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还并没有成为全球半导体中心,日本半导体行业如何被美国的芯片战争打垮

日期:2020-01-28 12:54:08 来源:互联网 编辑:小优 阅读人数:70

在第二次世界大战期间,不少实验室在有关硅和锗材料的制造和理论研究方面,也取得了不少成绩,这就为晶体管的发明奠定了基础。

1945年秋天,贝尔实验室成立了以肖克莱为首的半导体研究小组,成员有布拉顿、巴丁等人。他们经过一系列的实验和观察,逐步认识到半导体中电流放大效应产生的原因。在1950年,第一只“PN结型晶体管”问世,今天的晶体管,大部分仍是这种PN结型晶体管。

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PN结型晶体管的出现,开辟了电子器件的新纪元,引起了一场电子技术的。与电子管相比,晶体管的构件是没有消耗的,消耗的电能也极少,也不需要预热,更加结实可靠。被广泛地应用于工农业生产、国防建设以及人们日常生活,还是第二代计算机的主要元件。

而在美国刚刚发明了结型晶体管之后,索尼于1955年8月在“无线电热潮(真空管)”中生产出第一台商用晶体管收音机,开始大规模生产晶体管。

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在1959年生产了8600万个晶体管,取代美国成为世界第一的晶体管生产国。后来美国又对晶体管进行了改进,发明了硅晶体管,硅晶体管的诞生标志着半导体行业进入了硅时代。

从美国引进了硅晶体管技术,了自己的大规模生产技术和工厂,并成为整个最大的晶体管制造国。

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早在1958年,德州仪器的基尔比制造出了世界上首块锗集成电路,过了不久,罗伯特·诺伊斯又独立发明了硅集成电路,集成电路的诞生为电子产品的各种功能铺平了道路,并且大幅度降低了成本,第三代电子器件从此登上舞台。它的诞生,使微处理器的出现成为了可能,也使计算机变成普通人可以亲近的日常工具。

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而NEC在获得了技术授权之后,开始了对MOS集成电路的研发,MOS集成电路是一种常用的集成电路。最小单元是反相器,由两只金属一氧化物-半导体场效应晶体管组成。这种集成工艺主要用于数字集成电路的制造,电路集成度可以很高。

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当时德州仪器在双极型集成电路(bipolar IC)上占据了垄断地位,所以NEC为了避其锋芒,就选择了新的MOS集成电路进行攻坚。

在1970年代半导体业界大量投入MOS技术的及设备投资。例如在1973年的设备投资较1972年增加65%,而营业额亦成长46%,R&D的投入则占存储器(MOS技术的主要用途)的19.7%(包括政府的补助金)

而政府也通过各种方式对半导体行业进行扶持,比如税收优惠。当年为了发展半导体行业,可以说举全国之力。

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这里进行一个小科普,芯片分为存储芯片和非存储芯片,其中非存储芯片中以DRAM和NDAD flash 为核心。DRAM和NDAD flash可以说占据了整个芯片行业的半壁。

在2017年,全球半导体收入为4197亿美元,存储芯片收入达到了1301亿。存储芯片占据了半导体总收入增幅的三分之二以上,成为了最大半导体类别。

在以中国为例,2018年,中国进口了3120亿美元的芯片,其中存储芯片占集成电路进口金额的39%,达到1230.6亿美元。这1230.6亿美元的存储芯片中,高达97%的是DRAM和FLASH(也就是1190多亿)

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所以谁成为了存储芯片的龙头,谁就成为了全球半导体行业的中心。

1966年,IBM托马斯·沃森研究中心,时年34岁的罗伯特·登纳德博士,提出了用金属氧化物半导体(MOS)晶体管,来制作存储器芯片的设想。原理是利用电容内,存储电荷的多寡,来代表一个二进制比特(bit)是1还是0。每一个bit只需要一个晶体管加一个电容(1T/1C结构)

同年DRAM由登纳德博士在托马斯·沃森研究中心研发成功。1969年加州的先进内存公司正式商业推出这款DRAM 。

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后来英特尔的研究小组不断解决生产工艺中的缺陷,于 1970 年英特尔在自己的3英寸晶圆厂成功量产划时代的C1103。这是真正使 DRAM 的生产达到经济规模,使得1bit只要1美分。

DRAM的诞生让美国成为了世界半导体中心,然而1973年,石油危机爆发后,欧美经济停滞,电脑需求放缓,影响了半导体产业。

1972年,企业能生产1K比特的DRAM,看到IBM推出的新需要比1K比特大出1000倍的1M比特的产品,几乎到了绝望状态。

后来为了彻底摆脱美国的影响,实现从原料、设备到制造的全部自产自研,让半导体行业追赶甚至超越美国。

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1976年3月,经通产省、大藏省多次协商,政府启动了“DRAM制法革新”国家项目。由政府出资320亿日元,日立、NEC、富士通、三菱、东芝五大企业联合筹资400亿日元。总计投入720亿日元(2.36亿美元)为基金,由电子综合研究所,和计算机综合研究所牵头,设立国家性科研机构—“VLSI 技术研究所”

日立领头组织 800 多名技术精英,共同研制国产高性能 DRAM 制程设备。目标是近期突破64K DRAM和256K DRAM的实用化,远期在10-20 年内,实现1M DRAM的实用化。

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国家及企业在初级阶段对今后如何研发半导体技术以及如何让相关制造设备国产化,均有明确的方针。首先,在技术方面,着重微细加工的制造设备,为了将容量从1K提升到1M,需要将半导体电路的间隔缩短,这需要拥有精密加工技术,也需要相关的设备,在通产省的指挥下,相关装备的研发推进得相当顺利。另一方面集合所有半导体企业提升硅结晶技术,由于产品几乎一样,数家企业能同时推出大致相当的产品,形成了独特的优势。

在短短的世时间里形成了完整的产业链,构建了成熟的半导体生态,晶圆制造巨头信越、SUMCO,光罩领导者 TOPPAN ,后端材料领域的京瓷、住友电木,前后端检测有 Advantest 和东京电子。

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在全国的努力下,半导体行业得到了迅猛的发展,半导体业界在DRAM制造工艺上精益求精,不是要求在阶段踢除劣质品,而是尽量不生产劣质产品。因此,这使得DRAM产品不仅可靠性得到提升,而且还提高了良品率和生产效率,因此最终可以以较低的价格。

美国以及其他海外的DRAM用户对质优价廉的DRAM十分认可,于是产DRAM在全球市场所占的份额不断增加,获得了非常大的成功。

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1982年,成为全球最大的DRAM生产国,1985年,经过了23年的努力。1985年是第一个转折点,第一次在市场占有率方面超越美国,成为全球最大半导体生产国,最高的时候DRAM坐拥全球80%市场。

半导体可以说在80年代达到鼎盛。无论是基础技术扎实的上游供应链(半导体材料、设备)巨头丛生的芯片设计、制造环节还是面向消费市场的电子品牌,企业遍布整个产业链并拥有话语权。

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半导体行业如何被美国的芯片战争打垮

然而,的半导体行业发展速度引起了美国的忧虑,1985年,美国半导体产业协会开始向美国投诉半导体产业不正当竞争,要求总统根据301贸易条款解决市场准入和不正当竞争的问题。

1985年,美国贸易逆差为1485亿美元,其中,占据三分之一份额,为497亿美元。之后, 的对美的贸易持续扩大,一度占到40%。

的发展让美国开始十分愤怒,1985年,美国和在经济上签订了《广场协议》既然要毁灭对手,就要断其根脉,如果经济都被打垮了,你还有什么能力发展半导体,甚至发展贸易,最后你只能成为美国的商品倾销地。

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美国金融专家们不断地对美元进行口头干预,最低曾跌到1美元兑120日元。在不到三年的时间里,美元对日元贬值了50%,开始陷入。

而与经济战争相辅相成的就是芯片战争。

1985年,美日开始就半导体问题开始谈判。 美国向负责谈判的通产省开出极其苛刻的条件,将美国半导体在的市场提升到20%-30%,建立价格机制,终止第三国倾销。

美国开始对发起了一波接一波的攻势,宣称如果不答应,将对进行制裁,1986年,在军事上依赖美国的被迫接受了美国的提议。

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尽管签订了协议,还是在暗地里进行了反抗,半导体产业还是处于繁荣阶段,美国一看,1989年再次和签订了《日美半导体保障协定》开放半导体产业的知识产权、专利。1991年,的统计口径美国已经占到22%,但是美国仍旧认为是20%以下,美国再次强迫签订了第二次半导体协议。

除了强迫签订协议,美国也开始进行了半导体企业升级,当时美国掀起了通信,蜂窝网络诞生,人类进入了通信时代。

1984年IBM推出PC,在通信技术的发展下,个人计算机时代来临,20世纪90年代前半期,个人计算机产值超过大型机,个人计算机对DRAM寿命的要求比大型机要低,而且对价格要求要低廉,随着PC的普及,美国的美光和韩国的三星等企业对产品作出了以高性价比DRAM战略调整,而当时的依旧以高可靠性为生产标准,未能很好地适应市场变化。

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除了自己进行技术升级之外,美国还扶持了韩国来对抗,扶植韩国厂商进攻DRAM产业,当时在半导体行业发展程度还比较低的韩国企业在美国的扶持下迅速发展。

韩国政府也善于抓住机会,早在1986年10月,韩国政府开始执行《超大规模集成电路技术共同计划》要求以政府为主、民间为辅,投资DRAM芯片核心基础技术。随后的三年内,这一研发项目共投入了1.1亿美元,而政府承担了其中的57%研发经费。

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那个时候,三星电子首先向当时遇到资金问题的美光(Micron)公司购买64K DRAM技术,加工工艺则从夏普公司获得,此外,三星还取得了夏普“互补金属氧化物半导体工艺”的许可协议。

在此过程中,三星等韩国公司已逐渐熟悉渐进式工艺创新,加上这些公司逆向工程方面的长期经验,韩国的半导体产业进入了发展的快车道。

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80年代末,在美国发起的芯片战争攻势下,半导体产业被美国打入了深渊,彼时的已经被美国打入了时代,在双重危机下半导体产业可以说遭受了重创。

这个时候,韩国趁机收购了的产业链、吸收了大量的半导体人才,由此取代了的半导体龙头地位。

1995年,是最后的余晖,世界半导体企业前十中,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)

1996年的时候,第二次协议到期,尽管当时的美国已经在的半导体市场份额占到了30%左右,在全球市场份额也在30%以上,而已经不足30%,但美国还是想将榨干,所以想要签订第三次半导体协议。

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而当时与美国在谈判中机智应对,联合欧洲抗击,最后美国没有成功,但是这个时候半导体行业已经彻底破败,韩国已经取代了成为了全球半导体产业中心。

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中国目前还仅仅是个趋势,还并没有成为全球半导体中心

微处理器、手机通信IC、PLD / FPGA等高附加价值的尖端产品被美国制造商掌控。而像像MOS存储器那样的普及型量产产品则被韩国所追赶。

的半导体产业崛起源自于当年电气公司(NEC)自美国仙童半导体获得planar technology的授权。而最后也来自于美国的打压制裁,不禁让人唏嘘。

1999年,为了保存最后一丝火苗,日立、NEC、三菱电机三家的DRAM业务开始整合,1999年,尔必达成立。然而在负隅顽抗了十几年后,2012年2月28日,在美韩的联手下,尔必达宣布破产,半导体行业彻底回天乏术。

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从1963年开始,用了22年的时间,举全国之力发展的半导体产业,却被美国用了10年轻易击垮。没有主权的在这场战争中从一开始就注定了结局。

本文相关词条概念解析:

半导体

半导体(semiconductor),指常温下导电性能介于导体(conductor)与绝缘体(insulator)之间的材料。半导体在收音机、电视机以及测温上有着广泛的应用。如二极管就是采用半导体制作的器件。半导体是指一种导电性可受控制,范围可从绝缘体至导体之间的材料。无论从科技或是经济发展的角度来看,半导体的重要性都是非常巨大的。今日大部分的电子产品,如计算机、移动电话或是数字录音机当中的核心单元都和半导体有着极为密切的关连。常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等,而硅更是各种半导体材料中,在商业应用上最具有影响力的一种。

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