日本半導體有什么了不起的？

日本半導體早已不復上世紀八十年代之勇，但野心依舊。4月25日，日本政府對本土半導體公司Rapidus提供2600億日元追加補貼，加上之前的700億日元，共投入3300億日元專攻2nm制程技術^[1]。此外，該國最近還跟隨美國腳步，開始對23種半導體設備進行出口管制。

那么，現(xiàn)在的日本究竟有什么了不起的，憑什么蠢蠢欲動限制中國半導體產業(yè)，各個領域發(fā)展的真實情況如何，對國產半導體產業(yè)又有哪些啟示？

從低價傾銷，到一蹶不振

在紡織品、鋼鐵、彩電、汽車、半導體等多領域中，日本曾表現(xiàn)出強勁國際競爭力，使美國倍感壓力，導致雙方爆發(fā)多次貿易摩擦^[2]。這在日本半導體發(fā)展史上尤為突出，分為跟隨趕超、盛極轉衰、重塑優(yōu)勢多個時期。^[3]

日本半導體起步非常早，1951年就通過了《工業(yè)合作法案》，彼時晶體管已問世二十年，世界各國無一不在探索更為小型化的電子電路，直至1958年杰克·基爾發(fā)明集成電路，行業(yè)才算真正步入正軌^[4]。這段時期，日本半導體發(fā)展一直與美國存在差距，真正發(fā)展是自戰(zhàn)后經濟復蘇開始。

20世紀60年代，“買買買”是當時日企的代名詞。1953年，索尼向美國西屋電氣引入晶體管技術專利，將試制一顆晶體管成本從11美元降至1958年的0.5美元；1959年，索尼、NEC、三洋、東芝等企業(yè)一年便生產了8650萬顆晶體管，比發(fā)源地美國還要多^[3]；1962年，日本電氣從美國仙童購買平面光刻工藝。要知道，當時東京電子廠工人月薪不到30美元，而美國則高達380美元，低人工成本加買過來的技術，讓日本半導體發(fā)展速度非常驚人。^[5]

當然，單純買技術造芯片，永遠也不可能追上市場需求。20世紀70年代前期，日本計算機產業(yè)仍落后美國10年以上，或許日本也意識到，這種打法并不能與美國公司形成強有力競爭，所以將目光轉移到VLSI（超大規(guī)模集成電路）上。簡單解釋來說，集成電路規(guī)模越大，就意味著同樣面積容納元件數越多，技術也就越先進。

怎么做VLSI？唯有砸錢。1970年~1977年，日本半導體制造設備的研發(fā)資金占研發(fā)總支出的比例，從2%提升至26%^[6]。而其中最為關鍵的一次投資，是在1976年，日本政府籌集720億日元，引導日立、日本電氣、富士通、三菱、東芝、NEC六大公司實施VLSI（超大規(guī)模集成電路）計劃，集中精力攻堅DRAM（動態(tài)隨機存儲器），同時另外兩個實驗室（CDL和NTIS）也同步在較小的細分市場中對設計和設備進行前瞻性應用研究，僅四年，VLSI研究協(xié)會便申請了1000項專利，其中601項取得了專利權^[7]，同時開發(fā)出電子束光刻（EBL）技術，為半導體制造鋪平道路，而EBL最終由阿斯麥（ASML）、尼康（Nikon）和佳能（Canon）三家公司實現(xiàn)商業(yè)化。

在VLSI持續(xù)不斷研發(fā)投入下，20世紀70年代末期，日本幾乎與美國同時推出64K DRAM，日本為了占領更多市場，開啟降價促銷，引發(fā)世界半導體市場劇烈震動。就拿64K DRAM來說，日本一年就將其價格從28美元降到6美元。^[7]

市場數據從來都不會騙人，20世紀80年代初期美國無疑被日本低價傾銷策略反超，并且地位還在不斷攀升。1984年，日本率先研制出1MB DRAM；1986年日本存儲器市占率一度高達65%，美國則只有30%；1988年，日本包攬了全球半導體銷售額的51%^[6]。再從當時公司的銷售額情況來看，1980年~1988年，NEC年銷售額從38億美元提升至219億美元，而美國GTE則從99.8億美元提升至164.6億美元，增速明顯低于日本。

如此情勢，使焦慮的美國無法坐視不管，并將日本視為最大的競爭對手。

1985年，美國半導體行業(yè)協(xié)會以日本半導體產業(yè)存在非正常設備投資為由，對日本出口美國的價值3億美元的芯片征收100%懲罰關稅。

1986年，英特爾等多家半導體公司聯(lián)合推動政府制定為期五年的《日美半導體協(xié)定》，向日本實施限制性進口配額、高關稅、限制美國企業(yè)對日本出口芯片設備和材料等一系列制裁，日本擔心被美國完全排出市場之外，作出讓步。

1987年，美國又成立半導體制造技術科研聯(lián)合體（SEMATECH），加大對半導體的投入。

1991年，日美續(xù)簽的《日美半導體協(xié)議》中，明確要求美國生產的芯片必須在日本擁有20%的市場份額^[8]。但反觀日本政府，則對半導體行業(yè)支持力度日漸衰弱，此前積累的優(yōu)勢逐漸蠶食殆盡。^[9]

20世紀90年代，半導體行業(yè)不再囿于IDM（設計、制造、封裝測試一體化）這種商業(yè)模式，開始分化為Foundry（晶圓代工）、Fabless（設計）等高度專業(yè)化的公司，臺積電便誕生于1987年，成為第一家純晶圓代工企業(yè)。這一時期，日本政府認為企業(yè)不應重復投資建設制造基礎設施，轉而將更多產能移向設計端。

2001年，日本聯(lián)合11家公司斥資3億多美元建立日之丸鑄造廠，旨在推動日本半導體產業(yè)從IDM走向Fabless。雖然這項舉措最初的確對半導體行業(yè)有利，但卻削弱了制造商的多樣性，導致產業(yè)結構難以適應未來的競爭環(huán)境。此外，彼時日企研發(fā)投入大大減少，帶來一系列連鎖反應。2005年，政府更是呼吁日立、東芝和瑞薩三家公司聯(lián)合建立65nm工廠，最終，三家公司一致認為共享工廠難以實現(xiàn)商業(yè)化，而在2006年結束了這項提議。^[6]

自此之后，日本的半導體產業(yè)就一蹶不振，2012年3月，松下、索尼、夏普三家公司赤字總額達到16000億日元以上^[10]。同年，日本引以為傲的存儲廠商爾必達和車載半導體巨頭瑞薩相繼陷入經營危機。

從市場排名上來看，1985年日本前10名市場份額占全球60%，而到2019年，世界IC（半導體元件產品）市場銷售額中，美國以55%以上占比位居第一，韓企達21%，而日企則僅占6%，且無一家日本半導體企業(yè)進入世界前10名^[2]。到現(xiàn)在，雖然日本在材料、設備等上游依舊掌握絕對話語權，但在全球半導體市場份額上僅占10%。^[11]

世界前10名半導體廠商及其產值變化^[2]

十年河東十年河西，雖然曾經風光無限，但現(xiàn)在，半導體已淪為日本的政治道具。2019年，日本限制向韓國出口氟化聚酰亞胺、光刻膠和高純氟化氫3種半導體工藝材料，而韓國在氟化聚酰亞胺、光刻膠、高純度氟化氫三種材料上對日本依賴度分別高達93.7%、91.9%、43.9%^[12]，一度打亂韓國半導體行業(yè)進程，直到2023年雙方才達成和解。^[13]

2023年3月，日本又稱從7月開始將把6類23種高端半導體制造設備（14nm~10nm制程以下）加入到對華出口管制對象，涉及芯片清潔、沉積、光刻、蝕刻等環(huán)節(jié)，東京電子（Tokyo Electron）、迪恩士（SCREEN）和尼康（Nikon）等數十家日本企業(yè)或將受管制影響。^[14]

日本沒有就此躺平，依然夢想著再次重回巔峰，為了實現(xiàn)這個目標，日本在近兩年推出兩個舉措：一方面讓臺積電進入日本，2021年宣布的7740億日元半導體補貼中，其中6140億日元將會用于支援臺積電（TSMC）的熊本工廠和鎧俠的四日市工廠；另一方面通過電裝、索尼、NTT、NEC、軟銀、鎧俠、三菱UFJ銀行8家大型日企成立的Rapidus，攻克最新的2nm和1nm工藝制程技術。至今，為了發(fā)展半導體，日本計劃的補貼規(guī)模已達2萬億日元。^[15]

雖然現(xiàn)在日本不遺余力地重金砸向半導體，但是否行之有效，誰都無法判斷。需要指出的是，地緣政治摩擦之下，半導體地位凸顯，現(xiàn)在去不補貼半導體，只會使日本經濟前景更加渺茫。

吃著“老本”的材料和設備

歷史坎坷，又錯失占領市場最佳時機，現(xiàn)在日本的半導體行業(yè)仍靠細分領域立足。

在制造上落后的日本，目前更為注重市場較小、利潤率相對更低，但技術難度又較大的材料和設備領域。由于這些領域過于細分，加之對技術基礎要求高，大型半導體公司鮮有涉獵，看似在夾縫中求生的日本，現(xiàn)在形成了獨特的壟斷墻。^[16]

CSET數據顯示，2021年日本EDA、IP核、設計、Fab（晶圓代工）、ATP（assembly test and packaging，組裝、測試、封裝）在全球市場占比均小于等于10%，相關領域競爭力弱，而上游晶圓、制造設備、封測設備領域則全球領先^[17]。另有數據顯示，長期以來，日本設備市場份額占全球市場接近四成，材料市場則占接近六成。^[18]

按領域分類的全球半導體市場格局^[17]

晶圓制造中涉及的材料包括硅片（38%）、掩膜版（13%）、電子特氣（13%）、CMP材料（13%）、光刻膠（12%）、濕化學品（5%）、靶材（2%），日企則實現(xiàn)了半導體材料全覆蓋。

• 硅片：產線投入大、折舊費用高、毛利率波動劇烈且多簽署長期供貨協(xié)議（LTA），信越化學（Shin-Etsu）和勝高（Sumco）合計市場份額長期超過50%；^[19]

• 掩膜：45nm是分水嶺，比45nm更為先進的制程晶圓廠普遍由自己的專業(yè)工廠生產，而成熟制程則偏向選用第三方掩膜廠商產品以獲得更好的成本，大日本印刷（DNP）、凸版印刷（Toppan Photomask）、豪雅（Hoya）三家日企極具市場統(tǒng)治力，SKE則在平板顯示用掩膜擁有20.2%市場份額；^[20]

• 電子特氣：電子特氣對純度要求極高，大陽日酸則包攬了18%的全球市場，具體到我國半導體用電子氣體，關東電化、中央硝子、昭和電工等日企表現(xiàn)出極強統(tǒng)治力；^[21]

• CMP材料：CMP拋光液方面，日立化成和富士美（Fujimi）兩家公司合計市場份額長期保持在20%以上，CMP拋光墊方面，美國杜邦長期占據超過80%的市場份額，而日本Fujibo、JSR則占據個位數市場；^[22]

• 光刻膠：屬高技術壁壘材料，工藝復雜，純度要求高，認證周期為2~3年，日本的東京應化、JSR、富士、信越化學、住友化學均為主流廠商，除美國杜邦外，當前可生產EUV光刻膠的均為日本企業(yè)；^[23]

• 濕化學品：下游領域應用多、技術門檻高、更新?lián)Q代快、功能性強、附加性強，日企擁有27%的全球市場份額，包括關東化學公司、三菱化學、京都化工、住友化學等；^[24]

• 靶材：在所有行業(yè)中，半導體用靶材對純度要求最高，日礦金屬市占率則達到30%，東曹市占率達20%，2021年日本靶材占據16%中國大陸半導體產能。^[25]

從市場端來看，半導體材料市場需求強勁，但受制需求，前景極具不確定性，相關企業(yè)極有可能受到沖擊。TechCet數據顯示，2022年半導體材料市場約660億美元，相比2021年需求增長8%，CMP研磨墊、特種氣體、前驅體材料、SOI晶圓等材料細分市場同比增長超過兩位數。2023年內存開工率下降將抑制前驅體材料、特種氣體、清潔化學劑、電容器材料等市場，而10nm以下先進制程節(jié)點會是2023年材料產量主要增長點。^[26]

日本半導體材料代表公司及現(xiàn)狀（數據均為可追溯最近數據）^[27]~[36]，制表丨果殼硬科技

芯片制造過程中，涉及的制造設備包括薄膜沉積設備（27%）、刻蝕設備（22%）、量測設備（13%）、光刻機（20%）、化學機械拋光CMP設備（4%）、清洗設備（4%）、涂膠顯影機（3%）、熱處理設備（3%）、離子注入設備（3%）、去膠設備（1%）^[37]，日本基本掌握全部設備，而國產設備在國內市場僅占17.2%。^[38]

比如，東京電子（TEL）是全能手，掌握多數半導體制造設備且擁有高市占率，尼康（Nikon）、佳能（Canon）是阿斯麥（ASML）以外少數可生產先進光刻機的企業(yè)，愛德萬測試（Advantest）、日立高科（Hitachi High-Tech）、Lasertec的檢測和測量設備具備強市場統(tǒng)治力，東京精密（Accretech）、迪斯科（DISCO）晶圓切割設備競爭強勁，日本荏原CMP設備、芝浦固晶設備也在市場有一席之地。

日本半導體設備代表公司及現(xiàn)狀（數據均為可追溯最近數據）^[39]~[47]，制表丨果殼硬科技

從市場數據來看，2022年半導體設備領域，日企約占全球30%市場份額^[48]。Tech Insights數據顯示，2021年日企半導體設備總銷售額為3.4萬億日元，其中東京電子（TEL）排名第三、愛德萬測試（Advantest）排名第六、迪恩士（SCREEN）排名第七、美國泰瑞達（Teradyne）排名第八、Kokusai Electric排名第九、日立高科（Hitachi High-Tech）排名十二，佳能（Canon）排名十四、迪斯科（DISCO）排名十五。^[49]

全球半導體設備份額增長穩(wěn)固，日企則非常依賴中國市場。SEMI報告顯示，2022年全球半導體制造設備出貨金額相較2021的1026億美元增長5%，創(chuàng)下1076億美元的歷史新高^[50]。而2022年日本向中國大陸出口的半導體制造設備金額則超過8200億日元，且中國大陸是日企的第一大出口目的地，占其出口總額的31%。^[51]

2021年前15半導體設備供應商^[49]

從中游IC來看，日企更擅長制造被動元器件，這些器件也大多依賴材料技術優(yōu)勢，比如鋁電解電容、陶瓷電容等。

此外，日產芯片覆蓋范圍小、企業(yè)少，但在特定領域仍占據優(yōu)勢。比如，索尼在圖像傳感器芯片方面位居世界首位，由NEC、日立制作所、三菱電機半導體部門合并而成的瑞薩電子在車載半導體方面也具有全球領先優(yōu)勢，鎧俠是全球六大NAND Flash廠商之一。^[52]

日本主要IC企業(yè)，制表丨果殼硬科技

除了上述公司，日本也存在許多****冠軍。Ferrotec是日本半導體設備和材料供應商，其零部件洗凈業(yè)務、半導體精密石英業(yè)務在中國市占率分別達到60%、40%，其熱電半導體制冷器、真空密封件、功率半導體基板、半導體石英制品、精密陶瓷制品、探針板用可切削陶瓷、硅熔接產品全球市占率分別達到35%、65%、10%、15%、11%、90%、90%^[53]；味之素供應了全球99%的ABF載板相關材料^[15]。此外，旭化成（Asahi-Kasei）、揖斐電（IBIDEN）、三井化學、昭和電工、新光電工業(yè)、長瀨產業(yè)、日本電氣硝子、芝浦等也是重要的半導體公司。^[54]

國產不該走日本的老路

站在陰影里的日本半導體，再次輝煌并非易事，專家分析表明，以現(xiàn)如今日本的發(fā)展情況來講，重回20世紀80年代水平，將是至少780億美元的投資，以彌補20多年投資上的不足，并且除此之外已別無他法。^[55]

不過與之相悖的是，日企一直非常保守，尤其在半導體上，許多企業(yè)曾經歷慘敗，因此，哪怕收到大量訂單，也不會輕易選擇擴產，反而更追求成為“小而美”的公司。^[56]

以現(xiàn)在半導體整體需求下行趨勢來看，日企在設備、材料上的優(yōu)勢已開始逐漸弱化，坐吃老本已行不通。半導體設備協(xié)會（SEAJ）數據顯示，截至2023年2月，日本半導體設備銷售額連續(xù)五個月下降，同時SEAJ預計日本今年半導體設備銷售額將降至近3.5萬億日元，年降幅5%，為四年來首次下降。^[57]

不止如此，日企經營效率逐漸下降，2022年《IMD世界競爭力年鑒》中，日本綜合競爭力從2018年第25位下降至第34位（在63個國家和地區(qū)中），縱覽近20年，日企排名國際競爭力已從20位以后下降至30位以后，經營效率相關指標均在40名以后。^[58]

日本世界競爭力相關數據^[58]

事實上，日本半導體曾經的處境與國產半導體非常類似，短期崛起，并被美國無理打壓，雖然我們無法從源頭避免外國收緊限制，但從中吸取經驗：

• 日本對生產模式變化缺乏敏感性，頑固地堅持了在研發(fā)和生產中選用垂直生產模式，難以滿足市場需求，久而久之市場便淘汰了這些日企的產品；^[59]

• 日本沒有抓住市場潮流，不僅沒有重視微處理器（CPU）、蜂窩移動技術以及智能手機等市場，同時日本式的技術至上主義漸遭瓶頸，導致日企愈發(fā)無法跟上市場發(fā)展節(jié)奏；^[9]

• 日本產業(yè)鏈體系韌性不足，缺乏高端制程制造工藝，僅可生產40nm的低端產品，與上游競爭優(yōu)勢形成二元悖論；^[3]

• 閉門造車式發(fā)展并不能造出先進技術，只有“引進來、走出去”才能提高競爭力；

• 《日美半導體協(xié)議》中，“外國產品要占日本市場份額的20%”這一條成為美國殺手锏，不斷要求日本開放市場，而中國也應引以為戒，認清相關條款危害，警惕美國圖謀。^[59]

對于日本濫用出口管制措施，中國半導體協(xié)會表示：中日半導體產業(yè)相互依賴、相互促進，中國在上游原料制品、部件、封裝領域具備優(yōu)勢，擁有豐富的半導體產品應用場景和最大半導體市場，而日本在半導體設備、材料、特定半導體產品、硬件集成等方面具有優(yōu)勢，采取管制只會進一步削弱日企在國際市場的競爭力。^[60]

不論如何，日本躺著吃老本的日子早已遠去，走著相似歷史的國產半導體也應尋求全新的打法。