在《芯片破壁者》系列的前三篇中,我們依次講述了晶體管、硅材料、光刻技術(shù)的時(shí)代變局。
至此,制造一塊集成電路(IC)芯片的前期準(zhǔn)備已經(jīng)就緒。接下來就是大家熟悉的劇情,半導(dǎo)體作為基石,成就了今天無處不在、繁花似錦的網(wǎng)絡(luò)世界。
而在眾多半導(dǎo)體芯片分支當(dāng)中,計(jì)算機(jī)必不可少的存儲(chǔ)器,就如同宇宙的暗物質(zhì)一樣隱秘,卻占據(jù)著非常重要的位置。
說它隱秘,是因?yàn)樵陔娔X硬件的發(fā)展史中,存儲(chǔ)器所引發(fā)的市場(chǎng)輿論與處理器、顯卡等相比,用“默默無聞”形容也不過分。
然而,沉默并不代表不重要,事實(shí)上,作為市場(chǎng)容量最大的芯片存儲(chǔ)器, 圍繞DRAM所發(fā)生、你死我活的搏殺,絕對(duì)算得上“驚心動(dòng)魄”。舉個(gè)例子,開創(chuàng)DRAM產(chǎn)業(yè)的“三巨頭”:英特爾、德州儀器和IBM,最終都在DRAM市場(chǎng)慘淡收?qǐng)觥?/p>
DRAM不僅對(duì)電子技術(shù)的發(fā)展起到了推動(dòng)作用,更在各國半導(dǎo)體戰(zhàn)爭中扮演著舉足輕重的角色。今天,我們不妨嗅著戰(zhàn)火硝煙的氣息,回歸那些令人唏噓的歷史現(xiàn)場(chǎng)。
星條旗的隕落:美日半導(dǎo)體戰(zhàn)爭的側(cè)影
當(dāng)我們回過頭去,分析一個(gè)締造了DRAM商業(yè)傳奇的國家產(chǎn)業(yè)區(qū)位是如何從興盛走向衰頹,可以找到許多重要的歷史節(jié)點(diǎn)。比如許多人都將1970年代看做是美國DRAM產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)折點(diǎn),也是從此時(shí)起,美日進(jìn)入了曠日持久的半導(dǎo)體搶位賽。
但我更想將時(shí)間撥到60年代。在邁進(jìn)光輝的70年代之前,德州儀器用行動(dòng)證明了列寧的一句話——資本家為了利益,可以出賣絞死自己的繩子。
這根絞死美國DRAM市場(chǎng)主導(dǎo)權(quán)的繩子,就是DRAM專利。
在此之前,美國企業(yè)之間固然有競(jìng)爭,但都收獲頗豐。
不論是發(fā)明了金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管來制作存儲(chǔ)器芯片的IBM,還是制造出第一個(gè)商用DRAM芯片、磁芯存儲(chǔ)器殺手C1103的英特爾,緊隨其后進(jìn)行拆解仿制的德州儀器,亦或是由德州儀器出走的工程師成立的莫斯泰克……上世紀(jì)70年代,是這些美國DRAM廠商的黃金時(shí)代,它們壟斷了全球的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器份額。
1974年,英特爾占據(jù)了全球82.9%的DRAM市場(chǎng)份額。70年代后期,莫斯泰克64K容量的MK4164一度占據(jù)了全球DRAM市場(chǎng)85%的份額。
(莫斯特克4K DRAM)
但產(chǎn)業(yè)失敗轉(zhuǎn)移的伏筆,其實(shí)早在1966年就已經(jīng)埋下。
那一年,美國德州儀器為了打開貿(mào)易保護(hù)的日本市場(chǎng),以自己擁有的IC制程核心專利進(jìn)行引誘。日本通產(chǎn)省在拿到技術(shù)與保護(hù)本國市場(chǎng)之間絞盡腦汁,最終在兩年后由日本索尼與德州儀器簽訂了協(xié)議,同意美方在日本設(shè)立合資公司,雙方各占股50%,條件是三年內(nèi),德州儀器必須向日本公開相關(guān)技術(shù)專利。
原本就在集成電路領(lǐng)域有所部署的日本半導(dǎo)體企業(yè),拿到了夢(mèng)寐以求的核心技術(shù),這下還猶豫什么?“搏一搏,單車變摩托”!
日本內(nèi)存行業(yè)龍頭的NEC公司,很快成為日本第一家研制出DRAM內(nèi)存的企業(yè)。1970年,英特爾研制出C1103 1K DRAM內(nèi)存后,日本NEC在第二年就推出了采用NMOS工藝的1K DRAM內(nèi)存。
當(dāng)然,此時(shí)的美國在技術(shù)上依然擁有超強(qiáng)的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。同期,美國DRAM已經(jīng)用上了超大規(guī)模集成電路(VLSI),而日本還停留在上一代技術(shù)大規(guī)模集成電路(LSI)。
這樣下去當(dāng)然不行,于是日本政府大手一揮,1976年3月啟動(dòng)了"DRAM制法革新"國家項(xiàng)目。政府出資320億日元,日立、NEC、富士通、三菱、東芝五大企業(yè)聯(lián)合籌資400億日元,共計(jì)2.36億美元投入到國家性科研機(jī)構(gòu)——“VLSI技術(shù)研究所”中。
項(xiàng)目成立后,800多名技術(shù)精英加入,共同研制日本的高性能DRAM制程設(shè)備。短期目標(biāo)是突破64K DRAM和256K DRAM的實(shí)用化,長期則計(jì)劃在10-20年內(nèi),實(shí)現(xiàn)1M DRAM的實(shí)用化。
“氪能改命”在半導(dǎo)體的世界也同樣適用?;ㄗ懔隋X的日本很快追上了美國的技術(shù)腳步,1978年,美國IBM、莫斯泰克、德州儀器發(fā)布了64K DRAM大規(guī)模集成電路產(chǎn)品。同一時(shí)刻,日本的64K DRAM產(chǎn)品也問世了。日本也借此順利打入國際市場(chǎng),集成電路的出口迅速增加。
也是由此時(shí)起,日本在DRAM市場(chǎng)的霸主地位逐步穩(wěn)固。
1985年10月,英特爾宣布退出DRAM市場(chǎng),關(guān)閉了生產(chǎn)DRAM的七座工廠,離開舞臺(tái)。
1986年,美日簽訂第一次《美日半導(dǎo)體協(xié)議》時(shí),美國半導(dǎo)體產(chǎn)品在日本市場(chǎng)占有率被放寬到了20%。但此時(shí)的日本早已非吳下阿蒙,憑借此前積累的技術(shù)研發(fā)優(yōu)勢(shì),順利抵抗住了美國制裁。
也是在這一年,日本NEC開發(fā)出世界第一塊4M DRAM。到了1988年,全球20大半導(dǎo)體廠商中,日本占據(jù)了11家,NEC、東芝、日立包攬了前三名,將摩托羅拉、德州儀器甩在了身。次年,IBM也將合資工廠出售給東芝,退出了DRAM市場(chǎng)。
至此,星條旗降下DRAM的桅桿,武士刀正式稱王,日本成為世界第一大半導(dǎo)體生產(chǎn)國。
有意思的是,NEC率領(lǐng)的日本軍團(tuán)在70年代末殺入,擊碎了美國企業(yè)在DRAM領(lǐng)域的光環(huán)。但英特爾放棄DRAM、轉(zhuǎn)入代表未來的微處理器領(lǐng)域,也是受日本企業(yè)的啟發(fā)。1970年,在英特爾的高光時(shí)刻,一個(gè)日本電腦商Busicom前來下訂單,要定制一個(gè)包含ROM、RAM和CPU等12個(gè)芯片的處理系統(tǒng),并預(yù)付了6萬美元。正是這份技術(shù)含量頗高的訂單,促使英特爾在當(dāng)年相繼拿出了4001(動(dòng)態(tài)內(nèi)存DRAM)、4002(只讀存儲(chǔ)器ROM)、4003(寄存器)、4004(微處理器CPU)等四顆芯片,為后來開發(fā)出8008微處理器奠定了基礎(chǔ)。
生與死,協(xié)作與博弈,就這樣以沉默的姿態(tài),在時(shí)代的長河中被反復(fù)沖刷。有的沉積為河床,有的繼續(xù)向前奔涌。
武士刀的夾擊:小紅靠捧,大紅靠命
向前奔涌的DRAM領(lǐng)域“后浪”日本,并沒能浪出多遠(yuǎn)。
短短兩年后,日本在全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)份額就滑落到了50%以下。這種令業(yè)界咋舌的速度,來自產(chǎn)業(yè)內(nèi)外的雙重夾擊。
在內(nèi)部,率先交付4M DRAM產(chǎn)品的日本企業(yè)并沒有像預(yù)期的那樣轉(zhuǎn)暖,市場(chǎng)價(jià)格花羅,日系廠商們不得不減產(chǎn)來穩(wěn)定物價(jià)。
這邊日本在減產(chǎn),而日本扶持的韓國廠商則抓住機(jī)會(huì),三星、現(xiàn)代、LG和大宇全部安排資金,進(jìn)入了DRAM領(lǐng)域。它們的核心策略就是——價(jià)格戰(zhàn)!
1983年,三星集團(tuán)出資1000億韓元(約1.33億美元),進(jìn)軍半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè),并聚焦在DRAM領(lǐng)域。資金到位了,技術(shù)從哪里來呢?德州儀器、摩托羅拉等家大業(yè)大,當(dāng)然不需要賣技術(shù);日本NEC、東芝、日立等公司也不可能自掘墳?zāi)?。最后,是在被在日本廉價(jià)DRAM產(chǎn)品的擠壓中喘息的美光科技將64K DRAM的技術(shù)授權(quán)給了韓國三星。
“專利販子”三星又從夏普買來了量產(chǎn)制程設(shè)備,就此上位。
產(chǎn)品做了還要有出路。1986年,受美日半導(dǎo)體協(xié)議的約束,日本企業(yè)被迫縮減對(duì)美國的出口,三星也在此時(shí)上位,在美國市場(chǎng)大獲成功。次年實(shí)現(xiàn)盈利后,三星又積極投入到1M DRAM的研發(fā),繼續(xù)追趕日本企業(yè)。
日本企業(yè)一想,價(jià)格戰(zhàn)誰不會(huì)。果斷以低于韓國產(chǎn)品成本一半的價(jià)格大量拋售,打算以此勸退韓國企業(yè)。結(jié)果韓國最不缺的就是財(cái)團(tuán),它們懷抱著“傷敵一千、自損八百”的氣勢(shì),跟日本硬剛,不僅抗住了巨額的虧損,還繼續(xù)追加投資。
一通操作下來,韓國半導(dǎo)體企業(yè)沒有被逼退,反而具備了趕超日本的技術(shù)體系。1992年的時(shí)候,韓國三星就率先推出了全球第一個(gè)64M DRAM產(chǎn)品,超越日本NEC成為世界第一大DRAM內(nèi)存制造商,從此就沒下來過。
1995年,微軟即將發(fā)布Windows 95操作系統(tǒng),日本DRAM廠商試圖借此契機(jī)反攻,奪回王座。
結(jié)果一邊是韓國廠商一起擴(kuò)張產(chǎn)能,導(dǎo)致DRAM價(jià)格狂跌,日本廠商布局了個(gè)寂寞;接下來,1997年的亞洲金融危機(jī)又加重了市場(chǎng)衰退,全球DRAM晶圓廠都面臨虧損風(fēng)險(xiǎn)。一朝被蛇咬的日本廠商,自然不敢繼續(xù)追加投資。
日本的步伐一保守,韓國廠商就開始高歌猛進(jìn)。1996年時(shí),韓國三星電子的DRAM芯片出口額達(dá)到62億美元,穩(wěn)居世界第一。
從此,日本DRAM產(chǎn)業(yè)可說是一蹶不振。富士通、東芝等相繼退出了DRAM市場(chǎng),NEC、日立、三菱則將DRAM部門合并成立爾必達(dá),希望以此對(duì)抗三星。
結(jié)局大家也都知道了,2012年?duì)柋剡_(dá)的破產(chǎn),正式敲響了日本DRAM企業(yè)的喪鐘。
泡菜的滋味,海峽兩岸都想了解
美國的扶持,為韓國廠商帶來了崛起的機(jī)遇,也埋下了致命的隱患。
一是核心供應(yīng)鏈?zhǔn)苤朴谌恕?994年,韓國政府推出了半導(dǎo)體設(shè)備國產(chǎn)化項(xiàng)目,總預(yù)算2000億韓元(2.5億美元),鼓勵(lì)韓國企業(yè)投資設(shè)廠,搭建自主的設(shè)備和原料供應(yīng)鏈。完整的產(chǎn)業(yè)鏈當(dāng)然不能一蹴而就,僅1995年,韓國就從美國和日本進(jìn)口了價(jià)值25億美元的半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備。
二是商業(yè)模式難以為繼。長期價(jià)格戰(zhàn)的結(jié)果就是,韓國DRAM廠商背負(fù)著巨額債務(wù)前行,自然成也資本,敗也資本。在1997亞洲金融危機(jī)中成功逼退日本廠商的同時(shí),韓國企業(yè)的平均負(fù)債也達(dá)到了518%。但很快,建立在資本沙石上的韓國DRAM產(chǎn)業(yè)也開始搖搖欲墜,現(xiàn)代、大宇等財(cái)團(tuán)瀕臨破產(chǎn),三星也不得不裁員30%、拋售資產(chǎn)。
在這種境況下,三星還是拒絕了歐美收購三星電子的提議,變賣更多資產(chǎn)留住了半導(dǎo)體的火種。
神奇的事情又來了,將16K/64K SRAM技術(shù)轉(zhuǎn)讓給韓國現(xiàn)代電子的陳正宇博士,在1984年回到中國臺(tái)灣,創(chuàng)建了茂矽電子(Mosel)。此時(shí),雖然整個(gè)臺(tái)灣的半導(dǎo)體產(chǎn)值只有3.82億美元,但依然在積極布局產(chǎn)業(yè)板塊的下一次位移。
另一個(gè)重要的人員變動(dòng),是1985年,時(shí)任德州儀器副總裁的張忠謀回到臺(tái)灣設(shè)立IC代工廠,解決茂矽等DRAM廠商缺少生產(chǎn)的難題。1987年,臺(tái)積電成立;同年,華邦電子成立,與茂矽共享技術(shù)成果。
放在現(xiàn)在來看,臺(tái)灣在當(dāng)時(shí)并不缺人,美國半導(dǎo)體企業(yè)敗退后,一大批硅谷華人也選擇了回臺(tái)灣創(chuàng)業(yè),這些研究人員支撐起了臺(tái)灣半導(dǎo)體的技術(shù)天定;也并不缺錢,1990年,臺(tái)灣砸58.8億元(約2億美元)啟動(dòng)了“次微米制程技術(shù)發(fā)展五年計(jì)劃”,以拿下4M SRAM和16M DRAM的生產(chǎn)能力。
產(chǎn)業(yè)界的參與熱情也十分高漲,1993年,臺(tái)灣灣電腦主板生產(chǎn)廠力捷電腦的董事長黃崇仁向日本東芝要貨(DRAM)被拒,就決定投資4億新臺(tái)幣成立了力晶半導(dǎo)體。1995年,臺(tái)灣龍頭企業(yè)臺(tái)塑集團(tuán)也設(shè)立了8英寸DRAM廠。
但目前來看,臺(tái)灣DRAM廠商的技術(shù)主要來自于美國、日本的授權(quán),盡管生產(chǎn)成本低,但技術(shù)費(fèi)用卻很高,占到了銷售額3%以上。
從日本、美國獲得制程技術(shù)授權(quán)。每年付出的技術(shù)費(fèi)用,再加上巨額進(jìn)口設(shè)備投資,使得臺(tái)灣企業(yè)根本無法與掌握自主技術(shù)研發(fā)能力的韓國企業(yè)競(jìng)爭。世界先進(jìn)的垮臺(tái),最終導(dǎo)致如同無根之木,注定了失敗命運(yùn)。
在技術(shù)方面缺乏自主研發(fā)能力,成為勒住臺(tái)灣DRAM產(chǎn)業(yè)脖頸的繩索。
當(dāng)然,美日韓等一系列全球DRAM半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)性變化中,中國存儲(chǔ)廠商的動(dòng)作也同樣精彩。
落地到產(chǎn)業(yè)競(jìng)逐機(jī)遇上,移動(dòng)端與大數(shù)據(jù)、AI、云計(jì)算等新產(chǎn)業(yè)的興起,正在給DRAM領(lǐng)域帶來新的技術(shù)更迭。
比如能耗上如何滿足數(shù)據(jù)中心的綠色需求、降低移動(dòng)設(shè)備的耗電量,容量增長速度滿足商用需求等等,在產(chǎn)業(yè)洗牌的同時(shí),也成為中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)逆襲的“終南捷徑”。這部分,我們將放在本系列的單獨(dú)篇章中著重筆墨去講解。
在中國大陸、中國臺(tái)灣的積極進(jìn)取之下,韓國DRAM廠商必將在一段時(shí)間內(nèi),都處于危機(jī)感在線的緊張時(shí)期。
下一站:DRAM的威懾紀(jì)元
至此我們不難從DRAM產(chǎn)品上看到半導(dǎo)體行業(yè)的破局之難:
有技術(shù)不行,沒有技術(shù)更不行。存儲(chǔ)器產(chǎn)品設(shè)計(jì)相對(duì)簡單,日本廠商作為新進(jìn)者能夠很快與技術(shù)領(lǐng)先的美國軍團(tuán)相匹敵,是國際貿(mào)易政策、國內(nèi)產(chǎn)業(yè)環(huán)境、企業(yè)文化氛圍等等共同造就的。
光投資不行,沒有投資更不行。DRAM每一次制程的更新?lián)Q代,都需要大量的投入,所以日本、韓國等的產(chǎn)業(yè)集群上位,都離不開“舉國體制”的資本輸血。比如日本政府就為半導(dǎo)體企業(yè)提供了高達(dá)16億美元的巨額資金,韓國研發(fā)4M DRAM時(shí)政府承擔(dān)了57%的研發(fā)費(fèi)用,用三年時(shí)間追平了與日本的技術(shù)差距。
但即便舍得投資,在缺乏專利、技術(shù)自主等的背景下,追趕依然是一件難事。
價(jià)格戰(zhàn)不行,沒有價(jià)格優(yōu)勢(shì)也不行。成本可以隨著產(chǎn)量規(guī)模的來彌補(bǔ),但制程的微縮、技術(shù)的迭代,會(huì)讓價(jià)格成本搶奪出的市場(chǎng)空間逐漸縮小,長期的多方位扶持是必不可少的。
三星在90 年代連續(xù) 9 年巨虧,韓國政府和國內(nèi)財(cái)團(tuán)的資金支持(提供政策性貸款)就起到了關(guān)鍵的輸血作用。
總的來看,技術(shù)密集+資本密集的產(chǎn)業(yè)特性,企業(yè)發(fā)力+政府支撐的進(jìn)擊需求,交織出了DRAM集成電路產(chǎn)業(yè)群的殘酷搏殺。
在這些前提條件的基礎(chǔ)上,是否能像日本這樣有長期在美國頂尖實(shí)驗(yàn)室工作的電子人才,像韓國遇到美日半導(dǎo)體爭端那樣的歷史窗口,像全球大型計(jì)算機(jī)興起的產(chǎn)業(yè)推動(dòng),才有可能獲得一次登上王座的機(jī)會(huì)。
十萬年前,人類的祖先為了留下信息,在石頭上砸出刻痕,從此,存儲(chǔ)方式就成為信息技術(shù)的支柱。而DRAM產(chǎn)業(yè)歷經(jīng)半個(gè)世紀(jì)的區(qū)位變化,除了技術(shù)本身的競(jìng)逐,也是經(jīng)濟(jì)與政治的博弈。這是一場(chǎng)真正的,現(xiàn)代戰(zhàn)爭。
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