第一节 三井财团开创一个“芯时代”
索尼打开消费电子大门
1953年,日本东京电信(1955年更名为“索尼”)的创始人井深大到美国考察录音带的使用情况时,从朋友处得知美国西部电器公司(贝尔实验室的母公司)正在出售晶体管的专利使用许可。此前不久,美国贝尔实验室刚刚发明了可以替代硕大电子管的晶体管技术。相较于传统的真空管,晶体管工艺简单、集成度高、功耗低,在大规模集成电路中更具有优越性。
和大多数先进技术一样,当时的晶体管主要应用在军事领域。美国西部电器公司表示,晶体管很难在大众消费领域发挥作用,最多只能用来制造助听器。但是,索尼公司的两位创始人井深大和盛田昭夫却认为,助听器市场太小,他们想利用晶体管开发人人可用的产品。当时的索尼尚处于艰难起步阶段,购买技术专利是一笔不菲的支出,2.5万美元相当于900万日元。
幸运的是,发展初期的索尼得到了三井财团的大力帮助。索尼创业初期内部有一个顾问委员会,这个顾问委员会在索尼的融资和投资上起到了巨大的作用。1953—1959年,该委员会的主席是万代顺四郎,也即是索尼公司的董事长。二战前,万代顺四郎是三井银行的首领。正是在万代顺四郎的帮助下,三井银行积极地购买索尼的股份,使索尼公司获得了日后腾飞所必需的充足资金。
在索尼的顾问委员会推荐的投资实业家中还有石板泰三,正是他重建了三井财团的东芝公司,后来还担任了日本经团联的主席。索尼创始人盛田昭夫和井深大去拜访过他,并说服了他对索尼公司进行投资。可以说,以东芝为代表的三井财团企业和银行为索尼的发展提供极大的帮助。
1953年,日本东京电信(即索尼)与美国西部电器公司顺利签署了专利授权协议。考虑到当时晶体管控制的声频频段,以及当时市场上真空管收音机的缺陷,索尼最后决定用晶体管制造收音机。1957年3月,索尼成功推出了世界上第一台“可放在口袋里”的半导体收音机。单单一款收音机,1959年就出口美国400万台,1965年甚至飙升到2400万台。
小巧的晶体管收音机在日本风靡一时,新技术的应用让索尼甚至整个日本电子行业成为世界消费电子企业的“领头羊”和模仿对象。日本企业以晶体管开发消费品为先导,在20世纪诞生了一个又一个电器巨人,不仅引领了全球电子消费品生产和发明的潮流,而且为战后日本经济振兴作出了巨大贡献。
1959年,美国得克萨斯州仪器工程师杰克·基尔比发明了集成电路,让半导体技术向小型化、智能化更进一步。20世纪60年代美国军方在半导体的需求超过供应量的50%,集成电路超过了70%。没有人会想到半导体和集成电路在民用消费电子领域的巨大潜力,日本大力出口的收音机当时也被看作低端货。但正是依靠低端的收音机领域,以索尼为代表的日本企业开启了半导体领域的新纪元。
在美国发明集成电路两年以后,日本也迅速生产出了自己的集成电路和内存芯片,虽然技术远比不上美国,但是凭借低廉的人力成本和高效的制造能力,日本在生产方面占尽了优势,开始向全世界出口消费级半导体产品。消费电子产品逐渐成为20世纪70年代日美贸易中非常重要的一环,如生产计算器的卡西欧在美国市场占有率已经超过80%。
1972年,美国挥舞起反倾销大旗制裁日本,手段之一就是停供集成电路芯片,日企在美国受到重大打击,卡西欧的计算器份额也直接跌至27%。为了渡过这一困境,由日本通产省牵头,以东芝(属三井财团)、日立(属富士财团)、三菱电机(属三菱财团)、富士通(属第一劝银财团)、NEC(属住友财团)五大公司为骨干成立了超大规模集成电路计划。
其实,不仅是在索尼成立之初以东芝为代表的三井财团为其提供了巨大帮助,进入21世纪以来,索尼和东芝等企业在业务发展中也走得很近。2007年,处于困境的索尼采取了放弃IC制造的重大行动,把先进生产线转让给了东芝,从而向着轻工厂或者无工厂方向前进。
作为这项交易的一部分,东芝与索尼和索尼电脑娱乐公司建立了一家合资企业,将生产包括Cell处理器和RSX图形引擎在内的高性能半导体。东芝将拥有合资企业的60%权益,索尼和索尼电脑娱乐公司将拥有剩余部分。Cell处理器是索尼、东芝和IBM共同开发的,被用于索尼的PlayStation3游戏机。
2008年3月,索尼把Fab2工厂的300毫米晶圆生产线转让给东芝,该生产线的生产也由上述合资企业管理。同时,索尼还将向东芝转让大分TS半导体(OTSS)的资产。OTSS是东芝与索尼的合资企业,用于为PlayStation游戏机生产半导体。通过这项合作,索尼计划通过高性能半导体的工艺过渡,来促进PlayStation业务的进一步增长。
“超级联盟”成就世界第一
1974年,迫于美国的政治压力,日本不得不放宽对欧美计算机和电子元件的进口限制,虽然当时的日本也可以生产出内存芯片,但是最关键的制程设备和生产原料却都要从美国进口。日本在半导体芯片产业领域的技术也落后于美国,在美国IBM公司开发的高性能计算机中,采用的是远超日本的1MB动态随机存储器,而当时的日本企业仅能生产1KB的存储芯片(1MB=1024KB)。
1976年3月,由日本通产省牵头,以东芝、日立、三菱电机、富士通、NEC五大公司为骨干的国家性科研机构VLSI(Very Large Scale Integration,超大规模集成电路)技术研究所正式成立。该机构由日本政府出资320亿日元,五大财团企业联合筹资400亿日元,专门用于进行半导体产业核心技术的研发工作。
半导体产业“超级联盟”的形成也在很大程度上展现了日本财团企业的一大特色,即平时相互竞争的日本企业也可以很好地组织融合在一起,共同开展研发工作。这种财团企业之间的联盟不仅集中了各自的人才优势,而且促进了平时在技术层面沟通甚少的日本企业之间的相互交流、相互启发,推进了日本在半导体芯片领域的技术革新和产业发展。
正是超大规模集成电路技术研究所(VLSI)和几大财团的共同努力,才奠定了日本在20世纪中后期半导体芯片行业的霸主地位。针对难度较大的高风险研究课题,日本半导体产业“超级联盟”采用多家企业实验室联合作战的方式,充分调动各财团企业进行良性竞争,从而保证了研发的成功率。
各财团企业之间的技术整合也是日本半导体芯片产业迅速崛起并走向巅峰的秘诀。1970年至1985年的15年间,日本电子产业产值增长了5倍,国内内需增长了3倍,而相关产品出口则增长了11倍之多。日本半导体行业在国际市场上已经占据了绝对的优势地位,没有哪个国家的企业可以和日本相提并论,日本是当之无愧的世界第一。
到了20世纪90年代,随着美国开启了对日本芯片产业“反倾销”的贸易战,“日本芯片辉煌不再”的言论便开始流行起来。从表面上看,日本芯片好像真的已经辉煌不再,比如在全球半导体二十强名单上,日本厂商从过去的十几家跌到现在的只剩一家,夏普、索尼、东芝等日本芯片领域的标杆性企业纷纷卖楼、卖业务部门,开始不停地精简企业架构,各大媒体也都在唱衰日本半导体芯片。
2018年6月1日,美国私募股权投资公司贝恩资本宣布已经完成以180亿美元收购日本东芝公司芯片子公司的交易。在此前的2018年4月29日,也就是索尼发布年报的后两天,索尼股价大跌9.33%。很多人都认为这是日本芯片行业衰败的具体表现。但是实际情况真的是这样吗?
芯片是一个技术密集型产业,得核心技术者得天下,而越往产业上游,核心技术就越密集、越高端,要求也就越严格。特别是在半导体芯片材料和设备领域,可以说芯片材料和设备的好坏直接影响着整个产业链的中下游动向。哪怕仅缺少一种合格的材料或设备,所有芯片的设计和制造都将是无法实现的,而日本正是这一领域的绝对强者。
日本企业在全球半导体芯片材料市场上所占的份额超过50%,世界硅晶圆材料生产企业的前两名都是日本企业——信越化学和三菱住友株式会社(SUMCO,胜高)。其中,信越化学占27%,SUMCO占26%,硅晶圆是半导体元器件的基本原料,信越化学能够制造出具有11个9(99.999999999%)的纯度与均匀的结晶构造的单晶硅,这在全世界是处于领先水平的。
村田制作所和日本TDK就是日本MLCC行业的杰出代表,两家就占据全球接近50%的市场份额。MLCC(Multi-layer Ceramic Capacitors)是片式多层陶瓷电容器英文缩写,由印好电极(内电极)的陶瓷介质膜片以错位的方式叠合起来,经过一次性高温烧结形成的陶瓷芯片,其在笔记本电脑、手机、数字家电、汽车电器、自动控制仪表等行业都有广泛应用,目前世界片式电容的需求量在2000亿支以上,而70%都出自日本,日系厂商占绝对主导。
在半导体芯片设备领域,日本企业也具有非常强的竞争力。市场份额超过50%的半导体设备种类中,日本就有10种之多。在很大程度上,日本企业已经垄断了半导体芯片设备的技术核心与终端市场,占全球半导体设备总体市场份额高达37%。在以划片机为代表的重要后道封装设备和以探针器为代表的重要测试设备环节,日本企业也同样处于垄断地位。
日本工匠创建东芝、三星半导体
20世纪80年代,舛冈富士雄成为东芝超大规模集成电路研究所(即VLSI技术研究所第三研究室)闪存研发团队的负责人。日本NHK电视台曾经播放了一部名为《勇敢者:硬骨头的工程师》的纪录片,在日本国内引起了巨大反响。这部纪录片的主人公正是日本东北大学教授舛冈富士雄,而他还有另外一个身份就是闪存的发明者。
在三井财团旗下的东芝工作期间,舛冈富士雄于1984年和1987年分别发明了NOR和NAND两种类型的闪存。闪存其实是一种永久性的半导体可擦写存储器,日常生活中的U盘、存储卡、SSD等都属于闪存。现在无论是智能手机、家用电器,还是IC卡、信用卡中都装有闪存卡。根本无法想象没有闪存技术现在的世界会是个什么样子。
手机中的闪存就是指集成在主板上的一个半导体芯片,相当于把内存卡做在了机器内部,这也是现在智能手机的基础之一。闪存的作用不仅仅体现在日常生活中,如今随着物联网和大数据的不断普及,物联网的传感器和储存大数据的服务器也都需要大量的闪存。
据预测,到2020年,全世界将有25%的数据中心是全闪存数据中心。
东芝作为三井财团的核心企业,一直以来都是“日本制造”的最佳典范。特别是在技术创新方面,东芝长期保持着日本首创乃至世界首创的地位。东芝原名东京芝浦电气株式会社,1939年由株式会社芝浦制作所和东京电气株式会社合并而成。20世纪80年代以前,东芝是一家以家用电器、重型电机为主体的企业,随后才逐渐转变为包括通信、电子在内的综合性电子电器企业。
东芝的成功与当时日本经济高速发展和不断引进吸收美国先进技术之间不无关系,但更重要的原因则是日本三井财团体系下培养起来的许多诸如舛冈富士雄的科技人才和科技团队。正如舛冈富士雄的一位下属曾经说过的那样,“舛冈在东芝以外的其他地方找不到工作,因为他的梦想只有在东芝才能实现”。舛冈富士雄于1987年发明了NAND闪存,东芝的初期开发团队是在1993年将其商业化的。
在整个20世纪80年代和90年代初,美国、日本、韩国半导体竞争的主要战场是在DRAM(Dynamic Random Access Memory,动态随机存取存储器),东芝也为此投入了340亿日元,有超过1500人的研发团队进行DRAM的研发和生产。当大家都在为DRAM拼尽全力的时候,舛冈富士雄却花费了大量的精力去做当时“非主流”的NOR和NAND型闪存的研发。
那个时候正是DRAM鼎盛的时代,有很多人都觉得舛冈富士雄是个“包袱”,与其研究NAND还不如好好做DRAM。然而,曾经在东芝销售部门工作过一段时间的舛冈富士雄却清醒地认识到相较于昂贵的DRAM, NAND闪存具有更大的优势,因为他知道“无论性能多好的存储器,价格高就完全卖不出去”的道理。
当时,东芝超大规模集成电路研究所所长武石喜幸是舛冈富士雄的坚定支持者,他说:“舛冈的做法符合技术发展的方向,那就好好做吧。”正是由于有武石喜幸所长的支持,舛冈富士雄为企业的技术创新做出了巨大贡献,在东芝工作的20多年时间里,他共申请了大约500件专利,平均一年就有23件之多。最后,市场的选择也证明了舛冈富士雄是正确的,DRAM产业很快便走向了衰退。
1991年,东芝研究所所长武石喜幸突然离世,舛冈富士雄失去了最理解和最支持他的领导,在东芝也无法开展任何相关的研发工作了。于是,1994年舛冈富士雄辞职离开了东芝,前往日本东北大学任教。就在舛冈富士雄离开的同年,东芝半导体开始大量减员。
大批的核心工程师也纷纷主动申请离职,其中一部分就被挖到了韩国三星。三星暗地里挖角,让东芝的技术人员传授闪存技术,表面上向苦于资金周转的东芝提出联合开发,实际则希望以资金换技术。正是在这批日本核心技术人员的帮助下,韩国三星才在后来逐渐成为全球领先的半导体厂商。东芝不仅创造了“日本制造”的神话,还在一定程度上“培育”了另外一家芯片领域的巨无霸企业——韩国三星电子。
1994年是韩国三星电子半导体芯片产业的转折点。1994年三星率先发布全球首块256M DRAM,由此奠定了在存储器方面韩国追赶日本的基础。之后,三星1995年在SRAM(静态随机存取存储器)领域,2000年以后在NAND Flash(闪存)领域以及在显示器Driver IC等非存储式领域,产销量都成为世界第一。
20世纪90年代后半段,不仅是东芝的工程师,包括日立、NEC在内的日本电子公司的芯片工程师也都纷纷离职,转投到待遇更好的韩国三星电子。东芝的内部人士透露,东芝专利奖金最高上限仅10万日元(约合5844元人民币),后来东芝虽然提高了奖金,但仍远低于国际标准。在很大程度上,是日本工程师成就了韩国三星的辉煌。
瑞萨电子最先闯入中国市场
2003年4月1日,作为曾经“超级联盟”的重要成员,日立与三菱电机的半导体部门之间进行了业务合并重组,成立了瑞萨科技,充分结合了双方在半导体领域方面的先进技术和丰富经验。2003年IC Insights公布的排名显示,新成立的瑞萨科技在产销量上仅次于英特尔和三星电子,位居全球第三,其在全球移动通信、汽车电子等领域都有极高的市场份额。
同日,也就是瑞萨科技成立的当天,原“日立半导体(苏州)有限公司”就正式更名为“瑞萨半导体(苏州)有限公司”。对于中国民众来说,车用芯片领域依然是一个非常陌生的领域,按照中国半导体行业协会的说法,截至2005年底,中国企业在车用芯片领域的供应能力还是零。中国当时年汽车销量已经接近3000万辆,而瑞萨科技很早就已经瞄准了中国汽车芯片领域这块巨大的蛋糕了。
瑞萨电子在全球20个国家设有网点,其中大中国区就有12个,包括位于北京和苏州的设计、制造公司,位于香港、深圳、上海、成都、大连等地的销售和技术支持网点。与此同时,2009年至今,瑞萨电子连续多年独家冠名赞助了由教育部、工业和信息化部创办的全国大学生电子设计竞赛,希望通过“瑞萨杯全国大学生电子设计竞赛”帮助培养更多的中国高科技人才。
2010年4月1日,瑞萨电子株式会社正式宣布启动商业运营,瑞萨电子是由原来的瑞萨科技和NEC电子(属住友财团)重组整合成立的新公司。NEC电子和瑞萨科技在系统级芯片领域都有较强的实力,NEC电子擅长消费电子数码产品的芯片研发和制造,而瑞萨科技的产品则主要面向车载电脑和手机。新成立的瑞萨电子是日本也是世界最大的MCU(microcontroller unit,微控制单元,又称单片机)企业。
集合了日本三菱、住友、富士三大财团核心实力的瑞萨电子,是微控制芯片领域的超级霸主,绝对的王者。2014年瑞萨电子占据了全球微控制芯片市场23%的份额,同时也控制着全球车用微控制器芯片市场近40%的份额。可以说,瑞萨电子在汽车电子领域的地位无人能撼,2017年公司实现营收7657亿日元,利润更是超过了1000亿日元。
2018年3月,据外媒报道,丰田汽车(三井财团的核心企业)旗下的汽车零部件供应商电装计划耗资8亿美元增持汽车芯片厂商瑞萨电子4.5%的股份,该交易完成后,丰田汽车在瑞萨电子中的持股比例就将上升到5%,由此形成了三井、三菱、住友、富士这四大财团统合全球汽车芯片的局面。
随着汽车行业转向电动汽车和自动化驾驶汽车,芯片和软件在汽车中的地位将明显提高,未来在汽车领域瑞萨电子也将扮演更为重要的角色。近年来,瑞萨电子更是确定了汽车、工业和物联网作为其重点发展领域,并希望通过拓展全球生态系统,巩固其统治地位。
2018年3月26日,瑞萨电子宣布计划将车用最先端MCU全数委由台积电负责代工生产,目标是到2020年通过台积电实现车用半导体芯片的量产。其实,早在2012年瑞萨电子就已经将其日本国内19家半导体厂房中的过半数进行关闭或出售处理,通过淘汰生产效率欠佳的生产线,将生产代工交给更擅长的台积电和其他中国厂商,瑞萨才能更专注于高端芯片技术的研发。