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作者中國社會(huì)科學(xué)院日本研究所研究員馮昭奎
中國社會(huì)科學(xué)院日本研究所《日本學(xué)刊》供特稿
中國社會(huì)科學(xué)院日本研究所研究員馮昭奎在《日本學(xué)刊》2018年第6期發(fā)表《日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趕超與創(chuàng)新》（全文約3.1萬字）。
馮昭奎認(rèn)為，日美半導(dǎo)體戰(zhàn)爭后，日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的實(shí)力遭到嚴(yán)重削弱。進(jìn)入21世紀(jì)，面對半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的巨大變化和半導(dǎo)體產(chǎn)品市場的深刻調(diào)整，日本順勢而為，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)改革，開拓新興技術(shù)領(lǐng)域，大力培育半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展新優(yōu)勢。
隨著日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)日益趕超美國，20世紀(jì)7080年代爆發(fā)了日美半導(dǎo)體摩擦，異常激烈且曠日持久，被稱為半導(dǎo)體戰(zhàn)爭。美國試圖通過貿(mào)易戰(zhàn)迫使日本開放市場和讓渡經(jīng)濟(jì)利益，從戰(zhàn)略上遏制日本對美國的技術(shù)追趕，從貿(mào)易戰(zhàn)的議題，到時(shí)間，到方式，全都由美國確定。美國還利用市場武器，大量培植對手的對手：在90年代中后期，韓國和臺(tái)灣地區(qū)的芯片和電子產(chǎn)品開始大規(guī)模涌進(jìn)美國和世界市場，對日本構(gòu)成全面挑戰(zhàn)。日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的崛起是以主要用于大型計(jì)算機(jī)的DRAM為切入口的，進(jìn)入20世紀(jì)90年代，個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）取代大型計(jì)算機(jī)成為計(jì)算機(jī)市場上的主導(dǎo)產(chǎn)品，個(gè)人計(jì)算機(jī)對DRAM的要求與大型機(jī)有所不同，重點(diǎn)是價(jià)格低，對質(zhì)量和可靠性要求不太高，而日本半導(dǎo)體企業(yè)卻仍然執(zhí)著于高質(zhì)量、高可靠性，加之勞動(dòng)力成本也比較高，結(jié)果喪失了競爭優(yōu)勢，被韓國、臺(tái)灣地區(qū)生產(chǎn)的低價(jià)DRAM奪走了市場，1998年韓國取代日本成為DRAM第一生產(chǎn)大國。而且，早在1993年，美國就已經(jīng)在技術(shù)含量更高的微處理器領(lǐng)域奪得對日壓倒性優(yōu)勢，在半導(dǎo)體市場占有率方面反超日本而重新奪魁。
同時(shí)，全球IC產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也發(fā)生了重大變化。20世紀(jì)60年代開始興起的IC產(chǎn)業(yè)，一直都采用垂直整合（IDM）模式，從芯片設(shè)計(jì)、制造到封裝測試的各個(gè)環(huán)節(jié)都在企業(yè)內(nèi)部完成。隨著微細(xì)加工技術(shù)的進(jìn)步，芯片制造成本日益提高，芯片產(chǎn)業(yè)的燒錢特性日趨突出，越來越多的企業(yè)感到包攬IC生產(chǎn)全過程的資金負(fù)擔(dān)太重，從而逐漸向垂直分工模式發(fā)展。1987年創(chuàng)立的臺(tái)灣積體電路公司（簡稱臺(tái)積電）開創(chuàng)了晶圓代工（）新模式，即從芯片設(shè)計(jì)企業(yè)接單專做制造。代工模式出現(xiàn)后，IC產(chǎn)業(yè)分化為四類企業(yè)：（1）傳統(tǒng)的IDM企業(yè)，即從芯片設(shè)計(jì)、制造到封裝測試一條龍全包。如英特爾（）、三星就是典型的IDM企業(yè)，它們規(guī)模大、技術(shù)全面、資金雄厚，甚至還有自己的下游整機(jī)環(huán)節(jié)。（2）只做設(shè)計(jì)的企業(yè)，沒有工廠（）。這些企業(yè)往往不僅從事芯片設(shè)計(jì)和開發(fā)，還親自推銷，全球頂尖的設(shè)計(jì)企業(yè)多為美英企業(yè)，如英國的ARM、美國的高通等。（3）代工企業(yè)，即只從事生產(chǎn)、不做設(shè)計(jì)，按照設(shè)計(jì)企業(yè)設(shè)計(jì)的集成電路圖形，在晶圓上制造集成電路芯片。其代表性企業(yè)有臺(tái)積電（2017年全球市場份額占比高達(dá)55.9%）、美國的格羅方德、中芯國際、臺(tái)聯(lián)電等。（4）封裝測試企業(yè)，即將晶圓上的幾百塊小芯片切分開，給每塊芯片連接導(dǎo)線，封裝外殼，進(jìn)行測試。這種垂直分工模式提升了重設(shè)備投資的代工企業(yè)的生產(chǎn)效率，降低了輕設(shè)備投資的設(shè)計(jì)企業(yè)和封裝測試企業(yè)的準(zhǔn)入門檻和運(yùn)營成本，從而推升了整個(gè)IC產(chǎn)業(yè)的運(yùn)作效率，加快了芯片技術(shù)的發(fā)展。對于多數(shù)IC企業(yè)來說，垂直分工模式是發(fā)展的必由之路。
進(jìn)入21世紀(jì)，因?yàn)槿彰腊雽?dǎo)體戰(zhàn)爭實(shí)力遭到嚴(yán)重削弱的日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，既面臨半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的巨大變化，又遇到半導(dǎo)體產(chǎn)品市場的深刻調(diào)整，諸如智能手機(jī)市場迅速擴(kuò)大。這兩大變化使得長期以來在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)上以垂直整合模式為主、在產(chǎn)品上以DRAM取勝的日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)疲于應(yīng)對，輸?shù)袅耸謾C(jī)芯片、電腦芯片等具有海量市場（可依靠極大產(chǎn)量分?jǐn)傂酒兄坪蜕a(chǎn)成本）的高端通用芯片的國際競爭力，導(dǎo)致日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在世界市場上的占有率一路下滑，失去了持續(xù)多年的相對優(yōu)勢，外界甚至評(píng)價(jià)稱日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在世界上不再重要。面對前所未有的困境，日本半導(dǎo)體企業(yè)與政府相關(guān)部門配合，努力推進(jìn)大規(guī)模結(jié)構(gòu)性改革，以圖挽回頹勢。2001年，日本政府開啟了三個(gè)大型產(chǎn)官學(xué)項(xiàng)目、和，其中項(xiàng)目由日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省投資300億日元，由25家企業(yè)的研究所和20所大學(xué)的研究室參與共同研究;項(xiàng)目由NEC、日立、東芝等13家半導(dǎo)體企業(yè)共同出資700億日元，主要研制電路線寬為65納米的IC芯片;項(xiàng)目除進(jìn)行實(shí)用化制造技術(shù)的研究外，還進(jìn)一步研究高速度、節(jié)省能源等技術(shù)。這些舉措對于提升日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的競爭力具有一定的效果。
（一）日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)推行結(jié)構(gòu)性改革的代表性案例
1.2003年，由日立和三菱電機(jī)兩家公司所屬半導(dǎo)體部門合并成立瑞薩公司，2010年NEC又加入進(jìn)來，成立了新瑞薩公司。該公司已在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)（ADAS）或自動(dòng)駕駛汽車使用的微控制器（MCU）的世界市場上奪得主導(dǎo)地位，成為汽車用芯片、無線網(wǎng)絡(luò)芯片、消費(fèi)與工業(yè)制造嵌入式半導(dǎo)體芯片的全球領(lǐng)先供應(yīng)商。2011年，瑞薩在全球MCU芯片市場中的占比達(dá)33%，排名第一，荷蘭恩智浦公司和美國飛思卡爾公司排名第二和第三。2016年，恩智浦與飛思卡爾合并，瑞薩退居第二，占比降至16%。但是，2018年瑞薩公司又推出了28納米線寬的首款閃存汽車MCU樣品，可望進(jìn)一步增強(qiáng)其MCU產(chǎn)品的全球競爭力。
2.索尼公司通過剝離弱勢業(yè)務(wù)，聚集優(yōu)質(zhì)資源開發(fā)CMOS圖像傳感器。2012年，索尼開發(fā)的全球首款堆疊式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)能將兩塊芯片疊在一起，一塊捕捉圖像像素，一塊是傳感器電路。2015年，索尼在攝影與智能手機(jī)用的高像素芯片領(lǐng)域拿下全球35%的市場份額。2018年，索尼開發(fā)的新傳感器將靈敏度提高到1200萬像素水平，可獲得更明亮、更低噪聲的圖像。鑒于索尼在CMOS傳感器方面長期積累的技術(shù)優(yōu)勢，目前主流智能手機(jī)大多采用索尼的CMOS傳感器，而且CMOS傳感器的應(yīng)用范圍早已不局限于智能終端，開始向汽車、醫(yī)療、工業(yè)以及安保監(jiān)控?cái)z像等領(lǐng)域延伸。
3.2011年東芝在公司內(nèi)部徹底改革全能式產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，著力開發(fā)高附加值的特色產(chǎn)品。早在1984年，東芝就發(fā)明了NAND閃存，這是一種比硬盤功耗更低、重量更輕、性能更佳的非易失性（斷電后仍能保存數(shù)據(jù)）存儲(chǔ)器。作為NAND閃存的創(chuàng)始者，東芝的IC部門將大部分精力都花在NAND領(lǐng)域。但隨著三星電子等企業(yè)崛起（2015年三星電子在NAND閃存市場上以33.6%稱雄，而東芝僅占18.6%），為了在NAND閃存領(lǐng)域再度實(shí)現(xiàn)突破，東芝大力開發(fā)可進(jìn)一步擴(kuò)充存儲(chǔ)容量、加快處理速度的64層NAND閃存，并希望提前投產(chǎn)64層技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體業(yè)務(wù)的下一輪高增長。東芝的另一種特色產(chǎn)品是發(fā)光二極管（LED）和號(hào)稱第三代半導(dǎo)體的氮化鎵（GaN，一種化合物半導(dǎo)體），特別是氮化鎵芯片，其重要性近年來引起普遍關(guān)注，一片直徑約5厘米的氮化鎵芯片的售價(jià)可達(dá)50007000美元，還供不應(yīng)求，加上國際貿(mào)易中的技術(shù)壁壘，甚至出現(xiàn)了一片難求的情況。值得注意的是，軍事和太空應(yīng)用以及電力電子系統(tǒng)等要求半導(dǎo)體器件具有較強(qiáng)的空間輻射耐受能力，在放射性環(huán)境中具有更高穩(wěn)定性，這恰恰是具有高速高效特征的氮化鎵器件的優(yōu)點(diǎn)。這意味著，一直以來用于汽車電信、消費(fèi)電子和醫(yī)療等行業(yè)的氮化鎵器件可能在軍事和太空等重要領(lǐng)域拓展應(yīng)用范圍。據(jù)預(yù)測，全球氮化鎵器件的市場價(jià)值將從2017年的7.7億美元增至2023年的18.4億美元，復(fù)合年增長率為17.1%，而亞太地區(qū)將成為增長最快的氮化鎵器件市場。此外，東芝還推出了一款新型光電耦合器芯片，可用于電動(dòng)汽車（EV）和混合動(dòng)力汽車（HEV）的高速通信。
4.2015年富士通和松下兩家公司的系統(tǒng)級(jí)芯片（或稱芯片上系統(tǒng)，systemonachip，SoC）部門合并成立索喜（Socionext）公司，該公司提供以系統(tǒng)級(jí)芯片為中心的半導(dǎo)體產(chǎn)品和服務(wù)，并在視頻圖像領(lǐng)域和光纖通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域具有競爭優(yōu)勢。該公司開發(fā)的360度全景成像系統(tǒng)OMNIVIEW可為汽車駕駛員提供視覺輔助，將安裝在車輛四個(gè)方向的攝影機(jī)圖像在三維模型上合成，不僅可協(xié)助停車，還支持行車中的周圍環(huán)境監(jiān)控。
事實(shí)上，致力于結(jié)構(gòu)性改革的多家日本半導(dǎo)體企業(yè)相繼進(jìn)行事業(yè)拆分和重組，退出技術(shù)含量不高的DRAM競爭，而集中開發(fā)系統(tǒng)級(jí)芯片等高附加值的專用技術(shù)產(chǎn)品。由于放棄市場巨大的通用性產(chǎn)品DRAM，日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在全球半導(dǎo)體市場中所占份額顯著降低，而系統(tǒng)級(jí)芯片雖然專用性強(qiáng)，但短期內(nèi)市場規(guī)模不大，對提高日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在全球市場上的地位不會(huì)很快產(chǎn)生作用。日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)看似進(jìn)入衰退期，在全球半導(dǎo)體企業(yè)排行榜中名列前茅的日本企業(yè)越來越少（2017年全球半導(dǎo)體十強(qiáng)中的日本企業(yè)只有東芝一家）。但值得注意的是，系統(tǒng)級(jí)芯片不乏在今后510年成為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)新增長點(diǎn)的可能性，因而相關(guān)研究具有彎道超車?yán)^續(xù)趕超美國、打造日本下一代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)模式的意義。 |
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