日本晶元怎麼被美國打敗的素材
A. 日本的科技實力僅次於美國,為什麼仍然沒有高端晶元呢
日本半導體產業是被美國以市場為要挾逼迫日本主動換道的,日本是缺市場,缺量產規模,不是缺技術,三星為何能在內存屏幕上反超日本?因為韓國不計成本舉國砸錢建生產線來支持三星擴產。。日本什麼半導體技術沒有?富士通能設計出世界最強的超級計算機CPU晶元——A64FX和數字退火模擬量子計算ASIC晶元出來,OKI沖電氣可以研發出波分多路復用光纖網路光通信晶元,NTT可以研發出6G的基礎——光子拓撲絕緣體太赫茲通信晶元,索尼的IMX攝像頭晶元也屬於利用cmos工藝集成了ISP圖像信號處理單元和光感測器的高技術晶元,三菱有IGBT功率半導體,村田有PA晶元和SAW濾波器射頻模組,旭化成微電子(AKM)有音頻DAC數模轉換模擬晶元,日本RJC有LCD和LED面板驅動晶元。還有索喜和瑞薩,一個是與華為海思並列的世界4K/8K HEVC視頻信道編解碼晶元雙雄之一,一個是世界最大mcu微處理器晶元供貨商,現在做無人駕駛 汽車 的系統級AI soc去了,這玩意技術含量比手機soc還要高,索喜和荷蘭恩智浦已經通過與台積電的合作實現5nm了,明年就會量產。還有索尼和日本JVC在做lcos光控制晶元,這玩意是用在VR/AR和全息投影設備上的,還有日本AI初創企業prefered networks在做基於自家深度學習神經網路框架chainer的商用小型AI計算機CPU。東芝就算再拉,至今還有NAND快閃記憶體,連被美國壟斷的FPGA技術,日本都有替代品。。從邏輯晶元,模擬晶元到功率晶元,從快閃記憶體到AI晶元,日本什麼晶元沒有?日本有極其完整的晶元產業鏈,產業規模不再,市場份額一落千丈,但技術依然應有盡有。。屏幕面板也屬於半導體吧,你知道第三代OLED材料——熱活性延遲熒光TADF材料,激子遷移率和光轉化效率達到恐怖的100%,因為不需要重金屬離子注入,因此成本相當於第二代OLED磷光材料的1/10,這種革命性的技術,目前全世界唯一研發成功的就是日本初創公司Kyulux,大概2022年量產。還有同樣可以革蒸鍍技術命的OELD印刷技術,也是日本JOLED公司率先研發出來,現在與我國京東方合作繼續完善技術。關鍵是韓國三星引以為傲的蒸鍍機也是日本tokki的,只不過被三星控股獨家供應而已。還有 的光刻膠,氟聚亞醯胺,電子級氟化氫,光敏抗蝕劑,高純硅晶圓,最前沿的氧化鎵(Ga2O3)半導體, Lasertec的EUV光掩膜缺陷檢測設備, cymer和 Gigaphoton的LPP EUV激光源和ArF準分子激光源, 電子紐富來的寫入設備, 東京電子的塗布顯影設備,離子注入爐, 橫河的CVD(氣相沉積)減壓設備, SCREEN的清洗設備, 凸版印刷和Hoya的光掩膜版, JOEL的電子束描畫光刻機, 佳能 tokki的真空蒸鍍機, JOLED的OLED尖端印刷設備等等, 一個都搞不出來。
日本的高端晶元企業就是被美國和韓國聯合搞掉的
問題本身就是夾帶私貨的東西。你問日本為啥沒有高端晶元就好了。加一句斷言日本 科技 「僅次於」美國是什麼意思呢?何以見得日本 科技 「僅次於」美國?
日本在七十年代末在 科技 產品上面已經不弱於美國,美國當時的高 科技 還有製造業受到了巨大的沖擊,美國國內的資本對在美國本土到處被日本產品霸佔的情況產生了危機感,因為當時整個美國到處都是日本生產的物美價廉的日本 科技 產品。
最終美國資本的利益受到了擠壓和沖擊,在競爭力上面沒有了優勢,質量上面和價格上面都沒有任何優勢,所以這些資本家就通過對美國政客施壓,通過政治的方式來限制日本,因為 科技 經濟上面沒有優勢壓制日本,美國只能動用政治的方式,並在軍事上面也暗中加壓,最終日本受到了壓制。
廣場協議其實最主要是針對日本的,雖然明面上歐洲的英國法國德國等都參加了,其實美國最主要的目的就是對付日本,也是這樣日本最終被壓制,最後的導火索是日本東芝公司為了獲得蘇聯的立場上的支持,偷偷的賣給蘇聯精密機床,讓蘇聯成功生產出來噪音非常低的先進潛艇。
這個事情讓美國發現了,並進行了調查,最終成為了美國對日本真正出手的最好理由,就是因為這個事情,才促使了日本在廣場協議上面的被動局面 ,後來日本的東芝公司被拆分,變成了現在我們看到的樣子,在這之前這家企業可是非常厲害的,無奈一步走錯滿盤皆輸。
日本在廣場協議後期自己也在戰略上面的選擇出錯,導致了日本經濟被房地產拖累,也是這次讓日本二十多年經濟沒有上漲,當然其實也可以說成日本用了二十多年來把泡沫經濟的水分擠掉,而日本在八十年代的晶元技術已經不輸美國,甚至已經有超越的跡象,這個讓美國非常的惶恐,所以決定對日本下手。
日本為什麼在許多 科技 領域都是世界頂級的,但是卻沒有在世界主流核心領域跟美國競爭呢,其實並不是日本不想,而是日本不敢,日本被迫簽訂美日半導體協議,就是因為日本 科技 項目觸動到美國的敏感核心之處,引來了美國的打壓,為什麼日本想跟蘇聯走近,其實就是想讓蘇聯制約美國,日本想從美國手中脫身。
日本由於核心技術領域,觸動到美國的根本利益,美國直接下重手,讓日本幾十年來一直都沒有真正緩過來,當然裡面也有日本自身錯誤的抉擇存在,最終在九十年代後期出現了決策上失誤敗退,但是這掩蓋不了美國對某些核心東西把控的力度,誰去觸動就會打誰,日本被打壓過一次了,現在還沒有恢復,怎麼還敢去碰第二次呢。
當然現在日本的半導體技術水平仍然是世界頂級的,只是已經沒有了八十年代那樣的輝煌,當時美國企業正面競爭都爭不過日本企業,要不是在政治軍事以及金融上面進行打壓,當時美國的半導體領域公司估計就會被擊垮了,現在日本之所以沒有頂尖的晶元技術,主要是決策上面導致日本這個領域出現問題,加上美國眼睛看著,日本不敢去觸霉頭。
雖然你別有用心,但是還應該認真的回答你。
看到你的提問,日本人估計會哭暈在廁所。想當初它不但有高端晶元還有高端製造設備。實力堪比現在的三星加上台積電。被美國人搞了唄,現在的光刻膠等高端輔助材料就是當初的遺留下來的,要不然你覺得它沒有光刻機要光刻膠幹嘛?它的衰退也就是最近二十年的事情,美國人掌控的產業聯盟裡面直接屏蔽了自己的鐵桿盟友日本
僅次於笑死我了
日本是晶元的 科技 先驅,被美國打殘了,現在躲著晶元生產,封裝的材料領域,而且技術領先優勢很大,單單一個光刻膠就把韓國修理的哇哇叫。
本來日本半導體是吊打美國的,但是美國瘋狂制裁日本以後,並且把日本半導體的中堅力量東芝搞廢了。
造出來一個完整的晶元,不是只靠一項技術能完成的,從人,硬體設施,軟體技術,材料等等環節很多,只要其中某項技術要依賴他國,那麼胎死腹中的可能性就非常大,所以日本半導體被扼殺也就不奇怪了。
要精不要多,日本畢竟是小國。只要你在產業鏈里能佔有不可替代的一環。不論晶元還是啥都有話語權。
B. 你怎麼看待日本半導體產業是如何盛極而衰的
因為日本的經濟和綜合國力衰退了,各個產業也隨著經濟形勢變化而發生了改變。其中最主要的一個原因還是像美國和韓國等半導體產業的崛起沖擊了日本的半導體產業,在技術和工藝方面趕超了日本。同時伴隨著市場地位的下滑,半導體產業衰退下去必然趨勢,現在的市場比的都是速度,效率,質量,技術等等,如果在這些環節慢別人一拍很可能就要被市場淘汰,花更少的錢買到更好的產品是每個人都追求的事情。
C. 日本半導體是怎麼從輝煌走向沒落的
美國與日本的半導體貿易和技術……之戰、日本的半導體行業受到重創,使得整個日本的無線電領域萎靡不振,昔日日本無線電產品滿天下的美好時光不復存在。
二戰結束後,美國人獲得了巨大的戰爭紅利、是正在的二戰既得利益者、獲取了大量高 科技 技術和人才資源,使得美國在經濟、軍事、 科技 實力迅猛發展。
1947年美國科學家發明的替代龐大、笨重的電子管的高 科技 產品……晶體管。
1959年美國工程師又發明了……集成電路技術,使得無線電技術向微型化、智能化、可靠性發生了質的飛躍。
60~70年代得益於
日本與美國的特殊國家關系、在美國人的支持下,日本在各方面也迅速崛起、尤其是在晶體管、集成電路、晶元技術領域迅速發展,並且占據國際市場以及美國本土市場大部分份額、美國人忽然感覺了壓力。
80年代開始美國人對日本半導體行業採取一系列打壓措施和限制以及制裁……
德國著名思想家「弗里德里希·李斯特」的《政治經濟學的國民經濟體系》一書有一精彩比喻「抽梯子」、意思就是:當一個人登上高峰、為了防止別人跟上來、就一腳把梯子踹掉……
在美國人扶持下,韓國的半導體行業迅速發展,替代了日本,又保住美國在半導體領域第一的位置。 美國人不單單在半導體領域限制盟
友、在軍事 科技 領域也是如此,美國成功忽悠停止了義大利發展F–8殲擊機計劃、在美國人打壓下以色列放棄了國產「幻獅」戰斗機的計劃、法國的「幻影4000」重型戰斗機被美國人玩殘,美國人成功把英國從歐盟拉了出來、總而言之,美國的國家利益最大化是美國人不變的目的,無論對方是盟友還是對手、只要威脅到美國人某個領域技術先進性和壟斷……美國人一定會將對手扼殺掉。
美國人的霸權主義體現在方方面面。
英國首相丘吉爾說過一句話:沒有永久的敵人、沒有永久的的朋友、只有永遠的利益!
謝萬一嚴選邀;
不要被麻痹,日本研發半導體能力超強,美國的尖端武器都需要采購配置日本的半導體產品。 說日本的半導體沒落,是指日本半導體產業整體萎縮了,被美國韓國創造國際壟斷品牌奪走了市場份額。
1990年,日本半導體行業的全球市場份額達到49%,但現在已跌落至7%。全球排名前十位的半導體企業被英特爾、三星、台積電、高通、博通、德州等占據高位,日本只有東芝勉強擠入十強行列。
日本半導體產業萎縮主要有兩大原因。
第一.日本缺乏世界級管理人才,沒有形成發展半導體的國家戰略和舉國體制,沒有集中資源把半導體產業做大做強。
日本的半導體公司都是配置於大型電子企業的附屬子公司,處於各自為戰形不成合力狀況,甚至為了內部競爭獲勝對半導體技術相互封鎖和保密。
第二,日本引進技術積極,輸出技術則一貫保守。日本沒有樹立半導體全球品牌意識,通過與世界半導體公司相互授權、技術共享搭建世界級的半導體控股(參股)企業,被三星、台積電等搶得先機、後來居上。
日本一步落後則步步落後。
雖然日本研製半導體材料能力突出,但日本已不能集世界半導體技術之大成,製造高端晶元、高端智能手機等終端產品,而且美國、韓國相關半導體壟斷企業也不會再給日本東山再起機會。
有日本有志之士反思,日本在 科技 產業發展上放跑了「大魚(半導體)」。釣魚的人都知道,那是無比沮喪的嘆息!
日本發展的方向做出了調整,半導體產業的最高端在美國,日本人非常務實,日本在半導體材料方面以及一些配件方面發展的非常好,這說明了日本人的發展非常有遠見。
日本經濟在上世紀八十年代大爆發,引起了美國的關注,進而美國開始打壓日本的發展。在當時日本的半導體產業也是領先世界的,但是處於產業鏈最高端的美國,不希望看到日本在半導體產業領域處於一種特別強大的位置,美國就扶植了南朝鮮的企業和中國台灣的一些企業,用以沖擊日本的優勢地位。日本面臨這種圍剿的情況,選擇了逐步放棄半導體晶元領域,轉向了半導體材料領域,也是一種迫於無奈吧。
現在看看半導體的材料已及配件領域,日本是怎麼樣的一個存在?日本人悶著發大財,日本高房價泡沫破滅以後,一直在穩步緩慢的累積實力。
不能看現在日本在半導體晶元領域處於放棄的情況,就忽視日本的經濟實力,你看看日本在半導體材料方面所佔的比率,就知道這個隱藏著的強大對手了。
提問的,你這樣的想法也太自我膨脹,不知天高地厚了吧?
日本的半導體產業擁有從研發到製程製造成品的完整產業鏈條的。如今,今天,即便遭遇美帝打壓後,仍然在世界上是一流的存在。
以東芝、東電、日立瑞薩、美上美、索尼、富士通、三菱、京瓷、佳能等為代表,在你能想像的所有領域都表現的可圈可點。技術專利及聯合技術專利數量不亞於美帝,這是事實。
人家根本沒有停止過不斷研發的腳步,反而優勢/差距近些年有擴大之勢。只不過你不了解、不知道而已……
首先他的半導體產業沒有落寞。他有很多拿手的基礎材料,和加工工藝,比如面板所需基礎材料,膠水,鏡頭,晶元製造工藝。。。。。。他沒落寞,只是被美國搞得比較狼狽。但是,他想了很多辦法,就是海外投資,給美國錯覺。其實就技術實力而言,真的很厲害,平均幾乎每年都有諾獎得主。
沒落?前一段時間日本停供韓國電子業頂端的元器件供應這件事你不知道?
現在仍是世界領先。
D. 損失上百萬美元,美國晶元產能雪上加霜,晶元三巨頭該如何破局
美國晶元產能雪上加霜,加劇晶元短缺問題。晶元短缺問題已經迫使汽車製造商削減了部分工廠的產量。韓國三星電子公司是世界上最大的晶元製造商之一,當地政府要求該公司暫時關閉。三星預計將盡快恢復生產,電力公司奧斯汀能源就何時能恢復工廠運營給出的指引。全球三大車載晶元市場份額的日本瑞薩電子在茨城有一家大型工廠,損失上百萬美元。
E. 日本為什麼不擔心晶元和光刻機的問題
日本自己就能生產,當然不擔心了。
高端光刻機被稱為世界上最精密的儀器,零部件數量達數萬甚至十幾萬個,供應商幾百家,最貴報價數億美元一台,堪稱現代光學工業之花,製造難度非常大。
現在全世界只有少數幾家公司能夠製造,主要以荷蘭ASML、日本Nikon和日本Canon三大品牌為主。從市場佔有率來講,ASML占據80%以上,在EUV極紫外光領域,ASML是獨家生產者。
另一方面,美國現在佔到零部件供應鏈的25%,就擁有了非常大的話語權;日本不僅在零部件供應鏈之中,而且還是歐美同盟中的一員,沒有面臨制裁的風險。
即使如此,日本企業從早期一統晶元和光刻機天下,到現在逐步沒落,要看美國和ASML臉色行事,也是另一番苦惱。
日本並不會面臨晶元和光刻機的問題。從目前來看,逼急了,世界上只有美國、中國和日本有能力建設晶元自主技術和自主產業鏈,這其中當然也包括光刻機。但是,因為美國可以輕松控制日本,所以並不存在晶元和光刻機的問題。從世界范圍內來看,能夠挑戰美國地位的只有中國、俄羅斯,而從經濟上挑戰美國地位的只有中國,因此美國才會選擇在各個方面掣肘中國。
從光刻度這一領域來看,它是一個費力不討好的事情,因此,國際上很多大 科技 公司並未染指這個產品。一是它需求比較小,市場規模也不大,二是它需要大量超級技術,整個零部件產業鏈比較復雜。所以包括美國著名 科技 公司、日本著名 科技 公司以及中國 科技 公司此前並未染指這一領域。要不是中國早已意識到光刻機可能會面臨卡脖子,中國也不會有光刻機產品。其實,世界上有一家ASML光刻機企業完全就夠了。
假設日後有一天,美國想要打壓日本、韓國或歐洲國家的晶元市場,也不一定會通過光刻機來打壓,完全有其他不同的手段。原因就是美國高 科技 體量幾乎是歐洲、日韓各國的總和。當然,本身光刻機技術本身就是歐洲公司,有一定的美國技術。
從目前世界格局來看,歐美再怎麼打,他們始終是一家人,無論文化背景還是經濟聯系,中國只能尋求與歐美世界保持良好的經濟關系,永遠不要期待著歐美世界能夠跟中國實現文化理念上的認同。而中日韓東南亞又是另外一個文化背景,雖然近100年來,出現很多關系困境,但終究是文化的根源和人種根源是一致的,未來能夠團結在一起,就是非常好的情況。
雖然現階段頂尖的光刻機生產製造企業在荷蘭,可是我覺得這不意味著荷蘭把握著全部重要零部件,實際上日本在晶元和光刻機行業依然占據十足的份量, 尤其是在原料層面,在全部半導體材料行業的19種重要原材料中,有14種日本的生產能力是佔了全世界50%之上的,換句話說假如缺乏日本生產製造的重要原料,荷蘭的頂尖光刻機也難以造出 ,例如去年的光刻機事件,日本即便晶元半導體技術再牛,一旦被日本卡死重要原材料就麻煩了。
日本的半導體技術在多年前也是很厲害的,可是之後由於美國的施壓,也有韓國三星的興起,因此日本的半導體技術落在了後邊,但是瘦死的駱駝比馬大,日本依然有著一定的晶元製造能力,並且歸功於貼近壟斷性的重要原料,因此日本分毫不擔憂缺少晶元和光刻機生產製造的難題,掏錢買便是了,終究三星和其他半導體企業也十分擔心日本斷供。
包含中國的中芯,雖然盡量避免了對美國技術的依靠,可是在半導體器件層面,依然十分依靠日本,許多原料都從日本進口的,一旦日本不出口了,也是會遭遇十分多的不便。但是依照現階段的發展趨勢,我國的晶元製造能力跨越日本並不是問題,對於原料供貨,這實際上便是一個現代化職責分工的難題,終究一個國家不太可能徹底把握全部的供應鏈管理。
【日本怎麼從來不擔心光刻機的問題,要知道荷蘭ASML幾乎是壟斷式的】
世界有數的光刻機企業中,我們除了知道ASML之外,還有尼康,佳能,歐泰克,上海微電子裝備等等,這里尼康和佳能就是日本企業。
確實尼康在很長一段時間內可以說是光刻機的霸主,但是因為ASML和台積電合作浸潤式DUV的光刻機,將尼康佳能給超越。
尼康,在「乾式微影技術」在「浸入式光刻技術」已經成為光刻機主流的時候,它卻依然固守自己的技術,擁抱「乾式微影技術」。
可以說,它還放棄了和台積電合作,這給ASML帶來了機會,尼康光刻機已經越來越不能滿足當下對於光刻機的需求,台積電英特爾在一批企業轉投到ASML的懷抱,在尼康的固步自封中,ASML迅速發展,一舉奪得了光刻機霸主地位。
ASML的成功之路——
1.一方面積極的收購一些重要企業,比如美國Cymer等,另外一方面不斷的使用國際最先進的技術,德國,荷蘭等等全世界最新進的技術都會被ASML使用。
2.非常聰明的將台積電,英特爾,三星等等企業作為自己的股東。這一種政策,能夠獲得更多的技術和資金的支持。
3.從來不固步自封,開放創新式的發展,讓ASML能夠立即獲得各大企業的認同,成功的開啟自己的霸主之業。
當然,我們也知道,雖然說你看尼康,佳能沒有了當年的雄風。但是對於日本半導體來說,光刻機已經能夠滿足它們需求,因此它們並不需要去進口ASML,甚至於如果進口的話,這不是承認自己的失敗嗎?
日本肯定不用擔心,一方面美,日同(lang)盟(bei),另一方面,第一次電子產業轉移是送美國到日本,日本尼康,佳能其實是DUV(453nm—193nm光源)時代的霸主。
在晶元28nm製程之前的時代,尼康,佳能的光刻機才是行業內最大的玩家。
目前來說,日本在28nm,22nm光刻機領域仍然非常強橫。在2010年之後,才真正是荷蘭的ASML的霸主地位。
大部分人可能覺得,這又不是7nm,5nm,沒有多少先進的技術。
但是在一些邏輯晶元,存儲器,14nm以上的製程工藝,還是大量的應用工藝。
例如日本東芝仍然是全球存儲的主要供應商。
佳能1970年製造的第一台光刻機
在晶元領域,日本通過多年的發展,尤其是在CIS晶元,各類感測器應用的晶元,MEMS晶元領域,具有很強的實力。我們常說的晶圓的應用,並不單單的應用在CPU方面,還有邏輯晶元,存儲器,快閃記憶體這價格領域。
日本的感測器,其實就是屬於CIS集成電路的一種高端應用。
大部分熟悉手機攝像頭的朋友都知道,目前全球高端攝像頭的晶元多數來自於日本的索尼。同時日本還有不少做各類感測器的企業,也都是依託於這一類晶元的應用。
日本其實是經受過一次美國發起的晶元戰爭的。
1963年,日本電氣公司(NEC)自美國仙童半導體獲得planar technology的授權,開始了日本半導體技術研究。
1976年,在日本產經省的主導下,日本的多個大企業參與其中,NEC、三菱、京都電氣,東芝共同成立了——「VLSI 技術研究所」。主力向DRAM攻堅,那個時候半導體,還主要是存儲器應用天下。在日本的沖擊下,DRAM市場價格下降了一倍。英特爾不得不轉型,向微處理(CPU)市場冒進的拓展。
1978年,英特爾就是在日本的打壓,真的是無可奈何了,好不容易開發出了i8086,第一款微處理器原型。
本身日本的晶元工藝,確實要超過美國,歐洲。美國怎麼可能放任這么發展下去,然後就開始針對日本的針對性打擊!
1985年,日本DRAM坐擁全球80%市場。(那個時候,晶圓並不是主要是用來做DRAM,不是用來做CPU)。
1985年,美國半導體產業協會開始向美國商務部投訴日本半導體產業不正當競爭,啟用了WTO裡面的301反傾銷條款。(美國慣用的伎倆)
1985年,美國和日本在經濟上簽訂了《廣場協議》,廣場協定是一個美元,對日元的戰爭。直接讓日元大幅度貶值。
大量的日本優質資產,被美國資本收購!
同時美國要求美國半導體在日本的市場提升到20%-30%,防止出現傾銷的情況。在明爭暗鬥了幾年之後,美國強硬的要求日本簽訂,《日美半導體保障協定》,開放日本半導體產業的知識產權、專利。1991年,日本的統計口徑美國已經佔到22%,但是美國仍舊認為是20%以下,美國再次強迫日本簽訂了第二次半導體協議。(引自:35年前美國對日本發動晶元戰爭,日本坐擁全球80%市場卻慘敗,半導體設備資訊站)
所有在美國對日本晶元戰爭奏效之後,日本徹底服軟了。
日本商業市場,還在想網高端走:軟銀收購ARM如今手機市場,以及各類移動電子設備,基本都是基於ARM的架構開發的晶元。ARM原本是英國的晶元企業,軟銀出資310億美金收購了ARM。
這應該算是日本仍然把持著晶元領域的一個高峰吧。
綜合來說:在晶元市場,真正玩家,只有美國,日本,未來一定會有中國。
為什麼日本不擔心晶元和光刻機的問題?因為日本自己可以製造,其次,沒有對美國構成威脅。
事實上,目前全球可以製造光刻機的國家只有三個:荷蘭、中國和日本。
荷蘭ASML是全球最大的光刻機廠商,在EUV光刻機領域處於壟斷地位。ASML一台EUV光刻機售價1.2億美元,有10萬個零配件,大部分零配件需要從美國、日本、德國進口。
中國也可以製造光刻機,上海微電子是中國唯一的光刻機廠商,目前可以製造90nm光刻機,24nm也在路上,與ASML相比還有很大差距。
日本的尼康和佳能也可以製造光刻機。事實上,在2007年以前,尼康和佳能才是全球光刻機市場的霸主,但是後來被ASML擊敗。目前,日本光刻機把持著中端市場,高端市場只有ASML一家。
此外,日本半導體對美國不構成威脅。美國早在上世紀80年代就對日本「下手」了,曾經一度獨霸全球的日本半導體被美國一舉擊敗,最後只剩下半導體上游產業把持在日本手中。
當然了,美國和日本是同盟關系,日本沒有制裁美國的實力,只有美國制裁日本的份兒,在日本半導體產業一舉潰敗之後,已經對美國沒有什麼威脅。
再者,日本如果需要高端光刻機只需要從荷蘭進口即可,這方面對日本並沒有限制。日本也不用自己去研發,畢竟市場就那麼大,而且ASML已經壟斷市場,日本不會傻到這時候再去研發高端光刻機。
總之,日本不需要擔心晶元和光刻機的問題。首先,中低端光刻機,日本自己可以製造,高端光刻機只需要從荷蘭進口就行,這方面沒有限制。
為什麼日本不擔心晶元和光刻機問題?
因為,我們現在正在遭遇的事情,當年在日本早就發生過了!
美國強迫日本簽署協議限制半導體產業日美兩國簽署的廣場協議大家都知道,但上世紀80年代中期美國還強迫日本簽署了《美日半導體協議》,這份協議直接限制了日本半導體產業對美國出口,並增加100%關稅,同時還規定其他國家的半導體產品在日本市場份額得超過20%。
這一協議直接將當期發展得如期中天的日本半導體產業打殘了,當時全球TOP10的半導體公司前三都是日本公司,分布是NEC、東芝、日立,而整個TOP10中日企達到了6家。
但是,我們現在看看日企中,那還有誰是比較強的半導體公司?沒了!唯獨就剩個東芝還苟延殘喘。也就是說美國在上世紀80年通過強力手段徹底肢解了日本半導體產業,使得對應的日企無法在全球范圍內攻城掠地,只能偏安一隅的生存,日本晶元基本處於崩盤狀態。
從此之後美國的半導體產業徹底崛起,誕生了一大波現在大家如雷貫耳的美企,他們的成功很大部分的歸功於當年的《美日半導體協議》。此外,韓國部分企業乘勢崛起。
日本另闢蹊徑偏安一隅成功也許有人疑惑,既然美國肢解了日本半導體產業,為何現在的日本半導體看上去還是很強的,這裡面的原因也是挺簡單的,被美國限制之後日企也是要生存下去的,一些核心領域敗下陣來,那就只能轉向轉型,在美國半導體不參與的地方以及適合發揮自己專長的地方進行猛攻。
也就是日本現在比較強的半導體材料和部分半導體設備,目前日企在上述占的市場份額較大,10大半導體設備日企佔了近一半的份額,等於是從另一層面捏住了很多下游晶元企業的命脈。你看前階段日韓兩國半導體的相互制裁,就是因為日本能在原材料這塊掌握有優勢地位。
此外,部分日企也在利用自己的一些優勢來進行突破,比如索尼,他們將CMOS作為最優先發展的業務,地位遠高於 游戲 、電影等業務,當其他業務不行時更是不斷加大這塊的研發投入,為了提高技術壁壘還收購晶圓廠自行設計感測器的製造。
日本光刻機暫處於中端地位最後這里再提提日企的光刻機,日本是有自己的光刻機製造企業,也就是尼康和佳能兩家,這兩家為人所熟知是因為相機。但是很多人可能不知道相機領域涉及的光學技術正好是光刻機所需要的。
也因為如此,這兩家企業都曾經擁有自己的光刻機技術,但是在和荷蘭ASML的競爭中已經落敗下來,目前他們量產的機型只能算是中端光刻機。對這兩家企業來說,光刻機領域的下坡路不可避免,未來或許他們還將落後下去,會被我們超過。
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說了那麼多,總結下!日本的晶元產業早在30年前就已經被美國摧毀,所以美國人自然是不擔心的,而無法威脅到美國半導體產業的日本自然也不擔心買不到,美國會順暢的給他供貨。同時,由於晶元產業被扼殺,日本只能另闢蹊徑走另外的一條路,最終在半導體材料和設備製造取得了一定的成績。
日本自己就可以生產光刻機,日本的尼康和佳能以前造光刻機也非常厲害,只不過後來被荷蘭阿斯麥爾公司給超越了,徒弟超越了師傅,現在佔到了市場的80% 以上,幾乎快把師傅給逼上絕路了,但是瘦死的駱駝比馬大啊,日本的光刻機技術基礎是有的,技術是有的,根本不用擔心什麼。
我們中國一定要爭氣啊,早日早出來屬於自己的光刻機和晶元,全球高端產業,也就是晶元技術是最後未被我們攻克的陣地了,相信只要我們掌握了這項技術,很快晶元就會變成白菜價。
雖說目前頂級的光刻機製造公司在荷蘭,但是這不代表荷蘭掌握著所有關鍵零部件,其實日本在晶元和光刻領域仍然佔有十足的份量,尤其是在原材料方面,在整個半導體領域的19種關鍵材料中,有14種日本的產能是佔了全球50%以上的,也就是說如果缺少日本生產的關鍵原材料,荷蘭的頂級光刻機也很難造出來,比如去年的光刻膠事件,韓國即使晶元半導體技術再牛,一旦被日本卡住關鍵材料就麻煩了。
日本的晶元技術在多年前也是很厲害的,但是後來因為美國的打壓,還有韓國三星的崛起,所以日本的半導體技術落在了後面,不過瘦死的駱駝比馬大,日本仍然擁有一定的晶元製造能力,而且得益於接近壟斷的關鍵原材料,所以日本絲毫不擔心缺失晶元和光刻機製造的問題,花錢買就是了,畢竟三星和其它半導體企業也十分害怕日本斷供。
包括國內的中芯國際,雖說盡量減少了對美國技術的依賴,但是在半導體材料方面,仍然非常依賴日本,很多原材料都從日本進口的,一旦日本不出口了,也是會面臨非常多的麻煩。不過按照目前的發展態勢,中國的晶元製造能力超越日本不是問題,至於原材料供應,這其實就是一個國際化分工的問題,畢竟一個國家不可能完全掌握所有的供應鏈。
因為日本不用擔心了,日本半導體產業基本全軍覆沒了。高端光刻機用不上,日本擔心什麼?
日本自己有28納米的光刻機,有極紫外光源。但是這些都用不上,沒有像intel,三星,台積電那樣的半導體製造企業。也沒有像海思,高通,聯發科,展銳,AMD,NVIDIA那樣的晶元設計企業。
做做液晶面板,濾波器件,圖像感測器,28納米光刻機足夠了。28納米最低能做7納米晶元,日本有28納米光刻機,還擔心什麼?
我們今年能夠突破28納米光刻機,如果我們不做手機SOC晶元,我們也不必擔心了。但我們沒有理由放棄手機晶元,所以我們必須要突破極紫外光刻機,在突破之前,我們自然是擔心。
F. 美國制裁近乎瘋狂,突破晶元封鎖,這6個人居功至偉
你很難想像我國的晶元產業走得有多艱難!
30年前,日本晶元全球佔有率高達53%,美國僅37%,這輝煌讓美國憤怒,美國將日本按在地上摩擦,逼迫日本連續簽訂兩次不平等半導體條約,內部核心資料全被美國中情局帶走。日本用22年時間,舉國之力發展起來的支柱產業,就這樣被美國搞垮了,經濟被拖入泥沼,永無翻身可能。
類似的拙劣行徑,美國人正在故伎重施,一系列所謂「制裁」正發生在華為、中芯國際等民族企業身上!
2019年5月15日,美國一紙禁令,限制美國企業為華為提供零部件和服務。時隔一年,第二輪「追殺令」升級,只要是使用了美國技術的企業,任何一家都不準為華為製造晶元,自此徹底掐斷了華為的晶元代工之路。
作為晶元製造的關鍵設備,中芯國際早在2018年便耗資1.2億美元從ASML定製了一台EUV光刻機,而美國卻從中作梗,限制相關設備出口我國,時隔4年,這台光刻機才有機會交付。
前車之鑒,後事之師!面對美國封鎖,我們勢必要走出一條產業自強之路!
也恰是在這樣的時代背景下,一群 科技 志士前赴後繼,毅然決然踏上這條「中國芯」振興之路。
一、中國半導體教父——張汝京
他,年少留學國外,學成後毅然歸國報效中華。五次創業,被陷害,再重來,憑借一己之力把中國送進尖端晶元 科技 賽道,他就是中芯國際創始人——張汝京。
1997年張汝京離開最頂尖的晶元製造企業——德州儀器,回到中國開始創業。短短3年時間,勢頭直逼台積電。台積電坐不住了,利用關系收購了張汝京的公司。之後,張汝京又在中國香港注冊了一家新公司——中芯國際。
這次,張汝京不僅從台灣帶回300骨幹,還像傳教士一樣,橫穿美國東西兩岸宣講,召喚了100多位在美華人回國。他深知,在中國半導體產業,人才比資金更緊缺。
中芯國際用3年時間,將大陸晶元水平拉快了30年。
商場如戰場,2002年,中國台灣向發送了撤資警告,否則就要賠款1500萬台幣。張汝京不予理會。氣急敗壞的台灣當局撤銷了張汝京的台灣戶籍,甚至把他列入通緝名單。
你方唱罷我登場,台積電也聞訊殺了過來,下手更狠。張汝京被迫離開中芯國際,還簽下3年內不能從事晶元工作的競業協議。離開的那一天,張汝京在廠區來回轉悠了3小時,看著9年來為之付出一切的一草一木,心裡五味雜陳,最後對著送行的工人說了三個字「別趴下」
3年期滿,張汝京開著10年前那輛破舊的白色福特,再次回到晶元行業。中國晶元產業在他的帶領下,已經完成了從低端到高端的跨越。這次,他轉移了目光,將個人精力投向中國晶元的另一個弱項——「硅」元素。
當產能達到12萬片每月後,張汝京將公司交給了國資的上海硅產業,繼續奔赴另一個賽道——IDM。
2017年,倪光南院士代表國家,為張汝京頒發了中國半導體產業終身貢獻獎。
二、晶元屆的「堂吉訶德」——倪光南
倪光南,1939年出生。大學畢業時,以脈沖編碼通訊為題,寫出極其創新的觀點,震驚導師。1981年,加拿大國家研究院寄來邀請,倪光南待了兩年就回國了,拎著他自掏腰包購買的核心機器和電路晶元。要知道,彼時他在加拿大的年薪是4.3萬加元,比國內工資高出整整70倍。
面對家人朋友的不理解,倪光南說:「如果我不回來,此後我所做的一切,不會對中國製造有所幫助」
1984年,一個商人敲響了倪光南的門,這個人就是柳傳志。科學家和商人最大的區別是,一個終身立志振興中國 科技 ,一個只想賺錢。
1985年,第一期聯想式漢卡成功研發並投入市場,倪光南先後更新了8個型號,成為公司的核心技術。直到1994年,聯想從一個初始資金只有20萬的小公司,變成銷售額高達47.3億元的龍頭企業。
極具前瞻性的倪光南主張由聯想公司牽頭,成立國家投資計劃,研究中國自主製造晶元技術,但身為商人的柳傳志不願冒這個險,兩人之間的矛盾不斷升級。
1995年6月,柳傳志決定放棄這顆「 科技 棋子」,著手市場貿易。董事會當場宣布解除倪光南的一切職務,柳傳志說得聲淚俱下,感謝倪光南的付出,卻絕口不提讓倪光南留下。倪光南被迫離開後,他主持的一系列中國自主研發晶元計劃也被迫叫停。
時至今日,全球晶元市場風雲變幻,我們也看懂了倪光南的目光深遠。如果當時走倪光南的技術路線,今天的聯想和中國半導體產業,又會如何?
為了中國晶元,倪光南沒日沒夜奔走,82歲高齡的他,租住在北京的房子里,身邊沒有人照顧,只有他摯愛的科研相伴。一年超過300天沉浸在科研中,節假日都捨不得休息。
當被問到什麼時候停下來,倪光南答到:「發現自己幫不上別人忙的時候」
三、晶元奇才——梁孟松
玩技術的人都有癮。梁孟松就是一個典型的技術大佬,深耕半導體行業35年,取得四百多項發明專利。有人說他是半導體領域的科研狂人,而老東家卻視他為「投奔敵營的叛將」。
從台積電到三星,再到中芯國際,每一次跳槽都引起業界震動;不僅改變了入職企業的發展軌跡,更是憑一己之力牽動著整個半導體行業的競爭格局。
梁孟松在中芯國際上任後,開啟了一系列猛虎操作。不到一年時間,將28nm製程的良品率從60%提升至85%以上;2019年,將14nm製程正式量產,良品率從3%飆升到95%以上;一年後,28nm、14nm、12nm,以及N+1技術均已進入規模量產;7nm技術的開發已經完成,5nm和3nm技術也在有序展開。
在梁孟松的帶領下,中芯國際用3年時間走完台積電10年的路。
美團王興CEO曾對梁孟松表達過敬意:「梁孟松先生將中芯國際的全部收入,分文未取,全部捐給了中國的教育基金會,不為掙錢,就是要爭一口氣,牛!」
我們將梁孟松的職業生涯攤開了看,會發現他的目標非常清晰,無關金錢無關職位,從始至終他想要的東西就只有一個——高端晶元開發項目的主導權。
四、中國 科技 界、政治界的雙重戰士——江上舟
江上舟的履歷跟前幾位不太一樣,他四十歲完成博士學位,回國進入仕途,執政期間成績斐然,一直身兼數職超負荷工作,朱鎔基同志曾對他說:「將3萬多搬遷農民安置好,你要白一半頭發」。曾任三亞市副市長,上海市經濟委員會副主任,上海市副秘書長等,是當時執政官員中少有的懂半導體的。
作為一名戰略型科學家,他想的從來不是走哪一步,他下的是一整盤棋。
說到江上舟,還有一個不得不提到的人——張汝京。當年邀請張汝京到上海來建廠的人就是江上舟。2000年,張汝京帶領300名半導體工程師來到上海,中芯國際就此成立。後來,台積電開始起訴中芯國際,糾纏不清的官司讓中芯國際長期處於虧損狀態,瀕臨破產。
2009年,張汝京被迫出局,江上舟放棄政府身份,臨危受命,成為中芯國際董事長。此時的江上舟已經患癌7年,他的身體早已不允許他承擔如此繁重高壓的工作,但江上舟還是義無反顧挑起了這個擔子。很快,中芯國際由虧損轉到盈利,甚至還有能力收購武漢新芯。
出師未捷身先死,長使英雄淚滿襟。
2011年6月27日,江上舟因肺癌去世,生命永遠停在64歲。去世前一周,他還在用手機主持董事會。
五、中國晶元 歷史 上「最強獵頭」——俞忠鈺
俞忠鈺,1958年畢業於北京大學物理系,是新中國培養的第一代半導體專家。沒有人比他更了解中國半導體產業的問題所在。當年他帶隊去國外頂尖的晶元製造公司——德州儀器考察,在接待團隊清一色的外國人當中,欣喜地發現了一張中國面孔,這個中國小伙就是張汝京。
當時的中國半導體行業百廢待興,臨走時俞忠鈺專門拉著張汝京的手,給了他一封口頭offer,「我們在北京等你!」
這一句話,改寫了一個人的命運,也改寫了整個中國晶元史的命運。
六、「芯」時代的掃地僧——邱慈雲
從1984年到1996年,邱慈雲在貝爾實驗室工作了整整12年。貝爾實驗室是這個世界上培育諾貝爾獎獲得者最多的研究機構,邱慈雲的離開讓很多人大跌眼鏡。
2001年在張汝京的邀請下,他加入中芯國際,開始了半導體事業。相比於CEO身份,邱慈雲更像一位研究員。他說話謙遜,語氣平和,但這些都難以掩蓋他在半導體產業取得的突出成績。
作為一名職業經理人,邱慈雲曾經帶領華虹NEC、馬來西亞Silterra、中芯國際三家公司扭虧為盈,2019年,他出任上海新升CEO,帶領其走向新征途。
邱慈雲為人低調,網上關於他的個人報道幾乎為零。
74歲的張汝京、82歲的倪光南、70歲的梁孟松、64歲的俞忠鈺、66歲的邱慈雲,還有生命永遠定格在64歲的江上舟,他們都是「中國芯」振興之路上的播種者。他們是燈塔,是火炬。
這群民族戰士,生在中國最窮困的時代,卻放棄優渥生活,毅然決然報效祖國。就算傷痕累累,頭發花白,也要為「中國芯」戰斗到底。我們正在穿越一條隧道,走下去,曙光就在前方。
數以萬計的中國晶元人接過這簇火苗,立志讓中國芯的光輝照亮華夏每一寸山河!
謹以此文致敬為復興中華做出努力的每一位中國晶元人。
這里是,關注我,一起做快樂且自信的中國人~
G. 美日韓在晶元領域的霸權是如何一步步確立的
2020年8月7日,華為余承東公開表示海思麒麟高端晶元已經「絕版」,中國最強的晶元設計公司,就在我們眼皮子底下被鎖死了未來。
華為海思推出第一款麒麟(Kirin)晶元是在2009年,雖然當時反響一般,但奏響了麒麟騰飛的樂章,隨後每一年都有不小的進步:麒麟925帶領Mate7打入高端陣營;麒麟955助力華為P9銷量過千萬……自己研發的晶元,成為華為手機甩開國內友商的最大武器。
然而到了2020年8月7日,麒麟系列的高端晶元卻被迫提前退休,余承東表示麒麟系列中最先進的Kirin 990和Kirin 1000系列,在9月15日之後將無法生產,華為Mate40將成為麒麟高端晶元的絕唱。絕版的原因很簡單:受到美國禁令影響,台積電將不再為華為代工。
台積電並非沒有抗爭。全球高製程工藝一線難求,台積電話語權其實很強,而且幾周前剛剛超過英特爾成為世界第一大半導體公司。所以面對美國禁令,台積電也曾斡旋過,但只要美國提起一個公司的名字,就能讓台積電高管們嚇出冷汗。這個公司就是: 福建晉華。
福建晉華成立於2016年,目標是在存儲晶元領域實現突破。福建晉華是IDM一體化工藝,即設計、製造、封裝都要做,一旦產品落地,對大陸整個半導體工藝的都會有所帶動和提升。晉華一期投資款高達370億元,還和台灣第二大代工廠台聯電進行了技術合作。
研發人員日夜奮戰,成立一年多後,晉華就打造出了一座12寸的生產線,並准備投產,不料卻迎來了 資本主義的鐵拳。
2017年12月,美國鎂光 科技 即刻以竊取知識產權為由開始狙擊晉華,晉華也不甘示弱,雙方在中國福州和美國加州互相起訴。就當局勢焦灼之時,早就虎視眈眈的特朗普政府在2018年10月29日發起了閃電戰: 將福建晉華列入實體名單,嚴禁美國企業進行合作。
禁令發出後,和晉華合作的美國應用材料公司(Applied Materials)的研發支持人員當天就打包撤離,另外兩家美商科磊和泛林也迅速召回了前來合作的工程師。更嚴重的是,由於設備中含有美國原件,歐洲的阿斯麥、日本東京電子也暫停了對晉華的設備供應。
晉華員工回憶外資撤退場景時,總結說:「這些人根本給我們時間道別。」
福建晉華官網上的生產進度,停留在了2018年試投片日,遲遲沒有更新,而產品頁則直接顯示「頁面在建設」中。去年5月10日,英國《金融時報》稱,晉華已經開始尋求出租或者出售自己的工廠。僅僅一個回合,擔當中國存儲突破的種子選手,就被打倒在了起跑線上。
「實體名單」就像是一份死刑通知書,可以瞬間讓企業墜入地獄。美國制裁的決心、打擊的力度,令同樣採用美國核心零部件和核心技術支撐的台積電不寒而慄。同樣,本來興致勃勃要來搶台積電蛋糕的三星沒了下文;中芯也含蓄地表示,可能不能為「某些客戶」代工。
為什麼這些公司不願意去觸碰美國「逆鱗」?半導體領域,美國真的就獨霸天下嗎?其實並不然。
雖然美國半導體行業產值大約佔全世界的47%,體量上處於絕對優勢;但韓國、歐洲、日本、中國台灣、中國大陸等其他「豪強」也各有擅長,與美國的差距並不是無法越過的鴻溝。
比如, 韓國 在產值1500億美金的存儲晶元領域,占據壓倒性優勢,雙強(三星、海力士)占據65%市場;
歐洲 在模擬晶元領域有三駕馬車(英飛凌、意法半導體、恩智浦),從80年代起就從未跌出全球二十強。
日本 不但有獨步天下的圖像識別晶元,以信越日立為首的幾家公司,更是牢牢扼住了全世界半導體的上游材料。
中國台灣在千億美元級別的晶元代工領域,更勝美國一籌,台積電和聯電占據60%的規模,以日月光為首的封測代工也能搶下50%的市場;
中國大陸依託龐大的下游市場,近年晶元設計領域發展迅速,不但誕生了世界前十的晶元設計巨頭華為海思,整體晶元設計規模也位居世界第二。
這些企業從賬面實力來看,甚至可以讓晶元行業「去美國化」,合力搞出一部沒有美國晶元的手機。 但美國515禁令一下,各路豪強卻莫敢不從。
一超多強的局面似乎就像「紙老虎」,在美國霸權之下,眾半導體商分封而治可能才是目前的「真相」。大家忌憚的,其實是美國手握的兩把利劍:晶元設備和設計工具 。 這兩把劍又和日本的材料一起,組成了威力極強的美日半導體霸權三張牌: 設備、工具和材料。
那麼,美日手中握的這三把劍究竟可怕在何處?是如何能挾制各路 科技 巨頭豪強?了解這些答案,才能了解華為們的突圍之路。
一、設備:晶元製造的外置大腦
設備商對於一般行業而言,就是個賣鏟子的,交錢拿貨基本就完事兒了;但 半導體設備商卻不同,不僅提供設備賣鏟子,還要全程服務賣腦子,可謂是晶元製造商的外置大腦 。
晶元製造成本高昂,只有將良品率控制在90%上下,才不會虧本。但要知道,晶元製造,工序一千起步,這就導致,哪怕每一步合格率都有99%,最終良率都會在0.9*0.9的多次累積下,趨近於0。因此,要想不虧本, 每個步驟的合格率就得控制在99.99%乃至99.999%以上。
要達到這個狀況,就對設備的復雜度提出了超高要求。 就目前最先進的EUV光刻機來說,單台設備里超過十萬個零件、4萬個螺栓,以及3000多條線路。僅僅軟管加起來,就有兩公里長。這么一台龐大的設備,重量足足有180噸,單次發貨需要動用40個貨櫃、20輛卡車以及3架貨機才能運完。
而更為重要的是,即使設備買回來,也遠不是像電視冰箱一樣,放好、插電就能開動這么簡單。一般來說,一台高精度光刻機的調試組裝,需要一年時間。而零件的組裝、參數的設置、模塊的調試,甚至螺絲的松緊、外部氣溫都會影響生產效果。哪怕一里外的一輛地鐵經過,都能導致多數設備集體失靈。
這也是所有精密儀器的「通病」。比如,十年前,北京大學12個高精度實驗室里價值4億元的儀器突然失靈,而原因居然是位於地下13.5米深的北京4號線經過了北大東門產生了1Hz~10Hz的震動,為此北大高精度實驗室不得不集體搬家。
因此, 半導體製造設備每開動一段時間,就必須聯系專門原廠服務人員上門調校。 荷蘭光刻機巨頭ASML阿斯麥曾有一個客戶,要更換光器件;由於當時阿斯麥的工程師無法出國,便邀請客戶優秀員工到公司學習,用了近2個月,才僅僅掌握了單個零部件更換的技能。
因此,阿斯麥、應用材料等半導體巨頭,不只是把設備賣掉就結束了,更是在中國建立了2000人左右的龐大支持團隊。其中應用材料的第二大收入就是服務,營收佔比超過25%,而且穩定增長,旱澇保收。
而設備廠的可怕之處正在於, 不但通過「一代設備,一代工藝,一代產品」決定了製造廠的工藝製程,更是通過售後服務將製造廠牢牢的拿捏在手中 。 隨著工藝越來越越高精尖,設備商的話語權也正在進一步提升。
設備商的強勢,可以從利潤上明確的反映出來。過去5年,晶元製造廠的頭部效應越來越明顯,但上游設備商的凈利潤率反而大幅提升:泛林利潤率從12%提升到22%,應用材料從14%上升到18%。代工廠想要客大欺店,那是根本不存在。
也正因如此,在長達六十年的時間里,美國一直都在以各種手段,來保證自己在設備領域的絕對主導地位。
根據2019年全球頂級半導體設備廠商排名,全球前五大半導體設備商占據了全球58%行業營收。 其中,美國獨佔三席;其餘兩席,一席是日本的東京電子,另一席荷蘭的阿斯麥,恰巧,這兩家又都是美國一手扶持起來的。
具體來說,應用材料(AMAT)和泛林(LAM)、科磊(KLA),是根正苗紅的美國企業。
其中,泛林在刻蝕機的市場佔有率高達50%以上。應用材料則不僅在刻蝕機領域與泛林平分秋色,在離子注入、化學拋光等等細分設備環節也都占據半壁江山,甚至高達70%。科磊則在半導體前道檢測設備領域占據了50%以上的市場,並在鍍膜測量設備的市佔率達到了98%。
而光刻機巨頭阿斯麥,看似是一家荷蘭企業,其實有一顆美國心。 早在2000年前後,光刻機市場還停留在DUV(深紫外)光刻階段,日本尼康才是真正的霸主,但到了EUV(極紫外)階段,尼康卻在美國的一手主導下被淘汰出局。
原因很簡單,EUV技術難度登峰造極: 從傳統DUV跨越到EUV,意味著光源從193nm劇烈縮短到13.5nm。這需要將20KW的激光,以每秒5萬次的頻率來轟擊20微米的錫滴,將液態錫汽化成為等離子體。這相當於在颶風里以每秒五萬次的頻率,讓乒乓球打中一隻蒼蠅兩次。
當年,全球最先進的EUV研發機構是英特爾與美國能源部帶頭組建的EUV LLC聯盟, 這里有摩托羅拉、AMD、IBM,以及能源部下屬三大國家實驗室,可謂是集美國科研精華於一身。 可以說,只有進入EUVLLC聯盟,才能獲得一張EUV的門票。
美國彼時正將日本半導體視為大敵,自然拒絕了日本尼康的入會請求,而阿斯麥則保證55%零部件會從美國供應商處采購,並接受定期審查。這才入了美國的局,從後起之秀變成了「帝花之秀」。
美國不僅對阿斯麥開了門,還送了禮:允許阿斯麥先後收購了美國掩罩技術龍頭Silicon Valley Group、美國光刻檢測與解決方案玩家Brion、美國紫外光源龍頭Cymer等公司。 阿斯麥技術心、研發身,都打上了星條旗烙印。那還不是任憑美國使喚。
而早年的東京電子,只是美國半導體始祖仙童半導體(Fairchild)的設備代理商,後來又與美國Thermco公司合資生產半導體設備,直到1988年才變成日本獨資,但東京電子身上也已經流著美國公司的血。
因此,在2019年六月,面對第一輪美國禁令,東京電子就表示:「那些被禁止與應用材料和泛林做生意的中國客戶,我們也不會跟他們有業務往來」,義正詞嚴表明了和美系設備商共進退。
至此,美國靠著多年的「時間積累」和超高精密度「工藝技術」,在設備領域形成了牢牢的主動權。而時間和技術,都不是後進者可以一蹴而就的。
二、EDA(設計軟體):生態網路效應下的「幌金繩」
如果說設備是針對晶元生產的一把封喉劍,那麼 EDA無疑是晶元設計環節的「幌金繩」,雖不致命但可以令「孫悟空」束手束腳、無處施展。
EDA這根「幌金繩」分三段: 首先,它是晶元設計師的「PS軟體+素材庫」, 可以讓晶元設計從幾十年前圖紙上畫線的體力活,變成了軟體里「素材排列組合+敲敲代碼」的腦力活。而且,現在僅指甲蓋大小晶元,也有幾十億個晶體管,這種工程量,離開了EDA簡直是天方夜譚。
20年前的英特爾奔騰處理器的線路圖一角,目前晶體管密度已經上升超過1000倍
其次,EDA的奧秘,在於其豐富的IP庫。 即將經常使用的功能,標准化為可以直接調用的模塊,而無需設計公司再重新設計。如果說晶元設計是廚師做菜的話,軟體就是廚具,IP就是料包。
而事實上,EDA巨頭公司,往往是得益於其IP的獨占。比如Cadence(楷登電子)擁有大量模擬電路IP,而其也是模擬及混合信號電路設計的王者;而Synopsys(新思 科技 )的IP庫更偏向DC綜合、PT時序分析,因而新思在數字晶元領域獨占鰲頭。
而在全球前三的IP企業中,EDA公司就佔了兩個,合計市場份額高達24.1%。在Synopsys的歷年營收中,IP授權是僅次於EDA授權的第二業務。
EDA還有一項重要的功能是模擬 ,即幫設計好的晶元查漏補缺。畢竟一次流片(試產)的成本就高達數百萬美金,頂得上一個小設計公司大半年的利潤。業內廣為流傳一句話: 設計不模擬,流片兩行淚。
加州大學教授有一個統計測算,2011年一片SoC的設計費用大概為4000萬美元,而 如果沒有EDA,設計費用則會飆升至77億美元,增加了近200倍。
因此,EDA被譽為半導體里的最高杠桿,雖然全球產值不過一百多億美元,但卻可以影響全球五千多億集成電路市場、幾萬億電子產業的發展。
EDA如此高效好用,那我國自主化狀況如何呢?很可惜,比操作系統還尷尬 。
我國最大的EDA廠商華大九天在全球的份額差不多是1%,而美國三大廠商Synopsys(新思 科技 )、Cadence(楷登電子)以及Mentor Graphics(明導 科技 ,2016年被西門子收購)則占據了80%以上的市場。
這也就導致了雖然我國晶元設計位居世界第二,但美國一聲令下,晶元設計就會面臨「工具危機」,巧婦難為無米之炊。不過,既然軟體已經交過錢了, 用舊版本難道不行嗎?
很可惜,並不能。
因為這背後有一張EDA商、IP商、代工廠們互相嵌合的生態網。EDA是不斷更新的。新的版本對應更新的IP庫和PDK文件。而PDK即工藝設計包,則又包含了晶元工藝中的電流、電壓、材料、流程等參數,是代工廠生產時的必備數據。 新EDA、新IP、新工藝,互相促進、互為一體。
因此,用舊版的軟體就會處處「脫節」:做設計時無法獲得最新的設計IP庫,找代工廠時又無法和工藝需要最新的EDA、PDK進行匹配。長此以往,技術越來越落後,合作夥伴也越來越少。不過既然EDA不過是0101的代碼,從破解小組里找幾個高手不就好了嗎?
很遺憾,也幾乎不可能。
每個EDA軟體出廠時都會內嵌一個Flexlm加密軟體, 把EDA和安裝的設備進行一一鎖定 ,包括主機號、設備硬碟、網卡、使用日期等信息。而Flexlm的密鑰長度達239位,暴力破解的難度非常大。如果用英特爾高性能的CPU來破解的話,需要4000左右的核年(core-year),也就是說 用40核的CPU,需要100年 。
當然,也可以採用分布式的方式,繼續增加CPU數量減少時間。然而,即使破解成功了,來到了全新的IP庫門前時,也會被EDA廠商通過「修改時間、文件大小、確認IP來源」等方式,再次進行驗證,然後被拒絕。油然而生一股挖了百年地下隧道、卻撞到石頭上的酸爽。
破解並不有效,也不敞亮,還和我國知識產權保護的態度相違背。因此,依然還是要靠華大九天等公司自研崛起。那麼, 這條出路有多寬呢? 其實單純寫出一套軟體,難度並不大。關鍵還是要有海量豐富的IP、PDK,以及產業上下游的支持配合。單點突破未必有效,需要軍團全面突圍,而這並非一朝一夕之功。
三、材料:工匠精神最後的堡壘
2019年,日韓鬧了矛盾,雙方都很剛,但日本斷供了韓國幾款半導體材料後,沒多久韓國三星掌門人李在鎔就飛往日本懇請鬆口了,後來他更是跑到比利時、中國台灣,試圖繞道購買或者收點存貨過日。
按理說,韓國也是半導體強國,三星在設計、製造領域更是主要玩家,但面對區區幾億美金的材料,卻被鬧得狼狽不堪。
材料真的有這么難嗎?講真,半導體原始材料是非常豐富的,比如矽片用的就是滿地球的沙子。但要實現半導體的「材料自由」,卻並不容易,必須打通任督二脈: 「純度」、「配方」 。
純度是一個無止境之路。我國已經實現自產的光伏矽片,一般純度是6-8個9,即99.999999%,但半導體的矽片純度卻是11個9,而且還在不斷提高。小數點後多3到5位,就意味著雜質含量相差了1000到10萬倍。
這個差距有多大呢? 假設,光伏矽片里包含的雜質,相當於一桶沙子灑在了操場上;那麼半導體矽片的要求則是在兩個足球場大的面積里,只能容下一粒沙子。
那麼, 為什麼必須將雜質含量降到這么低呢? 因為原子的大小隻有1/10納米,哪怕僅有幾個原子大小的雜質出現在矽片上,也會徹底堵塞一條電路通道,導致晶元局部失靈。如果雜質含量更高的話,甚至會和硅原子混在一起,直接改變矽片的原子排列結構,讓矽片的導電效率完全改變。
經過刻蝕後的硅表面和錫顆粒,如同明月在金字塔後升起
要達到如此純度,需要科學和工藝的完美結合。
一方面,需要大量基礎科學儀器來輔助。比如在材料生產過程中,設備自身就會有金屬原子滲透影響純度,因此需要不斷改良。而要確認純度,也是高難度。就像特種氣體,就需要專門的儀器來檢測10億分之一(PPB級)的雜質含量水平。實現這個難度,就不僅需要半導體企業,還需要奧林巴斯等光學企業出馬助力。
另一方面,從實驗室到工廠車間也需要工藝積累。材料製造,不僅對生產設備要求高,就連工廠里的地墊、拖把,也都是高級別特供。而且,生產車間溫度、濕度的不同,也會影響材料純度,就不得不反復嘗試後得出標准。
而高純度只是第一步,復合材料(比如光刻膠)的配置更是難以跨越的鴻溝。如果說 「純度」是個藝術科學的話,那麼「配方」就是玄學科學 。
其實,無論提純、還是配置,基本的理論原理、工藝技術都不是難事兒。但如何選材、配比,從而實現極致的效果,卻需要高度依賴經驗法則,即業內常說的 「know-how」 。
同樣的材料,不同的配比就會有不同的效果;就像我們用紅黃藍三色去搭配,不同的配比就能得到不同的顏色。而即使用同樣的配方、採用同樣的工藝, 在不同的濕度、溫度甚至光照下,也會有不同,甚至相差很遠的效果。
這些影響材料效果的參數,無法通過精密計算獲得,只能是實驗室、車間里一次次調配、實驗、觀察、記錄、改良。有時候,為了得到10%的效果改良,可能需要花費幾年。然而,這提升的10%,雖然搶占的只是幾百億規模的市場,但卻影響著萬億半導體行業。
因此, 無論是提純,還是配方,其實需要的都是超長的耐心待機、極致專注。 這不禁令人會想到日本的壽司之神,一輩子只做壽司,而一個學徒僅擰毛巾就要練五年。雖然在生活中,這種執著看起來有些迂腐可笑,但事實上,材料領域做得最好的,正是日本企業。
據SEMI推測,2019年日本企業在全球半導體材料市場,所佔份額達到66%。19種主要材料中,日本有14種市佔率超過50%。而在占據產值2/3的四大最核心的材料:矽片、光刻膠、電子特氣和掩膜膠等領域,日本有三項都占據了70%的份額。最新一代EUV光刻膠領域,日本的3家企業申請了行業80%以上的專利。
日本在材料產能上占據優勢後,又用服務將客戶捆綁得死死的 。
許多半導體材料都有極強的腐蝕性和毒性,曾有一位特種氣體的供應商描述,一旦氣體泄漏,只需一瓶,就可以把整個廈門市人口消滅。因此,晶元製造商只能把材料的運輸、保存、檢測等環節,都交給材料的「娘家」材料商。
而另一方面,材料雖小、威力卻大。半導體製造中幾萬美金的材料不達標,就能讓耗資數十億美金生產線的產品大半報廢,因此製造商們只會選擇經過認證的、長期合作的供應商。新進玩家,幾乎沒有上桌的機會。
而對於材料公司而言,下游用得越多,得到的反饋就越多,就有更多的案例支持、更多的驗證機會來提升工藝、改善配比,從而進一步拉大和追趕者的差距。對於後進者而言,商業處境用一句話來形容就是:一步趕不上、步步都白忙。
日本能取得這個成就,其實離不開日本「經營之聖」稻盛和夫在上世紀80年代給日本規劃的方向:歐美先進國家不願再轉讓技術的條件下,日本人除了將自己固有的「改良改善特質」發揚光大之外,別無出路;各類企業都要在各自的專業領域內做徹底,把技術做到極致,在本專業內不亞於世界上任何國家的任何企業。
這種匠人精神,令日本在規模不大的材料領域,頂住美國、成為領主。
四、何處突圍
我們在做產業研究的時候,有個強烈的感受, 中國似乎在美國的打壓中,陷入一個被無限向上追溯的絕境:
發現晶元被卡脖子後,我們在晶元設計領域有了崛起的華為海思,但隨後就發現:還需要代工領域突破;當中芯國際攻堅晶元代工製造時,卻又發現:需要設備環節突破;當中微公司、北方華創在逆襲設備、有所收獲時,卻又發現:設備核心零部件又仰人鼻息;當零部件也有所進展時,又發現:晶元材料還是被卡脖子。
而當我們繼續一步步向前溯源、「圖窮匕見」時,才發現一切都回到了任正非此前無數次強調的 基礎科學 。
回顧來看,如果沒有1703年建立的現代二進制,那麼兩百年後的機器語言就無從談起;如果沒有1874年布勞恩發現物理上的整流效應,那麼就沒有大半個世紀後晶體管的發明和應用;而等離子物理、氣體化學,更是刻蝕機等關鍵設備的必備基礎。
而在美國大學中,有7所位列全球物理學科排名前十,有6所位列全球數學學科排名前十,有5所位列全球材料學科排名前十。 基礎科學強大的統治力,成為美國半導體公司汲取力量的源泉。
在強勢的基礎學科背後,卻又是1957年就已經埋下伏筆的美國基礎學科支持體系—— 對大學基礎學科進行財政支持;通過超級 科技 項目帶領應用落地。
當年美蘇爭霸,蘇聯的全球第一顆人造衛星升空刺激了美國執政者,這也成為美國 科技 發展的重要轉折點:
一方面,為了保持「美國領先」,政府開始直接對研究機構發錢。美國國家科學基金會(NSF)給大學的基礎研究經費從1955年的700萬美金,飆升到1968年的2億美金。在2018年,NSF用於基礎研究的經費,更是高達42億美金。這長達50年的基礎研究經費里, 美國聯邦政府出了一半 。
尤其值得一提的是,NSF每年為數以千計的基礎學科研究生提供獎學金,這其中誕生了 42位 諾貝爾獎得主。
另一方面, 美國啟動了超級工程來落地研發成果。 1958年,NASA成立,挑戰人類 科技 極限的阿波羅登月和太空梭工程也就此啟動。
在研究需要250萬個零件的太空梭過程中(作為對比,光刻機零件大約是10萬個,一輛 汽車 只有1萬多個零件),大量尖端技術找到用武之地;而這些當時「冷門」的尖端技術,又在條件成熟時,相繼轉化為殺手級民用品(比如從太空梭零件中誕生的人造心臟、紅外照相機)。
太空梭的技術外溢,並不是孤例。 醫院核磁共振設備中採用的超導磁鐵,也正是在美國粒子加速器「Tevatron」的研發中應用誕生。美國的超級 科技 工程,成為基礎學科成果的試驗田、練兵場和民用轉化泉。
事實上,通過基礎研究掌握源頭 科技 ,隨後一步步外溢建立產業霸權,這條路徑並不只是美國的專利,也應該是各個產業強國的選擇,更是面對美國打壓時一條真正可行的道路。王侯將相,寧有種乎。 避免無窮盡的「國產替代向上突破」的陷阱,實現和「基礎研究向下溢出」的大會師。
事實上,我們面臨的困難、打壓,日本也經歷過。
上世紀八十年代後期,美國對日本半導體產業發起突襲:政治封殺、商業打壓、關稅壓迫無所不用其極,尤其是培養了「新小弟」韓國來擠壓日本半導體產業。沒幾年,日本就從全球第一半導體強國寶座上跌落了。日本半導體引以為傲的三大楷模,松下、東芝、富士通的半導體部門先後被出售。
面對美國的壓制,日本選擇 進軍高精尖材料,用時間換空間、用匠心換信心。
1989年,韓國發力補貼存儲晶元,而日本通產省制定了投資160億日元的「硅類高分子材料研究開發基本計劃」,重點補貼信越化學為首的有機硅企業。
1995年,韓國發動第二輪存儲價格戰前夕,而日本東京應化(TOK)則實現了 KrF光刻膠商業化,打破了美國IBM長達10餘年的壟斷,並在隨後第五年,其產品工藝成為行業標准,全球領先。
2005年,三星坐上存儲晶元老大的位置,而日本凸版印刷株式會社以710億日元收購了美國杜邦公司的光掩膜業務,成為光罩龍頭。
在韓國全力擴張產能,和其他半導體下游廠搏殺的日子裡,日本一步步走到了材料霸主的寶座前。從看似掌握著無解優勢的美國人手裡,硬生生搶下了一把霸權劍。
但日本的成功僅僅是因為換了一個上游戰場嗎?顯然不是。在過去30年,三大自然科學領域, 日本共計收獲了16個諾貝爾獎,其中有6個都屬於是化學領域 ,而這些才是日本崛起的堅實地基。
我國的基礎研究怎麼樣呢?2018年,我國基礎研究費用,在全年總研發支出中僅佔5%,而這還是10年來佔比最高的一年。而同期美國基礎研究佔比則是17%,日本是12%。 在國內各個學校論壇上,勸師弟師妹們從基礎學科轉向金融計算機等應用學科的帖子,層出不窮。
所以有人笑稱,陸家嘴學集成電路的,比張江還多。
今年7月份,更是爆出了中科院某所90多人集體離職的迷思。誠然,每個人都有擇業的自由,但需要警示的,是大家做出選擇的理由。基礎學科研究的長周期、弱轉化、低收入,令研究員們在日益上漲的房價、動則數百億利潤造假套現面前,相形見絀。
任正非曾經感嘆道:國家發展工業,過去的方針是砸錢,但錢砸下去不起作用。我們國家修橋、修路、修房子……已經習慣了只要砸錢就行。但是晶元砸錢不行,得砸數學家、物理學家、化學家……
64年前,蘇聯率先發射的一顆衛星讓美國驚醒。美國人一邊加碼「短期對抗」,一邊醞釀「長期創新」,從而開啟了多個領域的突破、領先;而今,一張張禁令也讓我們驚醒,我國不少產業只是表面上的大,急需要的是骨子裡的強。
這些危機之痛,總是令人後悔不已。過去幾十年,落後就要挨打的現實一次次提醒著我們, 要實現基礎技術能力的創新和突破,才能贏取下一個時代。