日本發展半導體產業的成敗有非常強的參考價值。

日本半導體產業在上世紀80年代到達頂峰後就在緩慢退步，但若簡單認為日本半導體產業失敗了，就是嚴重誤解，今天日本半導體產業仍有非常有競爭力的企業和產品。

客觀認識日本半導體產業的成敗及其背後的原因，有非常強的參考價值。

很多人認為，日本半導體產業在上世紀80年代末期超過了美國，這並不是很準確。80年代日本在DRAM （動態隨機記憶體）領域超越了美國，並不是半導體產業整體超越了美國。

80年代，日本工業產品的品質穩定性和生產效率整體都趕上了歐美主要已開發國家，這並不是半導體一個產業的現象。戰後日本不斷從美國和歐洲獲得各種新技術，同時透過價格優勢不斷佔領美國市場。1985年廣場協議之前，日圓匯率比較低，日本的勞動成本也低於歐美，因此有價格優勢。日本的企業管理特色也是其能追趕歐美的原因。從50年代起，日本企業就開始整體品質管理系統（TQC）。70年代，許多日本企業進行ND （No Defects，零次品）活動，打造零次品的生產體系。而美國一直是採取機率論方法，要達到一定的合格率就可以。這背後是美國和日本的國民性格差異和文化差異。

在90年代，日本半導體企業在全球的影響力緩慢下降。背後有三個主要的原因：

• 一是美國的阻撓，其標誌為1986年日美兩國政府簽訂的「日美半導體協議」。這讓日本政府無法繼續大規模支持半導體產業，導致日本企業擴大速度放緩。
• 二是90年代日本泡沫經濟破滅，日本企業同時面臨多重壓力：日圓大幅升值、日本國內市場飽和、企業獲利能力嚴重下降。這就造成日本半導體企業設備投資不足，持續研發的能力下降。
• 三是周邊國家和地區的崛起。90年代以前，半導體市場基本上是美國和日本在競爭。90年代以後，韓國和中國台灣地區也加入競爭。80年代半導體工業大發展，造成大部分的半導體製造技術裝置化，之前幾十年的技術累積凝結在了半導體製造設備中。韓國及中國台灣企業購入相關設備，就能具備良好追趕基礎。

同時，日本企業也沒有培育出EDA （Electronic Design Automation）企業。這和日本社會長期重製造業，輕視軟體業有關，也和日本缺乏支持新興企業的資本市場有關。80年代日本半導體產業如日中天的時候，日本各大企業都是自己開發設計軟體，並將其視為自己的競爭能力，不願對外公開，這造成日本未能產生EDA企業。日本在工業設計軟體、類比軟體、統計軟體領域是如此，封門閉戶各自單幹，導致日本企業在工業軟體領域一直落後美國和歐洲。

晶片的生產過程中需要用到幾十種原料，有固體的，也有液態和氣體的，日本企業在大部分晶片原料中都有很強的存在感。

光阻領域： JSR、東京應用化學、信越化學工業、住友化學、富士軟片；

電子級矽晶圓領域：信越化學工業、SUMCO；

掩光罩領域：大日本印刷、凸版印刷、HOYA；

半導體生產用特殊氣體領域：大陽日酸、Air Water；

化學藥品相關企業：關東化學、Resonac（昭和電工收購日立化成之後更名）、大金工業、日本Zeon、住友精化、中央玻璃、巖谷產業、三井化學、關東電化工業、ADEKA；

半導體生產用到的各種特殊化學藥業領域： StellaFarma、住友化學、關東化學、日本化藥、東京應化工業、三菱氣體化學、三菱化學、大金工業、森田化學工業、德山；

半導體生產用各種靶材領域： JX金屬、高純度化學研究所、Ulvac、三井金屬礦業、東曹；

高純度水領域：栗田工業、Organo、野村精細科學；

CMP研磨劑與研磨墊：富士軟片、富士見、Resonac、JSR、凸版印刷、富士紡；

石英產品： AGC和東曹。

半導體材料在材料產業中屬於技術壁壘非常高的領域。半導體材料對純度的要求非常高，例如矽的純度要求是11N，也就是99.999999999%。一個半導體工廠每天需要大量高純度水用來做清洗。水的純度要求也在6N以上。這種高純度的水，不是每個國家都有能力製造。

日本半導體材料的強大有兩個因素：

• 一是70年代和80年代日本電子產業整體非常發達。當時各行業的日本企業都面臨開拓新業務的問題，許多企業都加入了半導體材料生產團隊。例如，大日本印刷公司是成立150年的印刷企業，它轉用了印刷業的製版技術進入到掩光罩領域，成為全球最大的掩光罩生產商。半導體材料的研發需要大量資金。日本企業普遍多角化經營交叉投入，彌補了日本資本市場不發達這個缺點。
• 另一個因素是精密化工材料產業的封閉性比其他產業更強。不僅日本半導體材料產業，其他國家的高科技材料產業也一樣。生產設備都是開發企業自行設計和客製化的，市場上沒有標準工業品。這些公司很多時候刻意不把自己的技術申請專利，而是黑箱化。後發國家除了研發之外很難模仿。

日本最大食品企業味之素公司的ABF是半導體生產中必須使用的材料。ABF是Ajinomoto Build-up Film的簡稱，即味之素堆積膜，用作CPU的絕緣材料，目前味之素獨佔此市場。味之素中文就是味精，該公司已有100多年歷史。1970年代，味之素公司摸索著使用胺基酸生產中累積的技術，去開發一些新產品和新材料。1996年，味之素公司開始開發薄膜型絕緣體，大約四個月就成功了。但讓半導體公司使用該材料花了三年左右時間，之後味之素公司一直獨佔這個細分市場。味之素的護城河除了大量專利，還有大量生產流程上的技術秘密，構成了高進入障礙。

半導體材料的範圍很廣。例如在晶片生產過程中，轉移晶圓需要用到一種電子吸盤，目前日本的株式會社NTK Ceratec公司是該細分市場的領導者。該公司是日本工業陶瓷領域的著名公司日本特殊陶業（NTK）的子公司。

全世界半導體製造設備的企業排名，前15名一般是這樣分佈的：美國6家，日本6家，荷蘭2家，韓國1家。日本的頭部企業如下：東京電子、愛德萬、尼康、SCREEN、迪斯科、國際電氣、佳能，東京精密、Lasertec、TOWA，荏原、Ulvac。

此外，半導體工廠的搬運設備，日本企業也有很強的存在感，包括村田機械、大福、Rotze等；晶圓檢查裝置亦然，主要包括日立高科、Lasertec等；探針台領域亦然，主要是東京電子和東京精密兩家企業。

日本的半導體製造設備產業70年代起步。在80年代以前，半導體產業發展的主導權在美國，而且整體產業規模比較小，當時日本主要是進口美國的設備。東京電子一直是日本最大的半導體製造設備專業公司，該公司成立於1963年，2019年的銷售收入為1.3兆日元，其中半導體製造設備佔91%，FPD （平面顯示板）製造設備佔9 %。該公司最初就是進口美國半導體設備和產品，後來自己研發。過去50年，東京電子一直保持穩定成長。

東京電子是個比較特殊的例子。業界許多知名企業都是在70年代以後的半導體發展大潮中逐步跨入到半導體製造設備領域的。例如尼康和佳能進入到光刻機領域，是因為之前有光學技術和精密加工技術的累積。村田機械株式會社是一家位於京都的公司，成立於1935年，該公司最初生產紡織機械，該業務到現在也存在。60年代村田機械開始進軍物流設備領域，1979年成功開發無人駕駛自動搬運車ROBO-FAMILY，1982年開發出重物品搬運機器人，1986年開發出無塵車間的空中搬運系統，進軍無塵搬運領域。

SCREEN是具有百年歷史的京都企業，該企業的源頭是印刷製版。荏原（Ebara）是日本最大泵類生產企業。半導體製造的生產線需要大量的各種高端泵，荏原從泵（真空泵和液體泵等）進入到半導體行業，之後研發了CMP （化學機械拋光）設備，目前是全球第二的CMP設備企業。日立高科是日立集團的子公司。日本企業戰後刻苦研發高階電子顯微鏡，後來日立和日本電子（JEOL）佔據了全球主要市場。日立高科用電子顯微鏡所佔據的半導體檢測的主要市場是自然結果。

日本的精密製造業整體都很強大，半導體設備製造業是其中一環。90年代以後，日本國用戶逐步下降，但日本半導體製造設備公司依然維持了較強的競爭力。原因有三：

• 一是技術壁壘，製造高精度的複雜機械需要技術累積；
• 二是持續的研發和產品升級。半導體產業不斷的發展和進步，這需要設備供應商同步提升。例如，東京電子的研發是提前4代進行的，基本上現在研發的都是十年後應用的設備；
• 三是設備商和客戶共進化。高階設備不是賣了就結束了，維運也非常重要。例如一台EUV光刻機，需要ASML常年派駐六名左右的工程師駐場維護。一台普通的光刻機，熟練操作方法和技巧，也需要三個月以上的訓練。設備製造企業和用戶深度綁定，一旦形成合作關係，除非有特殊原因，這個關係很難被打破。

很多人有種錯覺，我們只是光刻機不行，其他的很容易搞定。實際上半導體工廠需要上百種設備，不只是光刻機。例如真空泵和其他各種類型的泵，目前全球由英國的愛德華（Edwards）和日本的荏原（Ebara）佔據大部分市場份額。

這裡介紹一個頗具日本特色的例子。大家都知道光刻機的硬體有三大組成：光源、鏡頭組和精密煞車工作台。日本提供光刻機光源的企業叫Gigaphoton，該公司是日本最大的工程機械公司小松製作所的全資子公司。該公司成立於2000年，之前是小松研究所的一部分。目前，Gigaphoton給2000台以上的光刻機提供光源系統。日本沒有美國那樣的已開發資本市場，創新融資沒有美國便捷。但日本也不斷開拓新領域，資金來源主要靠企業內部的交叉補貼。日本公司往往有多條業務線，獲利業務拿出一部分利潤來支援基礎研發和新產品研發。Gigaphoton就是典型。

小松製作所和Gigaphoton的例子在日本非常普遍。出光興產是日本大型石油公司，主業是石油貿易。該公司於1985年開始研發OLED材料，歷經磨難後於1999年推出產品。目前該公司和德國的BASF並列，是OLED最重要的原料供應商。近幾年，出光公司正在加力研究固態電池的電解質，相關專利數量在全世界名列前茅。

80年代中期，尼康和佳能在光刻機領域崛起，打敗了它們的美國老師。2002年，尼康的市佔率輸給了荷蘭ASML。此時雙方基本上沒有技術差距，尼康佳能合計的市佔率仍超過ASML。但2007年後，雙方的技術差距越來越大。

如今ASML在最先進的EUV光刻機製造上一枝獨秀。筆者認為以下幾個因素較重要：

第一是國際競爭態勢。80年代，日本半導體產業發展迅速，80年代末期市佔率超過美國，美國後來脅迫日本簽訂日美半導體協定阻擊日本半導體產業。日美半導體摩擦的間接結果是韓國、台灣和荷蘭崛起。在光刻機市場，三星和台積電作為用戶，當然期望有多種選擇，這樣自己才有議價權。2000年左右，英特爾、三星和台積電陸續成為ASML的股東，本質上構成策略合作聯盟，而日本公司則排除在外。

第二是尼康自身和日本國內環境的變化。尼康的原名是日本光學工業株式會社，成立於1917年，是當時的三菱財閥為了生產軍用光學產品（光學測距儀和望遠鏡等）而成立的公司。1988年改名為株式會社Nikon。戰後，尼康的主要收入來源是相機。90年代以後，光刻機的收入超過照相機。

尼康進入光刻機領域是因為有光學鏡頭和精密機械（包括光波干涉儀等）的產業基礎。1975年-1980年，日本通商產業省組織了“超LSI共同研究所”，進行半導體產品超精密加工基盤技術的共同研究。當時從富士通、日立製作所、三菱電機、日本電氣和東芝公司抽調了上百名技術人員聯合攻關。

「超LSI共同研究所」委託尼康和佳能研發光刻機，本質上是日本政府資助尼康和佳能研究光刻機。2000年左右，美國的IT泡沫破滅，半導體投資下降，尼康經營壓力非常大。如果那時尼康接受英特爾的股權投資，後來結果可能完全不同。但尼康是三菱財閥的企業，接受英特爾的股權投資不太現實。當時的整體環境，日本企業對外國企業入股非常排斥。

日本的兩家光刻機企業，從光學基礎技術能力來講，尼康比佳能強。佳能後來研發了影印機和印表機，成為該公司主要獲利產品。尼康主要就是照相機和光刻機。泡沫經濟以後，日本生產半導體的綜合馬達企業都很艱難，日本在世界半導體市場的市佔率也不斷下降。在這種情況下，日本國內市場很難養得起兩家光刻機企業，而尼康佳能又沒能及時整合光刻機業務，反而繼續彼此競爭。

第三個原因是ASML自始至終執行全球化路線，尼康則是以日本國內市場為重心。荷蘭國內市場很小，90年代的歐洲也沒有大型半導體企業。從最開始，ASML就必須走國際化路線。

談到ASML，中國媒體總是熱衷於介紹美國Cymer提供了光源，德國蔡司提供了鏡頭等。我們對光刻機的理解不能停在這個層面。一家公司的技術不斷發展和進步是需要市場依賴的，是需要客戶的不斷回饋的。單純從全世界採購優質的零件，是打造不出完美設備的。光刻機這樣的精密機械，背後的控製程式都是軟體，軟體的重要程度和光源鏡頭等硬體同樣重要，ASML自己掌握軟體開發。

1982年，比利時佛蘭德市政府決定培育微電子產業。1984年，地方政府、企業界和大學共同組成了非營利組織的IMEC。同時設立了半導體產品製造工廠MEITEC。第一代理事長是著名的魯汶大學的Van Overstraeten教授。ASML和IMEC長期維持密切合作關係。1989年，ASML給IMEC交付248奈米的光刻機。1989年，提供193奈米的光刻機。2003年，提供157奈米的光刻機。2004年，交付了液浸式光刻機。2006年，交付了第一台EUV原型機。在ASML發展的初期，IMEC給ASML提供的技術支援與回饋，對ASML的發展影響巨大。

2000年後，ASML和全球最大的三個光刻機用戶，美國英特爾、韓國三星、中國台灣的台積電構成了相對穩定的聯盟，至此大局已定。

尼康初期的技術累積比較多，日本國內市場也比較大，因此尼康走的是國內協作路線。2000年以後，日本終端用戶不斷減少，尼康收入不斷下降，研發投入就跟不上。事實上，尼康在2007年就製造了EUV樣機，只比ASML晚一年。樣機是為日本的研究組合Selete研製的。Selete是日本國內主要的十家半導體公司在1996年每家出資5億日圓設立的半導體技術共同開發公司。十家公司分別是：富士通、日立製作所、松下電器、三菱電機、NEC、衝電氣、三洋電機、夏普、索尼、東芝。

後來的發展態勢很明顯，尼康敗給了ASML。EUV光刻機一台價格超過1.5億美元。研發這樣的設備，費用可想而知。如果沒有資金補助，尼康不會冒險研發。但日美半導體協定限制了日本政府的行動能力。不過，尼康除了晶片用光刻機，2006年後還有一個主要的收入來源──FPD微影機，也就是生產液晶面板時所使用的光刻機。在這個領域，尼康和佳能一直佔據著主要市場份額。

日本在半導體製造設備和半導體材料領域一直堅挺，除此之外，日本也仍有一些半導體產品在全世界範圍內保持著比較強的存在感。主要是CMOS Image Sensor （也就是把光訊號轉換成電子訊號的半導體產品，主要用在數位相機和智慧型手機相機等領域）、功率半導體（在各種裝置中控制電力的半導體產品）、NAND Flash Memory ，汽車用微處理器（控制包括引擎在內的各個功能單元的微處理器）、LED （LED燈也是一種廣義的半導體產品）。

這幾種半導體產品日本企業能頑強地堅持到現在，有兩個最重要的原因：（1）穩定的應用場景；（2）技術原創性和產品化都保持領先。

穩定且不斷擴大的應用場景非常重要。半導體產品必須應用在某個特定的產品當中。90年代以後，日本頑強存活下來的幾個半導體產品在日本國內外的市場都是穩定成長的。

案例1：CMOS Image Sensor。CMOS Image Sensor與日本數位相機在90年代以後的崛起密切相關。雙方相互支持，良性互動。戰後，日本照相機產業蓬勃發展，以尼康為代表的日本照相機品牌風靡全世界。90年代以後，日本的照相機企業和電機企業陸續都進入到數位相機領域，日本企業自始至終佔據了全球數位相機90%以上的市場份額。豐厚的市場回報給索尼公司更多的研發動力，CMOS Image Senor的性能的不斷提高，提高了數位相機和手機的魅力，創造了更大的市場，是一種標準的良性互動。其中，索尼公司早在70年代就開始CCD的研發和應用，在這個領域一直不斷的累積與進步。

案例2：汽車用微處理器。1980年，日本汽車產量達1,000萬台左右，成為全球最大汽車生產國。汽車用微處理器和美國的環境管制以及70年代的石油危機有密切關係。美國在1970年推出了《1970年大氣淨化修正法》，也就是俗名的「馬斯基法」（Muskie Act）。該法案對汽車廢氣排放提出了苛刻的減排要求，許多汽車公司都認為不可能實現。美國的一些汽車公司開始委託日本公司開發控制汽車引擎噴油和排氣再燃燒的微處理器。東芝公司經過5年多努力，在70年代末期成功為福特公司研發成功這種微處理器。之後該技術轉用到了日本各汽車公司。日本的瑞薩半導體頑強的活下來，就是因為其主要產品都是車用半導體。

案例3：功率半導體。目前全球功率半導體前十大企業來自德日美三國。德國的英飛凌最強，遙遙領先。日本企業在十強中佔據四、五席，一般為東芝、三菱電機、富士電機、日立、羅姆。這幾家企業除了羅姆公司是專門的半導體公司，其他幾家都是「綜合電機」公司，也就是類似德國西門子那樣的多元化公司，英飛凌就是從西門子分出來的企業。

功率半導體和DRAM等半導體產品的技術路線有很大不同，該領域日本形成了正循環態勢。例如東芝公司在1981年就推出了全世界第一台變頻民用空調，變頻裝置的核心就是功率半導體。90年代，日本最早在鐵道車輛和新幹線車輛導入了IGBT，大大促進了鐵道領域的節能。

案例4：LED。90年代以後，日本主導了LED相關領域的發展，主要原因是日本科學家在90年代初期突破了藍色LED技術。三原色當中，藍色發光LED是最後突破的。2014年，因為在藍色LED上的貢獻，三位日本科學家赤崎勇、天野浩、中村修二獲得諾貝爾物理學獎。中村修二所在的日亞化學是位於日本德島縣的小規模化學企業，因為LED的發展，該企業連續成長了20年。

案例5：NAND Flash Memory。東芝公司在這個領域一直保持強競爭力，最重要的原因是該產品就是東芝發明的。東芝的舛岡富士雄在1984年左右發明了NAND​​ Flash Memory，東芝在這方面的技術優勢一直到今天。

進入2023年，日本的東證指數恢復了1990年泡沫經濟尾聲的高峰。日本東京核心地段的土地價格在2021就恢復到了1989年最高峰的水準。那麼，日本的半導體產業能恢復80年代和90年代的榮光嗎？筆者認為：日本半導體產業的下滑已經停止了，今後大概率會有反彈，但不會再現往日輝煌。

日本半導體產業停止下滑的最重要原因是國際環境的變化，也就是中美之間的摩擦和台灣海峽局勢的緊張。在這個大背景下，日本的戰略地位發生了一些微妙的變化。以美國為首的西方國家對於過度依賴中國台灣地區的晶片代工和封裝有較強的危機感。同時，日本政府抓住機會也推出了一些補助政策，支持台積電在日本熊本縣設立工廠。2022年，日本成立新的國策半導體公司Rapidus，該公司預計在北海道設立工廠。

不只日本不會恢復過去的榮光，美國也不會。80年代，半導體產業基本上是美日兩國企業的天下。現在，全世界主要國家的企業都在這個產業中競爭。這個國際的大競爭和大分工在90年代就開始了。例如，在前十大半導體軟體企業中，美國有四家，英國有兩家，中國有兩家，加拿大有一家，以色列有一家。分別是ARM（英國），Synopsys（美國），Cadence Design Systems（美國），Imagination Technologies（英國），CEVA（以色列），SST（美國），VeriSilicon（中國），Alphawave（加拿大）eMemory Technology（中國台灣），Rambus（美國）。

在全球經濟高度專業化分工的時代，我們平常不認為有半導體產業的國家，也有半導體產業的隱形冠軍。例如奧地利這個看似和半導體毫不相干國家，也有兩家隱形冠軍企業，IMS奈米製造公司（IMS Nanofabrication）和EV集團。IMS公司是多光束掩模寫入器的全球領導者。我們都對EUV光刻機津津樂道，但EUV光刻機使用的光刻掩模的製造精度比EUV還要高，是透過電子線來描畫的。IMS的主要競爭對手是東芝公司旗下的Nuflare公司，2016年該公司被英特爾收購。EV集團是全球晶圓鍵合設備市場第一名，晶圓鍵合是將矽片鍵結製成晶片的精密製程。索尼、三星、豪威製造的大多數CMOS影像感測器都要都用到EV集團的技術。

日本今後能否在半導體產業獲得更多影響力，取決於日本半導體全產業鏈的研發能力，特別是在自己的優勢領域能否持續研發和外延。例如，佳能和大日本印刷近年來積極研發奈米壓抑技術，2023年10月已正式推出相關設備。如果這個技術獲得成功，比起使用光刻機，製造成本會大幅下降，就會蠶食ASML的市場佔有率。

近幾年，美國不斷阻擋中國半導體產業的發展。筆者認為，短期中國很痛苦，長期美國可能更痛苦。道理很簡單，中國是最大的半導體市場，美國的圍堵將迫使中國加速半導體全產業鏈的國產替代，這意味著美國企業將喪失中國這個龐大市場。

中國可從三個角度考慮今日的應對之策：

• 短期最重要的事情是穩定和美國及其他主要已開發國家的關係。90年代以後，美國已經不能獨自建構一個完整的半導體產業鏈，現在美國拉攏荷蘭和日本，原因就在這裡。
• 中期來講，加速導入海外人才和培養國內半導體相關人才最重要。十年之內，我們做的大部分工作都是國產替代，許多細分領域都是已開發國家10年前、20年前已經實現的技術和產品。
• 長期來講，如果中國想佔據半導體產業的主導權，就需要在基礎理論上有所突破，否則很難成為半導體強國。

在未來半導體產業的發展中，中國不是沒有優勢。筆者認為，目前蓬勃興起的第四次產業革命對中國的半導體發展是個百年一遇的機會。第四次產業革命在2020年左右拉開序幕，其中有兩個主要內容，也就是DX和GX。DX就是Digital Transformation，全球經濟的數位轉型，其中最重要的是人工智慧。GX就是Green Transformation，全球經濟的綠色低碳轉型，其中最重要的是從化石能源轉向再生能源。前三次產業革命都是歐美國家主導的。第四次產業革命，中國和歐美日站到了同一個起跑線。

在這場產業革命中，汽車業也會迎來一個百年一遇的大變局。汽車會變成一個智慧化產品。目前，一台高檔電動車需要用到1000個左右的晶片（不都是高階晶片）和100個左右的感測器。新能源汽車是半導體產品最大的應用市場，中國的新能源汽車已經走到了世界前列。

碳中和時代，光電、風能等再生能源的佔比會上升，功率半導體會有更多應用情境。目前以碳化矽和氮化鎵為代表的第三代半導體也是各國爭奪的重要領域。這個領域，中國也處於第一陣營。

回望過去70年，日本半導體產業發展較順利的時候，都有比較好的應用產業，兩者都是互相支持、良性互動的關係。在80年代以前，晶體管收音機、電子計算器和電視機為半導體產品提供了巨大應用市場。日本的液晶產業也是因為電子計算器的應用而累積了初期技術。80年代以後是電腦，90年代以後是個人電腦、數位相機和手機。2007年後，個人電腦和智慧型手機成為應用半導體產品的兩個最大的產業，但日本企業喪失了這兩個產業的發展主導權，這直接導致日本半導體產業復興乏力。

不只日本，美國半導體產業也一樣。80年代以前的半導體產品非常昂貴。美國是軍工和科研部門的訂單支撐了半導體產業的發展。90年代以後，英特爾長達30年位居全球半導體產業首位，這是因為英特爾提供了當時最重要的半導體產品CPU。進入2023年，美國的英偉達公司成為全球市值最大的半導體公司，這是因為該公司的GPU是人工智慧時代最重要的半導體產品。(財經十一人)

（作者李海燕為清華大學北京城士科技有限公司首席研究員；編輯：馬克）