日本半导体“失去”的33年

来源:本文由半导体行业观察原创,作者:杜芹,谢谢!

1987年台积电成立,自此半导体界发生了翻天覆地的变化,代工厂的建立使得芯片设计厂商遍地开花,快速崛起。曾经在1980年至1990年的半导体制造体制中独领风骚的日本,逐渐走下神坛。中国有台积电,韩国有三星,美国有英特尔,而日本却无一家大型的代工厂,近些时间,日本有意拉拢台积电在本国建厂的消息不胫而走,此举目的是鼓励半导体制造商返回日本。那么过去的33年间,日本为何没跟上晶圆代工的潮流?逝去的那33年,日本又发生了什么?

向晶圆厂抛出橄榄枝

日本半导体在走下坡路已是众所周知的事实,除了上游的材料和设备,日本知名的半导体企业正在慢慢淡出,松下、NEC、日立(Hitachi)、三菱( Mitsubishi) 等大部分企业将半导体业务剥离,目前均已不再是全球半导体主要供应商。尤其是去年12月,在半导体业务领域已有60年之久的松下半导体宣布卖身退出半导体业务,此举也被业界看作是日本半导体陨落的关键节点。

日媒在5月底时就曾披露,日本经济产业省正在致力打造世界领先的半导体生产和开发基地,并已先后向美国的英特尔和台积电递出橄榄枝。据日本《Yomiuri新闻》报道,日本已与台积电联系,与当地的芯片制造商合作在日本建立晶圆厂。日本政府希望利用全球芯片制造商的专业知识来振兴落后的国内芯片产业,因为先进的芯片技术已成为解决国家安全问题的焦点。

具有讽刺意味的是,在14年前,日本当时正在建立一家与台积电竞争的多公司协作,称为先进工艺半导体代工计划公司。在METI和日立、瑞萨和东芝的支持下,该计划筹集60亿美元,建立一家能运行65nm制程和45nm制程的合资工厂。它曾被视为日本保持在半导体制造前沿的最后机会,但由于各公司就安装流程的细节争执不休,它最终以失败告终。

“日本目前有11家集成设备制造商,但他们的晶圆产能并不大,无法与月生产60000片晶圆的台积电竞争,”APSFPC的首席执行官桥本博和(Hirokazu Hashimoto)当时告诉《电子周刊》。

不过即使成功的话,台积电在日本建立晶圆厂的新计划可能会遭受与台积电在亚利桑那州建立晶圆厂的协议相同的命运–日本将支付这笔费用,但该晶圆厂将无法获得台积电的最先进工艺。

但业界大多看衰,认为半导体业赴日设厂,难如上青天。对国际半导体厂来说,赴日本设厂没有任何诱因,一是日本系统大厂对于非日本企业的不信任感由来已久,真的要建立深度合作关系,没有三、五年很难成事。二是日本近年来持续淡出半导体生产,如富士通才刚在去年将12吋厂卖给联电,关键原因就在于先进制程庞大投资难以回收及获利。

日本半导体产业的没落

日本在1980年至1990年的半导体制造体制中一直是世界领导者。1990年,排名前10位的6家日本公司占半导体市场份额的38%,净额为$ 20.7B,占整个半导体市场的$ 54.3B。1986年,日本的半导体产品占世界 45%,是当时世界最大的半导体生产国。1989年, 日本公司占据了世界存储芯片市场53% 的份额,而美国仅占37%。

然而到2000年日本仅剩三家,2014年只有两家公司。由于日本对新兴趋势的适应缓慢例如移动半导体,再加上无晶圆厂的飞速发展,使得日本企业逐渐淡出前十榜单。

1990-2005前十大半导体排名(图源:IC insights)

随着半导体新技术的发展,促使研发(R&D)成本都在不断增加,从而降低了旧技术的价格。此外,拥有和维护制造设施或fab的高成本在易变的半导体工业中是一个严峻的问题。晶圆厂只有在满负荷使用时才能获利,稍有不慎,一波行业下滑可能导致产能过剩,迫使企业停止生产。对研发成本不断增加以及拥有晶圆厂的高昂成本的担忧导致了无晶圆代工厂模式的出现。

到2000年,半导体价值链已经分为设计芯片的无晶圆厂公司和制造无芯片公司设计的芯片的代工厂。无晶圆厂公司高通也在2014年进入前十名。这一趋势影响了处理所有芯片制造工艺的日本IDM(集成设备制造商)。日本的半导体收入也自2010年以来一直在下降。

日本半导体收入情况一览

更糟糕的是,IC insights指出,自2009年以来全球已关闭或改建的晶圆厂有100座,其中日本关闭了36座,这比任何其他国家/地区都多。据我们此前不完统计,2001年,东芝关闭了其位于四日市工厂的1号生产线(Fab.1);2011年,飞思卡尔关闭了日本仙台工厂;2012年6月,安森美半导体关闭了其位于日本会津的晶圆制造厂;联电也于2012年8月董事会投票决定关闭该公司在日本的200mm 晶圆;2014年,松下半导体关闭用于生产光电器件的75mm晶圆GaAs晶圆厂;2018年瑞萨关闭了位于日本高知市Konan的一家工厂。

晶圆代工厂为何没有在日本诞生?

作为半导体产业大国的日本,为何竟无一座大型的纯代工厂?据笔者分析可能有以下多重因素。

首先是历史时机的问题,代工厂是DARPA MOSIS计划的衍生产品,日本进入半导体领域还为时过早。再者,从经济上来看,日本实际上已经深陷经济萧条20年了,资金并没有用于晶圆厂投资。

在经历了美国制裁和韩国异军突起的双重夹击之后,日本在当年掀起了以传统IDM模式为主的日本大型电机企业曾经实施战略重组。这场大规模的业务重组一度为日本半导体产业复兴带来新的活力。但成也萧何败萧何,过度保守的IDM模式,可能阻碍了日本晶圆代工厂的发展。日本的大多数晶圆厂都被垂直晶圆厂所垄断,基本上是代工厂的对立面。从IDM到代工厂的转变并不简单,它需要在许多操作方面的控制和开放方面进行文化变革。

还有就是日本商业心态的问题,专门生产出色硬件产品如DRAM或Flash的晶圆厂符合日本企业的感受、优势和习惯。这就像制造钢铁或消费电子产品一样,非常垂直、可控制、且相对静态的。制造由客户定义产品并主要通过软件实现的通用代工厂,直截了当地说,这是同样的商业敏感度、优势和习惯的诅咒。就像只做软件或互联网的企业你让只做硬件,这很难,而且并不总是奏效。

当然也可能有市场驱动不足的因素在,日本几乎没有先进工艺逻辑芯片的需求,手机处理器可以说是对工艺要求最高的芯片,但日本这些年没有什么知名的手机制造商,美国有苹果手机,韩国有三星手机,中国有华为以及小米OV等,这些都促进了晶圆厂的发展。另外,某些芯片产业,譬如CIS、nor Flash、电源管理、功率器件等也没有像中国这样爆发性增长,其中CIS、功率器件和电源管理等领域,也是日本一些古老的IDM厂商在做,没有后来者。

而台湾相对日本来说,在文化上,台湾的商业敏感性比日本更开放、更自由。顺便说一句,韩国也是类似的,因此三星作为代工厂的成功也不足为奇。华人已经遍布整个东南亚,在各种文化背景下开创了自己的事业。这是台积电和其他台湾晶圆厂的起点,但在这个以华裔为主的岛屿上,非常国际化和开放。

对日本来说,现在正处于一个地缘政治成为关键点的时期,而AI和智能汽车等的兴起,也倒逼日本本土厂商对外去寻找更先进的工艺代工。但正如上文所说,这甚至不是一个技术问题——而是与历史、经济、文化和沉没成本相关的非技术问题。

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