三洋、东芝等日本半导体公司也开始在韩国投资
发布时间:2019-06-09 00:16

  摘要:今天,分享一篇文章,带各位了解大时代下的小芯片,回顾“暗战”不断的七十余年。

  日前,美国相关政府部门针对华为发布一系列制裁措施,包括签下行政令禁止美国企业购买“外国对手”提供的电信设备和服务,将华为公司列入管制“实体名单”等。

  对此,5月17日凌晨,华为旗下的芯片公司海思半导体总裁何庭波发布了一封致员工的内部信称,华为多年前已经做出过极限生存的假设,预计有一天,所有美国的先进芯片和技术将不可获得,而华为仍将持续为客户服务。

  何庭波称,海思将启用“备胎”计划,兑现为公司对于客户持续服务的承诺,以确保公司大部分产品的战略安全,大部分产品的连续供应,“这是历史的选择,所有我们曾经打造的备胎,一夜之间全部‘转正’!”

  芯片的重要性毋庸赘言,无论是小到日常生活相关的电视机、洗衣机、移动电话、计算机等家用消费品,还是大到传统工业的各类数控机床和国防工业的导弹、卫星、火箭、军舰等,都离不开它。

  而从英特尔、日本电气、东芝、三星再到台积电……全球芯片产业的角斗场上一直龙争虎斗,这也是美国紧盯华为,多次限制、打压的原因之一。

  今天,分享一篇文章,带各位了解大时代下的小芯片,回顾“暗战”不断的七十余年。

  自20世纪四五十年代起,美国就开始逐渐占据全球科技和高端产业的顶端。在其他国家要么沉浸在战火中,要么在废墟中重建的时候,美国汇聚了大量顶尖人才,用完备的科研体系和工业生产链条,孵化出一个又一个堪称划时代的产品。

  1946年,头顶世界第一台通用电子计算机的光环,这台名为“埃尼阿克(ENIAC)”的机器,如今看来就是一个外形奇怪的庞然大物。

  它重达30多吨,占地面积170多平方米,肚子里装有18000只电子管,成千上万个二极管、电阻器等元器件,其内部有电路的焊接点多达50万个;机器表面布满了电表、电线和指示灯。令人哭笑不得的是它的耗电量,据说超过174千瓦小时,每次使用时全镇的电灯都会变暗。更要命的是,电子管平均每隔15分钟就要烧坏一只,科学家们不得不满头大汗地不停更换。

  尽管如此,“埃尼阿克”的计算速度却是当时手工计算的20万倍、继电器计算机的1000倍。美国军方也从中尝到了甜头,因为它计算炮弹弹道只需要3秒,而在此之前,则需要200人手工计算两个月。

  在庞然大物的运转中立下汗马功劳的,就是运用真空电子管实现了计算,而存储器的存储介质是一种打孔卡片。尽管拿出了计算机“绝活”,但由于体积过大,信息存储速度太慢,人们对缩小计算机体积、提高运算速度的渴望越来越强烈。

  科学技术发展的历史证明,技术领域的危机往往是科学研究的契机。加快解决真空电子管的笨重、不稳定问题很快成为科学家们攻关的方向。

  1947年,美国贝尔实验室发明了晶体管,解决了此前电子管在体积、功耗、寿命等方面的局限性,并对军事、航空、航天及计算机的发展起到了重要推动作用,也吹响了集成电路发明的号角。

  1947年的圣诞节假期前,12月23日早晨,威廉·肖克利把车开到离纽约市30多千米的贝尔实验室,匆忙穿过空荡荡的走廊,到达位于二楼的办公室。大约一个小时后,他的同事约翰·巴丁和沃尔特·布拉顿也陆续抵达,大家围着一个两边包着金箔的塑料楔形体反复检查,不时做一些计算。

  当天下午,他们要向贝尔实验室的负责团队演示一项新发明——不用电子管的放大器。

  窗外开始飘起细雨。实验室的负责人都来到这个办公室,屋里显得有些拥挤。展示在他们面前的,除了示波器、信号发生器、变压器、话筒、耳机、电表、转换开关这些常见仪器之外,就是那个神秘的塑料楔形体了。布拉顿接通电源,从荧光屏上的波形图来看,信号经过放大器后,有了明显变化。

  布拉顿对着话筒随意说了几句话,带着耳机的贝尔实验室负责人脸上露出惊奇的神情。这些世界上首屈一指的科学家已经预感到,科学史正在他们眼前掀开了一个新篇章。

  这个神秘装置后来被命名为晶体管。与动辄占满了整个屋子、功率消耗巨大的电子管相比,晶体管简直就是一个充满魔力的小精灵。它的问世,为后来集成电路以及现代计算机等一系列电子设备的诞生吹响了号角。

  威廉·肖克利(坐着,右一)和员工举杯祝贺他获得1956年的诺贝尔物理学奖

  有了晶体管,集成电路的诞生就看见了曙光。在20世纪50年代,越来越多的工程师开始设想集成电路的概念——把一批微缩的晶体管以及电阻、电容等元件,集中放置在一块面积不大的晶片上,连接成一个电子电路——这种集成将大大提高工作效率。

  最终将这一设想变为现实的,是杰克·基尔比和罗伯特·诺伊斯两个人,他们分别独立完成了集成电路的研制,被公认为集成电路的共同发明者。

  晶体管发明的时候,基尔比刚刚在伊利诺伊大学获得电子工程学学士学位。这项新发明让他在大学里选修的电子管技术全部没了用武之地,但这并没有消减这个年轻人对电子技术的热情,反而更加坚定了他成为电气工程师的决心。

  1958年,34岁的基尔比加入美国德州仪器公司,后者给了他大量时间和相当不错的实验条件,让他可以把全部精力用于研究电路小型化。不久,公司全体员工外出度假,按照德州仪器当时的惯例,作为一名新员工,基尔比还没有资格享受长假,于是他独自一人留在实验室工作。在仔细研究了一些电子线路图和设计方案后,基尔比突然产生了一个想法:电路中所有的有源器件和无源元件,都可以在同一块基板上用制作晶体管的办法制作出来。

  当同事度完假回来时,基尔比已经完成了新方案的设计图。1958年9月12日,基尔比成功地实现了把电子器件集成在一块半导体材料上的构想,他把晶体管以及电阻、电容等集成在微小的平板上,用热焊方式把元件以极细的导线平方毫米的面积上,大约集成了20余个元器件。

  1959年2月6日,杰克·基尔比向美国专利局申报专利,这种由半导体元件构成的微型固体组合件,从此被命名为“集成电路”。

  当基尔比用锗做出集成电路的消息传到硅谷,仙童半导体公司的罗伯特·诺伊斯提出:可以用平面处理技术来实现集成电路的大批量生产。仅仅6个月后,诺伊斯发明了世界上第一块用硅制作的集成电路,比锗集成电路更实用、更容易生产。这种采用先进的平面处理技术研制出的集成电路,也申请了一项发明专利。

  由于诺伊斯的创造发明,仙童公司生产的集成电路很快就成了比金子更诱人的产品。仙童公司原来占地170平方米的庞大计算机,可以被一块只有火柴盒大小的微处理器所代替。1968年销售额从原来的几千美元上升到1.3亿美元。

  作为半导体工业的摇篮,仙童被誉为集成电路的“西点军校”,与此同时,诺伊斯还和别人一起创办了科技界的闪耀明星英特尔公司,直到今天,英特尔仍然是集成电路产业的翘楚。

  即使是在英雄扎堆的硅谷,诺伊斯也是同时集才华、财富和成就于一体的风云人物。

  “我发明集成电路,那是因为我是个‘懒汉’。当时,我考虑,用导线联接电子零件太费事,希望越简单越好。而且,我开始设计的集成电路规模很小,工作容易做。”罗伯特·诺伊斯1984年来到中国谈起32岁时发明集成电路的情形,十分风趣地回答。

  1966年,基尔比和诺伊斯同时被美国富兰克林学会授予巴兰丁奖章,基尔比被誉为“第一块集成电路的发明家”,而诺伊斯则是“提出了适合工业生产的集成电路理论”。1969年,美国联邦法院最终从法律上承认了集成电路是一项“同时”的发明。

  同年,德州仪器和仙童公司达成协议,互相承认对方部分地享有集成电路的发明专利权,其他任何想生产集成电路的厂商,必须分别从仙童和德州仪器取得授权。这个协议,让德州仪器和仙童公司在20世纪的六七十年代凭借着专利授权赚取了大量利润。

  2000年,基尔比因集成电路的发明被授予诺贝尔物理学奖。此时,诺伊斯已经过世,没能分享这一奖项。不过,与基尔比一生都在德州仪器从事研究不同,诺伊斯不仅在科学上取得卓越成就,而且在商业上也大获成功。

  集成电路的发明,让我们生活的世界发生了天翻地覆的变化,以至于有人把它称为“轮子之后最重要的发明”。从家用电器到汽车飞机,从连接世界的互联网到人手一部的智能手机,在集成电路的基础上,又涌现出许许多多的伟大发明,共同推动了人类社会的进步。

  1999年,美国《洛杉矶时报》评选了“本世纪经济领域50名最有影响力人物”,并列第一的是肖克利以及两位集成电路的发明者:诺伊斯和基尔比。汽车工业奠基人亨利·福特、美国总统富兰克林·罗斯福和动画王国创办者沃尔特·迪斯尼排在他们身后。

  2005年,基尔比在得克萨斯州达拉斯市的家中与世长辞,享年81岁。这一年,集成电路已经由基尔比在实验室展示的一块简陋芯片,发展成为总销售额高达1900亿美元的庞大产业,而由此而支撑起的全球电子终端设备市场更是达到了12750亿美元的巨大规模。在之后的岁月里,这一产业规模还在不断地高速增长。

  说起来,晶体管的发明者肖克利,集成电路的发明者诺伊斯,都与一家公司有关,那就是仙童公司。后者是硅谷的一个传奇,对整个半导体行业乃至全世界都做出了可载入史册的贡献。

  故事要从1955年讲起。这一年,被誉为“晶体管之父”的肖克利离开贝尔实验室,在旧金山湾区的圣塔克拉拉自立门户创建了“肖克利半导体实验室”,找了一批最优秀的科学家和工程师,准备产业化生产晶体管。

  当时,美国电子界都焦急地关注着肖克利的行踪。据说,300年前当牛顿宣布准备在他的故乡建一所工厂时,全世界的物理学界也是如此心态。不久,因仰慕“晶体管之父”的大名,求职信像雪片般飞到肖克利的办公桌上。

  第二年,也就是肖克利荣获诺贝尔奖的前后,8名年轻的科学家相继加盟肖克利的实验室,这8个人在美国硅谷以及世界芯片发展史上留下了浓墨重彩的一笔。

  这是史上罕见的伟大天才的集合,所有的人都在30岁以下,正处于他们才能喷涌的顶峰时期。金·赫尔尼(Jean Hoerni),来自加州理工学院;维克多·格里尼克(Victor Grinich),是斯坦福研究所的研究员;8人中年龄最大、仅29岁的尤金·克莱尔(Eugene Kleiner)是通用电气的制造工程师;戈登·摩尔来自约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室;一心要成为最著名科学家的罗伯特·诺伊斯来自菲尔科-福特公司;此外还有朱利亚斯·布兰克(Julius Blank)、杰·拉斯特(t)和谢尔顿·罗伯茨(Sheldon Roberts),都是不凡之辈。如果没有肖克利,这些人才就不会出现在加州,肖克利一到,硅谷之火一触即发。

  初到肖克利实验室,他们大吃一惊:所谓的实验室是光秃秃的白墙、水泥地和裸露在外的屋椽。更重要的是,肖克利也是一位特立独行的人物。这位在研讨会和讲演中令年轻人十分钦佩和仰慕的伟大科学家,却是最不好相处的老板。他对管理技巧一窍不通,却十分自以为是。

  据摩尔后来透露,肖克利本来的目标是生产5美分一只的晶体管。这个价格到1980年还无法达到,更何况是1955年。产品计划失败后,他又让公司集中力量搞基础研究。赫尔尼说:“很显然,肖克利希望发明一种具有里程碑式的产品,并将它投入商品化生产中。在这次努力失败后,他仍想把每个人的时间和精力花在新东西的创造上,而不想再改善晶体管技术”。

  这种漫无目标的做法,使肖克利实验室没有产品问世。作为经理,肖克利逐渐把自己孤立起来。他的门徒们提议研究集成电路,用扩散方法将数个硅晶体管的电路放在一个晶体管大小的位置上。但肖克利拒绝了他们的建议,从而埋下“炸弹”。

  到了1957年,年轻人们产生了跳槽的想法。他们找到了一家位于纽约的摄影器材公司,这家公司因其创始人而命名为Fairchild,音译“费尔柴尔德”,但通常意译为“仙童”。费尔柴尔德先生是一个成功的发明家和企业家,在航空产品、摄影器材等领域颇有建树。诺伊斯告诉他,新技术革命带来的新晶体管,将使一系列消费产品都变得极为廉价,费尔柴尔德被打动了,他提供了3600美元的创业基金,要求8个年轻人开发商用半导体器件,于是就有了仙童半导体公司。

  1957年,8个年轻人正式向肖克利辞职。肖克利怒不可遏,斥责他们为“八叛将”(traitorous eight)。不过,随着仙童的大获成功,“八叛将”不仅一举洗脱了贬义,还成为一个充满褒扬的传奇符号,在未来数十年间启迪和代表了硅谷的创新精神。

  我们可以从一些细节来感受当年美国硅谷的创新精神:创业之初,“八叛将”分布在两个办公区域,一个是车库,一个是出租屋。出租屋里当时还没有通电,日后却在那里诞生了世界上最先进的电子产品。他们几乎没有现成的设备和标准,一切都要自己去创造。比如,研发人员需要一个工作台,但没人知道工作台应该有多高,于是他们就往一张桌子上撂电话簿,一直到电话簿层层叠到了一个合适的位置——这个简陋工作台的尺寸,后来成为了行业标准。

  8个年轻人的创新精神,也得到了时代的推波助澜。时值冷战高峰期,美苏进入太空竞赛阶段,苏联把宇航员送上了太空,美国奋起直追,急需将各种电子设备小型化,这给仙童带来了巨大的发展机会。1958年1月,蓝色巨人IBM给了他们第一张订单,订购100个硅晶体管,用于该公司电脑的存储器。到这年年底,“八叛将”的公司已经拥有50万销售额和100多名员工,依靠技术创新的优势,成为硅谷成长最快的公司。

  随后不久,仙童又赢得政府合同,为“民兵”导弹系统提供晶体管。不过这次,仙童遇到了危机。样品被交给政府的检验员,检验它们是否符合美国军事器材规格标准。结果令人失望。测试人员发现,仙童的样品很不可靠,有些晶体管甚至用铅笔轻轻敲一下就会出现故障。

  为了应对这种情况,一种新的工艺被“八叛将”中的赫尔尼开发出来。这种现在已经成为芯片通用制造工艺的光刻技术,当时被称为“平面处理”:用手工画一张占用了整面墙的布局图,然后照相并微缩成透光片,再把硅晶体像切香肠一样切成薄片,涂上一层感光胶,挡上透光片用强光照射。曝光的地方,胶会固化,未曝光的地方则不会。最后用酸性物质把未曝光的部分刻蚀掉,镀上金属或绝缘材料。

  仙童的母公司是一家经营照相器材的企业,而赫尔尼的新工艺正是采用了类似照相曝光的技术,这种方法可以成批量地制造更加结实耐用的晶体管。新工艺一经推出,仙童立即成为晶体管制造行业的领先者。

  这一工艺技术的价值还不止于此。“八叛将”发现,此前一些工程师心心念念希望把晶体管和其他半导体元件经济可靠地安置在一块小晶圆,如果用上了“平面处理”新技术,就能很容易实现。在德州仪器的基尔比发明世界上第一块集成电路后不久,世界上第一项实用的集成电路制造工艺在仙童诞生。

  商业化集成电路的诞生,为仙童一年之内就带来了9000万美元的销售收入,这在当时是一个非常巨额的数字。在20世纪60年代,仙童迎来了它的黄金时期。

  从1960年到1965年,公司每年的销售额都翻一番。1966年,仙童已经是全球第二大半导体公司,仅次于德州仪器。到1967年,公司营业额已接近2亿美元。以至于人们纷纷说,进入仙童公司,就等于跨进了硅谷半导体工业的大门。

  然而,就在仙童如日中天的时候,危机开始孕育。因为利润分配问题,仙童半导体与母公司产生了矛盾,仙童的一批核心骨干也开始思考未来的发展方向。是继续在仙童“打工”还是自己创业?他们毅然选择了后者。这里面比较著名的包括:

  随着大量人才的流出,围绕仙童周边,半导体公司如雨后春笋般诞生。这些新企业把科技和创新的火种撒向圣塔克拉拉以及整个旧金山湾区,在这里燃起了燎原之火。1969年,在这里召开了一次半导体工程师大会,400位与会者中,只有24人未曾在仙童公司工作过。

  1971年,美国《电子新闻》周刊的记者唐·霍夫勒在一篇文章里描述了湾区的计算机芯片公司是如何获得成功的。他第一次把该区域称为“硅谷”,同时指出,所有硅谷的芯片公司都和仙童有着千丝万缕的关系。20世纪80年代初出版的畅销书《硅谷热》更是这样写道:硅谷大约70家半导体公司的半数,是仙童公司的直接或间接“后裔”。当时在仙童公司供职,是进入遍布于硅谷各地的半导体业的“敲门砖”。

  就这样,仙童开创了集成电路大规模商业化应用的新道路,也为世界开启了半导体跨越式发展的新时代。不仅如此,它还向我们展现了“敢为天下先”的可贵之处与丰厚回报,很大程度上坚定了所有后来者追求创新的信念。

  正如苹果公司创始人乔布斯的形象比喻:仙童半导体公司就像个成熟了的蒲公英,你一吹它,这种创业精神的种子就随风四处飘扬了。

  在明星荟萃的美国硅谷,英特尔的辉煌之光已经照耀了50年,微软的比尔·盖茨称英特尔是“芯片之王以及世界上最有价值的公司之一”。

  尽管我们很难预测这束辉煌之光还能够照耀多久,但它的过去足以让我们回味无穷。

  1968年,诺伊斯和摩尔离开仙童半导体公司,创办了英特尔公司。公司成立不久,就接二连三推出了价廉物美的存储器芯片,这些产品深受欢迎,供不应求,直接宣告了它们的上一代产品——磁芯存储器的灭亡。

  从存储器芯片起步,英特尔逐渐“发家”。它不断改进芯片的设计,以技术创新满足计算机制造商及软硬件产品公司更新换代、提高性能的需要。“改变是我们终身的热爱。”摩尔提出,只有不断创新,赢得高额利润并将获得的资金再投入到下一轮技术开发中,才能在竞争激烈的市场上生存下来。

  为此,英特尔十分注重技术的转化,消除研究部门和制造部门之间的瓶颈,加快了新产品从实验室向工厂、向市场的转化。到20世纪70年代末,英特尔已经成为存储器芯片的绝对霸主,几乎享有90%的市场占有率。

  这家以250万美元起家、起初仅有十几名员工的公司,1983年营业额首次突破10亿美元。2001年,尽管美国互联网经济的泡沫破灭,纳斯达克指数一路狂泻,英特尔全年收入仍然高达265亿美元。到2017年,这个全球公认的芯片领域霸主,营收达到628亿美元,净利润96亿美元,股票市值高达2365亿美元。

  1969年,英特尔推出的第一个产品3101,是全球第一个双极型半导体存储芯片。内存的生产进而成为英特尔早期最主要和最赚钱的业务;

  1993年,英特尔推出含310万个晶体管的新型处理器,命名为“奔腾”(Pentium)。

  此后数年,一代接一代的“奔腾”处理器在计算机产业和大部分高科技行业中掀起了一浪又一浪的产品更新换代狂潮,装有英特尔处理器的计算机遍布世界各个角落,它们和内嵌处理器芯片的家电产品以及生产、交通、通信工具一起,正改变着我们周围的世界。

  在芯片、软件、主机板、网络、蜂窝电话、系统集成、数字成像等诸多领域,英特尔扮演着越来越重要的产业领袖角色。能在芯片这样一个变化迅速的行业中长盛不衰,并非易事。即便是英特尔这样的国际巨头,也曾经历过“至暗时刻”。

  20世纪80年代,日本的芯片产业强势崛起。较量从1981年开始,这年12月,针对英特尔公司新推出的存储芯片,日本松下公司毫不示弱地推出相应产品,不仅能读,还能够像黑板一样擦写。由于后者的低成本和高可靠性,该芯片迅速占领美国市场,而英特尔的单块芯片价格在一年内从28美元跌至6美元,蒙受惨痛损失。此时的英特尔还能承受这样的打击,由于个人电脑市场的兴起,英特尔在个人电脑芯片上赚得盆满钵满。

  但日本人的攻势来得太猛烈。除了日本企业的存储芯片技术不断提升,逐渐赶超英特尔,更可怕的是,日本芯片企业发动了大手笔的价格战。20世纪80年代,日本某芯片公司发给它的销售人员一张备忘录,上面写道:“找出英特尔的产品,以低于它们10%的数目开价,如果他们重新开价,你们再折扣10%,坚持到底才是胜利!”

  定价永远低10%——日本厂商的竞争策略非常简单,也非常有效。在存储芯片市场上,英特尔的销售份额直线年,英特尔在这个赖以起家的市场上已经被日本对手击败。

  最终,CEO摩尔和执行总裁安迪·格鲁夫果断做出决定,带领英特尔进行战略转移,专攻个人电脑CPU。在这次拯救公司的变革中,英特尔关闭了7家工厂,解雇了8000名员工,亏损超过1.8亿美元——这是英特尔成立以来的第一次亏损。

  决定转型的第一年,也就是1985年,英特尔就推出了386微处理器,并宣布不会将该技术特许权授予其他制造商。此前,作为英特尔的最大客户,IBM一直要求英特尔与其他芯片厂商分享自己的设计,以此让英特尔不能一家独大。386一经推出,受到极大好评,很快风靡市场,IBM顶不住压力,被迫重新签订与英特尔的协议。新兴的软件公司微软更是利用386芯片彻底改变了计算技术,1990年推出轰动全球的视窗3.0操作系统,并由此开启了微软+英特尔结盟的Wintel时代。

  386处理器成为一个里程碑,英特尔也由此转而成为CPU市场的霸主。在汽车、电信、复印机等领域,英特尔芯片同样开疆拓土。光福特公司一家,就在一年中向英特尔订购了130万台微处理器来控制燃料比、电火花和发动机的其他功能。

  1989年,英特尔再接再厉,推出486处理器。依靠486,英特尔一举超过所有日本芯片公司,坐上了芯片行业的头把交椅。1992年,英特尔的销售额达58亿美元,利润首次突破10亿美元。同时,英特尔和微软逐渐取代IBM,成为整个计算机产业的领导者。

  1993年,英特尔推出奔腾处理器。这一系列处理器的运行速度让英特尔甩掉了只会做低性能处理器的帽子。虽然英特尔从此不再以数字命名,但外界仍然习惯称呼它推动的处理器为X86系列。到1999年,英特尔公司市值达到了最高峰的5090亿美元,相当于当年中国GDP的一半,超过印度GDP总量,真正称得上“富可敌国”。

  在峰值时期,全球CPU市场的85.2%份额归于英特尔。换言之,我们身边的每10台个人电脑中,最多只有2台没有装上英特尔的芯片。英特尔基本实现了它在宣传语中所说的——给每台PC一颗奔腾的芯。

  在集成电路诞生的很长一段时间里,世界主要芯片厂商榜单长期由美国公司占据。当英特尔80年代遭遇“滑铁卢”时,人们开始关注日本芯片企业的突然崛起。到80年代后半期,在世界十大集成电路制造厂商名单中,美国3个,日本6个,韩国1个,连榜首都已经被日本电气股份有限公司(NEC Corporation)夺去。

  回顾这段历史会发现,1970—1985年日本产业结构发生剧烈变化,以钢铁产业为代表的“厚重长大”产业陷入低迷,芯片、家用电器等“轻薄短小”产业高速增长。20世纪末叶,国际社会曾广泛对日本的芯片等产业进行研究,探讨“日本模式”。

  一是五六十年代美国在冷战局势下支援日本工业发展,对日本全面开放半导体技术,为其日后高速发展奠定了基础;

  三是日本政府和业界积极承接美国芯片产业转移,在自主创“芯”过程中也曾搞过“举国体制”,而且搞得还很不错。

  由政府牵头,将多个具有竞争关系的民间企业以及国立科研院所结合在一起,组建技术创新联盟,共同进行关键共性技术的开发——这是日本推进自主创新的一个重要手段。简单来说,就是“产、官、学”相互协作。这其中,日本通商产业省(现经济产业省)大力推动的“超大规模集成电路技术研究组合”,被认为一举奠定了日本半导体产业竞争力基础。

  1964年,美国IBM公司宣布使用了集成电路的第三代计算机问世,这使日本政府深刻地意识到本国企业在计算机领域所存在的巨大差距。两年后,日本通产省启动了“超高性能电子计算机的开发”大型项目研究。

  这一项目的目标非常明确,就是开发出可同IBM竞争的高性能第三代计算机。在该项目中,通产省直接支付给参与企业的补助金总额高达100亿日元。不过,随着IBM接连开发出使用大规模集成电路、超大规模集成电路的计算机,日本政府和企业意识到,如果不能在集成电路关键技术领域取得突破,想超越IBM毫无可能。

  超大规模集成电路(VLSI)与大规模集成电路(LSI),虽然在名称上只有一字之差,生产技术却存在着很大差异。它必须使用电子束或X射线进行投影曝光,开发新型感光材料和精密检测装置,还有大口径硅片、微尘清除技术等。这一切,对当时的日本企业来说,几乎闻所未闻。

  根据美国的经验,IBM、英特尔等巨头多年来持续投入大量研发资金,才取得技术突破并形成极其复杂的专利保护。后发的企业显然很难在短时间内募集并敢于投入匹配的资金。如何解决这些难题,成为摆在日本政府、工业界和学术界面前的紧迫课题。

  在20世纪70年代,日本半导体产业整体落后美国10年以上。当时,日本国内形成共识,必须缩小集成电路以及计算机产业与美国的差距,政府要采取非常措施,与企业和科研机构一起协同行动。为此,日本通产省在机械情报产业局下专门设立了一个叫作“电子情报课”的处室,又成立了包含多名产业界和学术界人士在内的“VLSI研究开发政策委员会”,并提出“下一代电子计算机用VLSI开发促进费补助金”的预算案。

  经过充分酝酿,从1976年到1979年,日本开始实施具有里程碑意义的“VLSI技术研究组合”。该项目由日本通产省牵头,以日立、三菱、富士通、东芝、日本电气五大公司为骨干,联合日本通产省的电气技术实验室、日本工业技术研究院电子综合研究所和计算机综合研究所,共投资了720亿日元,用于进行芯片产业核心共性技术的突破。

  历史上,日本曾经成立过各种“研究组合”,但由平时互相竞争的企业各自派人组织在一起,这还是头一次。这一组合,不仅集中了人才优势,而且促进了平时在技术上互不通气的企业相互交流、相互启发。

  4年间,“VLSI技术研究组合”的专利申请数达1210件,商业秘密的申请数达347件。参加企业均可无偿使用“研究组合”的专利,因此整体技术水准都得到迅速提高。这其中,最大的成绩是开发出了芯片加工过程中的关键精密设备——缩小投影型光刻机。

  “VLSI技术研究组合”组建了相互独立的三支团队,分别走不同的技术路线,最后都取得了重大突破。这些技术突破为日本在光刻甚至整个芯片生产设备领域奠定了优势地位。1980年之前,日本的缩小投影型光刻机几乎全部从美国进口,但到了1985年,日本生产的该设备在国际市场占有率上就超过了美国。到了2000年,除荷兰AMSL公司外,生产、销售这种关键设备的厂家都是清一色的日本公司。

  不仅如此,“VLSI技术研究组合”启动以前,日本半导体生产设备的80%左右依赖从美国进口,但到了20世纪80年代中期,全部半导体生产设备都实现了国产化,至80年代末,日本的半导体生产设备的世界市场占有率超过了50%。

  在晶圆大口径化方面,“VLSI技术研究组合”也取得相当大的突破。在20世纪70年代中期,业内一度认为晶圆口径的极限是6英寸,但“VLSI技术研究组合”在1980年首次研制出8英寸晶圆,并对晶圆大口径化后的生产技术难题进行了深入的研究。

  这些研究都为20世纪80年代日本半导体材料生产行业的崛起提供了强有力支撑。1985年,日本半导体材料的世界市场占有率达到60%,两年后进一步上升到70%以上。至今,日本半导体材料仍称霸世界,饮水思源,不能不归功于“VLSI技术研究组合”的成立。

  4年间,日本通产省对“VLSI技术研究组合”的资助高达291亿日元,约占720亿日元总事业费的40%,其余费用由参加企业平均分担。通产省的资助目的非常明确,就是只对共性基础技术的研发予以支持。

  在这种思路的指导下,“VLSI技术研究组合”强调,课题的选择必须突出基础性和共性两大特征——这也是参与企业的共同要求。只有研究这样的问题,参与企业才会有兴趣,也不必担心在共同研发过程中被对手“挖墙角”。

  有趣的是,“VLSI技术研究组合”还有一个附带结果:参与企业在利用共同开发掌握的技术进行商业化生产时,发现这些技术最好的用武之地是存储器芯片,而在CPU领域则不太实用。这导致了后来很长一段时间里,日本企业在存储器领域一路攻城略地,但始终没在CPU上形成大气候。

  由于日本电气、富士通、日立等在存储芯片领域奋起直追,日本企业的全球销售份额从20世纪70年代中期的10%,攀升至70年代后期的55%,不仅超过了美国,而且迫使英特尔、摩托罗拉等多家美国半导体企业退出了存储器领域的竞争。

  “VLSI技术研究组合”的成效是毋庸置疑的。1979年,日本的集成电路国际贸易开始出现顺差,集成电路对美贸易顺差则出现在1980年。到1986年,日本半导体产品的国际市场占有率开始超越美国。其后10年,除个别年份外,日本的国际市场占有率都一直高于美国。在排名前10位的公司中,日本占有6席,日本电气、东芝和日立囊括前三。这种状况直到1995年微软推出Windows95,英特尔推出与之相配套的改进型奔腾处理器之后才发生了根本性的逆转。

  日本半导体产业的崛起,不仅为其带来了巨额的商业利润,也让“日本制造”的美誉度迅速提升。反过来,美国的相关产业受到重大冲击。美国认为,半导体产业发展受挫的结果,很可能导致计算机、通信甚至国防工业的全方面落于下风。因此,美国企业界、政界纷纷指责日本以组建“研究组合”的方式补贴企业,实行不公平竞争。

  此后,日美经贸摩擦进入半导体战阶段。美国以反倾销、反投资、反并购等手段进行贸易保护,最高时对相关产品加100%关税,最终以日本对美出口产品进行价格管制等手段结束。日本的芯片产业由此从兴盛再走向逐渐衰弱,这呈现了全球芯片风云激荡的另一面。

  比起美国和日本,韩国晚起步10多年,芯片产业从无到有,再到跻身于世界芯片强国之列,仅仅用了20多年时间。如果没有政府的各项优惠政策支持和联合民间及企业等各方面巨额资金的支持,这一崛起是难以想象的。

  韩国芯片产业发端于20世纪80年代初期,集中在三星、现代和LG三大企业。此前,在60年代中期开始,仙童、摩托罗拉等美国半导体公司为降低劳动力成本,曾向韩国转移了一部分产能;70年代,三洋、东芝等日本半导体公司也开始在韩国投资。不过总体来说,韩国一直扮演的角色是劳动力密集型的组装基地。

  20世纪70年代的“石油危机”,引发了全世界市场环境的剧变。韩国轻工业产品出口比率大幅下降,原有的经济增长模式受到威胁。在这样的背景下,三星等大公司开始向半导体等先进工业方向转型。

  1983年是韩国半导体产业的历史转折点。这一年,三星集团创始人李秉哲决定对存储芯片生产进行大规模投资,这被认为是一个非常大胆的决定。李秉哲押进了天文数字的资金和三星破产的风险,最终一举奠定了三星成为芯片行业后起群雄之一的基础。

  李秉哲曾经做过许多令下属和外界目瞪口呆的经营决策。在20世纪60年代,他就制定了宏伟规划,要在韩国建设一个大规模的电子工业基地,规模甚至超过当时日本最大的三洋电子工业基地。为此,他在偏僻的韩国水原郊区买下200多亩土地,这让跟随他多年的部下十分不解。

  看着部下充满疑惑的眼神,李秉哲指着还是一片荒芜的土地说:“难道你们看不到这片土地将在不久之后变成规模宏大的电子产业基地吗?难道你们看不到将来养活我们国民的高科技产业的宏伟蓝图吗?现在,你们或许会觉得这片土地实在是太大了,但是,请你们相信我,不久的将来,这些土地将远远不够我们使用。”

  三星电子工业基地一开始依靠日本企业做一些组装工作,三星试图学习后者的电子产品技术,但日方对核心技术采取绝对保密的措施,任何时候只要谈到和技术相关的话题,他们就会让三星的韩国员工回避。李秉哲对此非常坦然,他劝导三星员工:日本人的这种做法很正常,毕竟失去了技术就意味着失去了未来的市场。不过,日本人越是防备,三星的员工就越是要咬紧牙关学好技术。

  事实上,李秉哲的许多决定看似大胆,实则经过非常审慎的调研与权衡。20世纪70年代后期,日本半导体开始崛起,李秉哲常常去日本拜访学术界和产业界的权威。1980年初,年逾古稀的李秉哲与日本战后复兴的设计师、著名经济学家稻叶秀三有过一席长谈,稻叶秀三的一句话让李秉哲茅塞顿开:“半导体将主导未来的市场,因为精巧轻便的产品是市场的需求。”

  1983年,李秉哲下决心带领三星全力“杀进”半导体产业。他选择了当时市场上已经供大于求的64KBDRAM存储芯片作为切入口。虽然对手强、风险大,但李秉哲认为三星可以打价格战,一旦赢下来,前景会非常广阔。

  1983年3月14日的夜晚格外漫长,李秉哲回想起26岁时只身创业的自己,又一次经历着兴奋和紧张交织的复杂情感。东方渐白,在房间里来回走了一夜的李秉哲来到桌边,深吸了一口气,拿起电话拨通了韩国中央日报社的电线日起正式开发半导体尖端科技新项目,请为我们做报道吧。”

  三星当时敢做出这样的决定,显然离不开韩国政府在背后的支持。20世纪七八十年代,韩国政府陆续出台多项法律,制定了相关产业政策,对半导体等电子工业予以扶持。虽然李秉哲根据企业家对市场更加敏锐的判断,没有完全遵循政府的产业指导,但韩国政府通过政府订单、关税保护等手段,极大地提高了三星等半导体企业的生存概率。

  1982年,韩国国内总共只有不到1000台个人电脑,韩国政府一次订购了8360台个人电脑,以此来创造对存储芯片的需求。在政府的刺激和示范作用下,韩国个人电脑市场飞速发展,1983年的需求量比上年翻了10倍。

  做出全力进军存储芯片的决定后,三星开始了一系列动作。首先,它向当时遇到资金问题的日本美光公司购买64KBDRAM技术,加工工艺则从日本夏普公司获得。外国技术许可起到至关重要的作用,在此过程中,三星逐渐熟悉渐进式工艺创新,加上逆向工程方面的长期经验,很快进入了发展的快车道。

  除了技术引进之外,三星还从美国网罗大量的韩裔人才。日本东芝是三星最为推崇的对象,李秉哲参观了一次东芝公司后,就挖走了东芝的生产部部长。有趣的是,刚从美国返回中国台湾地区准备创立台积电的张忠谋,一度曾被极力邀请加入三星。

  三星于1984年推出64KB DRAM时,全球半导体业步入一个低潮,内存价格从每片4美元暴跌至每片30美分,而三星当时的生产成本是每片1.3美元,这意味着每卖出一片内存三星便亏1美元。在低潮期,英特尔退出存储芯片领域,日本电气等日企大幅削减资本开支,而三星却像赌徒一般疯狂加码,逆周期投资,继续扩大产能,并开发更大容量的存储芯片。到1986年底,三星半导体累积亏损3亿美元,股权资本完全亏空。

  在那段时期,李秉哲每天都会收到各个部门的汇报,其中大部分内容都是关于三星集团财政赤字的。几乎每一个部门的汇报中都有类似这样的内容:“自从半导体的第一条生产线和第二条生产线开始运行以来,三星集团已经连续三年出现财政赤字了,赤字金额高达数千亿韩元。如此巨大的财政赤字,我们真的已经快要无力承担了,如果再继续下去的话,三星集团过不了多久就会面临破产的危险。”

  公司的高层也劝说李秉哲:不如趁着现在还没有完全输光,干脆撤出来吧,这样还能为自己留下一条后路。但李秉哲仍然孤注一掷。“当今的形势下,我们要做的依然是继续加强技术开发,扩大工厂的生产规模。”他说。这一理念,后来逐渐演化为三星的一个重要商业理念,那就是“反周期定律”——价格低迷时扩张产能,挤垮对手;利用垄断地位,抬高市场价格。

  险境中,韩国政府再次扮演了“白马骑士”的角色。1983—1987年,韩国实施“半导体工业振兴计划”,政府共投入了3.46亿美元的贷款,并激发了20亿美元的私人投资。在这个过程中,韩国政府推进“政府+大财团”的经济发展模式。为了促进芯片产业发展,韩国政府甚至不惜动用日韩建交过程中日本向韩国提供的战争赔款。

  三星撑过了谷底,转机瞬间来到。1987年,日美半导体协议的签署使得内存价格回升,三星也为全球半导体市场的需求补缺,开始迅速盈利。李秉哲的“豪赌”大获成功。1992年,三星超过日本电气,成为世界第一大存储芯片制造商。韩国公司学习了日本公司一度使用的价格战,击败了自己的老师。

  这还仅仅是三星带领韩国半导体产业迈向世界第一梯队的第一步。1995年之后,三星又多次发起“反周期定律”价格战,使得存储芯片领域多数厂商走向破产,自己则逐步成长为该领域的巨擘。

  《经济学人》在一篇文章中评论说,20世纪80年代韩国工业的发展得益于韩国国内的政策扶持计划,由于如此庞大的资源集中于少数财团,他们可以迅速进入资本密集型的存储芯片生产领域,并最终克服生产初期巨大的财务损失。

  当然,也不得不提20世纪80年代后期美国和日本之间的半导体贸易冲突,双方采取了征收反倾销税等报复措施,为韩国企业提供了重要的“机会之窗”。韩国的大财团发展模式,引发了许多上下游企业的共同发展。可以说,现在的韩国芯片产业正是由三星、现代(后更名为海力士半导体)等企业的大规模投资,带动了整个产业的发展和兴起。这也是韩国经济发展的明显特征。

  三星创始人李秉哲在1983年的一个艰难决定,让世界芯片产业格局在此后20年里出现了大幅变动。在三星的带领下,1998年韩国取代日本成为全球存储芯片第一生产大国,全球存储芯片的产业中心从日本转移到韩国,一直持续到今天。

  在日本赶超美国,韩国赶超日本的时候,一家位于中国台湾的芯片企业也悄然崛起。与以往的芯片企业截然不同,这家企业将东亚地区劳动力成本低廉的优势放大到极致,走出了一条“代工”的独特道路。

  1985年,54岁的张忠谋辞去美国的高薪职位,返回中国台湾。两年后,在台湾当地有关部门的扶持下,他于新竹科学园区创建了全球第一家专业代工公司——台湾积体电路制造公司(台积电)。

  这家当时并不显山露水的企业,创造了垂直分工的全新商业模式,这种模式快速成为一种产业趋势,让全球垂直分工的集成电路企业如雨后春笋般涌现,进而术业专攻,加速推动半导体产业今日的繁荣。

  在回到中国台湾之前,张忠谋是美国芯片老牌巨头德州仪器的第三号人物。他1931年出生于浙江宁波,青少年时期辗转于香港、重庆。1949年,18岁的张忠谋进入美国哈佛大学,次年转学到麻省理工学院,专攻机械工程。

  1958年,27岁的张忠谋进入德州仪器,到1985年离开时,德州仪器早已是芯片行业的翘楚,在全球有6万员工。张忠谋也成为最早进入美国大型公司最高管理层的华人之一。

  几十年前,芯片企业都是从设计,到制造、封装测试以及投向消费市场一条龙全包,张忠谋看到了半导体设计公司和制造厂代工的分离趋势,他创办的台积电就坚定地走代工路线。

  对于刚刚起步的台积电而言,人才、技术和订单都是发展的关键。为了寻觅人才,张忠谋说动了通用电气半导体部门总裁戴克的加盟,并奋力追赶展开技术认证,快速争取到为英特尔代工的机会。在争取为英特尔代工的过程中,发生了一件富有戏剧性的事情:英特尔的CEO格鲁夫考察台积电时,发现台积电的产品有多达200个缺陷,这让格鲁夫打了“退堂鼓”。张忠谋力挽狂澜,向英特尔高层打下保票,会迅速解决缺陷问题。几周后,缺陷果然减少到20个。再过几周,减少到4个。

  2015年6月13日,台湾亚洲大学校长颁授名誉博士给台积电董事长张忠谋(右一)

  渐渐地,芯片设计厂商们发现,将芯片交给日本公司生产至少需要12周,交给新加坡的公司需要6周,交给台积电生产只需要4周。于是,越来越多的硅谷的芯片设计公司逐渐把高层次的芯片交给台积电生产。这是一个发生在上世纪下半叶,产业转移大背景中的小故事,但台积电紧紧抓住了产业转移的机遇,把工业生产能力和管理能力做到极致,形成了“独此一家,别无分号”的垄断地位。外界评价,由台积电开始,晶圆代工成为了一个行业。

  张忠谋的眼界和决断固然厉害,但台积电甚至台湾地区芯片产业的兴起,也有台湾当地部门在其中的扶持。

  20世纪70年代初,台湾当地有关部门出资从美国无线电公司购买技术,交由台湾“工业研究院”下属“电子研究所”消化、吸收、创新。形成初步的自主技术后,又在台湾当地有关部门主导下成立了台积电以及另一家名为联华电子的公司,由“电子研究所”将累积的自主技术无偿转让给这两家企业。

  根据学者考证,台湾当地有关部门甚至最初直接为台积电和联华电子出资,并说服几家大企业参与其中。直到20世纪80年代中期,台湾集成电路产业有了赢利能力,当局才逐步退出,转由企业家主导。

  1997年,台积电在美国纽交所上市,当年实现13亿美元营收,5.35亿美元盈利。2009年,重返台积电的张忠谋预计到手机等移动终端市场即将兴起,连续3年大力度投入,在40纳米、28纳米工艺制程上实现领先,成为与英特尔、三星电子相抗衡的制造企业。

  2013年时,台积电营收19.85亿美元,晶圆代工市场占率46%,成为全球第一大芯片代工厂。

  在中国台湾地区《天下》杂志的标杆企业奖评选中,台积电连续11年独占鳌头。美国有线电视新闻网则评价张忠谋是台湾经济崛起的象征。

  如今,全球芯片产业依旧热闹非凡,“王者”一直在变。但正如文章开头所说,不变的是,总有创新者的辉煌之光,照耀前行之路。

  风险揭示:投资有风险,当您/贵单位进行投资时,可能获得投资收益,但同时也面临着投资风险,比如资金损失风险、运营风险、流动性风险等。您/贵单位在做出投资决策之前,请仔细阅读相关风险揭示书和投资协议、公司章程或者合伙协议等文件,充分认识投资的风险收益特征和产品特性,认真考虑可能存在的各项风险因素,并充分考虑自身的风险承受能力,理性判断并谨慎做出投资决策。

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