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日本垄断半导体材料真相:其实是日本心中永远的痛

来源: 未知   版权所有:经典语句
 

  继近期三星太子李在镕飞往日本紧急解决关键半导体材料断供问题后,有媒体报道,韩国另一大半导体存储芯片制造商海力士也坐不住了,其CEO李锡熙在上周日(7月21日)也飞赴日本,和日本合作伙伴商讨如何解决断供问题。

  海力士CEO李锡熙海力士CEO李锡熙

  韩国两大半导体厂老板先后被逼得出面救火,强大的韩国半导体产业在日本的锁喉功面前,似乎都成了纸老虎,有媒体更是因此直呼日本惹不起。

  然而,如果追根朔源,就会发现,被认为是行业优等生的日本半导体材料(包括设备)企业,实际都是日本心中永远的痛。它们的优秀,远不如我们想象中的炫目。

  1、芯片战遗产

  1955年,索尼公司创始人盛田昭夫和井深大花2500美元,从AT&T下属的贝尔实验室购买到晶体三极管的专利许可,开始制造半导体收音机。日本的半导体产业由此起步。

  从1970年代到1980年代,日本半导体产业迎来了兴盛期,半导体存储特别是DRAM(电脑内存)成为了日本第一产业,曾经的霸主美国被拉下马。1986年,日本半导体芯片占全球份额的40%,在DRAM领域最高则占据了80%的份额。

  当时英特尔的主业正从DRAM切换到CPU,CPU还未成为引领行业的产品,因此全球半导体芯片生产的重心逐渐偏向日本硅岛(九州岛)。

  相对于CPU来说,DRAM的结构简单得多,进入门槛不高,变成一种拼制造的产业,日本几乎有点实力的公司都争相挤入DRAM。在日本半导体产业发展高峰时期,既有NEC这种老牌的半导体厂商,也有做家电的松下和炼钢铁的新日铁这样的奇葩新人。

  比较惹眼的是新日铁,主业是傻大黑粗的钢铁,和半导体没半毛钱关系,也要来分一杯羹,不仅要抢DRAM蛋糕,连半导体材料也不放过,毫不犹豫地进入了硅晶圆业务,2003失败退出后,2009年又进入碳化硅晶圆领域,期望在功率半导体底板材料领域有所作为,并且还颇有雄心壮志,其董事长石山照明在媒体上放话,要成为仅次于美国可瑞(Cree)公司的企业。美国可瑞(Cree)公司是谁?碳化硅晶圆市场的领投羊企业,石山照明的意思自然是,做不了行业老大,做行业老二可以吧。

  总之,随着日本半导体芯片奠定在全球的江湖地位后,配套的日本半导体材料和设备也崛起为一支强势力量。

  沾半导体芯片光的还有日本传统制造业,电子计算器、家电、照相机、汽车、手机(功能机)、显示器等产业相继崛起,几乎每一个都把美国相应的产业摁在地上摩擦。可以说,在半导体芯片的引领下,整个日本制造业实现了腾飞。

  日本半导体芯片完美演绎了什么叫“一人得道,鸡犬升天”。

  但是,随着上世纪80年代中期爆发的日美贸易摩擦,加之韩国和中国台湾抢占机会,日本半导体芯片很快由盛转衰,并基本销声匿迹。在今天半导体产业的牌桌上,仅剩美国、韩国、中国台湾和中国大陆。

  说白了,今天日本的半导体材料和半导体设备产业,其实就是日美芯片战后的遗产,但其影响力早已不及当年。

  2、垄断,没有想象中强大

  时至今日,网上有不少赞扬日本在半导体行业垄断地位的文章,尤其日本祭出断供韩国三星、海力士等杀器,杀得韩国半导体产业措手不及后,认为韩国半导体产业是纸老虎,惹不起日本。

  真实的情况到底如何呢?

  韩国在半导体芯片(主要是DRAM和NANDA等半导体存储领域)制造、半导体显示(OLED显示屏)、芯片代工等行业的全球领先地位,大家有目共睹,这里略去不谈。

  这里只说日本。

  随着东芝存储被美国贝恩资本收购,日本在半导体芯片领域可以说基本上全盘失败(CPU芯片制造和设计被美国掌控),即使配套的半导体材料和设备制造,也远非想象中的全面领先。

  半导体设备中,销售额最高的主要有8个品类,从高到低分别为:曝光设备(代表为光刻机)、干法刻蚀设备、清洗和干燥、晶圆检测、PCVD、溅射设备、匀胶显影机和CMP装置。

  其中,日本占据优势垄断地位的有清洗、干燥设备和匀胶显影机三大项。

  但是,在整个半导体设备行业中,清洗、干燥设备和匀胶显影机的市场空间并不大,三者之和仅相当于曝光设备的市场容量。

  市场容量最大的是曝光设备,而在这个舞台上,第一主角是荷兰的ASML(阿斯麦),仅它一家占据的市场份额就超过80%,佳能和尼康则是远离舞台中央的配角。论吃相的话,ASML在桌上大口吃肉,尼康、佳能则在桌下抢食ASML嘴里掉下的碎肉。

  市场容量仅次于曝光设备的,是干法蚀刻设备,市场霸主为美国泛林研发和AMAT,很难看到日本厂商的影子。

  上世纪80年代初,日本九州全岛的半导体芯片产值占到日本40%的份额。但随着日本在芯片业的溃退,被誉为“硅岛”的九州岛地位也在下降,2005年在九州进行生产的半导体企业还有650家,7年之后已经下滑到仅209家。

  说过半导体设备,接着说半导体材料。

  半导体材料品类繁多,可以成为日本人手中王炸的,有高纯度氟化氢、光刻胶和氟化聚酰胺。至于其它半导体材料,日本需要和美国、欧洲和韩国“排排坐,分果果”,吃不了独食。

  简单说,日本在半导体设备和材料市场表现优秀,只是几棵树木的优秀,不是整片森林的出色。

  而且,细究起来,日本企业在这些小众市场取得的垄断地位充满了辛酸,是日本半导体企业节节溃退后的剩余资产,而不是主动进攻占下的地盘。换句话,我们局外人眼中的优等生,其实是一个让日本人心痛的存在。

  3、缺陷不小的日本工匠精神

  汤之上隆在日本半导体行业从事技术研发16年,在日本半导体处于巅峰的1987年入行,先后在日立半导体部门和内存大厂尔必达工作,亲眼见证了1990年前后,随着日本半导体芯片产业崩溃,配套的半导体设备和材料也一同由巅峰滑落。

  他把这一现象称为“共同退化”。

  在汤之上隆看来,本世纪之初爆发的光刻机之战,尼康惨败于ASML或许可以一窥日本工匠精神的局限。

  2004年之前,尼康占据光刻机市场超过50%的市场份额,被誉为“设备业界王者”,但在关键的技术路线选择上犯下错误:当“干式微影技术”在“浸入式光刻技术”面前已无成本和技术优势时,尼康依然拒绝了台积电的要求,继续拥抱“干式微影技术”。

  尽管也和阿斯麦基本同时发布新品,但尼康的产品相比阿斯麦的应用成本更高,结果台积电、三星和英特尔都相继成为阿斯麦客户。光刻机本来是小众市场,有限的几个大客户倒戈之后,尼康从光刻机王者宝座跌落,阿斯麦就此走上占据8成市场的垄断之路。

  半导体光刻机被称为“史上最精密的机器”,尼康的半导体光刻机“NSR-1505G2A”被载入了日本国立科学博物馆的重要科学技术史资料中,可见光刻机曾经在日本半导体产业中的重要地位。图片/尼康博物馆

  汤之上隆认为,阿斯麦打败尼康,不仅仅靠押对了技术路线,还靠模块化和标准化的外包模式,使生产的光刻机保持在极小的误差范围内,而且每台机器的误差范围全部相同,而尼康(包括佳能)的产品则是每台的误差范围都不一样。结果就是,阿斯麦的设备无论吞吐量(每小时处理的晶圆片数)还是稼动率(实际产出数量与可能的产出数量的比值),都高过日本设备。

  三星、台积电这些晶圆代工的后起之秀企业,对光刻机的需求和NEC、日立等传统芯片制造厂商完全不同,十分重视光刻机的吞吐量和稼动率,因此阿斯麦的产品更合胃口,双方很快一拍即合。阿斯麦还引入台积电、三星、英特尔等客户入股,以股权为纽带,加强合作关系,这种创新的营销手段在日本半导体设备厂商那里,简直是天方夜谭,不可想象。

  汤之上隆认为,日本企业太容易墨守成规,不知变通,为了所谓的技术常常把工艺工序搞得很复杂,推高产品成本,很容易在技术更新换代时被淘汰。

  这就是日本工匠精神的局限。

  4、日本半导体竞争力在哪?

  日本工匠精神的本质在擅长模仿创新,简单说就是站在别人的肩膀上拼精细的制造,拼持久的技术改良。从晶体管、DRAM芯片、液晶显示器到晶圆等,无一不是在硅谷完成从0到1的发明后,再由日本进行从2到3的技术改良和精细制造,从而大规模商业化。

  最明显的例子是2000年芯片内的连线材料从铝转换到铜,当时铜互联技术早在三年前就由IBM实验室研制成功,全球半导体企业纷纷开始量产工艺尝试,包括台积电也未能成功,还连累几家手机芯片设计公司倒闭,最后是富士通和NEC等日本芯片制造商拔得头筹,最先掌握铜布线量产工艺。

  但现在富士通、NEC等芯片业务的坟头草都有一丈高了,台积电却已成长为业界的加州巨杉。

  为何会出现如此令人瞠目结舌的结局?关键就在于,日本企业在DRAM领域,凭先进工艺制造和品质打败了硅谷,内心有一种“日本工艺技术水平世界第一”的自负,使得富士通和NEC只知道在先进制造工艺上发力,全然不顾外界市场变化,结果亏损严重,不仅将抢自台积电的订单悉数回吐,最后还将晶圆代工厂卖给台积电。

  反观台积电,虽然最初制造工艺不及日本厂商,但它聚合了芯片IP提供商(ARM)、芯片设计公司、芯片设计工具供应商、物流体系等要素,打造出一个有利于经营的生态系统,使得台积电能维持近30%的净利润率,能够全面抵消日本对手的工艺优势,逐渐赢得竞争优势。

  可以说,日本半导体产业成于工匠精神,最终也败于工匠精神。

  日本的工匠精神发源于传统制造业,讲究个人经验的积累和沉淀,在精细复杂的工序基础上改进生产品质,因此如果所在行业的技术更新换代时间长、竞争不是惨烈级别,那么,日本人将会保持强劲竞争力,这也是日本在汽车、半导体材料领域仍然长袖善舞的原因。

  上世纪80年代,一位法国女性在听SONY随身听。随着日本半导体芯片的兴盛,日本消费电子产品也征服了全球市场。图片/视觉中国。

  以日本这次断供韩国的高纯度氟化氢、光刻胶和氟化聚酰胺为例,它们很难从材料逆向分析出制造技术,提高了竞争的门槛。同时,这些材料的制造不仅需要精细的工艺过程和操作步骤,更需要大量时间去沉淀经验,这恰好又位于日本人的优势区间。三种材料中,用于制造高性能半导体的高纯度氟化氢,需要将杂质浓度控制在低于万亿分之一,而其中的杂质砷仅靠温度分离很难清除,需要特殊方法。至于方法有多特殊有多难,日本人有时间和耐心去琢磨,一点一点降低杂质浓度。

  让日本人更爽的是,半导体芯片在摩尔定律的驱使下,基本两年换一代,这个节奏快到日本人接受不了,而半导体材料,自从晶体三极管发明以来,就没有改变过,不用担心被不知道从哪个角落冒出的对手用颠覆式创新干翻,日本人可以慢工出细活地改进制造工艺。

  但是,清洗干燥设备、匀胶显影机和CMP等属于设备领域,为何日本也拥有优势呢?答案是这些设备要发挥性能,需要和用到的液体材料如洗涤液、研磨浆等进行极其细致的整合,有时甚至液体材料和和设备需要针对每个工厂进行特别定制,很难标准化和模块化,恰好也便于日本企业自由自在地发挥。

  5、卡韩国脖子,不怕搬石头砸自己的脚?

  总的来说,日本目前在半导体材料和设备方面的竞争优势,既是全球半导体产业优胜劣汰的结果,日本的优势早已不复当年风光,也是日本的整体企业文化(工匠精神)与市场结合的产物,经历了岁月的锤炼,因此在相当长的时间内,日本在上述领域仍会保持优势。

  但产业链的游戏规则是,不管你有多重要,只要能被人替代,你就有出局的可能,上世纪末的内存大战中,正是美国人找来韩国人替代日本人重组产业链,才导致日本在内存市场的惨败。

  因此,当日本人断供韩国时,韩国的本能反应就是建立自己的半导体材料供应体系,计划每年投入1万亿韩元(约合人民币58.8亿元),推进对半导体材料、零部件和设备的研发。三星也公开表示,要在韩国本土建立高纯度氟化氢工厂,以实现关键原材料的自主可控。

  难道精明的日本人搬起石头砸中的却是自己的脚?日本人当然不会这么傻,在向韩国扔出王炸时,他们早已看准了中国庞大的市场需求。目前,中国的半导体芯片国产化率不到20%,每年芯片进口额超过原油,而中国半导体芯片国产化率的提升已经成为国家战略,由此产生的市场远超韩国。这也是日本不怕得罪韩国的原因。

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