石油危机下的逆袭:日本半导体产业的VLSI计划与东芝的技术创新

2024-10-17 21:00   云南  

在20世纪70年代,日本面临着一系列经济和技术挑战,这些挑战最终促使日本在半导体领域取得了显著的成就。

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第一次石油危机


1972年,IBM公司启动了雄心勃勃的“未来系统计划”,旨在1980年前开发出1M容量的内存。这一计划的曝光,对日本企业造成了巨大的压力。IBM在计算机技术领域的领先地位,以及其在内存开发上的激进目标,迫使日本企业加快了自身的技术发展步伐,以保持在全球市场中的竞争力。

然而,1973年的中东战争爆发,导致了全球石油价格的飙升。美国通胀率达到了15%以上,失业率从4%以下上升到接近9%。美国产业竞争力不断下降,全球出口份额大幅回落。在扩张性财政政策和宽松货币政策的共同刺激下,通胀率在1969年上升至5%,达到1951年以来的最高值。

这场危机对依赖石油进口的国家,尤其是日本,造成了严重的经济打击。石油价格从1973年的每桶不到3美元涨到超过13美元,这一价格的剧烈变动对日本的能源密集型产业产生了巨大影响,增加了生产成本,减缓了经济增长。

尽管面临挑战,但石油危机也带来了机遇,全球经济放缓导致美国半导体公司盈利受损,减缓了技术投资,为日本提供了赶超的机会。

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VLSI计划的启动


1976年,日本政府启动了“次世代电子计算机用超大规模集成电路”(VLSI)研究开发计划,该计划由日本通商产业省所属的电子综合技术研究所牵头,联合富士通、日立、三菱、日本电气和东芝等5家生产计算机龙头企业,共同组成VLSI技术研究协会。协会下设联合实验室和企业独立实验室,联合实验室由5家公司的领导及通商产业省组成,致力于通用性和基础性技术研发,研究成果以共享方式输出到各企业独立实验室。


VLSI计划的核心目标是研发先进制程内存及半导体生产设备, VLSl计划投入737亿日元,其中通产省政府投入引导资金291亿日元,补助金额相当于成员企业每年研发投入的2-3倍。政府不仅资助共性技术研究,还资助各个公司内部商业化应用研究,后者资助比例高达80%-85%,极大地提升了企业参与研发的积极性。垂井康夫被任命为VLSl计划联合研究所的所长,在他的领导下,日本企业在四年时间内取得了上千件专利。

VLSI计划的实施期间,有超过50家企业为联合研究所提供设备和材料,与联合研究所相关成员企业合作,共同改进方案,有效推进设备和材料研发进程。日本不仅推动IC生产基地高速发展,还扶持培育出一批上游核心设备、材料企业,在半导体材料领域特别是硅晶圆领域占据了领先位置。

在VLSI计划的推动下,日本半导体产业在设备、原料到芯片的三个方面都取得了重大突破。例如,尼康和佳能的光刻机在国际市场的占有率超过了美国,信越化学和胜高在全球硅晶圆市场的份额超过一半,日本在全球半导体材料市场上的占有率超过了70%。

通过VLSI计划, 1978-1981年日本的16KRAM已占到世界份额的40%;到1982年底,日本的第一代超大规模集成电路的64KRAM已经占到国际市场的66%。

随着日本内存产量的激增,全球内存价格暴跌。日本厂商的海量产能导致全球内存价格大幅下降,给正在更新技术设备的美国企业带来了巨额亏损。例如1981年超威净利润下滑三分之二,美国国家半导体公司亏损1100万美元。1982年,英特尔裁员2000人,IBM也不得不出手相救,以2.5亿美元买下英特尔12%的股份。

VLSI计划的成功对日本半导体产业的国际竞争力起到了重大作用。到了1986年,日本半导体产值已大幅超越美国,在全球半导体产业中所占的份额超过了一半。1990年,全球前十大半导体企业中有六家来自日本,富士通、东芝和日立占据了前三位。

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东芝的“W计划”


东芝在1980年代初期实施了一项名为“W计划”的大胆战略,旨在超越美国半导体技术,实现1M DRAM内存的量产。该计划由时任东芝半导体部部长的川西刚领导,他集中了公司其他部门的盈利,筹集了高达340亿日元的巨额资金,用于半导体技术的研发和生产。

在“W计划”的推动下,东芝成功研发出了1M DRAM,这是当时世界上容量最大的存储半导体。在大家都在为DRAM拼尽全力的时候,东芝的舛冈富士雄利用公司特有的“Under the Desk”研究制度,发明了NOR型闪存。

舛冈富士雄在东芝工作期间,以其卓越的创新精神和坚持不懈的研究态度,申请了大约500件专利,平均一年23件。其中最重要的两项发明是在1984年和1987年分别发明了NOR和NAND两种类型的闪存。这两种闪存技术因其独特的优势,分别占据了整个存储器市场约3%和42%的份额,市场规模高达300多亿美元。

NOR型闪存的特点是容量较小,但读写速度快,可以按“字”操作,可靠性高,非常适合存储程序。这种存储器的发明,为东芝在存储技术领域的发展奠定了坚实的基础。NAND型闪存则以其大容量、低成本和不断改进的性能,逐渐成为存储市场的主流技术,广泛应用于固态硬盘、USB闪存驱动器等多种电子设备中。

1M DRAM的研发成功,使得东芝在1989年凭借存储用半导体的生产量,登上了世界第一的宝座。

 



掌镜史
人性与历史脉络。偶尔严谨,大多数时候胡说八道
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