在一些上了年纪的人眼里,或许还记得,日本曾经也是尖端技术的领军代表。而在如今,年轻一代的心理或许已经难以想象,日本曾经还取代美国成为过世界第一。
那么日本的芯片行业,当初究竟是如何隐秘发展、弯道超车,又是如何成为了如今这般无人问津的衰败模样呢?
1976 年初的一天,东京千代田区的纪委井丁福田屋里,人头攒动。
这是一家创立于 1939 年的日式料理店,以美食和室内工艺设计著称,也是日本政商两届经常举办宴会的地方。
这天宴会的主办者是日本通产省,也就是如今的经济产业省的退休官员根桥证人,以及在通产省工业技术院电气实验所任职的垂井康夫。
日立、富士通、东芝、日本电气和三菱电机这 5 家日本当时最大的计算机公司的社长也悉数到场。
在开席之前,根桥对垂井说:“你今天的任务就是跟社长们喝酒,要把他们都喝到位了。”不过技术开发的垂井既不胜酒力,也不会应酬。
事后,还被根桥说了一通,说:“老弟,你这么板正,今后的工作可不好开展啊。”垂井后来才明白,跟乔的意思是让他和社长们打成一片,最好是能到称兄道弟的程度,这样,才能给后续的项目合作打下情感基础。
这次宴会上要谈的项目,就是后来载入史册的超大规模集成电路技术研发项目,也称超 LSI 技术研究组合,简称超 LSI。
这个项目,事关日本的国运,国家高层也十分的重视。
项目的核心目的,是通过组建由通产省负责、五大公司协力的联合研究所,进行技术研发,追赶和超越美国 IBM 等巨头的半导体技术,扭转日本半导体的被动挨打局面。
用我们熟悉的话来说,就是要以举国体制集中力量办大事。其实步入现代化社会以后,各个国家在工业和科技领域以举国之力来集中力量办大事,是一件十分常见的事情。
日本在这方面,可谓是炉火纯青,而且已经形成了一套成熟的操作体系。
其中的核心就是产学观的大合作,官方称之为有机开发体制和整合推进体制。
其中,有机开发体制主攻缩短与先进国家的技术差距,由国家提供资金,国立科研机构、产业界、学术界合作攻关。
优先发展对于国民经济重要而且紧急、必要的先导性大型工业技术,特别是对于研发周期长、投入大、民营企业无法独立操作而且容易把握不住的技术联合攻关。
而整合推进体制,则着眼于技术体制改革。当日本认为自己已经在科技领域表现出创造性不足、行政以及科研机构躺平的问题之时,就会由国家牵头,明确责任,推进机构改革,以产学观的合作模式提升研发活力,实施大规模的研发项目的立项和推进。
二战以后,日本通过引进美国技术、改良创新、制定关税壁垒、政府采购扶持、制定电子工业振兴临时措施法等等措施,快速发展电子产业,让计算机行业不断壮大,并且逐渐独立。
在 60 年代初期,计算机行业的进口依存度呢还有 69%,但是到了 70 年代初,就已经只剩下了 21%了。
而且出现了市场上的国产机型比外国货还要卖得好的现象。但是这自然也引起了美国的警惕,随之而来的就是美国的变脸。
之前支持日本的美国一改往日的面部,开始对日本不断施压,双方的贸易摩擦频繁发生。
美国一方面从政府层面不断向日本施压,要求开放集成电路的市场;一方面,在企业层面持续突破,以领先的技术碾压日本的半导体行业。
1970 年,IBM 推出了以大规模集成电路为基本硬件的 370 系列计算机,它的技术与性能都完胜日本同行,对整个日本计算机行业都属于是降维打击。
为了追赶美国,日本也不甘示弱,砸下了 570 亿日元来资助企业联盟,力求追赶上令人绝望的技术差距。
但是眼看快要赶上了,美国又扔下了一个重磅炸弹,让这个差距被进一步的拉大。
1975 年,日本刚刚准备开始着手生产具有 EK Diram 存储芯片的计算机,IBM 却对外宣布,已经开始研发以一兆 Deram 存储芯片为基础的第四代未来系统计算机。
超 LSI 项目的推动者,日本电子产业振兴协会的负责人,东京大学教授田中赵二后来回忆道:“除了通过国家项目,我们没有任何办法掌握这项技术。
”不仅技术上的差距难以追平,市场上的失败也接踵而至。随着半导体市场开放之后,日本的消费及国民电子产业也面临着被美国蚕食的危机。
存亡时刻,日本再次启动举国模式。那么超 LSI 项究竟具体是什么呢?
这项被称为半导体联合舰队的核心,是由日立、富士通、东芝、日本电气和三菱电机各自抽调 20 名技术骨干组成的百人联合研究所。
而舰队司令则由通产省的人担任,负责行政的正是具有丰富国家级项目管理经验的产业老将根桥证人。从旁协助负责技术统筹的,就是垂井康夫。
垂井康夫,毕业于早稻田大学第一理工学院电气工学专业,1958 年就申请了晶体管相关的专利,是日本最早参加半导体开发工作的专家之一。
这个人员组成在当时,称得上是绝对的豪华,日本国内相关领域里最尖端的人才大多都汇聚到了这里。
更加难得的是,作为带头负责的两位官员,彼此的心性也是互相补充的。
学界对他们两个人也是给出了很高的评价:一个是老练的行政官员,擅长交往,会做人员的工作;一个是典型的工程技术专家,井井有条,一丝不苟,一心扑在技术上。
对于超 LSI 项目来说,两个人正好互为补充。
1976 年 3 月,超 LSI 项目兵分三路,开始了对超大规模集成电路、计算机和信息系统研发等卡脖子问题的挑战。
具体的分工是:锤井领导的联合研究所负责基础及通用技术的研发;日立、三菱、富士通联合建立的计算机综合研究所,以及日本电气和东芝联合成立的日电、东芝信息系统研究所,则主攻实用技术的开发。
垂井负责的联合研究所下辖 6 个研究室。前 3 个研究室的研究方向是微系电子加工技术。
第四研究室公关结晶技术,由工业技术研究院电子综合研究所负责。
第五研究室开发工艺技术,由三菱负责。
第六研究室公关测试评价以及产品技术,由日本电器负责。
就在这个过程中,围绕研究室的争议出现了。
大家对于后三个研究室的负责人选没有争议,但是在前三个研究室的负责人选上,却争执不下。
因为微电子加工技术属于半导体的关键基础性技术,5 家公司,都因此争执要当负责人,从而让自己能够更掌握技术核心。
日立、富士通和东芝甚至威胁说,如果不能让他们如愿,就要退出联合研究。这背后的原因,其实也很简单,那就是 5 家公司在相关制造领域的研发进展虽然各不相同,但是都是身处同一行业的竞争对手。
因此,处在领先地位的公司担忧联合攻关之后,会让自己失去已有的技术优势,而处在相对落后地位的公司,遇到如此天赐良机,自然也不肯放过机会。
简而言之,虽然大家说的是联合研究,科技没有归属,但是科学家们有各自的归属。不过,最终根桥和垂井还是解决了危机。
日立、富士通和东芝各出一人,分别负责前 3 个研究室。然而超 LSI 项目的研发,并不只有科学和科学家的问题。项目面临的另一个挑战是,如何让项目顺利的秘密进行,以免遭受到美国的围追堵截和反攻。
如果被美国人发现了他们正在秘密搞研究,结果肯定是少不了一顿的制裁和惩罚。所以,在项目开始之前,这个最坏的结果就已经是所有人的共识了。
没想到的是,问题反而出在项目之外的人。当时日本国内的一家报纸刊登了第二研究室的新闻,提到了有关可变矩阵光束的研究成果。
高度关注日本动向的美国人注意到了这篇新闻,并且怀疑日本启动了半导体产业的国家级项目。这可吓坏了垂井。
多番思量之后,他决定主动出击。办法是主动交代,但是不说实情。
垂井向根桥建议,在美国举办的国际电子旗舰大会 IEE 上发表一篇论文,介绍超 LSI 项目,但是不提项目的核心内容,只讲基础研究的部分,以此来打消美国人的疑虑。
根桥转而与五大公司商量对策,五大公司则一致认为,最好连基础研究也不要提,更不要提联合研究所的事。
1977 年 12 月,美国华盛顿喜来登酒店,垂井康夫单刀赴会的出现在了 IEE 会议现场,并且做了题目为《日本的 LSI 以及非 LSI 研究》的主题演讲。
在一众美国同行的注视下,垂井看似煞有其事的精心准备,但是所讲的内容却都是以以往研究的汇编,几乎没有任何干货。
在忐忑中完成演讲的结尾,他还一本正经的强调道:“我们会分享更多的研究成果,让日美一起来探索微电子的未来。”但是,美国方面还是没有因此就放松警惕。
锤警在项目的回忆录里写道:“经过事后确认,我在美国的所到之处,全程都有 CIA 人员陪同。美国政府似乎在等我露出什么破绽。”只不过垂井这次呢,还算是幸运。
他不但有惊无险的回到了日本,而且的确通过这一次的主动出击,转移了美国人的视线,让项目得以避开美国人的火力范围。
在超 LSI 项目基础性研究成果的共享机制下,参与项目的五大公司也都实现了在半导体技术上的跨越式发展,进而掌握了下一代计算机的核心技术。
粉碎了美国的技术围猎之后,日本公司开始在半导体产业发起反攻,快速追赶,改写了与美国之间的攻守关系。
到了 1986 年,日本企业在全球半导体的市场份额由 26%上升到了 45%,美国半导体市场的份额则从 61%下降到了 43%。
当年全球排名前十的芯片制造商中,有 6 家都是日企,日本电器、东芝和日立更是包揽了前三名。
但是非常遗憾的是,日本的技术突破最终还是没有能够摆脱国家实力的较量与制约。堪称珍珠港偷袭式的日本半导体突围,很快让美国如梦方醒。
既然技术打不赢,那就立法来打;如果立法还打不赢,那就想其他办法来打。
1984 年,美国推出了半导体芯片保护法,明确提出政府对芯片产业的更大力度支持。
1987 年,美国又修改了反拖拉斯法,明确美国政府可以合法的补贴企业。
然后效仿日本,联合 14 家企业,建立了半导体制造技术联盟,也就是 Semitec,主攻芯片制造工艺以及设备,从技术上对抗日本的先进技术。
在提升自身实力的同时,美国也没有忘记举起所谓的法律武器。
依据美国贸易法第 301 条款,美国半导体行业协会发起了对日本的起诉,逼迫日本于 1986 年签署了日美半导体协定。协定明确要求,将美国半导体产品在日本市场上所占的比重提升到 20%。
垂井康夫倍感失望与愤怒,评价该协定是载入史册的不平等协议。但是此时再愤怒也都无济于事了。
随着经济泡沫破碎,日本半导体也彻底陷入颓势,至今仍然没能东山再起。
不过,如今失去的三十年也已经成为往事。随着日本经济的逐渐复苏,日本又开始了对半导体技术的冲锋。
2022 年 8 月 8 日,日本公司成立了半导体制造公司 Repidas,目标是在 2027 年实现两纳米制成半导体的量产。
2023 年 9 月,Repidas 北海道第一工厂举办了开工仪式。对于目前还只能生产 40 纳米制成半导体的日本来说,实现量产两纳米的难度比当年的超 LSI 项目大了不止一个量级。
以史为鉴,可以看出,科学技术从来都不只是生产力的推动,还是一个国家综合国力的体现。
集中力量办大事,有的时候,确实可以奏效,但是前提得是主权的独立和完整。
如今,日本再次以举国体制冲击半导体研发,结果如何,我们还要拭目以待。