与美国相类似,欧洲集成电路的发展也与其源头创新的投入分不开。自20世纪90年代以来,欧洲企业在面对东亚晶圆制造能力的竞争中趋弱,取而代之的是以其研发能力为基础,在集成电路设备、芯片设计、物联网芯片等领域的细分市场中形成特色。欧洲的特色形成,与其公共研究机构的科技积淀分不开,也与其产业政策密切相关。从公共研究机构的科技积淀来看,欧洲是较早开展半导体研究的地区,比利时的欧洲微电子研究中心、德国弗朗霍夫研究院集成系统与设备技术研究所(Fraunhofer IISB)、法国原子能委员会电子信息技术研究所等多家研究机构均具备了世界级的研究水平。其中,法国原子能委员会旗下的电子信息技术研究所是微纳技术与应用研发的领先机构,与无线、生物、医疗、光学等业界公司合作开发高端的芯片制造等技术。
在东亚向欧美的赶超过程中,日本率先发力。20世纪70年代,英特尔公司成功研发了通用型微处理器单元,将半导体产品市场从专用型推向了通用型。通用型微处理器单元的研制,在使英特尔公司成为半导体行业领先者的同时,也为个人计算机的发展埋下了种子。个人计算机发展后,动态随机存取存储器需求快速扩展,而日本企业在超大规模集成电路计划的推动下实现了量产和升级。日本在动态存储器上对美国的赶超,除了技术上的集成研发因素外,还有其更深的市场背景。美国早期的集成电路市场以军用市场为主,而日本在战后协定的约束下以民用市场为主。所以,尽管日本的超大规模集成电路计划对标的企业是IBM,但是其所对标的下游市场实际上有着本质差异:IBM的客户主要是大型机构的核算和数据处理部门,这些机构往往不需要小型计算机;日本企业在实施超大规模集成电路计划的1976―1979年,以苹果为代表的小型计算机开发已经兴起,而日本集成电路企业也主要着眼于这类下游市场。
可以说,日本集成电路行业腾飞的起点,源于其在1976―1979年实施的日本超大规模集成电路计划。20世纪80年代,日本的存储芯片快速发展时,1929年出生的川西刚从半导体的开发工程师干起,直至任日本东芝公司半导体事业部的最高负责人。1982年,东芝投资340亿日元,由川西刚带领1 500人的团队开始实施了“W计划”,3年后东芝量产了1 MB动态随机存取存储器,成为当时世界上容量最大的动态随机存储器芯片,为日本的集成电路产业开拓国际市场奠定了基础。此后,川西刚又协助东芝、IBM 及西门子的联盟发展了动态随机存储器技术。川西刚后来所著的《我的半导体经营哲学》一书收录了川西刚的经验、观察和专业思考,是研究半导体产业历史和发展方向的经典之作。
1986年,时任东芝公司半导体事业部部长的川西刚,受到三星的邀请参观其新建的半导体工厂。在回访中,三星组织庞大的考察团对东芝进行了考察,并挖走了川西刚。此时,三星已在半导体领域有所积累,其在1983年建厂前用半年时间收集和分析的信息,已转化为企业的显性和隐性知识,而三星对技术和市场也已有了较为深入的理解。同时,1981年韩国发布《半导体工业综合发展计划》后,除三星外,现代、LG和大宇也加紧布局,四大集团逐步成为IBM、德州仪器和英特尔的竞争对手,并逐步掌握了动态随机存储器的基础制造能力,其中三星的动态存储器芯片技术已经达到了 64 KB(1984年)和256 KB(1986年),与日本的差距正在缩小。川西刚到任后的时期,正值三星在韩国政府支持下的“逆周期投资”开始之时,三星借此于1989年量产4 MB动态随机存储器,与东芝成齐头并进之势。
1990年,美国、日本、联邦德国、法国和英国政府联合签订的干预外汇市场协议―“广场协议”(Plaza Accord)已有5年,日元大幅度地升值,对日本以出口为主导的产业产生相当大的影响。对此,日本从1986年起大幅下调基准利率,形成了经济泡沫。1991年经济泡沫破灭,日本陷入战后最大的经济不景气状态。作为应对策略,东芝、日本电气等日本企业大幅降低集成电路投资,并裁撤了多个部门。此前就已崇尚“逆周期投资”的三星自然不会放过机会,以此为契机大量引进日本的技术人员。1992年,三星超过日本电气成为全球最大的动态存储器生产商,在全面赶超日本企业的道路上越走越远。
总结这段历程可以发现,在韩国赶超日本的过程中,除了韩国的“逆周期投资”等战略因素外,实际上还有更深的时代背景:动态存储器技术通用后,日本原有的技术研发优势,为韩国规模经济下的价格优势所取代。20世纪90年代中后期,三星的“双向型数据通选方案”得到美国半导体标准化委员会的认可后,日本的集成电路企业原有生产线需要按新标准设计,从此让位于新进的韩国和中国台湾企业。(www.xing528.com)
1985年,在韩日芯片公司激烈竞争的同时,最早进入美国大型公司最高管理层的华人、德州仪器的张忠谋博士回到中国台湾地区,并于1987年创办了全球第一家专业代工生产芯片的台积电。1997年,同样从德州仪器回到中国台湾的张汝京,创办了世大积体电路制造公司(简称世大)。台积电和世大均专注于垂直分工链条中的晶圆代工业务,以其为代表的中国台湾企业在国际集成电路行业竞争中已经站稳了脚跟。2000年,世大的股东中华世大,将世大出售给台积电,张汝京离职。在此之前的1999年,川西刚被提名为世大的董事长,后来张汝京在创办中芯国际时又出任中芯国际独立 董事。
在这一年,美国加州大学的华人科学家胡正明领导的团队,发明了立体型结构的鳍型晶体管,从此集成电路芯片的制造技术由两维的平面技术发展成三维的立体技术。此后不久,台积电聘请胡正明出任首席技术官,此后台积电逐步成长为国际鳍型晶体管技术发展的重要力量。三维立体鳍型晶体管技术的发明和发展,解决了当时摩尔定律能否延续的难题,而台积电在国际芯片产业竞争中的实力也因此不断增强。
2000年,张汝京带着梦想来到中国大陆,在募资10亿美元后在上海浦东张江高科技园区创办了中芯国际集成电路制造有限公司(简称中芯国际)。中芯国际是中国大陆第一家拥有8英寸和12英寸生产线的专业晶圆代工厂,2001年9月25日,中芯国际第一片0.13微米技术的芯片顺利完成,创造了从打桩建厂房到产出第一片芯片只用了12个月的世界纪录。2003年,刚刚成立不到3年的中芯国际收购了摩托罗拉(天津)的8英寸生产线,创造了集成电路制造产业蛇吞象的经典案例。同时,中芯国际还在北京亦庄开发区建造了中国大陆第一条12英寸集成电路生产线,再次创造了历史。中芯国际在短短3年内,从无到有建立了3条8英寸、1条12英寸的生产线,初步完成了基础生产能力的积累,一跃而成为中国最大、世界四大集成电路芯片代工企业之一。自此,东亚地区的中国海峡两岸、韩国和日本已成为全球集成电路制造领域的重要集聚地,而东亚地区则成为全球集成电路最大的市场,2017年中国集成电路市场份额已占全球的55%以上。
整体上看,尽管20世纪90年代英特尔再次超越了日本企业,伴随着全球化进程的加快、垂直分工的日益深入,美国集成电路制造向东亚地区转移的态势已经显现。继日本后,韩国和中国台湾地区的集成电路行业不断发展,中国大陆也在加紧布局集成电路产业,这使得东亚地区的制造能力和市场份额均得到了提升。
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