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日本芯片衰落了?千万别小看人家几十年的技术积累 | 鹅知道
时间:2019-05-31 13:42

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日本芯片衰落了?千万别小看人家几十年的技术积累 | 鹅知道

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来源 / 腾讯科技&知乎

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近日,芯片又一次成为了全民关注的热点话题。在5G已经逐步商用化、AI大量应用的今天,芯片对于一个科技企业来说的重要性已经不言而喻。

腾讯科技近日发起系列策划,聚焦各个芯片大国的发展历程。第二期:日本芯片真的衰落了?来源:知乎专栏。

在半导体行业发展的历史中,日本是重资产、“大力出奇迹”的典型代表,得益于上个世纪在半导体制造方面的领先地位,在今天,日本依然牢牢扼守半导体产业供应链上游,在全球的半导体材料与设备产业保持长期的绝对优势,且打造了不可替代的高端精品被动元器件产业群。但是,以台积电为代表的晶圆代工模式的出现,解放了Fabless公司的设计生产力和创造力,“慢节奏、精品化”的日本集成电路设计公司逐渐被组织更灵活、更富有创造力、更积极试错的Fabless蚕食,渐渐退守准入门槛较高的特殊细分领域。

逐渐退守细分领域的集成电路设计产业

2001年夏,中星微的创始人邓中翰走进日本索尼会客室,向接待他的索尼主管推销新研发的多媒体芯片“星光一号”,这位主管说:“我们索尼是这项技术的鼻祖。如果你想学的话,可以看看我们的展览和产品,但是我们没有时间听你推销产品,我们还有其他会议。

”本来约好了一个小时的见面,最终只谈了5分钟。2005年夏天,索尼新一代笔记本电脑上的摄像头,运行的正是中星微的“星光5号”。其时,中星微在计算机图像处理芯片市场上以60%的市场份额绝对领先。

这个故事几乎是日本集成电路发展史一个缩影。在过去的三十年里,日本集成电路产业在全球的优势领军地位不断地被后来者追赶并超越,甚至引以为傲的核心技术基本盘也逐渐被蚕食,这些都在索尼等日本企业的发展史中得到了体现。

我们统计了过去15年间日本半导体公司全球在全球Top20公司榜单上的兴衰更迭,1990年全球60%的顶级半导体公司都位于日本;在2000年之前,日本和美国上榜公司数量相当,各自约有七八家,随着时间的推进,日本半导体公司的数量呈现锐减的趋势,最具代表性的索尼和瑞萨排名不断下滑。尤其是在市调机构Gartner发布的2018全球半导体市场TOP10营收报告中,我们已经看不到日本半导体公司的身影。

总体来说,日本半导体的经济总量近年来依然在不断衰退。究其原因,作者认为在集成电路设计行业,以台积电为代表的晶圆代工模式的出现,解放了Fabless公司的设计生产力和创造力,极大地推动了集成电路设计产业的欣欣向荣。

然而,日本过去在IDM的既有的成功反而在一定程度上阻碍了Fabless类型的顺利转型,使得日本半导体公司似乎在这个繁荣的局面下略显落寞。相对IDM,Fabless公司在一定程度上具有轻资产、重人力的创造力优势,能够敏感嗅探市场动向,积极迎合变化并快速做出响应。

在激烈市场竞争中,尤其是在为大众熟知的消费类电子市场中,技术风向标转瞬即逝,“慢节奏、精品化”的日本传统集成电路产业犹如大象般难以转身,逐渐被组织更灵活、更富有创造力、更积极试错的Fabless蚕食。

2017年,图灵奖获得者John L.Hennessy和David A.Patterson向世界宣布“这将是一个计算机体系结构的新的黄金年代”,AI、边缘计算、存内计算、可重构计算等等,无不展示着集成电路新的趋势和应用场景,然而这些都已经很难看到日本集成电路公司的身影。

我们可以看一个非常有意思的数据。据某公司统计,2018年全球10大热门被参考设计的芯片厂商包括:TI、MAXIM、ADI、NXP、CYPRESS、Avago、NI、Xilinx、SILICONLABS、LINEAR。这个榜单通常是消费类民用市场中销售最为火热的芯片,销量多、利润高的芯片才会成为全球各Fabless公司争相解剖、逆向研究的对象。但是,这里我们并未看到任何一家日本集成电路厂商。2018年10大专利侵权取证的目标厂商包括,博通、联发科、高通、东芝、三星、英特尔、苹果、美光、罗姆、闪迪。从这个专利中,我们还是能看到东芝、罗姆等日本半导体公司在专利方面的深厚积累。

尽管日本集成电路公司在通用芯片和消费类民用芯片市场中节节败退,但是依然准入门槛较高的特殊细分领域中依然保持着领导地位。据Techno Systems Research统计数据显示,索尼CMOS图像传感器已经以绝对的优势位居世界首位,2018年占据全球51%的份额,未来随着AI、安防、移动设备等的持续普及,该数据还有可能持续涨高。

而国内仅有格科微和豪威有能力供货CMOS传感器,但是在市场份额和技术、产品等方面与索尼存在很大差距。瑞萨电子在汽车电子MCU领域虽然近年来不断受到NXP的打压,但是汽车电子是一个高可靠性、高技术门槛的领域,强如高通都想进而不得。在高端有源晶振方面,国内还依赖于日本高精度数模混合芯片,一旦日本停产,国产有源晶振将面临难寻替代芯片的局面。

日本集成电路产业近年来在退守的细分领域仍然有着非常强劲的实力,但是更多还是处于一个幕后的角色。如果不是偶尔一次日本九州地震,人们已经很难想起日本在全球集成电路供应链中位置。九州,这个日本半导体行业的发源地,也渐渐变得低调而不为人知了。

深耕基础研究、

扼守供应链上游的半导体材料与制造产业

与集成电路设计业相比,得益于日本强大的教育水平,日本具有深厚的半导体人才储备和杰出的领军人物,被半导体人最为津津乐道的就是,2014年10月7日,日本科学家赤崎勇、天野浩和中村修二因发明“高效蓝色发光二极管”而获得2014年诺贝尔物理学奖。日本在半导体材料和制造领域有着极为强大的研发实力和绝对的领导地位。据SEMI预测,日本企业在全球半导体材料市场上所占的份额达到约52%,几乎处于垄断地位,而北美和欧洲分别占15%左右。

在全球半导体设备制造领域,美国,日本和荷兰控制着全球370亿美元半导体制造设备市场的90%以上。其中,美国的半导体制造设备(SME)产业占全球产量的近50%,日本约占30%,荷兰约占17%%。下图为2017第三季度到2018第三季度,全球半导体设备制造公司的市场份额统计。图中,Tokyo Electron、Screen semiconductor、Hitachi High-Tech为日本公司,LAM RESEARCH、KLA-Tencor、AM为美国公司,ASML为荷兰公司。

在第三代半导体领域,以目前炙手可热的氮化镓材料为例,氮化镓(GaN)是当前最有代表性的宽禁带半导体材料,得益于其宽禁带的天然属性,可广泛应用于5G移动通信、高功率器件、抗辐照器件、大功率雷达等应用场景中,得到半导体领域的广泛关注。

2017年3月,国家知识产权局专利检索咨询中心、苏州工业园区知识产权局、苏州纳米科技发展有限公司、苏州工业园区纳米产业技术研究院有限公司联合发布《氮化镓产业专利分析与预警报告》。

该报告中显示,韩国、日本率先布局氮化镓专利,已经取得了先手优势,从1964年到2016年,公开的专利申请量排名前十名单,被韩国、日本企业垄断,总量超过6529项,占总数的26%。以赤崎勇、天野浩和中村修二为代表的日本科学家在上个世纪八十年代就开始氮化镓相关材料的研究,长期投入换来了今天在日本在该领域的巨大优势。

半导体材料和制造处于大半导体产业中的上游,利润极高,日本在此领域耕耘多年,已经成为储备了非常深厚的技术实力和专利,未来随着第三代半导体材料的推进和落地,日本极有可能成为产业界新的王者。

细微处坚守工匠精神、

数十年打造高端精品的被动元器件产业

如果不是最近松下公司站出来辟谣断供电子元器件的新闻,可能大众已经很久没有看到这家以电器闻名的日本公司了。得益于日本多年来在半导体材料和工艺方面精益求精的做事风格,日本在被动元器件领域数十年如一日地坚守工匠精神,终于打造出了闻名世界的被动元器件产业集群。如京瓷、村田、TDK等公司,已经成为高端精品被动元器件的代名词。在航天航空、汽车电子等高精度、高可靠性领域,日本的被动元件已经几乎无法替代。

领先的被动元件的研发需要建立在极其扎实的材料科学研究基础之上,并且需要强大、全面的工艺设备和流程来支持。如我们在第二部分中所述,日本在材料研究和半导体设备方面独步全球,具备了半导体材料研发的物质基础和科研实验条件。

尽管在发展过程中,日本半导体产业受到了外部冲击,但是半导体设备行业具有一个非常典型的特点,即:重资产、轻人力,作为半导体行业根本的设备行业其基础实力很难被外部冲垮。因此,日本被动元件产业有一个得天独厚的起点,其在这个领域的巨大先发优势和科研物质保障,让其他国家比如后起之秀的韩国难以望其项背。

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