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溃败的日本半导体陷入“昭和陷阱”

发布时间:2019-10-01

 

日本半导体的惨败已是不争的事实。

2013年, 在NHK《日本制造反攻的剧本》节目中,日美贸易战期间负责与美国交涉的通产省官员表示:因为来自美国的压力,(通产省)在推行支持半导体产业发展的政策时遭遇阻力。在美国从日本那里照猫画虎,成立了Sematech(半导体制造技术战略联盟)之后,美国半导体在1993年成功反超了日本。

言下之意,日本半导体产业之衰败,是因为美国施压,日本的产业政策无法施展。

但因为日美贸易摩擦而签署的日美半导体协议,早在1996年即失效。而根据经产省(前身为通产省)的统计数据,日本集成电路的出口额在日美贸易战后屡创新高,直到2007年之后才出现了明显的下降。

近期,日韩之间聚焦于半导体的贸易之争,每日反转:“韩国国运迎来转折点”、“日本半导体隐忍数十年上演复仇大戏”、“日本才是隐形冠军”、“三星已在欧洲找到替代材料”…

不同于隔岸观火者的隔靴搔痒,日本产经学者对于本国半导体产业的衰败是痛心疾首的。 

日本学者汤之上隆在其《失去的制造业:日本制造业的败北》中认为,日本的电子领域要重振雄风,就必须先老实承认自己“输了”。

贸易摩擦“狼来了”的故事固然好听,但谋杀日本半导体的,就是日本自己。

“昭和陷阱”

从1971年英特尔发明1KB的DRAM,到日本在80年代中期超过美国,1986年占据80%的DRAM市场份额,英特尔退出DRAM竞争,日本半导体的称王之路只花了不到15年的时间。

模仿式创新和精密的质量管理,是日本DRAM产业在短时间内称王的法宝。

DRAM本身是一个非常标准化的产品,容易被后来者通过模仿来超越,尤其在DRAM刚发明的时候。

英特尔在先后研发4KB、16KB、64KB的时候,反复遇到了被后来的模仿者侵占市场的问题,到了256KB产品,英特尔产品的市占率更是低至不到1%。无奈之下,英特尔停止了对1MB规格DRAM的研发,并于1985年从DRAM市场退出。

在日本企业扎堆以模仿攻破英特尔创新壁垒的时候,他们正身处大型机时代。大型机经久耐用且价值数亿日元的特性,决定了整机里面的DRAM也是必须高度可靠、耐久使用的。当时的大型机厂商,要求DRAM要有25年保质期。

日本半导体制造商也真的造出来了,为什么?因为美国人是他们的老师。

在上世纪50年代初期朝鲜战争的时候,日本作为“亚洲工厂”为美国供应军火物资。为了达到军需品的质量标准,日本人认真学习了一位美国质量管理导师—戴明的著作。

戴明的核心理念,是产品应该在生产的时候就避免出现瑕疵,而不是生产完了再找问题,这个生产理念没有获得美国人的认可,但是日本人一直遵循。

到了1980年,惠普公司表示,日本DRAM产品的良品率在验收测试中要高于美国。日本人师法美国人,模仿、研究了不到十年时间,就生产出了质优价廉的DRAM产品,并供应给美国大型机厂商,将美国的DRAM同行冲击的一塌糊涂。

追求高质量产品的技术文化渗透到了日本半导体企业的血液,来自美国人的夸奖,也使他们开始相信“日本技术第一”的神话。对这个神话的信仰与践行,却悄然为日本半导体企业埋了一个不小的雷。

当日本企业还在忙于追踪大型机、沉迷于25年保质期DRAM的时候,IBM在1981年发布了小型机IBM-PC。1982年,NEC推出了能够处理日文的PC-9800系列个人计算机,占据了日本一半的个人PC市场。

但日本封闭的PC产业没有持续多长时间。日文处理的技术壁垒在1990年被IBM攻破,90年代中后期,Windows系统的出现、海外廉价机和互联网的普及,摧毁了在封闭温室下生长的日本PC产业。

这对于日本半导体产业也是一个历史性的转折点。在即将到来的个人电脑时代,日本半导体企业失去了最后的筹码。

包括NEC、日立、富士通等在内的日本制造业企业,都是垂直一体化的整合分工模式,他们同时生产半导体和整机。

除了日本的整机厂商,没有多少PC公司,愿意把日本人用25年保质期技术生产出来的昂贵DRAM装在自己的机子里面,因为个人电脑的寿命不过5年时间,也不需要多高的品质。

身处大型机时代“技术最强”的神话之中,日本半导体企业远未醒悟。而在隔海相望的韩国,一家野心勃勃的企业正在偷师日本,而傲慢的日本人,却全然没有注意到他的存在。

1989年,平成年号启用,日本的半导体产业掉在了“昭和陷阱”里,韩国人要追上来了。

三星谍网

商业间谍案发生在自己身上是一种什么样的感受?

汤上之隆1987年进入日立成为半导体技术人员,在尔必达经历了日本DRAM产业的最后尝试,被迫于40岁提前退休后,他投身半导体产业研究。根据他自身的研究经历,他怀疑富士通有一些日本人在帮三星做事。

他发现,在前田和夫于2004年发表的半导体通俗著作中,竟然有他在Selete(由东芝、日立、NEC等成立的半导体民间联盟)期间所写的内部保密材料。并且,引用的未经公开发表的内容相隔时间极短,前田和夫与汤之上隆也素不相识。

汤之上隆怀疑,前田之所以能做到如此快捷全面的搜集关涉半导体的保密信息,是因为他与其他一些日本半导体人士一样,其中包括富士通的高管,都是三星在日本组织成立的顾问团的一员。

这个顾问团很有一些来头,并且在日本半导体界织就了一张神通广大的情报网。 

三星DRAM大业的建立,和日本人有不少关系。1983年,三星接受夏普的技术转让,建立了DRAM一厂,初步尝到了甜头,但之后的二厂栽了跟头,因为成品率太差,建厂失败。到了三厂,三星花高价组建了一个由日本专家组成的顾问团,好“让钱发挥作用”。90年代,三星还承接了NEC派过来的DRAM订单,学到了NEC先进的量产方法。 

日韩半导体界的“交流”由此十分频繁。 

据传,在八九十年代周末由日本飞往首尔的班机中,坐满了日本的半导体工程师。汤之上隆猜测,一些灰色、甚至是黑色的情报交易,由日本的顾问团在中间暗箱撮合。而一条最新情报的标价,是一条100万日元。 

对于日本半导体企业的最新情报,三星尤其热衷。1998年,日立的1GB规格DRAM正处于研发阶段,当时正在日立工作的汤之上隆便听说了试制样品落到了三星手里,而日立不过试制了十几个样品。

日本顾问团只是三星庞大情报网的冰山一角,除了这种或灰或黑的情报交易,三星尤为注重市场调研,并网络相当数量的全球优秀人才以洞察市场先机。

三星与日本半导体企业市场调研人员的体量,相差有数十倍之巨。日常的数据统计,并非这些市场调研人员的首要工作。他们的主要职责,在于感知并准确预测市场需求。

一个市场调研专员被派到中国来,他要在中国住上一到两年,学会讲普通话、吃中国饭、了解中国人的喜好,做完了这些功课,再确定三星应该给中国人生产何种DRAM产品。

要做到精准的需求预测,离不开天生的直觉,这种市场嗅觉无法经后天的教育培训得来。因而,即便是三星董事级别的高管,每年都需要不设顶薪,为公司物色一名这样的人才。毕竟,一个市场决策,可能直接决定了今后的资本开支计划,钱一花出去,就找不回来了。

而在这些顶级人才进入公司后,迎接他们的是更残酷的竞争。一个惯例是,如果40岁还未当上部长,就必须从公司滚蛋。激烈的内部竞争,让身居高位之人都不可丝毫懈怠。

与之不同的是,在日本半导体企业内,各部门之间的鄙视链是:研发、量产、市场,这种分工高下就类似于中国古代的“士农工商”,观念之根深蒂固,很难动摇。如果一个研发人员被调到了市场部门,那他一定认为自己没前途,要完蛋了。

除去分工高下之别,日本的半导体产业人员在走向高位之后,便逐渐远离一线车间,不再了解最先进的技术,有如隐士一般。

这造成的一个问题,就是每个职能口,实际上都被能力不逮之人所占据,有能力的普通职员,早早的就不干技术活儿了,当了领导,却又离市场太远,这便不能履行他在公司的领导职能。

分工如此割裂,便可以解释为何日韩半导体企业之差距,会越拉越大。

在三星以其严密庞大的情报网偷师日本老师之技术产品、以优秀的市场调研团队把握电脑行业之变化、以廉价生产技术提供的DRAM冲击市场之际,日本半导体企业节节败退。

到了90年代末,各大日本半导体企业已无法承受DRAM业务带来的亏损,单个公司生产也不再具备规模经济。东芝、富士通、三菱退出竞争,日立和NEC分拆其业务,合并成立了尔必达。

这是日本DRAM产业,也是日本半导体产业最后的希望所在。

最后一战

2000年2月,正值职业生涯顶峰的汤之上隆毛遂自荐,自愿从日立借调至尔必达。一年时间,汤之上隆在尔必达内部日立与NEC的派系斗争中失败,随后被扫地出门。

这一年的时间,使汤之上隆深刻的认识到日本半导体的短板。

汤之上隆认为,日本DRAM产业被“团灭”,不是因为半导体制造商们造的DRAM质量不行、不够耐用,反而是因为日本的DRAM太好了,精益求精导致成本居高不下。

从1999年底合并成立,到2012年破产被镁光收购,尔必达在这13年间一直没有掌握用低成本生产技术来制造廉价DRAM的方法。

那么,尔必达的DRAM生产成本为什么一直居高不下?

这得说到尔必达公司内部的三大派系。尔必达由日立、NEC合并而来,一开始分为两派,日立系擅长新技术研发,NEC系则擅长高成品率的量产。

后来公司招了三菱系的人进来,三菱在大型机DRAM时代垫底,因为技术不行、钱也不够,三菱系只好把竞争力放在组织能力和团队合作上,以依靠人的优势在低成本DRAM拼出一块市场。 

尔必达合并之初,日立系与NEC系打得不可开交。2002年11月,坂本幸雄就任新社长,日立系大败,NEC占领了包括研发、量产在内的重要地盘。

擅长量产的NEC系,分工极其细化。对于一个细分的技术口,NEC的技术人员是日立的3-5倍,是三菱的10倍。

即便再小的领域,NEC系会做的十分彻底,工作量不减反增。对于一个技术,他们会对每个参数事无巨细的进行调整、观察,并拿出相当于日立10-20倍的晶圆数量进行实验。工作量如此之大,以至于NEC系的员工每日加班到凌晨,早上八点半按时上班,周末两天依旧加班。

为了达到DRAM的高成品率,尔必达延续了日本半导体企业昂贵的设备使用习惯。公司每道工序都设置了专用设备,用着同一台设备,尔必达的晶圆吞吐量只有三星的一半。

因尔必达DRAM芯片面积稍大于三星,即便前者达到了98%的成品率,比三星要高15%,但生产出的每一片晶圆,能切割出来的DRAM芯片数量依旧是少于三星的。如此一来,分摊到每一个芯片上,尔必达的折旧成本相当于三星的两倍。

人员冗余、制造工序复杂、最大的成本项设备折旧成本高企,尔必达亏损度日。

2005年,尔必达破天荒地实现了3%的营利润率,但三星的营业利润率为30%,两者之间差了十倍。对于尔必达来说,这3%的超低利润率,景气上升周期尚可勉力维持,一到金融危机DRAM量价双杀、必须勒紧裤腰带过日子的时候,原本体质羸弱的企业会被瞬间击倒。

当然,尔必达不是没有扭转命运的机会。

公司内部的三菱系员工,擅长集成统筹,他们的工作风格,是用最少的人力、最低的成本、最经济地生产DRAM。这些三菱系地员工认为,NEC系所用的DRAM生产方法工序过多、检测过度,用最高的技术来生产PC用的DRAM,但实际上一台机子根本用不到这么好的DRAM。这个问题,也就是“质量过剩”。

但是,三菱系在尔必达的存在感不强,他们也离不开日立系所长的新技术研发能力,而日立系早已被边缘化。被NEC系占据的尔必达,还一直停留在日本半导体“技术第一”的自满循环里面,无心于DRAM的低成本生产技术。

不同于尔必达离散的战斗队伍和日益落后的生产方式,三星塑造的组织型态完全是面向PC时代的。

为了实现经济有效地生产PC用DRAM,三星在“设备不变、工艺流程不变、工序不变”的理念支持下,以多个小组内部赛马的方式,同时推进四代产品。

在三星内部,每个小组均以集成技术人员为主,他们更注重全局的成本优化,而非日式分工下的局部最优。这些小组在研发与量产之间来回替换,因而能够全盘考虑,更快、更低成本地生产出面积更小的DRAM。

尔必达鏖战13年,虽然一度回光返照,但最终无法逃脱失败的命运。

2012年,在公司破产的记者见面会上,尔必达社长坂本幸雄总结了破产的原因:DRAM价格下跌、“史无前例”的日元升值、东日本大地震、泰国洪灾…至于公司的技术水平,当然还是“很高”。

天灾由人祸,方可致不可恢复之悲剧。

无力回天?

日本半导体的底子是很好的。DRAM虽已日暮西山,但是日企垂直一体化的分工模式下,转向fabless(无晶圆厂的纯设计模式)和foundry(晶圆代工模式,承接众多设计商之订单)也未为不可。

在退出DRAM领域后,大部分日企转向了SoC,做特定用途的专用集成电路(ASIC)。当时,日本官方还专门设立了Asuka计划,以支持13家日企成立的Selete技术协会参与这一转型。

但令人震惊的是,日本经产省所起草的计划书,都不知道这个Asuka应该达成一个什么样的目标。而参与这一计划的13个日企也在和稀泥,对于要研发的SoC工艺技术,要么认为这个东西是落后的,要么认为不需要这个东西。

就这样,数千亿日元的公款和研究经费就这样打了水漂,最后研发出来的技术派不上用场。

半导体全线溃败后的2013年,富士通公司表示,要把位于福岛县的半导体工厂改造为蔬菜生产基地。半导体工厂具备完善的水、空气和工序管理设施,可以说再合适不过。因为福岛该工厂具备无菌栽培的条件,据说一颗生菜能卖到400日元,是一般品种的3-4倍。

为什么日本半导体产业迟迟没有找到他们的定位?

在汤之上隆看来,日本半导体产业的衰败,不在泡沫经济,不在贸易摩擦,而在日本半导体陷入了后发创新者的窘境。他们把“创新”狭隘地当成先进技术、高质量产品的研发,却忽略了“低成本生产技术”其实也是一种“创新”。

DRAM产业是一种极其容易通过模仿习得的产业,韩国人通过日本人卖给他们的生产设备,就可以学到部分日本DRAM的生产工艺。

但是,在日本人的基础上,韩国人建立了异常强大的市场调研网络,和与时俱进的分工协作体系,从而在Wintel时代融入了全球的水平分工潮流,迅速壮大。

在美日贸易战后,日本有30年的时间来扭转半导体产业的局面,但是他们几乎是同时在DRAM、SoC和foundry这三个大方向上失去了战略高地,进而一步步跌向不可挽回的深渊。

在大块肉被分食完毕之后,日本半导体在很难通过模仿习得、更多依赖经验传承的设备与化学材料领域取得了长足的发展,但是这些细分领域能够带动的产值、就业不可与DRAM、SoC和foundry同日而语。

当下,日韩半导体之战正酣,隔海观火无济于事。中国芯片大计,还当对日本半导体创新的“昭和陷阱”引以为戒。

参考资料:

1、 失去的制造业:日本制造业的败北,汤之上隆,机械工业出版社;

2、 日本电子产业兴衰录,西村吉雄,人民邮电出版社;

3、 战后日本经济史,野口悠纪雄,民主与建设出版社。

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