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日本半导体，没有希望？

华尔街见闻2023-05-29

摘要：从昔时的东芝、三菱、日立、富士通、NEC五巨头，到尔必达、东芝、瑞萨三颗青苗，再到如今的视若珍宝的Rapidus，历史总是惊人的相似，倘若日本的半导体企业不能自给自足，自立自强，自己实现大幅盈利的话，那么悲剧只会不断重演。日本半导体还行不行？这样的发问注定得不到一个明确答案，说行的话，把日本硕果仅存的铠侠、瑞萨和索尼绑一块，都很难和全球半导体TOP 5相提并论；说不行吧，2022年，日本政府...

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5相提并论；说不行吧，2022年，日本政府又找了几个本土大公司搞出了Rapidus，立志要在2025年前搞定2nm，拳打台积电，脚踢英特尔。不过，当日本人谈起半导体时，他们一边惋惜于如今本国半导体的失意，一边却又会缅怀上世纪80年代那段极尽辉煌的时期——日本取代美国成为半导体领头羊，而主要的五家半导体企业更是主宰了全球市场。但上帝仿佛和日本半导体开了一个小小的玩笑，极尽繁荣的短暂时光过去后，立刻就是快速衰败，在90年代中后期，半导体重心又迅速转移至韩国和中国台湾，进入千禧年之后，日本半导体仿佛就成了一个局外人，曾经的五巨头接连离场，留下的只有失望与迷茫的从业者。而曾经在世纪之交诞生的尔必达(Elpida)，希腊语中的“希望”，日本人心中象征着国旗的日之丸半导体，它的轰然倒下更是成为了许多人心中无法抹去的痛。转瞬即逝的黄金年代日本半导体能够在80年代崛起的原因有很多，而其中最重要的当属由日本通产省在1976年牵头发起的“VLSI联合研发计划”，其中政府出资320亿，企业界筹集400亿日元，共耗资720亿日元，以五家半导体巨头为核心，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，开始向超大规模集成电路DRAM发起进攻。曾经竞争激烈的东芝、三菱、日立、富士通、NEC在政府的牵头下，罢手言和，开始在各自的优势领域中发挥力量，与研究所一同攻克技术难题，推动日本半导体产业的整体发展。这场浩浩荡荡的研发计划，最终以日本先于美国研发64k集成电路、256k动态储存器，完成对美国技术的赶超而告终，奠定了日本在 DRAM 市场的霸主地位，而政府+企业+科研机构的这套“官产学”的模式，也被许多国家奉为圭臬，在发展产业时有所借鉴和学习。而最需要注意的是，日本半导体此时能够称霸全球市场，不仅仅是靠着一个大家一起砸钱的模式，而是用高质低价的DRAM产品，敲开其他国家的大门，用产品来说服企业。80年代初期的存储市场和今日不同，最大的用途和需求均来自大型机，一台大型机通常花费数亿日元，一旦启用就会持续工作数年，而存储一旦出现故障问题，就需要花费大量时间和成本进行检修，这就导致大型机对DRAM的可靠性要求非常高，当时大型电脑制造商以及日本电报电话公共公司（现为NTT）要求“制造不会出故障的DRAM”，其技术标准是，大型电脑要有25年质量保证，电话总机要有23年质量保证。而日本半导体行业在80年代就形成了一套建立可靠性的技术方法，他们没有选择在检查阶段去剔除有缺陷的产品，而是从根源上解决问题，重新思考设计制造过程，以不生产有缺陷的产品为前提，这套方法不仅提高了产品的可靠性，而且提高了成品率，最终促进了生产效率提升，让日本半导体企业得以源源不断地输出廉价的DRAM产品。1980年，NEC的工程师在美国的技术杂志上发表了How Japanese Manufacturers Areach High IC Reliability（日本厂商如何实现IC的高可靠性）一文，同一年日本电子工业协会在美国展开研讨会，来自惠普公司的负责人承认，日本所生产的DRAM产品质量远高于美国本土厂商。80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，期盼能找到对手的弱点，结果却发现，美国最高品质的存储芯片比日本最差质量的还要糟。半导体市场最终还是要靠产品来说话，物美价廉的日本存储芯片，在80年代用自身的优势确立了霸权，而今天如雷贯耳的英特尔、AMD、德州仪器等美国硅谷公司却一筹莫展，在市场中节节败退乃至最终关停存储业务。不过，日本的官产学模式同样启发了美国半导体行业，既然日本通产省做得了初一，那么美国的相关机构也能做得了十五，美国公司开始寻求那双看得见的手的帮助。但他们并没有像日本一样寻求资金上的援助，而是鼓吹特洛伊木马式的威胁论，他们认为日本公司最初的目标是接管计算机内存，然后会吞并微处理器业务，再之后是低端计算机（即台式机），最后是高端计算机即大型机的业务。当然，这种办法非常有效，1986年初，美国裁定日本DRAM存储芯片存在倾销，要征收100％的反倾销税，随后日本通产省和美国商务部签订了第一次《美日半导体协议》，有效期五年。协议中最重要的一部分是引入了价格监控系统（Fair Market Value），根据批量生产的规模，在制造成本上加上适当的利润，而产品不得以低于以这种方式确定的价格销售，这对于当时的日本DRAM厂商来说，并不算彻底的坏消息，前面已经提过，由于精益求精的生产方式，让生产良率大幅提升，反过来又让生产成本大幅下降，而已经确定的高可靠性又不会受到价格影响，所谓价格监控系统，拉高DRAM价格，其实反而会让日本厂商赚得更多的钱。倘若市场中只有美国和日本，且DRAM产品应用范围始终局限在大型机中，这样的推导完全可以成立，日本依旧可以继续当半导体行业的霸主，可惜事实并非如此。1979年，韩国三星正式进军DRAM市场，建立了具有16K DRAM能力的VLSI晶圆厂，它曾尝试从国外引进技术，连续遭到美国德州仪器、摩托罗拉、日本NEC、东芝、日立等公司的拒绝，最终从美光处拿到了64K DRAM的技术授权，之后几年当中，三星从日本半导体产业中大量挖取专业人才，同时投入大量资金兴建晶圆厂，攻关DRAM相关技术。1992年，三星率先推出全球第一个64Mb DRAM，正式超越日本企业。但在1992年之前，日本就已经有败退的迹象。日本厂商身上还背负着《美日半导体协议》和反倾销税，而几乎没有受到美国制裁的三星反而一身轻松，宁可举债亏本也要硬闯DRAM，凭借更低廉的价格来抢占市场，再加上广场协议的签订，日元大幅升值，出口半导体大受影响，最终让日本DRAM价格优势不再。而在日本引以为傲的良品率和可靠性上，由于80年代中后期个人电脑的崛起，早已没有之前那么重要了，大型机可能需要能用25年的DRAM，而个人电脑往往5年就会更新换代，因而相较于日本的高质产品，韩国和美国所生产的更廉价的DRAM迅速占领了个人电脑市场，在市场竞争中先日本一步。可能会有人觉得，既然美国与韩国能够生产廉价而质量不够可靠的产品，那么日本同样也可以这么做，为什么反而受到了制约呢，吃惯了山珍海味难道还不能吃糠咽菜了吗？答案也很简单，因为日本半导体厂商原来的客户仍然要求着高品质，以汽车为例，只要皇冠汽车还在运转，丰田会向半导体厂商提出需求，而车规级的品质又绝非个人电脑那么简单，一方面是庞大的新兴市场，另一方面是熟悉的固有市场，同一条生产线，不可能生产出两种不同规格品质的产品。而日本半导体企业所采用的终身雇佣制，导致针对市场变化的反应迟钝，思路转换也非常缓慢，大量工程师空有一身本领而无用武之地，既无改变的勇气，也无再次创新的实力的日本半导体，只能在这种拉扯中跌跌撞撞地走着，此时，日本的工匠精神反倒成为了绊脚石，昔日的成功反过来导致了未来的失败，这对于看重技术的日本企业来说，何尝不是一种讽刺呢？扶大厦于将倾当时间来到90年代中后期时，日本半导体已经从市场中全面败退，它们既无英特尔和AMD那样制造CPU的能力，也没有像三星和海力士那样迅速迭代技术建立新产线的能力，许多厂商迎来一年又一年的亏损，而日本通产省呢，也不太可能像70年代一样，为重资产的DRAM产业提供大量资金，只是过了不到十年而已，半导体就从香饽饽变成了夕阳产业。在经过深思熟虑之后，1999年，日本通产省牵头主导，让NEC和日立分别剥离旗下DRAM业务，成立了新公司尔必达，2004年三菱电机的DRAM业务部门也被并入，自此，曾在IC Insights 1993年的全球十大半导体厂商排名中分别位列第二、第五和第八的三家日本半导体厂商的DRAM业务汇集在了一起。尔必达的诞生，实际上是日本半导体的背水一战，当时的日本业界认为，DRAM作为半导体行业的支柱性产品，此时在整个半导体市场中依旧具有举足轻重的地位，如果能在该领域中再度拿到市场优势地位，日本半导体就有望回到过去的黄金年代，再现当年的辉煌。此时的尔必达被称为日之丸，代表着日本在千禧年后重振半导体行业的愿景，背负的担子也不可谓不重。彼时的日本媒体还报道称，“拥有强大新技术研发能力的日立”，与“拥有强大生产技术能力的NEC”合二为一，诞生了世界上最强大的DRAM内存制造商，会产生1+1>2的效应，通产省的“理想蓝图”中，日立负责进行技术的研究开发，NEC则专注于批量生产工厂的生产技术，重回DRAM霸主岂不是手到擒来？现实给了通产省、尔必达以及所有日本半导体从业者一记响亮的耳光，在合并完成的两年后，尔必达在DRAM市场中的份额就从17%跌到4%。原因很简单，NEC和日立使用的制造设备不同，不能直接转交工艺流程，需要对60%的工序通过基本复制进行重新制作，然后再将此工艺流程交给批量生产工厂进行生产，还有约30%的清洗工序无法转移，说白了两家公司合并完成后，最大的气力不是去研发什么新技术，而是在琢磨怎么磨合不同的产线，空耗财力人力物力做一个无用功，市占率只会一跌再跌。而NEC和日立两家企业文化差异呢？NEC认为要实现高成品率“首先必须重视统一性”。而日立则是要“用新技术带来一点突破”，之后再考虑统一性。由于生产工序的繁杂，NEC的技术人员数量约为日立的3-5倍左右，这导致的结果就是NEC的做法占据上风，尔必达开始强调在生产工序的不断研发改进，那些喜欢探讨新材料或者新结构、研制新设备的日立员工最终只能被排挤出局。因而，强强联合只是日本通产省的一厢情愿，实际情况反而变成了1+1＜1。当然DRAM毕竟不是处理器，没有太高的技术门槛，凭借此前的积累，尔必达的产品总是能有一些竞争力的，但更大的问题是，尔必达没钱没粮没资本，凭什么和已经打了十年胜仗的韩美DRAM企业竞争？彼时电子业遭遇空前萧条，母公司NEC和日立都泥菩萨过江了，压根匀不出钱给尔必达来增加产线和设备，通产省就是个甩手掌柜，把两家撮合一下就拍屁股走人了，尔必达在2002年这会，实际上已经陷入叫天天不应，叫地地不灵的绝境里了。幸好日本半导体业界还是有些神通广大的人物在的：2002年11月，坂本幸雄上任尔必达的社长，凭借自己高超的手腕，愣是从世界各地筹集了1700亿日元的资金，短暂解决了尔必达没钱的大难题，让虚有其表的工厂换上了全新的制造设备，而DRAM生产也逐渐走上正轨，在好不容易解决了经营层面的问题后，尔必达的DRAM市占率终于出现了回升。虽说坂本幸雄预见到了智能手机移动市场中所蕴含的机遇，开始大力发展手机的DRAM，也曾让尔必达实现过快速增长，但他始终没有解决一个问题，那就是尔必达的盈利，在他上台前和上台后，尔必达最高不过3%的利润率，与行业龙头三星动辄30%利润率相比，差距大得可怕。针对这一点，不少文章指出和强调，尔必达利润低是因为重视良品率，学者汤之上隆在2005年时调研尔必达，他表示当时主流的512M DRAM颗粒，尔必达可以把良率做到惊人的98%，而三星只有83%，由此一种观点逐渐形成：尔必达输了市场没输技术，日本的半导体在技术上依旧世界第一。但这样的观点有失偏颇，举个例子，同样生产100条内存，尔必达交货98条，三星交货83条，但三星仅用时1天，总成本500块，尔必达要用一天半，总成本750块，此时两种生产方法孰优孰劣呢？对于DRAM这样的标准化半导体组件，反复强调良率又有何益处呢？尔必达实际上陷入了一个怪圈，固执认为只有精耕细作才是半导体技术实力的体现，开着插秧机和收割机的韩国半导体是在浪费“粮食”，殊不知自动化也是技术实力体现的一种。这并不是坂本幸雄的问题，而是以NEC为主体的尔必达在根子上的问题，擅长量产的NEC系，分工极其细化，即便再小的领域，他们都会做的十分彻底，导致工作量不减反增。为了达到DRAM的高良率，尔必达延续了日本半导体企业昂贵的设备使用习惯，每道工序都设置了专用设备，用着同一台设备，尔必达的晶圆吞吐量只有三星的一半……诸如这些问题，让尔必达自以为拥有了最先进技术，却始终在亏损的红线上挣扎。尔必达其实也有过改变自己命运的机会，后期加入的三菱DRAM部门的员工擅长于集成统筹，倾向于用最少的人力、最低的成本、最经济地生产DRAM。这部分员工认为，NEC系所用的DRAM生产方法工序过多、检测过度，用最高的技术来生产PC用的DRAM，但实际上一台机子根本用不到这么好的DRAM。但在2004年之际，规模更大的日立系员工都已经边缘化，规模较小的三菱系又能有什么作为，整个尔必达就在NEC系的带领下，在高良率低利润率的这条路上狂奔。2008年雷曼危机来临，而Windows Vista又引发DRAM过剩，高良率低利润率的尔必达被一拳直轰面门，来了次不折不扣的硬着陆，原本的小赚迅速变成大亏，社长坂本幸雄看着满纸的赤字，开始怀疑起了人生。2009年，在日本经产省（原通产省）主导下，日本通过《产业再生法》修正案，授权日本政府可对拥有国际领先技术、但面临经营困难的民营企业施以援手。2009年6月，尔必达成为新法的首位受益者，获得300亿日元（约合3.7亿美元）公共资金和得到政府担保的1000亿日元（约合12.4亿美元）日本政策投资银行融资。1300亿日元看着很多，但对于尔必达来说只不过是杯水车薪，因为此时三星已经开始反周期投资，继续大规模增产扩产，DRAM颗粒从1美元的红线一路跌停，来到了0.31美元，家底本就不够殷实的尔必达在外部援助寻求无果的情况下，最终选择了破产保护。痴人说梦尔必达倒下了，日本对于日之丸半导体的幻想却从未停止。2022年，又是日本经产省带头，找来了丰田、NTT、Sony、铠侠、软银、NEC、电装、三菱日联银行等8家日企，共同设立了新晶圆企业Rapidus，目标在2027年左右实现2nm及以下芯片量产，还要为其他公司代工生产芯片。据悉，八家企业共计出资73亿日元，日本政府提供700亿日元的补贴，Rapidus会长由东京电子公司前社长东哲郎担任，社长小池淳义曾任西部数据日本子公司社长、日立与联电合资的12英寸晶圆厂Trecenti社长等职。经产省还在同日宣布，年内联合美国建立先进半导体研发中心LSTC，提供约3500亿日元的财政预算，其表示，会在IBM所提供的技术基础上，让LSTC统合日本东京大学等顶尖学术机构进行半导体研究，最后再交由Rapidus进行量产测试。整体来说，经产省的这套打法就是上世纪70年代“官产学”的变种，只不过这次无论是资金还是技术，产业的存在感都是最弱的，变成了“官学产”模式，同时也不再继续死磕存储了，瞄准了先进制程的晶圆代工，最大的对手变成了台积电和三星。日本的业界仿佛又看到了曙光，直呼日本半导体即将雄起，日之丸半导体永不坠落云云。Rapidus社长小池淳义也拍着胸脯表示，Rapidus是日本挽回空白10年的“最后机会”。那么，第三次组成国家队的日本半导体这次真的可以实现历史性的跨越，再度立于时代之巅吗？首先需要明确的是，日本本土的晶圆代工还停留在45nm制程，距离所谓的2nm节点，需要9代工艺升级，台积电是在2007年量产的45nm，用了16年时间，才在今年完成了3nm的量产，离2nm还有一定的距离，也就是说，Rapidus和LSTC要用四年时间完成台积电16年都没完成的事。另外，Rapidus的晶圆厂并不是现成的，而是在北海道千岁市重新选址，现在这会要生产2nm芯片的地方还是长着野草的荒地，要到9月才能正式开工建设，完工怎么也得到2024年了，铺设生产线更是直接奔着2025年去了。这也就是说，Rapidus想的是建完厂房和产线，坐等着LSTC和IBM研发完毕，然后照着图纸开干完事，另外值得一提的是，Rapidus甚至连员工都是个草台班子——截至目前一共就100来号人，其中还不全是工程师。社长小池淳义倒是自信满满，面对2nm半导体分为1000～2000个工序，需要包括设备操作员在内的约1000名技术人员的现实情况，他在接受采访时强调称，通过AI和自动化等方式，只需一半人员即500人就可应对。他所说的这500人还不是这两年就招聘完毕，因为日本本土早就出现了技术断层，压根没有这么多合适的人才，只是考虑到和欧洲最大芯片研发机构IMEC合作后，能够获得培养人才的支持，大概要到2027年才能招够这所谓的500名技术人员。要技术没技术，要人没人，那么在最关键的钱上总该没问题了吧？很抱歉，Rapidus也没钱，除了前面提到的773亿日元，日本经产省又在后续追加了一部分资金，总计援助约3300亿日元，但2nm的一条试产线就要2万日元，量产线更是要追加到3万亿日元，这3300亿日元也就够建两栋楼和招聘技术人员罢了。剩下的缺口呢？还是这位小池淳义，说现在就暂且这点钱了，为了在启动量产化的2027年前把钱筹够，会讨论增加出资企业和首次公开募股（IPO），未来会把目光放到海外，在全球寻找值得信赖的投资伙伴。讲了一堆，实际上Rapidus现在什么都没有，靠一个量产2nm的炒作概念引来了日本经产省，关键是经产省就吃这一套，还真被上钩了，很爽快地就把几千亿日元批了下来。一家名不见经传的100人小公司说用四五年就能搞出2nm，把英特尔、台积电和三星通通踩在脚下，拿了政府的投资后吃香喝辣，还能大摇大摆地去参加各种会议，接受各路媒体的采访，其他半导体公司做梦都不敢做得这么离谱。前面提到的技术、人才、资金也不过是晶圆代工的三个前置条件而已，假设Rapidus在几年后真的发生了神迹，搞定了2nm的量产，解决了良品率后，又要给谁代工呢？晶圆代工最重要的就是规模效应，没有苹果这样大规模采购先进制程芯片的终端客户，如果去依靠服务器和超级计算机的客户，所产生的收益是否能盈利都不太好说，之后的制程迭代更是无从保证。2nm的故事说得好听，但仔细推敲一番，不过是没什么凭据的空中楼阁。拉丁语中Rapidus的含义是迅速，社长小池淳义一再强调速度，说公司要革现在的“可制造性设计”的命，Rapidus要做“可设计性制造”（MFD），在快速发展的AI与自动化的帮助下，快速开发量产出市场想要的芯片。Rapidus也可翻译成锐必达，《论语·子路》早就为它准备好了一句话：欲速则不达。光是去强调速度，忽视现实情况，忽视技术差距，最后怎么能抵达曾设想的未来愿景呢？当80年代日本国家队已经被扫入历史，尔必达（Elpida）代表的希望也早已破灭，只剩一个Rapidus在喋喋不休着2nm、AI、MFD之类的技术名词，这不得不说是一种悲哀。现在来看，日本半导体因通产省/经产省而兴，用政府的大力干预手段把企业拧在了一块，就像是幼儿园里的老师带着孩子在玩老鹰捉小鸡的游戏，赶走了老鹰后，小鸡虽逐渐成长却未真正独立，一直活在羽翼下的企业又能有多大的竞争力呢？而经产省和企业却似乎从未反思过这件事，一旦又有半导体的雏鸟嗷嗷待哺，经产省就忙不迭地衔来虫儿喂食，但可惜的是，巢中待哺的鸟儿远不止这一只，总会遇到心有余而力不足的时刻，初长成的雏鸟最终饿毙于风雪。从昔时的东芝、三菱、日立、富士通、NEC五巨头，到尔必达、东芝、瑞萨三颗青苗，再到如今的视若珍宝的Rapidus，历史总是惊人的相似，倘若日本的半导体企业不能自给自足，自立自强，自己实现大幅盈利的话，那么悲剧只会不断重演。也正如杜牧在《阿房宫赋》中最后点题的名句一般：后人哀之而不鉴之，亦使后人而复哀后人也。","kind":null,"is_publish_news":null,"is_publish_highlight":null,"is_publish_live":null,"is_publish_wemedia":null,"editions":null,"symbols":[],"gpt_button":1},"commentList":[],"hasMoreComments":false,"newsSizeData":{"likeSize":0,"commentSize":0,"repostSize":1,"favoriteSize":0,"likeStatus":false,"favoriteStatus":false}}