国运之战：回顾半导体发达地区的兴衰成败（上篇）

本文作者郑震湘

三次DRAM世界大战结束了，大争之世也结束了。全球半导体工业大国的巨头们，有的崛起、有的灭亡、有的获得新生。在全球半导体工业发展的历史长河中，任何人，任何公司，如果不能挺立潮头，最终都将是一朵浪花。

大争之世，三次DRAM世界大战，全球半导体巨头之间的相爱相杀，进而决定全球半导体工业大国之间竞争实力的此消彼长。我们从更长远的半导体历史长河-全球半导体硅含量的角度，去回顾和总结人类社会进入硅文明后，美日韩台欧，大国半导体之兴衰成败。

在半导体工业的历史长河中，三次全球半导体硅含量提升周期中，回首检视美国、日本、韩国、欧洲、中国台湾省等全球半导体大国/地区兴衰成败。夫以铜为镜，可以正衣冠；以古为镜，可以知兴替；以人为镜，可以明得失。

全球半导体硅含量提升周期，就是全球半导体工业的历史长河。上世纪70年代开始，全球半导体经历三次完整的半导体硅含量提升周期，我们正处于第四次半导体硅含量提升周期之中。

图：半导体工业的历史长河-全球半导体硅含量周期

大国启示录-美国，DRAM和半导体工业产值在全球市场占有率中的发展趋势：独立自主的、完整的半导体工业体系，完善的人才培养体系。

美国人在1975年之前，通过军工国防的投入领先全球建立了独立自主的、完整的半导体工业体系。同时美国人创造硅晶体管、集成电路、MOS、CMOS和DRAM等一系列半导体科技的基础。

图：大国启示录：美国-DRAM和半导体工业

英特尔凭借着在MOS、晶体管等技术的领先优势，通过1K DRAM，硅片直径为50mm，芯片面积为8.5mm2，集成度为5000，占据了全球半导体DRAM内存市场的82.9%的市场份额。随后莫斯泰克在4K DRAM，硅片直径为75mm，芯片面积为15.9mm2，集成度为11000。通过单晶体管单元，差分读出技术和地址复用技术等科技红利的技术创新取代了英特尔，就集成度而言，全球半导体最先进的DRAM集成度从5000提升到11000，增长了120%。

这一时期，美国人是全球半导体产业绝对的领导者。这一时期全球半导体硅含量从0到5%的提升过程中，大型机和小型机从发明到普及，美国人抓住了历史的机遇。

1975-1985年的第一次DRAM世界大战-美日半导体战争中，美国人在DRAM的竞争中开始全面被日本人赶超，DRAM的全球市场份额从峰值的90%左右，大幅度下滑到20%，这使得美国半导体在全球半导体产业中的占比从峰值的90%滑落到40%左右。

美国人在DRAM的失败，最主要在于16K、64K、256K DRAM的研制上，全面落后于日本人。以16K DRAM为例，日本人通过二层多晶硅技术使得DRAM芯片的集成度达到37000，这比起当时莫斯泰克、英特尔主流产品的集成度11000整整提升了236%。而日本人通过循环位线、折叠数据线等新技术的应用，率先推出64K DRAM，集成度再次提升到155000，这比起16k的11000集成度，又提高13倍，这时候美国人已经基本没有能力追赶了。

这一时期美国人在科技红利投入上，特别是有效研发投入上是低于日本人的，双方之间的DRAM军备竞争已经不在一个层面上进行的，日本人通过64K DRAM，宣告全球半导体工业进入了新的时期-大规模集成电路时代。

科技思想上的落后使得美国人几乎错失了一个时代，美国50家半导体公司联合起来，秘密结为同盟，希望能够在256K DRAM反超日本人，但是日本人凭借“官产学”三位一体的国家力量，领先于美国人早早就实现了256K DRAM 的规模量产。日本人的256K DRAM，采用三层多晶硅和冗余技术等新技术，将集成度再次推高到555000，这在当时是无法想象的。

美国人在整个美日半导体战争的失败，可以说，全球半导体工业从MOS晶体管、集成电路时代向超大规模集成电路（VLSI）时代转变过程中的失败。关键原因在于科技红利投入，特别是有效研发投入上的落后。

而这一时期是第一次全球半导体硅含量提升周期，因为大型机、小型机的渗透率快速提升，全球半导体硅含量从5%快速提升到20%，全球半导体工业产值从5亿美金，首次突破1000亿美金。

从1986-2016年，美国人开始捡起了央格鲁-撒克逊人的传统政策-均衡政策，通过1986、1991年两次签署的《美日半导体协议》对日本人进行限制。日本人强大，就扶持韩国人抗衡；韩国人强大，就借助台湾人进行制约，保持着在全球半导体产业竞争中的均衡优势。

2012年7月镁光科技以25亿美元的超低价格收购日本尔必达，随后，镁光市值从60亿美元暴增至360亿美元，成为尔必达破产的最大受益者。这终结了美国人和日本人之间长达50年的恩怨情仇，美日半导体战争画上最终句号。

2015年12月美国镁光科技以32亿美元，并购在韩台半导体战争中的失败者-华亚科技（台湾省南亚科和德国英飞凌合资）。

至此，美国人在全球DRAM内存市场成为仅次于韩国人的存在，全球DRAM市场份额从10%提升到25-30%。

在随后的第二次、第三次全球半导体硅含量提升周期中，美国人开始在微处理器CPU、逻辑、模拟芯片等发力并巩固全球核心竞争力，使得美国人占据了全球半导体工业产值的半壁江山。最典型的就是英特尔，连续长达30年占据全球微处理器CPU芯片的90%以上的市场份额，持续通过科技红利投入，从286到586，从奔腾1到5等，垄断全球PC和笔记本市场。美国人充分分享第二、三次全球半导体硅含量提升周期中PC电脑、笔记本、手机等快速普及的市场红利。

纵观美国半导体工业70年的发展历史，独立自主的完整的半导体工业体系和完善的人才培养体系，才是大国、强国的发展之基础。独立自主的完整的半导体工业体系，就像武侠小说中老师傅的深厚内功，有了深厚内功，学什么都会很快。

美国完善的人才培养体系，特别是硅谷源源不断的半导体人才，直到今天仍是美国半导体集成电路芯片产业最宝贵的资源，科技创新的源泉，科技红利投入的有效保证。就像武侠小说中，再深厚的内功，也需要根骨奇佳的徒弟呀。

大国启示录-日本，DRAM和半导体工业产值在全球市场占有率中的发展趋势：官产学三位一体、举国体制的国家力量、产业链上游延伸。

朝鲜战争的爆发，日本人获得了美国的扶持，从1958年日本北辰电气（Hokushin Electric）为NEC NEAC-2201晶体管计算机，研制64K 容量的MD-2A磁鼓存储器起，到1988年日本登上全球半导体DRAM内存市场霸主，一共经历将近三十年。

图：大国启示录：日本-DRAM和半导体工业

从上世纪60年代到70年，日本人向美国学习，在美国人的扶持下初步建立自己完整的半导体工业体系，并形成了自身国家在科技突破上的研发体系。

1960年起日本形成“官产学”三位一体的体系，即政府、企业和大学联合对集成电路技术进行攻关。1960年日本人成功研制了第一块晶体管集成电路；1963年研制MOS型晶体管。特别是1962年美国人对日本人开放当时全球半导体工业最先进的平面制造工艺技术，使得日本人几乎一夜之间就获得集成电路的生产制造技术。这构成了日本半导体工业体系的雏形，一下子缩短了和中国人的差距。

在第二次DRAM世界大战-美日半导体战争中，日本制定了三步走的战略：确定目标、追赶、超越。直到今天，日本人很多举措为后世许多科技落后国家实现科技突破，提供很好的借鉴意义。

第一，探索和思考DRAM未来的演进方向，并确立目标以及演进路径。早在1972年日本人就对当时IBM“FS计划”中提出的“1M DRAM”进行了探索和思考，而当时市场主流还处于1k DRAM时代，这在当时简直是无法想象的。但是日本就以此为目标，确立了超大规模集成电路（VLSI）的技术演进路径，而当时全球主流仍处于MOS晶体管技术路线中。

1975年日本人以通产省为中心的“下世代电子计算机用VLSI研究开发计划”构想，设立了官民共同参与的“超大规模集成电路（VLSI）研究开发政策委员会”。

第二，官产学三位一体，制定国家项目进行重点攻关。1976年日本启动VLSI研究项目。1976年3月经通产省、大藏省等多次协商，日本政府启动了“DRAM制法革新”国家项目。由日本政府出资320亿日元，日立、NEC、富士通、三菱、东芝五大公司联合筹资400亿日元。总计投入720亿日元（2.36亿美金）为基金，由日本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。

日本人官产学三位一体，协调发展，通力合作，齐心协力，针对高难度、高风险的研究项目，VLSI研究所组织多个实验室以会战的方式，调动各单位的积极性，发挥良性竞争，各企业之间技术共享合作，共同提高DRAM量产成功率。

到1980年日本人宣布完成DRAM制法革新国家项目。期间申请的实用新型专利和商业专利，分别达到1210件和347件。研发的主要成果包括各型号电子束曝光设备，采用紫外线、X射线、电子束的各型制版复印设备、干式蚀刻设备等，取得了一系列引人注目的成果。这为美日半导体战争，打下了坚实的产业和科研基础。

第三，举国体制，突破产业链上下游，特别是半导体关键生产制造设备。70年代日本虽然可以生产DRAM内存芯片，但是最为关键的生产制程设备和原材料主要来自美国，为了补足短板，日本人组织800名技术人员进行重点攻关，共同研制高性能的国产化DRAM生产设备，不仅实现64K DRAM和256K DRAM的商用化，也实现1M DRAM商用化的关键生产制程设备。

在DRAM生产制程设备攻关体系中，日本人团结一致、齐心协力，这种举国体制的国家力量令人震惊。这为后期美日半导体战争中，以集团军作战的方式在256K DRAM的决定性战斗中一举打垮美国50家半导体联盟的战争中立下赫赫战功。

第一研究室，日立公司，负责电子束扫描设备与微缩投影紫外线曝光设备，室长：右高正俊。

第二研究室，富士通公司，负责研制可变尺寸矩形电子束扫描设备，室长：中村正。

第三研究室，东芝公司，负责EB扫描设备与制版复印设备，室长：武石喜幸。

第四研究室，电气综合研究所，对硅晶体材料进行研究，室长：饭塚隆。

第五研究室，三菱电机，开发制程技术与投影曝光设备，室长：奥泰二。

第六研究室，NEC公司，进行产品封装设计、测试和评估研究，室长：川路昭。

直到2010年之前，日本的半导体设备指数和美国费城半导体指数BB值，是评估全球半导体行业景气度的两个关键指标。

1978年日本人发明64k DRAM，其问世标志着超大规模集成电路（VLSI）时代的来临，硅片直径为100-125mm，芯片面积为26.6mm2，集成度为155000。主要技术为循环位线、折叠数据线。

1980年日本人发明256k DRAM，硅片直径为125-150mm，芯片面积为34.8mm2，集成度为555000，主要技术为三层多晶硅和冗余技术。

在推进DRAM产业化方面，日本政府为半导体企业提供高达16亿美金的巨额资金，包括税赋减免、低息贷款等资金扶持政策，帮助日本企业打造DRAM集成电路产业集群，并最终一举赢取第一次DRAM世界大战-美日半导体战争的胜利。在科技红利之有效研发投入上，远远超过美国人，这才是日本人获胜的本质。

1980开始第一次全球半导体硅含量提升周期进入加速期，作为全球最大消费市场的美国，以苹果为代表的一批公司，推进了大型机、小型机向普通家庭的快速普及。在一年时间内，美国家用电脑出货量从4.8万台，暴增到20万台，家庭电脑的高速增长，对存储器芯片产生了大量需求，日本人在DRAM核心技术的科技红利领先，这给日本DRAM厂商带来了抢占美国市场的机会。

1980年，美国惠普公布DRAM内存采购情况，对竞标的3家日本公司和3家美国公司的16K DRAM芯片进行检测，质量检验结果为：美国三家最好DRAM公司的芯片不合格率，比日本三家DRAM公司的芯片不合格率，整整高出6倍。三家美国公司是英特尔、德州仪器和莫斯泰克；三家日本公司是NEC、日立和富士通。

三十年集聚一朝奋起，到1986年日本人占据全球DRAM存储器芯片市场80%份额，成为当时全球半导体产业的新霸主。日本人的大获全胜，为全球半导体发展中国家树立了一个成功逆袭的典范。

1985、1991年两次签署的《美日半导体协议》，虽然给日本人进行极大的制约，虽然美国人全力扶持韩国人，但造成日本人在1986-1997年的第二次DRAM世界大战-日韩半导体战争中失败，十年间断崖式下滑的主要原因还是日本人在科技红利之有效研发投入上的不足，在64M DRAM关键技术有效研发投入上大大落后于韩国人，日本人就此错失了第二次、第三次全球半导体硅含量提升周期，错失PC、笔记本、手机等快速普及的市场红利。

1985年开始日本经济进入泡沫化，房地产就像打了鸡血，全民进入炒房时代。1985年日本人砍掉近40%的设备更新投资和科技红利投入，1986-1987年日本人有效研发投入从4780亿日元下降到只有2650亿日元，下降幅度达到80%，这就给了韩国人反超的机会。

日韩半导体战争后，日本人已无力回天。1999年富士通宣布退出DRAM市场。曾经的三巨头NEC、日立、三菱三家公司的DRAM部门合并，成立尔必达（Elpida）。

在第三次DRAM世界大战-韩台半导体战争中，日本人参与其中，借台抗韩。尔必达与中国台湾省的力晶半导体建立联盟以抗衡韩国人。战争后期，台湾人的“DRAM产业再造方案”破灭，原本希望通过向台湾人提供核心技术，以换取援助资金的尔必达失去翻盘的机会。

2008-2009年，中芯国际面临台积电在美国的337调查和诉讼，尔必达无奈终止和中芯国际的合作，尔必达彻底失去最后的生机。

2010-2011年，尔必达陷入困境，连续5个季度亏损，申请破产保护。

2012年7月，镁光科技以25亿美金收购尔必达。美日两国半导体产业长达50年相爱相杀，恩怨情仇，就此烟消云散。

尔必达的失败，有外因，也有内部因素。尔必达自成立起，有三大内伤，埋下日后覆灭的因子：

第一，管理上官本位，三家合并后，管理岗位的分配并不是按照能力和职能进行分配，而是，任何岗位一定要共同参与，比如某一岗位，一正一副，如果正职来自NEC，那么日立一定是副职。这种管理在现代企业发展史上也是奇葩了。

第二，研发文化的冲突，特别是技术路径的分歧巨大。比如在64M升级到256M DRAM的技术攻关中，NEC强调技术体系的统一性，要求在64M的基础上实现技术升级，而日立强调技术的创新和突破，要求采用新材料、新结构等新技术寻求技术突破。NEC认为统一性能保证较高的成品率，而日立则是优先考虑用新技术带来突破，再去研究统一性问题。NEC强调统一性，而日立提倡突破性，这是两种完全不同的研发文化，带来的思维方式完全不同的，这使得DRAM关键技术研发上，争吵不已、拖沓冗长，完全落后于韩国人的研发进度。

第三，工艺、设备等生产供应链的不兼容。尔必达成立后，没有及时将关键工艺的供应链进行整合，比如清洗液和清洗设备，NEC、日立、三菱居然都是不同的，在关键技术研发上，甚至出现了NEC研发中心开发的新技术，根本无法完全应用于日立的生产体系中，这使得NEC研发中心开发新技术后，需要先经过日立研发中心的调整和验证，才能够应用于原来日立的生产工艺体系中。

2016年5月，日本东芝与美国闪迪（SanDisk），合资建设12英寸晶圆厂，投资超过40亿美金，主要生产48层堆叠的3D NAND闪存芯片，希望能够和韩国人再次较量一场。然并卵，依旧无法抵御于依托中国大陆市场战略纵深的三星，2017年，东芝出售半导体存储器。至此，日韩半导体战争画上最终句号。

一个公司，一个产业，一个国家，如果没有科技红利投入，没有有效研发投入，结果只有等死。