近两年,日本实施的芯片战略正在逐步落实之中,将对未来的全球芯片格局产生不可忽视的影响。

近几年发达国家都认识到芯片在21世纪的重要地位。面对芯片竞争,日本坐不住了,2021年6月日本经济产业省发布了《半导体和数字产业战略》。日本政府决定通过财政支持等措施重新杀入全球芯片竞争。近两年,日本实施的芯片战略正在逐步落实之中,将对未来的全球芯片格局产生不可忽视的影响。

日本曾经是一个半导体强国

第一,日本半导体紧跟美国步伐。1976年日本启动了“下世代电子计算机用超大规模集成电路”(VLSI)研究开发计划,要在半导体技术上超越美国。计划的核心是先进制程内存及半导体生产设备的研发。VLSI计划由通产省牵头,集聚了日电、日立、东芝、富士通和三菱五大企业。垂井康夫被任命为VLSI计划联合研究所的所长。在垂井康夫的带领下,日本企业摒弃门派之别,在四年时间内搞出上千件专利。日本政府为半导体企业提供了高达16亿美元的巨额资金,帮助日本企业打造半导体产业群。

日本半导体产业上从设备、原料到芯片的三个方面都取得了重大突破:以尼康和佳能的光刻机为核心的半导体设备国际市场占有率超过美国;信越化学和胜高在全球硅晶圆市场占据超过一半的份额,日本整体在全球半导体材料市场上的占有率超过了70%。通过VLSI计划,日本构建起了相对完整的半导体产业链。

日本企业凭借64K内存拿下全球一半以上的内存市场,日本半导体对美国出口额从1979年的4400万美元暴增至1984年的23亿美元,同期美国对日本的半导体出口仅仅增长了2倍。到1986年,日本半导体产值已大幅超越美国,并且在全球半导体产业中所占的份额超过了一半。1990年,全球前十大半导体企业中,有6家来自日本,日电、东芝和日立占据了前三位。

第二,美日芯片贸易战。在日本芯片企业的攻势下,美国芯片企业招架无力。1981年超威净利润下滑三分之二,美国国家半导体公司亏损1100万美元。1982年,英特尔裁员2000人。IBM被迫出手相救,以2.5亿美元买下英特尔12%的股份,让英特尔能够拥有保证正常营业的现金流。富士通提出要收购仙童,这更是刺激了硅谷的神经。有“硅谷市长”之称的诺伊斯哀叹美国进入了半导体产业衰退的阶段。

1985年6月,美国半导体产业贸易保护的调子开始升高。美国半导体工业协会向国会递交一份正式的“301条款”文本,要求美国政府制止日本公司的倾销行为。民意调查显示,68%的美国人认为日本是美国最大的威胁。在舆论的引导和半导体工业协会的推动下,美国政府将信息产业定为可以动用国家安全借口进行保护的新兴战略产业,半导体产业成为美日贸易战的焦点。1985年10月,美国商务部出面指控日本公司倾销256K和1M内存。一年后,日本通产省被迫与美国商务部签署第一次《美日半导体协议》。

1985年9月签订的《广场协议》推动美元贬值。在《广场协议》签订的这一年,日本半导体企业砍掉了近40%的设备更新投资,最终的投资额仅仅20亿美元,此后几年的投资也都保持在很低的水平上。

日本半导体企业减少投资的原因是出口芯片不赚钱了,而这又与日元升值有着直接关系。内存价格稍提高一点需求量就下降,日本内存芯片的出口价格受日元升值影响而大幅推高,这对日本芯片在国际市场上的竞争非常不利。可以说,日元升值坑苦了日本的芯片。有人说,美国和日本签了两个协议,断送了日本的经济发展,让日本“失去十年”,甚至“失去三十年”。

绝对不能轻视日本的半导体

对日本“失去三十年”的说法有不同认知,有一种看法认为仅仅看GDP指标是片面的,因为无视了日本经济的内涵增长。日本在失落的十年里,总是新产品的第一个使用和推广者。失去的十年里,日本人均发电的增速是美国的两倍;21世纪后,日本人均发电量增速持续超过美国。日本的生产力水平同期并没有大幅下滑,日本唯一失去的只是之前经济奇迹中的“自豪感和自信心。”

美国对中国实施芯片出口管制后,日本在芯片领域的优势立即显露出来。在半导体基板的硅晶圆领域里,信越化学工业和胜高两家日本企业占有全球五成以上的份额。在打印电路方面不可或缺的光刻胶(感光剂)领域,日本企业所占的全球份额也达到九成。

日本调查公司GlobalNet的调查显示,仅东京电子在涂布显影设备上的全球份额占到近九成。在清除晶圆垃圾及污物的清洗设备上,日本企业的全球份额超过六成。后工序设备的划片机方面,迪思科拥有七成全球份额。东京电子在EUV(极紫外)相关工序使用的涂布显影设备领域,是世界唯一的量产企业。日本SCREEN控股在清洗设备领域占有45.8%的全球份额。日本企业拥有大量3D堆叠所需关键技术。这是被称为“后工序”的制造流程需要的技术领域。

日本政府勾画的芯片战略

第一,日本芯片战略分三步走。第一步是加强物联网设备的半导体生产基础设施。出于经济安全考虑,日本必须确保逻辑IC和存储芯片等先进半导体的稳定供应。为此,政府需要吸引外国芯片制造商在日本建厂,并通过激励和补贴促进国内半导体生产。

日本经济产业省不再坚持日本生产自己的半导体。今年1月,台积电宣布,考虑在日本建设第二家半导体工厂。台积电目前正在熊本县建设第一家半导体工厂。该工厂计划2024年底之前开始量产。7月5日,力积电宣布,将与日本SBI合作,投资数千亿日元建厂,预计最早将于2020年代中期投产。

第二步是与美国共同开发下一代半导体技术。日本产业技术综合研究所(AIST)成立了研发联盟,开发2纳米芯片。英特尔和IBM是该财团的投资者,预计结果在2025年左右公布。经济产业省未来的半导体研发项目也将涉及日本和外国公司之间的合作。

第三步是规划更大规模的国际合作,提升未来半导体技术。日本将转向精度更高、计算效率更高的光伏聚变技术。日本企业建立了用于超级计算机和人工智能的新一代半导体的国内大规模生产体系。

第二,美日联手攻关2纳米芯片。去年12月,IBM和Rapidus(由丰田、索尼、NTT、NEC、软银、KIOXIA等8家公司去年8月合资成立,总投资73亿日元)宣布开发2纳米芯片技术。Rapidus向美国IBM派遣了100名技术人员。目标是掌握电路线宽2纳米芯片所需的GAA(全环绕栅极)技术。Rapidus计划将于2025年4月在北海道千岁市设立试制生产线,力争2027年启动量产。

2纳米芯片的处理性能被认为比3纳米提高10%。耗电量能降低两到三成。目前日本虽然拥有世界上最多的半导体工厂,但日本只能制造40纳米芯片。日本决心从40纳米一下子跨越到2纳米,可见日本的雄心壮志。

第三,成也产业政策,败也产业政策。日本用产业政策扶持半导体发展有丰富的经验。比如,日本政府于1976年投资3亿美元,与日本6家主要计算机公司富士通、日立、NEC、三菱电机、NTT和东芝成立了超级大规模集成电路技术研究协会。经过4年的合作,该协会开发了电子束光刻(EBL)技术。这一技术与1988年日本半导体占全球销售额的51%密切相关。

《美日半导体协议》赋予美国政府制定美国芯片最低公平市场价格的权力,同时还将日本半导体市场的外国份额从10%提高到20%。日本政府执行该协议导致日本半导体市场竞争力减弱,并使美国、韩国和中国台湾的半导体公司获得了世界半导体市场的大部分份额。

与此同时,日本企业没有采取相应的应对措施。到20世纪90年代末,大多数国家半导体行业的主导商业模式正在从设计和制造半导体的垂直一体化公司转向设计或制造芯片的高度专业化公司。日本政府在上世纪90年代至21世纪初主导了多项举措,鼓励企业向专业化转型。

但是,许多日本半导体公司无法或不愿意适应全球行业的新兴趋势。这是日本半导体生产能力衰落的主要原因。此外,数字产品在日本的销售停滞,也是日本半导体企业失去竞争力的一个原因。企业的销售收入减少企业的研发,公司也不愿从高收入部门(例如半导体设计业务)剥离,从而破坏了向专业化转型的努力。

日本政府的芯片战略是全球化发生质变的产物,安全考量置于经济效率之上。日本政府已认识到昔日的产业政策有失败之处,日本失去了芯片制造的绝对优势。美国迫切需要日本配合美国的战略实施,日本在配合美国的同时也倡导芯片的“战略自主”。这就是日本当下鼓励国内外芯片制造商投资日本的意义所在。日本政府的官员把《半导体和数字产业战略》视为数字版的《列岛改造论》。若干年后,市场会检验今天日本政府的芯片战略是否成功。

(作者系上海师范大学天华学院商学院经济学教授)