日本超大规模集成电路项目的启示

日本超大规模集成电路项目的启示方厚政上海交通大学安泰管理学院内容提要 : 本文分析了 20 世纪 70 年代末日本超大规模集成电路项目的定 位 、组织结构及其影响 。在该项目实施过程中 , 日本政府 ( 通产省) 提供了 约 40 %的资金 , 并发挥了重要的协调作用 。通过对这个案例的研究 , 我们得 出一个重要结论 : 合作只是另一种形式的竞争 , 为了保证合作的成效 , 必须 在合作的同时根据研发技术的性质进行分工 。这对我国半导体产业的发展有 着深刻的启示 , 即政府应积极扶持和促进企业间的合作创新 , 鼓励建立产业 研发联合体 。关 键 词 : 超大规模集成电路 研发联合体 研发补贴 技术政策近年来 , 伴随着全球信息化 、网络化和知识经济浪潮的到来 , 集成 电路 ( IC) 产业得到了蓬勃发展 。从 1997 年至 2002 年 , 全球半导体市 场总销售额已经从 1400 亿美元上升至近 2500 亿美元 , 预计到 2012 年世 界半导体产值将达 1 万亿美元 , 支持 6 万 8 万亿美元的电子设备产 值 、30 万亿美元的信息服务业产值 。以 IC 为支柱的半导体产业已经在 全球经济体系中扮演着至关重要的角色 。IC 产业是人力 、资本和技术高度密集的产业 , 是技术更新非常迅 速 、投资额度很高的高新技术产业 , 是高风险 、高收益的产业 。以芯片 巨头英特尔 ( Intel ) 为例 , 每年花在研发上的投入至少在 30 亿美元左 右 。IC 制造厂的建厂费用大约每五年增加一倍 。一般而言 , 一条 8 英 寸的生产线需要 12 亿美元的总投资 , 一条 12 英寸生产线需要 25 亿美 元的总投资 。 由于研发与生产线投资费用越来越高 , 为分担风险 , 分享利益 , 世 界上各大公司纷纷组成联合体 , 合作进行设备和工艺技术的研究和开 发 。如美国的半导体制造技术联盟 ( SEMATECH) 、欧洲的半导体研发 中心 ( IMEC) 、日本的赛力特 ( SEL ET) 等 。 111 日本学刊 2006 年第 3 期那么 , 政府在促进企业合作创新中应扮演什么角色 ? 大规模的合作 研发项目该如何组织 ? 以下我们将通过 20 世纪 70 年代日本超大规模集 成电路 (VLSI) 项目的组织 , 分析其经验和教训 。VLSI 项目被誉为日 本政府激励公司间合作创新最早 、最为成功的一个范例 。该项目使得日 本连续多次在微米工艺记忆芯片 (DRAM) 方面超过美国 , 推动日本半 导体产业在 1982 1992 年间占有全球半导体市场份额的一半以上 , 取 代美国坐上全球半导体产业的首席 。一VLSI 项目的成立背景和战略定位1976 1979 年 , 由日本通产省出面组织 , 以富士通 、日立 、三菱 、 日本电气 、东芝五大公司为骨干 , 联合日本工业技术研究院电子综合研 究所和计算机综合研究所 , 投资 720 亿日元共同实施了超大规模集成电 路 (VLSI) 项目 。 20 世纪 70 年代的两大事件促成了日本 VLSI 研发联合体的成立 。第 一个事件是 , 日本迫于美国的压力于 1975 年和 1976 年分别开放其国内 的计算机市场和半导体市场 ; 第二个事件是 , 美国国际商用计算机公司 ( IBM) 正在开发被称为未来系统 ( Future System , F/ S) 的新的高性能计 算机 , 它所采用的一兆的动态随机存储器 , 将更为小型化 , 远远超过日 本当时的技术水平 。 而实际上在日本开放市场之前 , 日本的半导体公司和计算机公司就 面临着美国竞争对手咄咄逼人的进攻 , 陷入亏损的危机 。美国得州仪器 公司 ( TI) 是当时唯一在日本设厂的外国半导体企业 , 它经常发起价格 大战 , 抢夺市场份额 。日本企业认为 , 一旦市场开放 , 这类竞争行为只 会有增无减 。1970 年 IBM 的 370 系统及其存储系统进入日本市场 , 表明 日本公司与计算机领域的世界先进公司不仅存在技术鸿沟 , 而且市场份 额方面也是天壤之别 。自从 IBM370 系统进入日本市场以来 , 以及随着 美国要求日本开放市场的压力不断增大 , 日本的计算机厂商发现它们在 国内市场的份额从 1970 年的 60 %下降为 1974 年的 48 % , 而 IBM 却占据 了日本计算机市场 40 %的份额 。IBM 不只是威胁了单个日本企业的生 存 , 而且威胁了日本整个计算机行业的生存 。 112© 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.htt日本超大规模集成电路项目的启示 集成电路对微电子技术的发展来说十分关键 , 通常被称为高技术工 业的粮食 。日本政府认为 , 美国对集成电路技术控制所形成的危害与石 油输出国组织 (OPEC) 对石油控制形成的危害是等同的 。为此 , 1976 年日本通产省以富士通等五大公司为骨干 , 与日本工业技术研究院电子 综合研究所和计算机综合研究所携手合作 , 投资 720 亿日元 , 共同实施 超大规模集成电路 (VLSI) 项目 。项目的主要目的是奠定开发 、制造高 性能芯片的一般技术原理的基础 , 开发所需的生产技术 , 并允许企业在 开发各自品牌的商业超大规模集成电路技术时免费使用这些技术成果 。 项目的研发重点是微制造技术 , 即改进和开发新的光刻方法以及提升硅 晶体的质量 , 加深对其物理和机械特性的理解 。二项目的经费和运作在 1976 1979 年的四年内 , 超大规模集成电路 (VLSI) 联合体的 研究经费总额达 737 亿日元 , 其中政府补贴 291 亿日元 , 约占联合体经 费总额的 40 % , 剩下的部分由企业提供 。联合体在不同的年份分别占 日本半导体产业 22 % 66 %的研发费用 。 “超大规模集成电路技术研究协会”由富士通 、日立 、三菱 、日本 电气 、东芝等五家成员企业及通产省和公共通信公司电话电报公司的高 级官员 、经理和工程师等组成 , 对该项目进行总协调 。根据研发项目与 商业化应用的距离的不同 , 项目的研究工作分别在联合实验室和成员企 业的实验室进行 。 项目的联合实验室主要关注对所有成员都有用的 “通用”技术和面 向未来的不需要利用企业现有知识的 “基础”技术 , 这样成员企业就不 用担心在合作中泄漏自己的专有技术 。联合实验室由六个独立实验室构 成 , 建立了相应的六个研究团队进行光刻技术 ( 三个团队) 、晶体 、工 艺和仪器的研究 。联合实验室的研究人员由成员企业和通产省派出 , 人 数限制在 100 人左右 。 成员企业的实验室负责项目的应用性技术的开发工作 , 占用了联合 体预算资金的 85 % 。成员企业的研究室为两组 : 富士通 、日立和三菱 公司组成计算机开发实验室 ( Computer Development Laboratory , CDL) ; 日 113© 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.htt 日本学刊 2006 年第 3 期本电气和东芝公司组成日本电气 东芝信息系统 mation System , NTIS) 。 联合体的组织结构图如下 :(NEC -Infor2Toshiba图 1 VLSI 项目组织结构图按照参与开发研制的公司达成的协议 , 专利收入首先用于偿还政府 的补贴 , 但每项专利的长期权利仍然属于负责开发的公司 。三项目的成果和影响VLSI 项目实行了四年 , 获得了丰硕的研究成果 , 取得了大约 1000 多项专利 , 帮助成员企业提升了 VLSI 的制造技术水平 , 使日本公司在 迅速扩张的 VLSI 芯片市场上占得先机 。1980 年 , 日本公布研制成 64 K 集成电路 , 比美国早了半年 ; 同年 , 日本电气通信研究所比美国早两年 公布研制成 256 K 动态存储器 。 1986 年 , 日 本 的 半 导 体 产 品 占 世 界 市 场 的 4515 % , 高 于 美 国 的 44 % , 成为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 % 。 VLSI 项目的成功得到了国际同行和观察家的广泛关注 , 极大地提 高了日本通产省技术政策的国际声誉 , 其他国家纷纷仿效 “日本式”的 合作研究 。1984 年 , 美国颁布了国家合作研究法案, 放松了反垄断 114© 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.htt日本超大规模集成电路项目的启示 115© 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.htt 日本学刊 2006 年第 3 期士通 、日立和三菱公司组成的计算机开发实验室主要进行与 IBM 技术 兼容的技术开发工作 , 而日本电气和东芝公司组成的信息系统实验室研 究的则是非 IBM 技术 。 31 从研发的产出即专利的分布来看 , 也反映了项目的研发工作协 同不够 。在 VLSI 项目所产生的 1000 多项专利中 , 只有 16 %的专利是由 多个成员企业共同研发出来的 , 25 %的专利由同一企业的多名研究人员 研发 , 剩下 59 %的专利都是单个研究人员的工作成果 。这主要是由于 日本半导体的产业结构和企业的经营战略造成的 。大部分日本企业的经 营战略是 “市场份额”至上 , 而不是通过产品差异战略来避免直接的竞 争 。大规模 、低成本生产是企业的主要竞争手段 。为了实现规模经济 , 成员企业纷纷投入巨资建设新的半导体生产设施 。东芝 、日本电气和日 立公司为了争夺日本半导体市场的领袖地位展开了激烈的竞争 。总之 , 合作只不过是另一种形式的竞争 。因为企业的专有技术一旦泄漏给竞争 对手将会造成重大损失 。因此项目的成员企业不愿意共享信息 , 进行充 分的合作 。 41 与配套产业缺乏合作 。VLSI 联合体不仅与成员企业间的水平合 作不够 , 而且基本上没有与设备企业进行垂直合作 。设备企业 , 例如尼 康和佳能公司就从来不是 VLSI 项目的官方正式成员 。设备企业非正式 参与 VLSI 项目的主要好处是获得了客户未来需求的信息 。但实际上 , VLSI 项目只把 20 %的资金用于购买设备 , 而且购买的大部分设备是美国 公司的产品 。此外 , 该项目与大学的合作研究也很欠缺 。五对我国的启示我国将成为未来全球半导体与信息产业的主要市场 , 这一点已经成 为业界的共识 。2000 年前后 , 我国半导体市场在国际半导体市场一片 萧条的情况下仍保持了一枝独秀 , 连续几年以 30 %左右的速度增长 。 但是 , 我国半导体产品的自给率严重不足 , 例如 , 2003 年半导体数量 的自给率仅为 30 % , 从价值衡量则不到 15 % 。