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在芯片自主上,学学日本人如何从“仿造”到“超越”美国

时间:2018-05-04 阅读:
电脑、电视机、冰箱,都是美国人发明的,日本人把它们从美国扛回来,全部拆开之后,研究一个问题:美国人生产的玩意儿有什么缺陷?结果,日本人仿造的同类产品,比美国人制造的正宗产品还要先进,而且日本人会堂而皇之地打上一个标签“MADE IN JAPAN”。

中日两国的产业发展,有着一个共同的经历,都是从模仿开始的。电脑、电视机、冰箱,都是美国人发明的,日本人把它们从美国扛回来,全部拆开之后,研究一个问题:美国人生产的玩意儿有什么缺陷?结果,日本人仿造的同类产品,比美国人制造的正宗产品还要先进,而且日本人会堂而皇之地打上一个标签“MADE IN JAPAN”。

而我们中国企业最初也从美国和日本扛回一些产品模仿,模仿出来的东西比原装产品糟糕得多,有的企业还敢打上“美国制造”、“日本原装”的标签,因为这样来钱。

我说这一个例子,是想说明,拿来主义在世界工业发展史上是属于普通的行为,但是,关键是拿来之后怎么办?我可以很不客气地说,日本人是学了人家的技术提升了自己的产业竞争力,而我们中国人是学了人家的皮毛,但是挣了不少的钱。

有些读者很反感我拿日本与中国做比较,认为我是故意抬高日本,贬损中国。我很理解这一种反感,因为我们中国人的血液中,缺乏一种自我反省的DNA,我们总认为自己是对的,错的都是别人。即使自己错了,打死也不肯承认。正因为有这一种劣根性,导致我们很难以一种谦恭的心态去对待别人、看待自己,也导致了我们缺乏一种精益求精的精神,往往很难做出精品,芯片和发动机便是如此,这也是我最为担忧的问题。

特朗普发动中美贸易战,第一个中枪倒下的,是中国著名的通讯设备制造商中兴通讯。中兴的倒下,让我们知道了中国在芯片制造领域与世界的距离。同时更让我们惊醒:掌握核心技术有多么的重要。

30多年前,美国也曾经发动过一场对日本的贸易战,也在核心技术领域掐过日本人的脖子。那么,日本人是如何打响保卫战,又是如何在核心技术领域尤其是半导体芯片领域赶超美国的呢?这是我今天想跟大家聊的话题。

1942年,在美国诞生的世界上第一台电脑“ENIAC”,它是一个占地150平方米、重达30吨的庞然大物,里面的电路使用了1 .7468万只电子管、7200只电阻、10000只电容、50万条线,耗电量150千瓦(下图)。显然,占用面积大、无法移动是这一台电脑最直观和突出的问题;如果能把这些电子元件和连线集成在一小块载体上该有多好!我们相信,当时有很多人思考过这个问题,也提出过各种想法。典型的如英国雷达研究所的科学家达默,他在1952年的一次会议上提出:可以把电子线路中的分立元器件,集中制作在一块半导体晶片上,一小块晶片就是一个完整电路,这样一来,电子线路的体积就可大大缩小,可靠性大幅提高。这就是最早的有关集成电路的构想。晶体管的发明使这种想法成为了可能,1947年在美国贝尔实验室制造出来了第一个晶体管,在晶体管发明后,1958年至1959年之间,基尔比和诺伊斯分别发明了集成电路,也就是我们通常说的“芯片”的雏形。

实际上,早在基尔比和诺伊斯发明集成电路的第二年,也就是1960年,日本就开始了芯片的研究。1960年,日本晶体管的年产量突破1亿个,连续第二年超过美国。此时,日本半导体企业没有料到美国在1962年就跨入了芯片的实用化时代。

1964年,基尔比所在的德州仪器公司向日本政府提出,要在日本设立全资公司生产芯片。由于日本企业此时尚未启动芯片的生产,出于培育国内半导体产业的考虑,通产省对德州仪器公司在日本设厂的申请极力拖延。与此同时,日本政府利用融资优惠、税收优惠等手段开始积极引导本国企业从事芯片的研发和批量生产。德州仪器公司在独资设厂受阻的情况下,决定拒绝将芯片基本专利转让给日本企业。而日本政府则寻找借口迟迟不批准其在日本提出的芯片专利申请,以致日本企业在国内从事芯片的生产无需太多顾忌专利侵权问题。

遏制美国公司在日本生产芯片,是日本政府当时保护本国半导体产业的一个手段。而如何提升日本自身的半导体研发技术、与美国形成产业竞争态势,是日本政府一直在思考的问题。

北京大学科学技术史教授周程先生最近写文介绍说,1964年,美国IBM公司宣布使用了集成电路的第三代计算机360系统问世。同一年,法国最大的计算机生产商被美国通用电气公司收购。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,从而坚定了无论如何也要保护和培育国内计算机产业的决心。

经过一段时间的酝酿,日本通产省于1966年启动了“超高性能电子计算机的开发”大型项目研究。该项目的目标非常明确,就是开发出可同IBM360系列竞争的高性能第三代计算机。此项目通产省直接支付给参与企业的补助金总额高达100亿日元。在通产省所属工业技术院电子技术综合研究所以及民间企业、高等院校的共同努力下,1972年预期目标总算得以实现。

但在1970年,IBM又开发出了使用大规模集成电路的370系列计算机。于是,日本通产省又被迫启动了数个与计算机相关的大型项目研究,如1971年的“图像信息处理系统的开发”。该项目跨度为十年,总补助金额为220亿日元。

但是,就在日本几乎要赶上IBM370的水准之时,又传来了IBM将着手开发第四代计算机“未来系统”的消息。该型计算机计划使用M比特的超大规模集成电路,而日本企业当时在IBM370对抗机种中使用的只不过是16K的LSI。这意味着日本的集成电路技术与美国存在着相当大的差距,如果不能在此关键技术领域取得突破,日本企业想超越IBM根本不可能。

为此,日本通产省在机械情报产业局下面专门设立了一个叫作“电子情报课”的机构,负责策划计算机及其关键的存储器的开发战略。通产省还于1975年7月成立了包含多名产业界和学术界人士在内的“大型集成电路(VLSI)研究开发政策委员会”。经该委员会充分酝酿,通产省最终决定于1976年3月10日成立由政府和民间企业共同出资的共同研究开发组织——“VLSI技术研究组合”。

参加“VLSI技术研究组合”的企业全部由通产省选定。它们是日本电气、东芝、日立、富士通、三菱电机。除美国独资公司日本IBM外,几乎囊括了日本境内所有的大型半导体生产企业。同时,通产省还决定在“研究组合”下面设立一个研究基地——共同研究所,由通产省所属的工业技术院电综研和各参加企业负责派遣科研人员组成。尽管日本早先已成立了很多形形色色的“研究组合”,但由存在竞争关系的企业各自派遣研究人员组成相对稳定的共同研究所置于“研究组合”之下,这还是第一次。

“VLSI技术研究组合”的最大功绩是成功开发出了半导体加工过程中的关键设备——缩小投影型光刻装置。为开发这种精密装置,“VLSI技术研究组合”以势在必夺之势,在共同研究所内组建了相互独立的三支团队。三支团队研发半导体加工装置的技术路线虽然不尽相同,但都取得了重大突破。这些技术突破为日本后来在缩小投影型光刻装置乃至整个半导体生产设备领域确立优势地位奠定了基础。“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,但到了上世纪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%。1980年,全球半导体生产设备销售额最高的十大公司中,日本只有1家;1989年迅速增长到5家。如以缩小投影型光刻装置这项关键设备为例,1980年前几乎全部从美国进口,但从1985年开始,日本的国际市场占有率便超过了美国,到2000年时,除荷兰的AMSL外,生产、销售这种关键生产设备的厂家都是清一色的日本公司。

由于在共同研发过程中逐渐掌握了集成电路的高精度加工以及晶圆大口径化、印刷电路的快速检测等技术,故日本在存储器生产领域取得了骄人的成绩。

日本企业又再接再厉拿下了80%的全球市场份额,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。至于“研究组合”作为主要目标开发的1MDRAM,日本企业抢占到近90%的世界销售份额,远远地将美国的半导体生产厂家甩在了后头。

1980年,日本的集成电路对美贸易出现顺差。到1986年,日本半导体产品的国际市场占有率便开始超越美国。上世纪80年代,日美贸易战争中打得最为惨烈的战场就是半导体。虽然如此,日本以自己独有的核心技术,在其后十年中,除个别年份外,日本的国际市场占有率始终高于美国。1995年,世界半导体企业前十中,日本占了5位:NEC(第一)、东芝(第二)、日立制作所(第三)、富士通(第八)、三菱电机(第九)。这种状况直到1995年微软推出视窗95,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。

进入21世纪,日本半导体产业由于固步自封,未能及时变动企业研发体制。加上后来日本电子企业纷纷抛售电脑事业和手机事业,使得日本半导体产业尤其是芯片的生产又重新落后于美国。但是我们看到,最近几年,以NEC、索尼和富士通为代表的日本电子企业,借助于人工智能产业的发展,重新回归芯片以及相关系统的研发,并凭借长期积累的技术,使得日本的AI产业出现了领跑世界的势头。全自动驾驶汽车时代的到来,将会使得日本的芯片研发与生产迎来新的春天。

日本产业发展也并不是一帆风顺,也有过不少的教训。但是,日本人兢兢业业的做事风格,使得它有着长期厚实的技术的积累。所以,我一直认为,日本走过的路,有过的教训,都是值得我们中国学习和参考的。人类发展一定会有许多共性和不可避免的道路要走,无论日本、美国还是中国,只有拥有自己的东西,做人才有底气。

(来源:第一财经;作者徐静波 系日本亚洲通讯社社长,曾是第一财经驻日特约记者)

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