日本超越美国计划：VLSI计划掀起半导体产业链建设

1972年，IBM“未来系统计划”的部分内容曝光，在日本掀起轩然大波。IBM计划投入巨资，在1980年前开发出1M容量的内存，应用到下一代电脑上。当时，美国最先进的内存不过4K大小，如此野心勃勃的计划让尚停留在1K内存技术层次的日本企业产生强烈的危机感。更加现实的压力是，1973年，第四次中东战争打响，石油价格翻了4倍，这对石油完全依赖进口的日本产生了严重的打击，持续了多年高速增长的日本经济出现了急刹车。1974年，日本在美国要求开放市场的政治压力下，被迫放宽计算机和电子器件进口限制，IBM随后仅用了一年时间就横扫日本计算机市场。

不过，石油危机爆发也带来了一个机遇。全球经济发展速度放缓，美国工业生产也大幅下滑，美国各大半导体公司的盈利受损，于是都放缓了对新技术的投资，这就给了日本一个赶超的机会。

于是，1976年，日本启动了“下世代电子计算机用超大规模集成电路”（VLSI^[10]）研究开发计划，要在半导体技术上超越美国。计划的核心是先进制程内存及半导体生产设备的研发。VLSI计划由通产省牵头，喊来了日电、日立、东芝、富士通和三菱五大做芯片和电脑的企业商量。这五大企业不简单，它们都是日本“电力家族”或“电电家族”的成员。日本的电力由东京电力等10家电力公司分区域独家垄断经营，向这些电力公司供应电力设备的特定企业被称作电力家族的企业。日本的通信服务则是由日本电报电话公司（NTT，简称日本电电）垄断经营，日本电电也只向电（报）电（话）家族的特定企业采购通信设备。日本政府通过对电力市场和通信市场的垄断来调控宏观经济。比如，提高通信和电力的收费标准，用这些钱来支持基础设施建设，拉动GDP增长，增加就业率。话费和电费不是税，却比征税好使得多。电力家族企业与电电家族企业有不少是重合的，它们都是大而全的巨无霸公司，业务范围都非常广泛。

国家平时养着你，现在到了需要你的时候，你该出力了吧？事实却是，这些企业你看我、我看你，没人愿意拿出看家货，都等着别人出活儿。日电的技术人员曾回顾道：“即使国家项目提出抽调人手，各个公司因为彼此之间的竞争关系都不会派出最优秀的人才。大家都抱着‘反正我们也没拿出什么像样的技术，如果能带回去一点什么新东西，就算赚到了’的心态参与到国家项目中。”

这时候，关键人物垂井康夫站了出来。垂井康夫年仅22岁就从早稻田大学第一理工学院电气工学专业毕业，29岁就申请了晶体管相关的专利，在半导体产业有着20多年的资历，是日本半导体研究的开山鼻祖，被任命为VLSI计划联合研究所的所长。垂井康夫在日本半导体业界颇具声望，他做领导让各个成员都信服。垂井康夫指出，半导体基础技术投入大、见效慢，大家只有同心协力才能改变日本半导体基础技术落后的局面，在基础技术开发完成后各企业再各自进行产品开发，这样才能解决各个企业在国际竞争中孤军作战的问题。由于垂井康夫对各企业都十分了解，他亲自点名要求各企业派遣被他看中的一流人才，谁也别想出工不出力。

在垂井康夫的鞭策下，日本企业摒弃门派之别，整合半导体产学研人才，在四年时间内搞出上千件专利。在产业化方面，日本政府为半导体企业提供了高达16亿美元的巨额资金，包括税赋减免、低息贷款等扶持政策，帮助日本企业打造半导体产业群。日本在半导体产业上从设备、原料到芯片的三个方面都取得了重大突破：以尼康和佳能的光刻机为核心的半导体设备国际市场占有率超过美国；信越化学（Shin-Estu）和胜高（SUMCO）在全球硅晶圆市场占据超过一半的份额，日本整体在全球半导体材料市场上的占有率超过了70%；富士通与IBM几乎同步研制出64K内存，日本企业凭借64K内存拿下全球一半以上的内存市场，256K内存也实现了量产。通过VLSI计划，日本构建起了相对完整的半导体产业链。

VLSI计划结束时，垂井康夫满意地认为：日本的半导体技术已和IBM并驾齐驱。但他没有说或者有意选择无视的是：日本在最关键的微处理器和软件上，仍然与美国有着很大的差距。

内存是电脑必不可少的存储设备，内存的容量越大，电脑能够同时处理和存储的数据就越多。IBM、惠普等美国企业占据了全球最主要的大小型商用计算机的生产，日本的内存主要出口给美国。

1980年年初，惠普电脑招标采购16K内存，日电、日立和富士通完胜英特尔、德州仪器和莫斯泰克等美国芯片企业。惠普发现，在合格率指标上，日本公司都在90%以上，美国公司仅有60%～70%。此外，美国产的芯片经常延迟交货，而且至少会产生5%的退货；而日本芯片的交货总是很准时，并很少发生退货。3月，惠普公司总经理安德森在华盛顿的一次会议上发表了关于日美两国芯片质量的比较报告，这份报告引起硅谷的震惊。

当时，美国内存相对日本内存还有先进制程上的技术优势，很快，芯片制程也被日本赶了上来。前往日本参观的美国人惊恐地看到，日本公司采用“三箭齐发”的研发节奏，在一幢楼内，第一层的技术人员在研发当前市场主流的16K内存，第二层的技术人员则在开发下一代的64K，而第三层的技术人员则在储备再下一代的256K的技术。日本的内存技术因此在20世纪80年代取得了突飞猛进的进步。

1982年3月，仅日电九州工厂的内存月产量就达到1000万块，10月更是暴增至1900万块。这一年，日本成为全球最大的内存生产国。与产量暴涨相伴的是价格暴跌。一个两年前还卖100美元的64K内存，现在只要5美元就能买到。卖这个价格，日本厂商还能赚钱，美国厂商由于成品率低就得亏钱了。

同样是在1982年，美国刚刚研制出256K内存，日本富士通和日立的256K内存已经批量上市。到1983年间，销售256K内存的公司中，除了富士通、日立、三菱、日电、东芝之外，只有一家摩托罗拉是美国公司。光是日电九州工厂的256K内存月产量就高达300万块。日本厂商的海量产能导致这一年内存价格暴跌了70%，这使得正在跟进投资、更新技术设备的美国企业普遍陷入巨额亏损状态。

还是在1982年，东芝半导体事业部的部长川西刚带领一个1500人的团队开始实施以更大容量内存技术攻关为核心的“W计划”。东芝为了这个项目投资340亿日元，其中仅仅对超净厂房的投资就达到200亿日元。三年后，东芝率先实现了1M内存的量产，这也是东芝第一个超越世界水准的半导体产品，为日本的内存产品称雄国际市场奠定了基础。东芝还研制出直径8英寸的当时世界上最大的硅晶棒。(www.xing528.com)

美国的半导体企业多是初创公司，日本的半导体企业则多是电子巨头下属的一个部门，双方实力不可相比。半导体原本是美国的强势产业，然而，日本半导体对美国出口额从1979年的4400万美元暴增至1984年的23亿美元，同期美国对日本的半导体出口仅仅增长了2倍。到1986年，日本半导体产值已大幅超越美国，并且在全球半导体产业中所占的份额超过了一半。1990年，全球前10大半导体企业中，有6家来自日本，日电、东芝和日立占据了前3（IC Insights数据）。一向阳光明媚的硅谷，此时被笼罩在大片的乌云之下。

【注释】

[1]由于晶体管是集成电路中应用数量最多的电子器件，后来晶体管也成为芯片中的所有电子器件的通称。所以，处理器或存储器芯片中的晶体管数量的翻倍，其实是指芯片中所有的电子元器件数量的翻倍。

[2]模拟芯片，是处理声音、光线、温度等连续性的模拟信号的芯片，与之相对的是处理0和1这样的离散性的数字信号的数字芯片。

[3]比特（bit），简写b；字节（Byte），简写B。1B=8b，1K或1Kb=1024B，1M或1Mb=1024Kb，1G或1Gb=1024Mb，1T或1Tb=1024Gb。

[4]广义上的内存包括动态随机存储器（DRAM）、静态随机存储器（SRAM）和可擦除可编程只读存储器（EPROM）等类型。为了叙述简便，本书提到的“内存”均仅指最常见也最有代表性的动态随机存储器（DRAM）。

[5]在电子技术中，脉冲信号是按一定电压幅度、一定时间间隔连续发出的，单位时间内所产生的脉冲个数称为频率。频率的标准计量单位是Hz（赫兹）、KHz（千赫兹）、MHz（兆赫兹）、GHz（吉赫兹），其中1GHz=1000MHz，1MHz=1000KHz，1KHz=1000Hz。740KHz意味着每秒可进行74万次操作。

[6]处理器的“位”指一个时钟周期内可以处理的数据数量。8位为一个字节，8位处理器一次可以处理1个字节。以此类推，16位和32位一次可以分别处理2个和4个字节。目前最高的64位一次可以处理8个字节。位数越大，意味着一次可处理的数据量越多，处理器的速度就越快。

[7]CPU：central processing unit，也称中央处理单元，是计算机系统的运算和控制核心，也是微处理器的主要用途之一。

[8]超威半导体有限公司（Advanced Micro Devices，Inc.），也有译作超微半导体公司或高级微设备公司，最常用的还是AMD。

[9]迈克尔·马隆，《三位一体：英特尔传奇》，黄亚昌译，浙江：浙江人民出版社，2015年版，第37页。

[10]最初，拥有100个以下晶体管的芯片被称作小型集成电路SSI，然后是中型集成电路MSI（101～1000个晶体管）、大规模集成电路LSI（1001～10000个晶体管）、超大规模集成电路VLSI（10001～100000个晶体管）、极大规模集成电路ULSI（100001～10000000个晶体管）。1M内存就是ULSI了。