地说:“从日本参观回来的人把形势描绘得非常严峻。”如果格鲁夫去日本参观,他也会被吓坏的:一家日本公司把一整幢楼用于存储芯片研发,第一层楼的人员研发16KB容量,第二层楼的人员研发64KB的,第三层人员研发256KB的。日本人这种研发节奏简直就是传说中的三箭齐发,让习惯了单手耍刀的硅谷企业毫无招架之力。

让美国人感到窒息的是,日本的存储芯片不仅量大,质量还很好。1980年代,美国半导体协会曾对美国和日本的存储芯片进行质量测试,期望能找到对手的弱点,结果发现美国最高质量的存储芯片比日本最差质量的还要差。

而且,日本人还拍着胸脯对客户保证:日本的存储芯片保证质量25年!

 

   英特尔差点翘辫子

在日本咄咄逼人的进攻下,美国的芯片公司兵败如山倒,财务数据就像融化的冰淇淋,一塌糊涂。

1981年,AMD净利润下降2/3,国家半导体亏损1100万美元,上一年还赚了5200万美元呢。第二年,英特尔被逼裁掉2000名员工。日本人继续扩大战果,美国人这边继续哀鸿遍野,1985年英特尔缴械投降,宣布退出DRAM存储业务,这场战争让它亏掉了1.73亿美元,是上市以来的首次亏损。在英特尔最危急的时刻,如果不是IBM施以援手,购买了它12%的债券保证现金流,这家芯片巨头很可能会倒闭或者被收购,美国信息产业史可能因此改写。

英特尔创始人罗伯特.诺伊斯联合其它硅谷企业成立了SIA,目标是应对日本半导体企业的竞争

英特尔创始人罗伯特.诺伊斯哀叹美国进入了“帝国衰落”的进程。他断言,这种状况如果继续下去,硅谷将成为废墟。

更让美国人难以容忍的是,富士通打算收购仙童半导体公司80%的股份。仙童半导体公司是硅谷活化石,因为硅谷绝大部分科技公司的创始人(包括英特尔和AMD)都曾经是仙童半导体的员工。在硅谷人心中,仙童半导体神一般的存在,现在日本人却要买走他们的“神”,这不是耻辱么?有一家美国报纸在报道中写道:“这笔交易通过一条消息告诉我们,我们已经很落后了,重要的是我们该如何对此做出应对。”

仙童半导体在硅谷人心中地位神圣

几年前,硅谷的科技公司成立了半导体行业协会(简称SIA)来应对日本人的进攻,经过几年游说,成果如下:将资本所得税税率从49%降低至28%,推动养老金进入风险投资领域。政府不愿出面施以援手。

苦捱到19856月,SIA终于炮制出一个让华盛顿不淡定的观点,一举扭转局面。

 

   神奇逻辑扭转局面

SIA的观点是:美国半导体行业削弱将给国家安全带来重大风险。

日本不是美国的盟友么,日本半导体崛起,美国半导体衰落,看着就是左口袋倒右口袋的游戏,怎么会威胁到美国的国家安全呢?

SIA的逻辑链是这样的:

因为超级武器技术离不开超级电子技术,超级电子技术又离不开最新半导体技术(这话没毛病);

如果美国的半导体技术落后,美国军方将被迫在关键电子部件上使用外国产品包括日本货(有点意思);

外国货源不可靠,战争时期会对美国断货,非战争时期还会向美国的对手苏联供货(日本人看到这里,估计要哭了);

所以,美国放任日本在半导体芯片领域称霸,就等于牺牲国家安全……(日本人的心此刻在滴血)。

此前,SIA游说7年,得到政府的回应总是:美国是自由市场,政府权力不应染指企业经营活动。

美国人砸日本的半导体收音机发泄不满

这次,SIA的“国家安全说”一出,美国政府醍醐灌顶,从原来的磨磨唧唧变成快马加鞭,效率高的惊人:

1986年春,日本被认定只读存储器倾销;9月,《美日半导体协议》签署,日本被要求开放半导体市场,保证5年内国外公司获得20%市场份额;不久,对日本出口的3亿美元芯片征收100%惩罚性关税;否决富士通收购仙童半导体公司。

美国人这一波操作至少开创了两个记录:第一次对盟友的经济利益进行全球打击;第一次以国家安全为由,将贸易争端从经济学变成政治经济学问题。

负责和日本交涉的美国在亚洲地区的首席贸易代表克莱德.普雷斯托维茨,一面指责日本的半导体芯片产业政策不合理,一面又对它赞叹不已,“所以我对美国政府说我们也要采取和日本相同的政策措施。”

对这种双重标准,曾在日立制作所和尔必达做过多年研发的汤之上隆在自己的书中气愤地说:“这人实在是欺人太甚!”

 

   三星补刀

随着《美日半导体协议》的签署,处于浪潮之巅的日本半导体芯片产业掉头滑向深渊。

日本半导体芯片产业从1986年最高40%,一路跌跌不休跌到2011年的15%,吐出超过一半的市场份额,其中的DRAM受打击最大,从最高点近80%的全球市场份额,一路跌到最低10%2010年),回吐近70%

可以说,和美国人这一战,日本人此前积累的本钱基本赔光,举国辛苦奋斗十一年(从1975年到1986年),一夜被打回解放前。

但日本人吐出的肉,并没有落到美国人嘴里,因为硅谷超过7成的科技公司砍掉了DRAM业务(包括英特尔和AMD),1986年之后,美国人的市场份额曲线就是一条横躺的死蚯蚓,一直在20%左右。

英特尔不敌日本企业,最终放弃半导体存储业务,进入微处理器领域

那么,这70%的巨量市场进了谁的肚子?

答案是韩国。

在日本被美国胖揍的1986年前后,韩国DRAM趁机起步,但体量犹如蹒跚学步的婴儿,在全球半导体芯片业毫无存在感。而且和日本相比,以三星为代表的韩国半导体芯片企业完全是360度无死角的菜鸡:根本打不进日本人主导的高端市场,只能在低端市场靠低价混饭吃;市场体量上,两者就是蚂蚁和大象的区别。

但三星深谙所有的贸易摩擦问题都属于政治经济学范畴,借机干翻了日本大象。

李健熙抓住日美进行芯片战的绝佳机会,带领三星半导体成功逆袭上位

1990年代,三星和面临美国发起的反倾销诉讼,但其掌门人李健熙巧妙利用美国人打压日本半导体产业的机会,派出强大的公关团队游说克林顿政府:“如果三星无法正常制造芯片,日本企业占据市场的趋势将更加明显,竞争者的减少将进一步抬高美国企业购入芯片的价格,对于美国企业将更加不利。”

于是,美国人仅向三星收取了0.74%的反倾销税,日本最高则被收取100%反倾销税,这种操作手法简直是连样子都懒得装。

三星抱上美国的大腿,等于从背后给了日本一刀,让日本彻底出局。

 

   决胜关键

如果没有三星补刀,日本半导体芯片尚有走出困境的希望。

美国人用《美日半导体协议》束缚日本人,并挥动反倾销大棒对其胖揍,但日本半导体存储芯片产业受的只是皮肉伤,因为硅谷的企业超过七成退出了半导体存储芯片行业,市场仍然牢牢掌握在日本人手中,熬过去后,又是一群东洋好汉,毕竟在全球半导体芯片产业链上,日本还是一支难以替代的力量。

三星加入战团并主动站队美国后,难以替代的日本人一下子变的可有可无,韩国人由此成为新宠。随后,三星的DRAM“双向型数据通选方案”获得美国半导体标准化委员会认可,成为与微处理器匹配的内存,日本则被排除在外。这样,三星顺利搭上微处理器推动的个人电脑时代快车,领先日本企业。

日本丢失的半导体芯片份额,几乎都进了以三星为首的韩国企业嘴里

从上面的DRAM份额图中可以发现,日本的份额呈断崖式下跌,韩国的则是一条陡峭的上升曲线,一上一下两条线形成一把巨大的剪刀,剪掉的是日本半导体芯片的未来。

此后,即使日本政府密集出台半导体产业扶持政策,并投入大量资金,但也无力回天,日本半导体芯片出局的命运已定。

东芝半导体插标卖掉后,标志着日本半导体芯片彻底出局

直到今天,仍有观点认为,韩国半导体芯片的崛起,日本半导体芯片的衰落,是产业转移的结果。这是不准确的,因为产业转移是生产线/工厂从高劳动力成本地区向低劳动力成本地区迁移,日本的半导体芯片企业并没有向韩国迁移生产线,而是直接被替代。美国人实际上联手韩国,重组了全球半导体产业供应链,将日本人从供应链上抹去,使一支在全球看起来不可或缺的产业力量消失得干干净净。

纵观日美芯片战,是否掌握重组全球产业链的能力,才是贸易战中决胜的关键,市场份额的多寡不构成主要实力因素,这也是日本输掉芯片战争的关键原因之一。

 

除非特别注明,文中图片均来自网络,如有侵权,请即联系删除。

主要参考资料:

《失去的制造业:日本制造业的败北》,作者:汤之上隆;

《日本电子产业兴衰录》,作者:西村吉雄;

《芯事》,作者:谢志峰;

《硅谷百年史》,作者:阿伦.拉奥,皮埃罗.斯加鲁菲。

 

 

   重要延伸阅读

回顾美日DRAM芯片之争

1973年石油危机爆发后,欧美经济停滞,电脑需求放缓,影响了半导体产业。而英特尔在DRAM存储芯片领域的份额也快速下降。因为他们引来了竞争对手,主要有德州仪器(TI)、莫斯泰克(Mostek)和日本NEC。而日本电子企业、汽车企业的凶猛攻势,最终引爆了美日两国的经济战争。

 

来源:芯师爷

转自:搜狐-半导体行业资讯《回顾美日DRAM芯片之争》2017-08

 

1973年石油危机爆发后,欧美经济停滞,电脑需求放缓,影响了半导体产业。而英特尔在DRAM存储芯片领域的份额也快速下降。因为他们引来了竞争对手,主要有德州仪器(TI)、莫斯泰克(Mostek)和日本NEC。而日本电子企业、汽车企业的凶猛攻势,最终引爆了美日两国的经济战争。

1931年,美国IBM公司生产的KeyPunch031型打孔卡数据记录装置。打孔卡(霍列瑞斯式卡)利用卡纸上打孔来记录信息。1928年,IBM推出新版打孔卡,这种卡采用长方孔,共有80列。1932IBM发明了磁鼓存储。但是直到1950年代,打孔卡机销量巨大,依然占据IBM公司净利润的30%1952IBM推出磁带式数据存储器,后来发展出磁盘式机械硬盘。1956IBM购买王安的磁芯存储器专利,1966年开发出晶体管DRAM内存技术。照片拍摄自IBM博物馆。

 

    美国电子产业孵化期

现代计算机械的起源,最早可追溯至1830年代,英国人巴贝奇研制的机械式数据分析机。该机采用在硬纸卡片上打孔的方式输入数据,相当于只读存储器,容量只有可怜的675个字节(1K=1024字节),也就是记录差不多六百多个字母的数据符号。穿孔卡片在19世纪后期用于政府人口统计等领域。美国IBM公司最早就是靠生产打孔卡数据机起家。到1930年代,IBM公司希望用新技术来取代打孔卡,便投资研制磁性数据记录装置。

1932年,美国IBM公司的奥地利裔工程师古斯塔夫·陶斯切克(GustavTauschek),发明了第一种被广泛使用的计算机存储器,称为“磁鼓存储器”,采用电磁感应原理进行数据记录。磁鼓非常笨重,像个两三米长的巨型滚筒,内部安装磁性介质的高速旋转圆筒(每分钟1万转),和一排固定读/写磁头,用来读取、写出数据。虽然块头挺大,但磁鼓的存储容量也只有几K而已,售价却极其昂贵。

到第二次世界大战期间,美国陆军为了提高火炮弹道计算速度,出资研制电子计算机。19462月,世界第一台大型电子计算机ENIAC,在宾夕法尼亚大学诞生。这台重达30吨的计算机,最初采用埃克特(J.P.Eckert)设计的水银延迟线存储器,容量约17K。但是该机并不具备存储程序的能力,程序要通过外接电路板输入。对于每种类型的题目,都要设计相应的外接插板,要改变程序必须切换相应的电路板,因此操作起来非常麻烦。直到1954年在该机加装了磁鼓存储器。

美国早期电子工业发展,主要依靠军事工业项目投资。而且为了争夺军费预算,三大军种相互攀比。1947年,刚刚成立的美国空军,便花费巨资,以每年100万美元的巨额预算(ENIAC的总经费才10万美元),资助麻省理工学院林肯实验室,研制旋风(Whirlwind)计算机,用于飞行模拟器训练。由于处理飞机稳定性需要运算2000条以上指令,而传统的串行计算机,只能对指令逐一执行,速度很慢。麻省研究人员因此改用并行运算结构。19514月问世的旋风计算机,也因此成为世界第一台具备程序存储功能的并行计算机。旋风采用新发明的阴极射线管磁芯存储器作为内存,速度提高2倍。

1949年,麻省理工学院主持研制旋风计算机的福里斯特教授(JayForrester),提出磁芯存储器设想。但是,磁芯存储器的专利拥有者,却是个中国人。当时,在哈佛大学计算机实验室工作的王安博士(上海人,公派留学生),研制出了磁芯存储器,并于194910月申请专利。

1951年,王安离开哈佛大学,以仅有的600美元,创办了名为王安实验室的电脑公司,开始出售磁芯存储器,单价4美元一个。王安的生意并不好,但嗅觉敏锐的IBM公司闻风而来,邀请他担任技术顾问,并购买磁芯器件。到1956年,王安将磁芯存储器的专利权,以50万美元卖给IBM公司。王安电脑公司由此扩张为美国电脑巨头之一,直至1992年破产。

磁芯存储器是继磁鼓之后,现代计算机存储器发展的第二个里程碑。直至1970年代初,世界90%以上的电脑,还在采用磁芯存储器,其后被英特尔批量生产的半导体晶体管DRAM内存取代。DRAM内存能够问世,主要是基于半导体晶体管和集成电路技术。

19592月,美国德州仪器(TI)工程师杰克·基尔比(JackKilby),制成世界第一块集成电路。在资本力量推动下,集成电路产业迅速改变了人们的生活方式,并形成了以万亿美元计算的庞大产业链体系。

 

    仙童与德州仪器的战争

194712月,美国新泽西州贝尔实验室,研制出世界第一个锗晶体管。到1955年,高纯硅的工业提炼技术已成熟,可以用来替代昂贵的锗材料。1956年,为了实现晶体管商用化,威廉·肖克利博士(生于英国)离开贝尔实验室,回到家乡——加州圣克拉拉,创建半导体实验室。

恐怕连他自己也想不到,半个世纪后,他那个儿时的家乡,会成为名震世界的“加州硅谷”,并从他的实验室里,走出了仙童、英特尔、AMD、国家半导体(NS),等一大批美国电子巨头,烧起了硅谷战火。而在当时,硅谷只有一家名叫惠普的小公司。

1956年,肖克利因参与发明晶体管,获得了诺贝尔物理学奖。然而到了1957年,因为难以忍受肖克利的粗暴脾气,诺伊斯、摩尔等八名技术精英,离开了肖克利实验室;在仙童照相器材公司老板的投资下,获得3600美元创业基金,租了一间小屋,创建了仙童半导体(Fairchild)公司。

仙童创业初期主要研制台面型双扩散晶体管,用硅来取代成本昂贵的锗材料。19581月,IBM公司给仙童下了第一张订单,以150美元订购100个新研制的硅晶体管。凭借硅晶体管的成本性能优势,到1958年底,仙童公司已经拥有50万美元销售额和100名员工。

IBM向仙童订购硅晶体管,主要是由于北美人航空公司中标的XB-70战略轰炸机,IBM为导航计算机采购高压硅晶体管。IBM希望与仙童签订1-3年的长期军事供货合同。除此之外,仙童的硅晶体管,还可用于民兵(Minuteman)洲际弹道导弹的导航控制计算机。巨额军工订单,是美国电子巨头发展的重要资金来源。

19592月,美国老牌电子巨头德州仪器(TI),开发出集成电路。工程师杰克·基尔比(JackKilby),为了解决将大量孤立的电子器件,整合成电路的困难,于是构思出集成电路。他在一块半个回形针大小的,银色半导体锗衬底上,用几根零乱的黄金膜导线,将1只晶体管、4只电阻、3只电容等分立元件焊接在一起,制成世界上第一片集成电路。

但是,这种焊接方法难以投入工业批量生产。仙童公司闻讯后,创始人诺依斯提出:可以用蒸发沉积金属的方法,取代焊接导线,用于批量制造集成电路。19597月仙童申请了集成电路专利。而为了争夺集成电路发明权,德州仪器与仙童开始了旷日持久的争执。双方在集成电路产品上,也是竞争对手。(2000年基尔比拿到了诺贝尔物理学奖)

1960年,美国仙童公司半导体工厂的扩散区。

 

    平面制造工艺

现代芯片制造,主要采用光刻法和蚀刻法工艺。光刻法最早的构想,源自印刷行业的照相曝光制版工艺,美国贝尔实验室在1954年开始采用光刻法工艺。

1970年代后,光刻法发展为重复步进曝光,电子束掩模等新工艺,制造精度大为提高。仙童公司在光刻法应用初期,进行了大量技术改进。

1958年仙童向IBM供货后,便出现了问题。民兵洲际导弹发射时,巨大的震动会导致一些金属粉尘颗粒脱离,可能会使硅晶体管暴露的接头处出现短路。仙童公司需要对此改进工艺。

19591月,仙童公司为了向IBM稳定供货,对硅晶体管工艺进行攻关。主要成员包括罗伯特·诺伊斯博士、杰·拉斯特博士,吉恩·赫尔尼博士、戈登·摩尔博士。其中,拉斯特和诺伊斯主要开发使用16毫米电影镜头的光刻掩模技术,对掩模板、光致抗蚀剂(光刻胶)进行改进。

他们首先把具有半导体性质的杂质,扩散到高纯度硅片上,然后在掩模板上绘好晶体管结构,用照相制版的方法缩小,将晶体管结构显影在硅片表面氧化层,再用光刻法去掉不需要的部分。扩散、掩模、照相、光刻,显影,整个过程叫做平面处理技术。

1959123日,诺伊斯在日记中提出一个技术设想:既然能用光刻法制造单个晶体管,那为什么不能用光刻法来批量制造晶体管呢?他们首先面对的是密集电路的短路问题。赫尔尼提出在硅片表面形成二氧化硅绝缘层,解决短路问题。

19598月,仙童公司组建由拉斯特博士领导的晶体管集成电路研制团队。

19609月,成功开发出世界第一代晶体管集成电路。然而由于集成电路项目耗费巨大,仙童副总裁TomBay建议结束研发项目,专注于二极型晶体管生产。在此情况下,拉斯特博士选择辞职离开仙童公司。

LionelKattner接管了研发团队,最终在摩尔的全力支持下,仙童决定将晶体管集成电路投入批量生产。1961年,LionelKattner也辞职离开了仙童公司,创办了西格尼蒂克(Signetics)半导体公司(1975年被荷兰飞利浦收购)。仙童公司如同蒲公英一般,将人才散布到硅谷的每个地方,推动硅谷集成电路产业迅速兴起。

1962年,仙童公司在缅因州南波特兰,创建了世界第一家晶体管生产、测试及封装工厂。并以收取技术授权费的方式,向其他企业传播平面制造工艺。嗅觉敏感的日本企业,迅速通过仙童公司,掌握了这一核心技术。同一年,美国开发出MOSFET——金属-氧化物半导体场效应晶体管,成为世界电子产业发展史上的重要里程碑。为半导体存储器的问世,奠定了技术基础。

1966年,美国IBM公司托马斯·沃森研究中心的罗伯特·登纳德(RobertH.Dennard)博士,发明DRAM原理。老头在IBM公司工作了半个世纪,现在八十多岁了。2009年获得IEEE荣誉勋章。这是电子电气领域的最高荣誉。

 

    DRAM内存之父

1960年代早期,美国电子产业,主要由IBM、摩托罗拉、德州仪器、美国无线电公司(RCA)等老牌企业控制。他们依靠二战时期,美国政府的巨额军工订单,发展成为产业巨无霸。二战后主要生产电视机、收音机等新兴的家用电器,并为美军武器提供电子装备。

电子计算机也是新的产业热点,IBM具有领先优势。

IBM公司在1956年,花费巨资从王安手里,购买磁芯存储器专利,主要是为了解决大型计算机存储数据问题。磁芯存储器并不完美,不但磁芯容易损坏,而且价格昂贵,运行速度也慢。然而,磁芯存储器比磁鼓有个重要优点:电脑断电后,磁芯保存的数据不会消失。为解决磁芯存储器存在的不足,IBM进行了长达十几年的研究。

1961年,IBM在纽约州成立了以半导体为方向的托马斯·沃森研究中心。仙童当时是IBM的半导体器件供应商,并且发展非常迅速。1965年,仙童公司的戈登·摩尔,在《电子学》杂志发表文章预言:当价格不变时,集成电路上可容纳的晶体管数量,约每隔18个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。这个预言后来被称为“摩尔定律”。

1966年,IBM托马斯·沃森研究中心,34岁的罗伯特·登纳德(RobertH.Dennard)博士,提出了用金属氧化物半导体(MOS)晶体管,来制作存储器芯片的设想。原理是利用电容内,存储电荷的多寡,来代表一个二进制比特(bit)是1还是0。每一个bit只需要一个晶体管加一个电容(1T/1C结构)。19686月,IBM注册了晶体管DRAM专利(3387286号专利)。但是由于IBM正在遭受美国司法部的反垄断调查,拖延了DRAM项目商业化进度,这给其他公司带来了机会。

此时,晶体管集成电路已经成为产业热潮,大批美国公司投入这一领域。1969年,加州桑尼维尔的AdvancedMemorysystem公司,最早生产出1K容量的DRAM,并出售给计算机厂商霍尼韦尔。但是由于存在DRAM工艺上的缺陷,霍尼韦尔后来向新成立的英特尔公司寻求帮助。

1972年前后,英特尔公司为美国Prime电脑公司,生产的微型电脑主板上,焊接了1281K存储容量的C1103DRAM内存,组成128K容量的内存,以便运行类似DOS的操作系统。1GB=1048576KB,如今一根最普通的4G内存,容量等于这块老古董的3.2万倍。最大的单根内存容量达到128G,是这家伙的100万倍。

 

    英特尔DRAM内存商业化大获成功

1967年,仙童半导体成立十年时,公司营业额已接近2亿美元(作为对比1967年中国外汇储备为2.15亿美元)。但是随着德州仪器、摩托罗拉、国家半导体在晶体管市场的崛起,仙童的利润迅速下滑,加之巨额研发投入,企业内部矛盾严重。仙童的行业第一地位,迅速被德州仪器取代。

19688月,仙童总经理鲍勃·诺伊斯,拉着研发部门负责人戈登·摩尔辞职。从风险投资家阿瑟·洛克那里拉来250万美元投资,正式成立了英特尔(Intel)公司,洛克出任董事长。Intel在英文中含有智慧和集成电路的意思,商标是花1.5万美元,从一家酒店手里买的。当时公司只有诺伊斯和摩尔两个员工,他们招兵买马时,又从仙童公司挖来了工艺开发专家安迪·格鲁夫,担任运营总监。

英特尔成立之初,继承了仙童的技术能力。公司制定的发展方向是研制晶体管存储器芯片,这是一个全新的市场。当时的半导体工艺主要有双极型晶体管,和场效应(MOS)晶体管。这两项工艺都是仙童的长项。但是哪一种工艺用来生产的芯片更好,他们并不清楚。于是公司成立了两个研发小组。19694月,双极型小组推出了64bit容量的静态随机存储器(SRAM)芯片C3101,只能存储8个英文字母。这是英特尔的第一个产品,客户是霍尼韦尔。

此时在美国电脑市场上,IBM已经成为无可争议的霸主,被称为蓝色巨人,其他电脑厂商在重压下苦不堪言。霍尼韦尔公司为了提高其计算机性能,正在寻找SRAM存储器,这为英特尔带来了市场机会。与此同时,仙童公司的市场主管杰里·桑德斯,又拉走了一批人,成立了AMD公司。由于融资困难,桑德斯找到了英特尔公司的诺伊斯寻求帮助,最后拉来了155万美元投资。此后的半个世纪里,英特尔和AMD成为一对难分难解的竞争对手。

19697月,场效应管小组推出了256bit容量的静态随机存储器芯片C1101。这是世界第一个大容量SRAM存储器。霍尼韦尔很快下达了订单。随后,英特尔研究小组不断解决生产工艺中的缺陷,于197010月,推出了第一个动态随机存储器(DRAM)芯片C1103,有18个针脚。容量有1Kbit,售价仅有10美元,它标志着DRAM内存时代的到来。

当时的大中型计算机上,还在使用笨重昂贵的磁芯存储器。为了向客户宣传DRAM的性能优势,英特尔开展全国范围的营销活动,向计算机用户宣传DRAM比磁芯更便宜(1比特仅需1美分)的概念。由于企业客户出于安全考虑,不会购买独家供货的产品,必须要有可替代的第二供货源。

于是英特尔选择了加拿大的一家小公司,微系统国际公司(MIL)合作,授权他们用1英寸晶圆生产线进行生产,每年收取100万美元的授权费用。C1103的用户主要包括惠普电脑的HP9800系列,和DEC公司的PDP-11计算机,产量有几十万颗。

1972年,凭借1KDRAM取得的巨大成功,英特尔已经成为一家拥有1000名员工,年收入超过2300万美元的产业新贵。C1103也被业界称为磁芯存储器杀手,成为全球最畅销的半导体芯片。同年IBM在新推出的S370/158大型计算机上,也开始使用DRAM内存。到1974年,英特尔占据了全球82.9%DRAM市场份额。

东京国立博物馆藏品,照片左边是1976年日本NEC研制的TK-80系统,采用仿制英特尔8080的兼容处理器(型号μPD8080A),当年售价88500日元,卖了1.7万台。中间是英特尔为日本厂商开发的MCS-4系统,采用4004处理器,右侧是日本Busicom电子计算器。多数人不知道,美国英特尔最早开发CPU,是为了日本人。

 

    日本人要买CPU

英特尔介入微处理器(CPU)领域则很偶然。1969年,日本最大的电子计算器公司Busicom,找到美国英特尔,希望能帮他们研制计算器用的ROMRAM和运算处理器(CPU)等12枚芯片组成的系统。针对日本方面的要求,Intel研究团队的特德·霍夫(TedHoff),创新性地提出一个设想——用1颗移位寄存器、1ROM芯片、1RAM芯片、1CPU处理器芯片,由四颗芯片完成原来需要12颗芯片组成的系统。这样可以简化结构,降低生产成本。

197026日,双方签订了合同,三年内订货六万套MCS-4计算器系统,日方预付6万美元。到年底,英特尔相继拿出了4001(动态内存DRAM)、4002(只读存储器ROM)、4003(寄存器)、4004(微处理器CPU)等四颗芯片。但是由于量产过程中出现延期,让日本公司颇为恼怒,要求在价格上打折扣。英特尔同意了,但是附带要求,可在除计算器之外的其它市场,自由出售4004芯片——至此,世界首款商用计算机微处理器4004正式诞生了。

4004需要与另外三颗芯片协同工作,只要改变4002中保存的用户指令,就可以实现不同的功能。4004采用10微米的生产工艺,内含2250个晶体管,时钟频率为74KHz,每秒可执行6万次运算,售价200美元。

英特尔恐怕想不到,15年后,它会被日本电子企业逼得差点破产倒闭,而后靠CPU芯片绝地反击成功。日本人也绝不会想到,这个为他们提供零部件的美国小公司,三十年后会称霸世界电子市场,打垮日本电子企业。到1972年,英特尔推出了基于8008处理器的微型主机。为其配套研制操作系统的加里·基尔代尔(GaryKildall)博士,后来发明了CP/M操作系统,微软靠着抄袭基尔代尔的软件,推出MS-DOS操作系统。

而在当时,世界计算机市场规模极为有限。美国市场的大型计算年销量约有2万台,主要被IBM和七个小矮人(指GENCRCDCRCAUNIVACBurroughsHoneywell七家电脑制造商)控制。小型电脑市场则由DEC和惠普等十几家公司控制。英特尔当时还是小公司,很难抢到主机市场份额,于是把重心放在存储芯片方面。

1979年,美国苹果公司生产的AppleIIPlus电脑主板,采用莫斯泰克MK4116内存芯片。CPU是莫斯泰克6502,最大支持64K内存。整机售价1200美元。1978年,苹果公司的AppleII卖了2万台,使苹果迅速成为年销售额,突破3000万美元的产业新贵。

 

    德州仪器、莫斯泰克、镁光加入战场

1973年石油危机爆发后,欧美经济停滞,电脑需求放缓,影响了半导体产业。而英特尔在DRAM存储芯片领域的份额也快速下降。因为他们引来了竞争对手,主要有德州仪器(TI)、莫斯泰克(Mostek)和日本NEC

早在1970年英特尔发布C1103后,德州仪器便对其进行拆解仿制,通过逆向工程,研究DRAM存储器工艺结构。1971年德州仪器采用重新设计的3T1C结构,推出了2K产品。1973年德州仪器推出成本更低,采用1T1C结构的4KDRAM(型号TMS4030),成为英特尔的强劲对手。

莫斯泰克则是一家小公司,1969年,德州仪器半导体中心的首席工程师L.J.SevinMOS场效应管专家),拉着一帮同事辞职,在马萨诸塞州成立了莫斯泰克(Mostek)公司,工厂设在德州卡罗尔顿,主要为计算机企业配套生产存储器件。

Mostek开发的第一个DRAM产品MK1001,只有1K容量。1973年,Mostek采用公司创始人RobertProebsting设计的地址复用技术,研制出16针脚的MK4096芯片,容量提高到4K16针脚的好处是制造成本低,当时德州仪器、英特尔和摩托罗拉制造的内存是22针脚。

凭借低成本,莫斯泰克逐渐在内存市场取得优势。而英特尔此时将精力放在开发8080处理器上,在微型计算机市场取得巨大成功。1976年莫斯泰克推出了采用双层多晶硅栅工艺的MK4116,容量提高到16K。这一产品帮助莫斯泰克击败英特尔,占据了全球75%的市场份额。

其后莫斯泰克又开发了64K容量的MK4164,到70年代后期,一度占据了全球DRAM市场85%的份额。但是随着日本厂商廉价芯片的疯狂冲击,短短几年时间,美国厂商就撑不住了。1979年,陷入困境的莫斯泰克,被美国联合技术公司(UTC),以3.45亿美元收购。后来又转卖给了意法半导体。

1978年,从莫斯泰克离职的三名设计工程师,拉来风险投资后,在爱达荷州一家牙科诊所的地下室,创办了镁光科技(Micron)。镁光签订的第一份合约是为莫斯泰克设计64K存储芯片。

后来,镁光从爱达荷州亿万富翁,靠生猪养殖起家的J.R.Simplot那里拉来了投资,开始建设第一座DRAM工厂。为了节省投资费用,工厂建设在一家废弃的超市建筑里,肉类冷库被改造成净化车间,生产设备也是二手的。

1981年晶圆厂投产,只花了700万美元,而新建一座同类工厂的投资额,一般是1亿美元。镁光的第一批产品是64KDRAM,主要供应给正在飞速崛起的个人电脑制造商。像当时销量很高的Commodore64电脑,就是采用镁光64K内存。到1984年,镁光推出了世界最小的256KDRAM

与莫斯泰克类似,镁光的敌人来自日本。1980年,日本研制的DRAM产品,只占全球销量的30%,美国公司占到60%。到了1985年局势已经完全倒转。由于日本廉价DRAM的大量倾销,镁光被迫裁员一半,1400名工人失业。

镁光只得向美国政府寻求帮助。从1985年至1986年,英特尔连续亏损六个季度。DRAM市场份额仅剩下1%。当时,英特尔的年销售额为15亿美元,亏损总额却高达2.6亿美元,被迫关闭了7座工厂,并裁减员工。濒临死亡的英特尔,被迫全面退出DRAM市场,转型发展CPU,由此获得新生。

日本电子企业、汽车企业的凶猛攻势,最终引爆了美日两国的经济战争。

1965年,仙童半导体公司,开发出双列直插式封装(DIP)工艺,用塑料代替陶瓷封装芯片,生产18引脚产品。德州仪器开发出更小的10引脚产品,用于航空电子器件。直到1980年代,超大规模集成电路的针脚数,远远超过了DIP封装的极限,DIP才被其他封装工艺取代。

1965年,仙童公司的戈登·摩尔博士,在《电子学》杂志发表文章预言:当价格不变时,集成电路上可容纳的晶体管数量,约每隔18个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。这个预言后来被称为“摩尔定律”。半个世纪以来,世界集成电路的发展,基本符合摩尔定律的规则。只是到了近几年,随着美国在5-10纳米生产工艺上出现停滞,给中国带来了技术追赶的机会。

1968年,仙童工程师福德利克·费金(RedericoFaggin),设计出采用硅栅自对准工艺的Fairchild3708(图左,右侧为采用金属栅极的Fairchild3705),是世界首款采用SGT(垂直环绕闸极晶体管)结构的商用MOS集成电路。SGT技术后来用于CCDEPROMFlash闪存等产品。

1971年,英特尔推出了首个商用,速度仅有740kHz的计算机CPU芯片Intel-4004。在此之后,芯片速度得到倍增式的迅速发展,在不到30年后的2000年,就已经突破了2GHz

1971年,美国加州圣克拉拉市,英特尔员工在新建的工厂前合影。因为山景城的办公室不够用,在这里建工厂,最初生产4004芯片。可以看到有华人面孔的员工。

1972年,美国英特尔研制的Intellec8微型电脑,采用8008处理器。这款电脑的操作系统,由加里·基尔代尔(GaryKildall)博士负责开发。加里·基尔代尔,是电脑人机操作系统的真正发明人,1973年加里·基尔代尔开发了CP/M操作系统(类似DOS操作界面),成为70年代电脑行业标准,2000多家电脑公司使用这一操作系统。其后比尔·盖茨的微软公司,抄袭基尔代尔的模式,推出了微软MS-DOS操作系统。1980年,IBM公司开始采用微软的产品,帮助微软一跃成为美国软件巨头。

盛极而衰是自然规律,商业领域也是这样。1989年日本泡沫经济破灭,经济进入停滞阶段。进入1990年代,随着苏联解体,美国收割冷战红利。在美国刻意遏制下,日本的国际竞争力迅速衰退,其半导体的全球份额迅速滑落至50%2000年后更是下降到20%左右。如此溃于一旦的急速坠落,让世界震惊并疑惑,究竟发生了什么。

1945815日,日本东京皇宫外,东京电台正在广播:昭和天皇裕仁,宣读日本无条件投降诏书。很多日本老百姓跪在地上痛哭不止。这一天有600名日本军官自杀,逃避战败投降命运。东京城区已经在美国军队,长达半年的轰炸中化为废墟。共同社照片

1945年二战结束后,日本作为战败国,经济受到严重打击;但是日本最核心的资产,工程师队伍得以保存下来。这批原本研制大和级战列舰、樱花自杀飞机的日本工程师,转向民用造船、家用电器、钢铁、汽车、摩托车、电子、石化领域,加速了日本战后经济重建。

1948年中国国民党兵败如山倒后,美国便明确将日本,作为在亚洲对抗苏联的桥头堡。1950年开始,中美两国在朝鲜战场血战三年。美国巨额军需采购订单,使日本经济爬出了二战战败的泥潭。而美国为了拉拢日本对抗苏联,向日本转移了数百项先进技术。

如黑白、彩色显像管电视机、晶体管收音机、录音机、计算器、电冰箱、洗衣机,在当时都是顶尖的民用消费品。日立、三菱、东芝、NEC、松下、三洋、富士通、索尼、夏普、冲电气(OKI)等日本企业,在此阶段廉价获得了大批美国专利技术,由此奠定了战后日本电子产业发展根基。

此时,美国人绝对想不到,日本电子产业,会壮大到反噬美国的那一天。

1958年,日本北辰电气(HokushinElectric)为NECNEAC-2201晶体管计算机,研制的MD-2A磁鼓存储器,容量64K,每分钟转速可达到10000转。北辰电气后来被横河电机并购,消失在历史长河中。

 

    日本电子产业发育期

自明治维新以来,日本经济的一大特征,是在政府主导下进行产业技术升级。1948年,日本内阁在通商产业省(简称通产省)下面,设立了工业技术厅,1952年更名为工业技术院,经费完全由财政拨付,负责推动日本整体产业技术发展。1953年日本东京通信工业公司(SONY前身)副社长盛田昭夫,耗资900万日元(2.5万美元),从美国西屋电气引进晶体管技术,生产晶体管收音机。

1956SONY袖珍收音机上市后一炮而红,索尼迅速崛起。受此影响,日立、三菱、NECOKI、东芝、三洋等公司,相继花钱从美国RCA和西屋电气,购买了晶体管专利授权。随着规模化生产,日本晶体管价格明显下降。1953年索尼试制的晶体管一颗为4000日元(11美元),到1958年降为200日元(0.56美元)。1959年日本晶体管产量达到8650万颗,产值约160亿日元(4445万美元)。

当时日本与美国相比,技术上存在差距,唯一的优势是人工便宜。东京电子厂的日本工人,月薪还不到30美元。而美国工人月薪是380美元。在计算机方面,1956年,通产省工业技术院电气试验所,由高桥茂等人负责,研制出日本第一台晶体管计算机ETLMARKIII,比美国晚两年。随后东京大学开发出PC-2电脑。

1957年,通产省颁布执行电子工业振兴临时措置法(电振法57-71年),限制外资进入日本,以保护本国市场,引导日本企业发展半导体电子产业。19584月,日本各大电子厂商合作,组建了日本电子工业振兴协会(JEIDA),集体对计算机攻关。

19589月,在通产省工业技术院电气试验所的技术援助下,日本NEC公司推出NEAC-2201晶体管计算机。这是日本第一台完全国产化的计算机。采用北辰电气(HokushinElectric)研制的磁鼓存储器,容量64K。日本为炫耀这一成果,将其运到巴黎公开展出。

1960年,日本通产省工业技术院电气试验所,研制成功日本第一块晶体管集成电路。这是参与研制的骨干成员,左起,传田精一(研究员,東北大学工学博士)、垂井康夫(半导体部晶体管研究室主任)、井上ルミ子、鳴神長昭。

 

    日本集中全力进攻

19592月,美国德州仪器发布集成电路。19602月,美国西屋电气(Westinghouse)公开宣称:半导体是未来主流技术。太平洋对岸的成果,对日本产生强烈刺激。

1960年起,日本形成“官产学”体系,即政府、企业、大学联合对集成电路技术发起进攻。196012月,通产省电气试验所,研制成功日本第一块晶体管集成电路。研究成员有传田精一、垂井康夫等人。196148日,日本东京大学工学部的柳井久义、菅野卓雄、多田邦雄、柳川隆之四名教授,发布了他们与NEC公司合作,在晶体管集成电路上进行的基础研究。

1962年,日本NEC为了解决晶体管集成电路的制造问题,支付技术授权费,从美国仙童公司,买来晶体管平面光刻生产工艺。解决生产问题后,日本NEC的集成电路产量暴增。1961年只有50块,1962年增长至1.18万块,1965年达到5万块。在此期间,NEC研制了多个型号的晶体管集成电路计算机,如NEAC-1200系列,NEAC-2200系列。

日立公司与美国RCA合作,由日立半导体事业部的大野稔等人,研制出MOS型晶体管。1966年,日立发布了第一代MOS集成电路HD700,用于计算器,采用15微米生产工艺。夏普、三菱也纷纷将集成电路新技术,用于各自的计算器产品,使日本的集成电路迅速形成产业基础。到1970年,日本NEC的集成电路产量,已经达到3998万块。

作为对比:早在1956年起,中国科学院就开始组织黄昆博士、谢希德博士、林兰英博士、王守武博士等人,研究平面光刻工艺。1963年中国科学院计算机研究所,研制出第一台国产晶体管大型计算机——109机,用于核武器工程。1964年开发出晶体管集成电路。以中国科学院和电子工业部为主,中国大陆形成了由军事工业为牵引的庞大电子科研体系,下属各类电子企业单位超过2500家,全面领先韩国和中国台湾,但是在市场化程度上不如日本,当时民用消费市场仅限于收音机和电视机。

19684月,美国德州仪器董事长P.E.Haggerty,与日本索尼社长井深大签署协议,各占股50%,在日本设立子公司。后排左面站着盛田昭夫副社长。

 

    想占领日本市场?别做梦了

1960年代,为保护日本幼稚的电子工业,日本政府坚决实行贸易保护主义,只允许进口极少数的电子元器件,限制200日元以下的中低端IC元件进口。采用提高进口关税、发放进口许可证等方式,限制美国企业冲击日本市场。最典型的例子是德州仪器。

1964年,美国德州仪器看到日本电子工业增速迅猛,便想在日本设立100%独资子公司,但是日本通产省死活不同意。一直交涉了长达四年之后,日本政府终于松口了,却提出了极为严苛的条件——拿核心技术来换。看起来似乎与改革开放后,中国采用的“以市场换技术”买办政策差不多,但里面的窍门差别就大了。

1966年,美国德州仪器为打开日本市场,以自己拥有的IC制程核心专利,来引诱日本。日本通产省为了拿到技术,同时保护日本市场,可谓绞尽脑汁。19684月,由日本索尼社长井深大出面,与德州仪器董事长哈格蒂(P.E.Haggerty)签署协议,双方各占股50%,设立合资公司。

条件是:在三年内,德州仪器必须向日本公开相关技术专利。并且德州仪器的产品,在日本市场占有率,不得超过10%。有了如此严苛的限制,日本政府将本国市场牢牢掌握在自己手里,不怕美国企业不交出核心技术。其后韩国政府也学会了这招,用来对付日本和美国企业。

伟大革命家列宁说过:资本家为了利益,可以出卖绞死自己的绳子。日本产业界正是抓住了核心利益,使自身迅速发展壮大。这与改开后,中国采用“以市场换技术”政策,导致全国电子产业彻底崩溃;中国市场全面被日本、美国、韩国合资厂商联合占领,形成了鲜明对比。改开三十年来,中国电子产业市场损失,至少超过1万亿美元。谁该承担这一历史罪责?

1964年,美国IBM公司推出的System-360计算机,具有划时代意义,使计算机在社会运行中,日益占据核心地位。

 

    IBM大型计算机

1960年代,尽管美国和日本都开始了集成电路产业化进程,但美国的实力远非日本可比。196447日,美国IBM公司推出其第一款小规模集成电路计算机System-360,运算速度过百万次大关。该机是IBM历史上的一次惊天豪赌,耗资52.5亿美元(约合4285吨黄金,现值1812亿美元,足够建7艘核动力航空母舰)。

IBM公司招募6万余名新员工,新建5座工厂,攻克了指令集可兼容操作系统、数据库、集成电路等软硬件难关,获得超过300项专利。该机每台售价250-300万美元,到1966年已售出8000多台,使IBM年营收突破40亿美元,纯利润10亿美元。迅速占领了美国大型计算机市场98%、欧洲78%,日本43%的市场份额。IBM成为世界电子产业难以撼动的蓝色巨人。

年营收40亿美元是什么概念呢?1961年美国建成世界第一艘核动力航空母舰,不过花费4.5亿美元。1966年中国外汇储备为2.11亿美元。中国动员全国力量研制原子弹、氢弹、导弹、卫星,也不过花费20亿美元左右。由此可见当年IBM如同巨人压顶一般,让其他企业喘不过气来,逼死了大批竞争对手。

美国公司取得的巨大成功,对日本产生强烈震撼。1966年,由日本通产省主导,进行“超高性能大型计算机”开发计划。目标是在五年内投资120亿日元(0.34亿美元),追赶美国IBM大型计算机。由通产省电气试验所牵头,日立、东芝、NEC、富士通、三菱、冲电气(OKI)等企业组成团队,对日立研制的HITAC8000系列大型计算机进行升级改造。

HITAC8000其实技术源自,美国RCA与日立合作研制的Spectra-70大型机。从集成电路、CPU、接口、软件,全都是仿制美国货。只投入这么点钱,就想追赶IBM,注定了该计划要失败。

有句话叫丢西瓜捡芝麻,尽管大型计算机计划失败了,但是参与该项目的日本NEC公司,却成为日本第一家研制出DRAM内存的企业。在1966年的时候,HITAC8000要求配备512K容量的高速内存,这是个极高的技术指标。NEC于是对NMOS工艺进行研究,1968年公开了使用NMOS工艺生产的144bitSRAM静态随机存储器,研制者有NEC半导体部门的大内淳義等人。这是个非常了不起的成果。两年后,美国英特尔才推出同类产品。1970年英特尔研制出C11031KDRAM内存后,日本NEC在第二年就推出了采用NMOS工艺的1KDRAM内存(型号μPD403)。使得NEC成为日本内存行业的龙头企业。

1962年,日本富士通研制的FACOM602磁带机,将记录密度提高到333bpi,用于FACOM241D计算机。

 

    逼迫日本开放市场

1965年至1970年,美国集成电路市场的需求急剧增加,年增长率超过16%,日本政府和企业界,看到了这一商机,但是在产业技术上,与美国存在巨大差距。不过日本有个优势——大批日本人在美国工作。像江崎玲於奈之类的电子专家,长期在美国顶尖的IBM实验室工作,可以轻松获得大量经济情报,提供给日本产业界。

1972年,美国IBM公司“FSFutureSystem)计划”的部分内容曝光。IBM计划投入巨资,在1980年前开发出1MDRAM内存芯片,应用到下一代电脑。当时,美国最先进的DRAM内存不过4K大小。这让尚停留在1KDRAM技术层次的日本企业产生强烈危机感。

于是由日本电子工业振兴协会不断运作,1975年以通产省为中心的“下世代电子计算机用超LSI研究开发计画”构想,开始商量如何应对IBMFS计划。19757月,通产省设立了官民共同参与的“超LSI研究开发政策委员会”。当时尽管日本各大厂商竞争激烈,但是在共同抵抗IBM巨人方面却是一致的。(超LSI就是超大规模集成电路的意思)

1974年,日本在美国要求开放市场的政治压力下,被迫放宽计算机和电子元件进口限制。仅仅只用一年时间,美国IBM电脑,就如热刀切黄油一般,横扫日本各大计算机企业。

碍于技术差距,日本产业界放弃了在电脑整机上与IBM正面拼杀,而是选择DRAM存储器产品,作为产业突破口。因为日本软件能力差,而CPU等部件与软件关联性高,日本啃不下来。DRAM内存芯片,与软件关联度弱,却有很高的毛利率。只要在生产工艺、成品率、产能方面下功夫,日本就有机会成功。

最先行动起来的,是国营的日本电信电话株式会社(NTT),从1975年至1981年,NTT投资400亿日元(1.6亿美元),进行超大规模集成电路研究。终于在1980年研制出256KDRAMNTT的大量采购,使日本的256KDRAM迅速形成产能优势。在NTT之外,日本产业界还在同时进行第二项技术攻关计划。

197755日,日本VLSI技术研究所,宣布研制成功可变尺寸矩形电子束扫描装置。

 

    日本砸720亿研制核心设备

1970年代,日本尽管可以生产DRAM内存芯片,但是最关键的制程设备和生产原料要从美国进口。为了补足短板,19763月,经通产省、自民党、大藏省多次协商,日本政府启动了“DRAM制法革新”国家项目。由日本政府出资320亿日元,日立、NEC、富士通、三菱、东芝五大企业联合筹资400亿日元。

总计投入720亿日元(2.36亿美元)为基金,由日本电子综合研究所,和计算机综合研究所牵头,设立国家性科研机构——“VLSI技术研究所”(超LSI技術研究組合)。研究所地址就选在,位于川崎市高津区的NEC中央研究所内。

日立公司社长吉山博吉担任理事长,根橋正人负责业务领导,垂井康夫担任研究所长,组织800多名技术精英,共同研制国产高性能DRAM制程设备。目标是近期突破64KDRAM256KDRAM的实用化,远期在10-20年内,实现1MDRAM的实用化。(VLSI是超大规模集成电路的简称)

在这个技术攻关体系中,日立公司(第一研究室),负责电子束扫描装置与微缩投影紫外线曝光装置,右高正俊任室长。富士通公司(第二研究室)研制可变尺寸矩形电子束扫描装置,中村正任室长。

东芝(第三研究室)负责EB扫描装置与制版复印装置,武石喜幸任室长。电气综合研究所(第四研究室)对硅晶体材料进行研究,饭塚隆任室长。三菱电机(第五研究室)开发制程技术与投影曝光装置,奥泰二任室长。NEC公司(第六研究室)进行产品封装设计、测试、评估研究,川路昭任室长。

在产业化方面,日本政府为半导体企业,提供了高达16亿美元的巨额资金,包括税赋减免、低息贷款等资金扶持政策,帮助日本企业打造DRAM集成电路产业群。到1978年,日本富士通公司,研制成功64KDRAM大规模集成电路。美国IBM、莫斯泰克、德州仪器也在同时发布了产品。这一年,由于日本64K动态随机存储器(DRAM)开始打入国际市场,集成电路的出口迅速增加。

1980年,日本VLSI联合研发体,宣告完成为期四年的“VLSI”项目。期间申请的实用新型专利和商业专利,达到1210件和347件。研发的主要成果包括各型电子束曝光装置,采用紫外线、X射线、电子束的各型制版复印装置、干式蚀刻装置等,取得了引人注目的成果。针对难度大的高风险研究课题,VLSI项目采用多个实验室群起围攻的方式,调动各单位进行良性竞争,保证研发成功率。各企业的技术整合,保证了DRAM量产成功率,奠定了日本在DRAM市场的霸主地位。

1970年代,日本松下电器京都府长冈工场,整齐排列的100台自动焊线机,只需要10个人操作。该厂从1968年开始半导体生产。1970年代美国向马来西亚、韩国、台湾转移电子制造业,以降低人力成本。日本则采用大规模自动化生产的方式来降低成本。日本报纸震惊地写道:半导体工厂的人都消失了。

 

    跃居世界第一大DRAM生产国

1977年,全球的个人电脑出货量总计大约4.8万台。到1978年已经暴增至20万台,市场规模大约5亿美元。其中美国RadioShack公司(电器连锁零售店)出售的TandyTRS-80电脑销量约10万台,均价600美元,销售额6000美元,采用盖茨新开发的操作系统,CPU则是从英特尔辞职的前首席设计师费金,研制的ZilogZ80

苹果公司的AppleII销量达到2万台,平均单价1500美元,属于高端货,年销售额约3000万美元。个人电脑市场的高速增长,对内存产生了大量需求。这给日本DRAM厂商带来了出口机会。

做出口贸易的都知道,出口货不但价钱便宜,质量还要好。而在当时,美国人一般认为日本货质量低劣,远远比不上美国货。但是实际的结果令人大跌眼镜。

1980年,美国惠普公司公布DRAM内存采购情况。对竞标的3家日本公司和3家美国公司的16KDRAM芯片,质量检验结果显示:美国最好DRAM公司的芯片不合格率,比日本最差DRAM公司的芯片不合格率,高出整整6倍。虽然惠普碍于情面,没有点出这些公司的名字。

但人们很快知道了,三家美国公司是英特尔、德州仪器和莫斯泰克,三家日本公司是NEC、日立和富士通。日立公司为了拿到订单,甚至在给销售部门的指示上明确要求,要比美国公司的价格低10%

质量好,价格低,量又足,日本DRAM内存在美国迅速崛起。1982年,日本成为全球最大的DRAM生产国。这一年3月,日本NEC的九州工厂,DRAM月产量为1000万块(约1万片晶圆)。到了10月,月产量暴增至1900万块。其产量之大,成品率之高(良率超过80%),质量之好,使得美国企业望尘莫及。

与产量相伴的是,原来价格虚高的DRAM内存模块,价格暴降了90%。一颗两年前还卖100美元的64KDRAM存储芯片,现在只要5美元就能买到了,日本厂商还能赚钱。美国企业由于芯片成品率低,根本无法与日本竞争,因此陷入困境。

1982年,美国50家半导体企业秘密结成技术共享联盟,避免资金人力重复投资。可是这些合作项目刚刚启动,就传来了坏消息。美国刚刚研制出256KDRAM内存,而日本富士通、日立的256KDRAM已经批量上市。

1983年间,销售256K内存的公司中,除了富士通、日立、三菱、NEC、东芝之外,只有一家摩托罗拉是美国公司。光是NEC九州工厂的256KDRAM月产量,就高达300万块。

日本厂商开出的海量产能,导致这一年DRAM价格暴跌了70%。内存价格暴跌,使得正在跟进投资更新技术设备的美国企业,普遍陷入巨额亏损状态。难以承受亏损的美国企业,纷纷退出DRAM市场,又进一步加强了日本厂商的优势地位。

1978315日,日本朝日新闻,报道垂井康夫担任所长的VLSI技术研究所,研制成功电子束扫描装置。

 

    美国厂商节节败退

1984年,日本DRAM产业进入技术爆发期。通产省电子所研制成功1MDRAM,三菱甚至公开展出4MDRAM的关键技术。日立生产的DRAM内存,已经开始采用1.5微米生产工艺。

东芝电气综合研究所,则投资200亿日元,建造超净工作间。在这种超净厂房内,每一立方米的净化空气中,直径0.1微米的颗粒,不能超过350个。只有在这种条件下才能制备1M4M容量的DRAM存储器。与此同时,东芝研制出直径8英寸(200mm)级的,世界最大直径硅晶圆棒。到1986年,光是东芝一家,每月1MDRAM的产量就超过100万块。

日本企业大量投资形成的产业优势,导致日本半导体对美国出口额,从1979年的4400万美元,暴增至1984年的23亿美元。五年间暴增52倍!而同时期,美国对日本出口的半导体,仅仅只增长了2倍。美国公司失去产品竞争力的后果,便是越想追赶越要投资,越投资亏损越大,陷入恶性循环。

以英特尔为例,本来到1978年前后,英特尔在莫斯泰克的猛攻下,已经成为美国DRAM市场的后进角色,美国市场占有率低于20%。但是随着1980年后,日本DRAM产品大量出口美国,英特尔的日子就过不去下了。

虽然DRAM产品只占英特尔销售额的20%,但是为了保住这块核心业务,公司80%的研发费用投向了DRAM存储器,明显是本末倒置。等到英特尔好不容易开发出新DRAM产品,此时日本厂商已经在低价倾销成品,导致英特尔无利可图,连研发费用都赚不回来。1984年至1985年间,陷入巨额亏损的英特尔,被迫裁员7200人,仍不能扭转困局。198510月,英特尔向外界宣布退出DRAM市场,关闭生产DRAM的七座工厂。

1985年,全球半导体产业转入萧条,半导体价格大幅度下跌。64KDRAM1984年的3美元,下降到1985年中旬的0.75美元。同期,256KDRAM31美元下降到3美元。价格暴跌使美国英特尔、国家半导体等厂商撤出了DRAM市场。

然而,就在同一年,日本NEC的集成电路销售额,排名世界第一,企业营业额是二战前的三百多倍,一举超越长期是行业龙头的美国德州仪器公司。凭借VLSI项目的成功,日本企业一举占据了64K128K256K1MDRAM市场90%的份额。

19916月,日本驻美大使村田良平,与布什政府的美国贸易代表卡拉·安德森·希尔斯,在华盛顿签署新的五年期《日美半导体协议》。美国希望在1992年底前,能够在日本半导体市场占据20%的份额。这个协议让美国企业喘口气,韩国半导体产业则异军突起。到1995年底,外国半导体在日本市场占有率超过了30%。希尔斯这个女人非常厉害,中国的很多对美贸易谈判,都是以她为对手。

 

    美国挥出反倾销大棒

对此,美国企业认定是日本人倾销导致了价格暴跌。19856月,美国英特尔、AMD等半导体公司联合起来,相继指控日本不公正贸易行为。鼓动美国半导体工业协会向政府游说,向国会递交一份正式的301条款文本,要求美国政府制止日本公司的倾销行为。198510月,美国商务部制定了一项法案,指控日本公司倾销256KDRAM1MDRAM

随后,美国商务部与日本通产省,就301条款和反倾销诉讼进行谈判。19869月,日本通产省与美国商务部,签署第一次《美日半导体协议》。根据这项协议,美国暂时停止对日本企业的反倾销诉讼。

但作为交换条件,要求日本政府促进日本企业,购买美国生产的半导体,加强政府对价格的监督机制以防止倾销。并且美国半导体产品,在日本市场占有率,可以放宽到20%。日美半导体协议的签署,在日美贸易摩擦史上,具有重要意义。标志着美苏冷战后期,美国从全力扶植日本经济,转向全面打压日本经济。

美国的制裁并没能立刻遏制日本的技术优势。1986年,日本NEC开发出世界第一块4MDRAM。日本NTT则在次年展出了16MDRAM样品。到1988年,全球20大半导体厂商中,日本占据了11家,美国只有5家。

而且日本企业包揽了前三名。日本NEC45.43亿美元的营收总额排名世界第一,东芝以43.95亿美元排名第二,日立以35亿美元排名第三,美国摩托罗拉以30亿美元排名第四,德州仪器以27.4亿美元排名第五。富士通以26亿美元排名第六,英特尔以23.5亿美元排名第七。荷兰飞利浦以17.38亿美元排名第10。唯一上榜的韩国三星,以9亿美元排名第18位。第20名德国西门子,只有7.84亿美元。这一年,日本已经超越美国,成为世界第一大半导体生产国。

盛极而衰是自然规律,商业领域也是这样。1989年日本泡沫经济破灭,经济进入停滞阶段。进入1990年代,随着苏联解体,美国收割冷战红利。在美国刻意遏制下,日本的国际竞争力迅速衰退,其半导体的全球份额迅速滑落至50%2000年后更是下降到20%左右。如此溃于一旦的急速坠落,让世界震惊并疑惑,究竟发生了什么。

 

    日本厂商悬崖式坠落

美国、日本厂商的崛起——坠落循环,其实道理很简单,关键在投资。1973年世界石油危机后,欧美经济停滞,美国逐渐减少在半导体领域的投资。此时美国对日本还有5年左右的技术优势。然而就是这个时期,日本通过1976VLSI计划的巨量投资,帮助日本企业在技术上赶超美国。

日本政府的财税资金补贴,帮助日本企业建立了产能优势。1978年个人电脑市场爆发后,日本企业享受到产业投资带来的巨额利润。而美国企业由于前期放弃投资,就此丧失竞争力。此时产业投资竞争门槛,已经从70年代的几亿美元量级,急速暴增至80年代的几十亿美元量级。美国产业界失去投资-盈利循环的机会后,已经再也没有能力追加几十亿美元巨额投资,来与日本较量了。

日本企业的急速坠落也是这个道理。1985年,日本厂商通过开出的海量产能,用暴跌的产品价格,挤垮了美国同行。但是产业不景气的后果,是日本厂商也失去了盈利能力。盈利减少后,日本企业纷纷减少对半导体的技术设备投资。

仅在1985年,由于市场不景气,日本企业砍掉了近40%的设备更新投资,最终的投资额为4780亿日元(19.9亿美元)。1986年市场仍未回暖。1987年需求虽有恢复,但日本各厂商对投资持保守态度,该年度投资额仅有2650亿日元(18.4亿日元),只占营业收入的15.3%

1988年市场开始普及1MDRAM内存,但因上一次半导体不景气的殷鉴犹在,日本厂商对设备投资仍然谨慎保守。加上日元迅速升值,日本房地产泡沫蓬勃兴起,大量厂商将资金转投房地产行业。日本产品的价格竞争力急剧衰退。而韩国三星、现代、LG等厂商在此阶段疯狂投资,迅速赶超日本。到1992年,韩国三星就将日本NEC挤下了DRAM产业世界第一宝座。

(中国电子产业在1980年代彻底崩溃,恰恰也验证了“放弃投资就会死“的市场规律。)

2004年,尔必达在广岛建成12英寸DRAM晶圆厂。建设一座8英寸晶圆厂需要投资10-15亿美元,建设一座12英寸晶圆厂,暴增至20-30亿美元。超高规模的投资,使得DRAM产业如同在刀锋上舞蹈,稍有不慎即全军覆灭。尔必达也在沉重的债务下,最终轰然倒地。

 

    日本尔必达终究覆灭

1992年西班牙举办巴塞罗那奥运会。原本市场预期会转暖,结果4MDRAM并未如预期般畅销,日本各厂被迫采取减产来阻止市场价格滑落。这就加速了韩国厂商崛起,韩国三星取代了日本厂商的龙头地位。更令日本人懊恼的是,曾经被日本人逼到差点破产的美国英特尔,与微软联手组建WINTEL同盟,依靠CPU产品大获成功。1996年,英特尔以177.78亿美元的巨额营收,打败日本NEC104亿美元),重新夺回半导体世界第一大厂宝座。

1995年微软即将发布Windows95操作系统,引发市场大热。日本DRAM厂商又大肆扩充产能,企图重新夺回产业优势。但是韩国厂商也在此时疯狂扩充产能。最终导致的结果是,1996DRAM价格狂跌70%1997年亚洲金融危机,更是加重了市场衰退。

因此从1996年至1998年,DRAM产业连续三年衰退,全球厂商均出现严重亏损。此时,世界DRAM内存市场已经扩充到400亿美元左右的市场规模。新建一座8英寸DRAM晶圆厂,动辄需要投资10-15亿美元,而且亏损风险极大。日本厂商在连年亏损下,已经丧失了追加投资的勇气。

1999年,日本富士通宣布退出DRAM市场,不玩了。曾经无比强大的NEC、日立、三菱,将三家的DRAM部门合并,成立尔必达(Elpida)。这家重新组建的DRAM企业,希望通过联合经营来降低成本,对抗韩国三星。东芝也在2001年退出了DRAM市场。

日本组建尔必达,是为了保护日本DRAM产业,避免被韩国企业各个击破。可是从成立之初,尔必达就是烫手山芋,被估算每天一开门就要净亏损2亿日元。2002年坂本幸雄出任尔必达CEO,开始拯救计划。

他从美国英特尔拉来订单,并筹集资金建设广岛12英寸晶圆厂。让尔必达的全球市占率开始逐渐攀升。从2002年到2007年获利成长3倍。尔必达全盛时期,整合日系厂商的研发能力,产量排名世界第三,仅次于三星与海士力。不过先前大举扩张时已经埋下祸根。

2007年全球金融危机后,DRAM价格暴跌,尔必达陷入严重亏损。2009年向日本政府申请了1300亿日元援助贷款。2011年泰国洪灾后DRAM市场低迷。日元更是出现史无前例的升值,同时韩元兑日元贬值70%。这让尔必达完全无法招架,销售额迅速下滑。

2012227日,尔必达向东京地方法院申请破产保护,当时公司负债总额已高达4480亿日元(89.6亿美元),是日本史上最大的破产案件。20127月,美国镁光以区区25亿美元低价收购尔必达。仅仅两年之后,镁光市值从60亿美元暴增至360亿美元,成为尔必达破产的最大受益者。

日本企业的退出,进一步扩大了韩国企业的竞争优势。韩国企业似乎能够笑傲江湖了。

可是在笑容背后,又有谁知道韩国人的悲惨命运?

20165月,日本三重县四日市,日本东芝与美国闪迪(SanDisk),合资建设的12英寸晶圆厂(NewFab2),主要生产48层堆叠的3DNAND闪存芯片。该厂是在原来的Fab2厂址上推倒重建,总投资超过240亿元人民币。东芝成为日本内存行业发展四十年来,硕果仅存的企业。

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