日本芯片惨案

科技 2024-11-28 12:18 新加坡

“全世界都在看着我们”。

作者 | 华商韬略

上世纪七十年代，战后快速发展的日本半导体产业遭遇到美国的“黑船叩关”，美国一方面挥舞贸易制裁的大棒，一方面力推IBM等巨头携高新技术杀进“江户湾”。

市场被迫开放，行业被降维打击的严峻情势之下，日本秘密发起了反击——

由通产省牵头、五大日企协力，组成“半导体联合舰队”，以举国模式突破核心技术的“卡脖子”难题，实现对美半导体的追赶与反超。

01.

日本的“举国体制”

1976年初的一天，东京千代田区纪尾井町，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，米其林评级二星，也是日本政商两界举办宴会的常选之地。

这天，宴会的主办者是日本通产省（现在的经济产业省）退休官员根桥正人，以及在通产省工业技术院电气试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等五家日本当时最大的计算机公司社长悉数到场。开席之前，根桥对垂井说：

“你今天的任务就是跟社长们喝酒，把他们都喝到位了。”

技术开发出身的垂井不胜酒力也不会应酬，为此还被根桥说了一通，“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，根桥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。

这个项目事关日本国运，它就是后来载入史册的——“超大规模集成电路技术研发项目”（超LSI技術研究組合，LSI：Large Scale Integration，后文简称“超LSI”）。

其核心运作方式和目的是，由通产省负责，五大公司协力组成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。

用我们熟悉的话说，就是要以“举国体制”集中力量办大事。

大国在工业和科技领域以“举国体制”“集中力量办大事”是兵家常事。

比如，奥斯卡最佳影片《奥本海默》讲的就是二战期间美国集中力量研发原子弹的故事；而前苏联则曾以“动员”模式，横跨政、军、工、科、教发展基础研究，取得1957年抢在美国之前成功发射世界第一颗人造卫星“斯普特尼克1号”的标志性成果。

日本在这方面更可谓是炉火纯青，而且形成一套成熟的操作体系。它们的“举国体制”，核心是“产学官”的大合作，其官方称为“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，优先发展对国民经济重要且紧急必要的先导性大型工业技术，特别是对研发周期长、投入大，民营企业无法独立操作且“把握不住”的技术联合攻关。

“整合推进体制”则着眼于科技体制改革，当日本认为自己已经在科技领域表现出创造性不足、行政及科研机构“躺平”的问题之时，将由国家牵头明确责任，推进机构改革，以上述“产学官”合作模式，提升研发活力，实施大规模研发项目的立项与推进。

二战后，日本通过引进美国技术改良创新、制定关税壁垒、政府采购扶植、制定《电子工业振兴临时措施法》等措施，快速发展电子产业，令计算机行业不断自主壮大，其进口依存度1960年代初期还有69%，但到1970年代初已只剩下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。

但这很快引起了美国的警惕。随之而来的是，此前支持日本的美国一改往日，双方的贸易摩擦频繁发生。美国一方面从政府层面不断施压日本开放集成电路的市场，一方面在企业层面持续突破，以领先技术碾压日本半导体行业。

1970年，IBM推出以大规模集成电路为基本硬件的370系列计算机，其技术与性能均完胜日本同行，令整个日本计算机行业被降维打击。

为了追赶美国，日本砸下570亿日元资助企业联盟，但眼看快要赶上了，对手又是一个重磅炸弹，让差距被进一步拉大。

1975年，日本刚刚开始着手生产1K DRAM存储芯片的计算机，IBM却对外宣布，已开始研发以1M DRAM超大规模集成电路芯片为基础的第四代未来系统（Future System）计算机。

“超LSI项目”的幕后推动者、日本电子产业振兴协会负责人、东京大学教授田中昭二后来回忆说，“除了通过国家项目，我们没有任何办法掌握这项技术。”

不仅如此，半导体市场开放后，日本的消费级民用电子产业也正面临被美国蚕食的危机。

存亡时刻，日本再次启动“举国模式”，组成“半导体联合舰队”攻向太平洋，继而也有了根桥和垂井要把社长们喝到位的局。

01.

半导体“联合舰队”

“超LSI项目”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“联合研究所”，成员100人。

“舰队司令”由通产省的人担任，负责行政的，正是退休官员、具有丰富国家级项目管理经验的产业老将根桥正人；负责技术统筹的就是垂井康夫，毕业于早稻田大学第一理工学院电气工学专业的垂井，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。

“超LSI项目”开工当天，项目全体技术人员站在设立于日本电气公司中央研究室的联合研究所门前，隆重其事地合影纪念这一时刻。当这些来自日本顶尖企业的工程师们意识到自己进入了“国家队”，内心都泛起了波澜，后来有人回忆说，很多人都生出一种感觉：

“全世界都在看着我们。”‍

▲超LSI项目主要成员合影

要完成“超LSI”项目，技术攻关之外，各方利益平衡、保持科研人员的积极性至关重要。而两位项目负责人则做到了堪称完美的配合。

一位访谈过根桥正人的学者就曾如此评价：“根桥与垂井的个性、性格和能力类型很不相同，一个是老练的行政官员，擅交往、会做人的工作，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，他们正好互为补充。”

“超LSI”项目的研究方向是聚焦“微细加工装置开发”和“硅晶圆片”两大主题，五大公司内部的研究重点，则放在64K以及256K DRAM的实用化研发。方向和重点之下，关键的难题是微细电子加工技术，即大幅提升芯片的集成度。

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”难题的挑战，具体分工是：垂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，则主攻实用化技术的开发。

垂井负责的联合研究所下辖六个研究室，前三个研究室的研究方向是微细电子加工技术，第四研究室攻关结晶技术，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；第六研究室攻关测试、评价及产品技术，由日本电气负责。

就在这一过程中，围绕研究室的争议出现了。

大家对后三个研究室的负责人选没有争议，但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，五家公司都因此争着要当负责人，进而让自己更掌握核心。日立、富士通和东芝甚至“威胁”，不能如愿就退出联合研究。

这背后，是五家公司在微细制造领域的研发进展各不相同，且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，会失去自身的技术优势，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。

最终，根桥和垂井下场解决了危机，核心办法是，让已经取得领先地位的更占据主动，最终由日立、富士通和东芝各出一人分别负责前三个研究室。

多线并举的项目，定期互通有无很重要。

为此，每隔一到两周，垂井就会组织各研究室的研究员介绍各自的进展，而且，他还从办公环境上都做了促进交流，增加协同和透明度的安排：

各研究室虽然相互隔开，但却“故意”没有装门。

除了人力、智力上的联合与技术上的开放共享，“超LSI”项目的研发投入也是政府与企业共担。在项目实施的四年间，“超LSI”共计投入737亿日元的研发经费，其中政府补贴291亿，其余则有5家企业补齐。

这里面也有一个大的插曲，再次体现出这种联合的不易：五家公司曾经希望政府能追加投入到1500亿日元，覆盖整个研发过程及后续计划。

政府拒绝了这一要求后，五家公司一度对研究所态度冷淡，包括派出的人也都感受到这种变化进而士气低落。尤其联合研究所的100位工程师，也有人感慨：

“我们被公司遗弃了。”

关键时刻，与技术人员更有共鸣的垂井下场扭转了局面，这次，他主打一个爱国牌：

“我们每天在一起工作，一起生活，为的是什么？我们的对手不是彼此，而是世界第一的IBM。所以，请大家不要再互相提防，互不沟通。归根到底，我们是在同一个锅里吃饭的。”

在垂井的感染下，来自不同公司的工程师再次拧成了一股绳，结成一条心，大家放弃自己的公司身份，以国家队的责任和使命，一起向最终的目标迈进。

03.

“和IBM并驾齐驱”

“超LSI”项目研发的另一挑战是，如何让项目顺利的秘密进行，以免遭受美国的围追堵截和反攻。

过程中还真出现了惊魂时刻。

期间，日本国内一家报纸刊登了第二研究室的新闻，有关可变矩阵光束的研究成果。高度关注着日本动向的美国人注意到了这篇新闻，并怀疑日本启动了半导体产业的国家级项目，而且，这种怀疑还在美国被持续扩大。

这可吓坏了垂井。

多番思量后，他决定“主动出击”，办法是主动交代，但不说实情。

垂井向根桥建议，在美国举办的国际电子器件大会（IEEE International Electron Devices Meeting）上发表一篇论文，介绍超LSI项目，但不提项目核心内容，只讲基础研究的部分，以此打消美国人的疑虑。

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，垂井康夫单刀赴会地出现在IEEE会议现场，并做了题目为“日本的LSI以及VLSI研究”主题演讲。

特殊的背景，让垂井的演讲会场涌进了600多人，走廊里都站满了挤不进来的参会者。在一众美国同行的注视下，垂井看似精心准备得煞有其事，但所讲内容却都是过往研究的汇编，几乎没有什么干货，忐忑中完成演讲的结尾，他还一本正经地强调道：

“我们会分享更多的研究成果，让日美一道探索微电子的未来吧！”

但美国方面还是没有因此放松警惕。

会议一结束，垂井一位在贝尔实验室工作的美国朋友就跑过来试探：

“听说你们的政府在补贴企业，美国的法律可不允许，在这里，政府和企业是竞争关系。知道为什么美国的律师数量是日本的25倍吗，竞争改变社会。”

项目成功之后，垂井更在项目回忆录里写道：“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。”

而这也是美国的惯用伎俩。几十年后，法国阿尔斯通高管皮耶鲁齐的《美国陷阱》和华为孟晚舟事件中，美国也都是类似的操作。

不过，垂井算是幸运者。他不但有惊无险地回到了日本，而且的确通过这一次主动出击，转移了美国人的视线，让项目得以避开美国人的火力。

赢得时间和空间的日本人因此披星戴月地集中研发，持续突破。

三种电子束描绘装置、电子束描绘软件、高解析度掩膜及检查装置、硅晶圆含氧量及碳量分析技术等微细加工技术与设备、大口径单晶硅培育技术、CAD设计技术等关键技术相继取得突破，适用这些技术的逻辑、存储元件制造技术也都应运而生之下，日本最终提前美国一年时间，研发出了256K DRAM，成为了这一关键领域的引领者。

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，进而掌握下一代计算机的核心技术，粉碎了美国的技术围猎。

手握金刚钻之后，日本公司开始在半导体产业发起反攻，并快速追赶，改写了与美国之间的攻守关系。

到1986年，日本企业在全球半导体市场份额由26%上升到45%，美国半导体市场份额则从61%下降到43%。当年，全球排名前十的芯片制造商中有六家是日企。

日本电气、东芝和日立更包揽了前三名。

遗憾的是，日本的技术突破最终没能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。技术打不赢，就立法来打，立法还打不赢，就想其他办法来打。

1984年，美国推出《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，修改《反托拉斯法》，明确美国政府也可以合法地补贴企业，然后效仿日本，联合14家企业建立了半导体制造技术联盟（即SEMATECH），主攻芯片制造工艺及其设备，从技术上对抗日本先进技术。

强大自身的同时，美国还举起所谓法律武器。依据其《贸易法》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《日美半导体协定》，《协定》明确要求，提高美国半导体产品在日本市场上所占的比重至20%。

曾经领导日本成功反击的垂井康夫因此倍感失望与愤怒，评价该《协定》是：

“载入史册的不平等协议”。

▲日美半导体协议谈判现场

正面狙击日本的同时，美国还通过扶植诸如韩国半导体等办法，继续对日本半导体赶尽杀绝。到1990年代中期，日本半导体彻底陷入颓势，至今未能东山再起。

多年后回首往事，垂井康夫仍对当时痛失好局耿耿于怀，但他的教训总结却颇引人深思：

“成为世界第一有时并不是好事，当年日本费尽力气冲到第一的位置，结果成了靶子，被美国打压后再也没能翻身。”

值得关注的是，走过“失去的三十年”，近年来经济增速复苏、股市连创纪录的日本又对半导体发起了冲锋。

因为他们输得实在不甘心，现任经济产业省大臣斋藤健在日美签下半导体协议时，还是通产省的一位年轻官员。

上个月，出席台积电熊本工厂落成典礼的斋藤健对记者说：

“美国当年是如何疯狂地削弱日本半导体产业竞争力的，我至今历历在目。”

2022年8月，八大日本公司成立半导体制造公司Rapidus，目标在2027年，实现2纳米制程半导体的量产。2023年9月，Rapidus北海道第一工厂举行开工仪式。

对于目前只能生产40纳米制程半导体的日本来说，2纳米的难度比当年“超LSI”项目大了不止一个量级，需要跨越数个障碍，包括：

能制造尖端产品的工厂；数千名熟练技术工人；最新一代的极紫外光刻机；从三星、台积电嘴里争夺客户；5万亿日元的投入。

为此，Rapidus正在“团结”一切能拉拢的力量，连当年的“敌人”IBM都成了合作研发的伙伴。72岁的社长小池淳义曾在日立和西部数据从事芯片制造工作，他对上世纪八九十年代日本的印象是：

“我们认为自己能搞定一切。”

目前，日本政府承诺为Rapidus的2纳米计划补贴20亿美元，如果想要更多的政府投入，他们必须拿出能推向市场的产品。作为新一任日本半导体国家队的队长，小池淳义只能想着如何赢：

“别人需要三个月的事情，我们花一个月来完成。因为这是日本最后的机会。”

参考资料：‍

[1]《超LSI共同研究所の思い出とその後の歩み》垂井康夫

[2]《从半导体技术攻关来看，日本科技领域存在“举国体制”吗？》李慧敏，穆荣平，郝跃

[3]《芯事：一本书读懂芯片产业》谢志峰，陈大明上海科学技术出版社

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