Redian新闻
>
日本半导体,没有希望?

日本半导体,没有希望?

科技


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。

*免责声明:本文由作者原创。文章内容系作者个人观点,半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点,不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持,如果有任何异议,欢迎联系半导体行业观察。


今天是《半导体行业观察》为您分享的第3415期内容,欢迎关注。

推荐阅读


未来十年的芯片路线图

谈谈模拟存内计算!

英伟达“疯”了,盘后大涨25%,GPU销量激增


半导体行业观察

半导体第一垂直媒体

实时 专业 原创 深度


识别二维码,回复下方关键词,阅读更多

晶圆|集成电路|设备|汽车芯片|存储|台积电|AI|封装

回复 投稿,看《如何成为“半导体行业观察”的一员 》

回复 搜索,还能轻松找到其他你感兴趣的文章!


微信扫码关注该文公众号作者

戳这里提交新闻线索和高质量文章给我们。
相关阅读
秦刚谈日本半导体禁令:不应为虎作伥你也是悬浮一代吗? 没有当下,没有附近,没有故乡日本半导体出口禁令波及中国 国产设备迎机遇没有当下,没有附近,没有故乡:「悬浮一代」的6个表现楔子功率半导体,尘埃未定!日本半导体禁令限制了啥?六十 传书半导体,面临严重的人才短缺关于半导体,又一单收购宣布台湾半导体,大跌!ASML安然度过“砍单”风波,但要小心被日本半导体“陷害”关于半导体,德国暗藏野心喜新厌旧北京量子院量子工程研究部招聘半导体微纳加工工程师1名(支持半导体量子计算团队)228亿!千亿巨头联手意法半导体,股价却崩了…SEAJ:2023年日本半导体设备销售额或降23%日本半导体代工梦,如何来完成?横跨AI和半导体,深圳特区独角兽登录科创板越南半导体,迅速崛起五十九 抢收日本半导体设备销售,又创新高渺小的霸权:日本半导体材料的神话与现实董承非:半导体慢慢会演变为“芯片荒”,全球芯片价格会大涨,化合物半导体最有望弯道超车三星半导体,不想屈居第二日美半导体,决定深度合作日本半导体禁令,限制了啥?日方计划扩大半导体制造设备出口管制范围,中国半导体行业协会严正声明华虹半导体,创历史新高日本大力发展半导体,补贴美光,引进EUV光刻机金刚石半导体,越来越近日本半导体的大动作,中国高端光刻机的新突破日本知名半导体厂商宣布:进军功率半导体无奈的复兴:日本半导体这十年为什么小女生总是老男人嘴边的猎物
logo
联系我们隐私协议©2024 redian.news
Redian新闻
Redian.news刊载任何文章,不代表同意其说法或描述,仅为提供更多信息,也不构成任何建议。文章信息的合法性及真实性由其作者负责,与Redian.news及其运营公司无关。欢迎投稿,如发现稿件侵权,或作者不愿在本网发表文章,请版权拥有者通知本网处理。