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深度复盤中國半導體產業,錯失黃金三十年


深度复盤中國半導體產業,錯失黃金三十年 1

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文/熊文明

來源:鈦禾產業觀察(ID:Taifangwu)

  “60年代我們全力投入兩彈一星,我們得到很多。70年代我們沒有搞半導體,我們為此失去很多”,錢學森晚年感慨道

  1950年1月,在美國普渡大學任教的王守武受留美科協的感召決定回國,為剛解放不久的新中國做一點貢獻。

  然而這一年朝鮮戰爭爆發,杜魯門當局對中國留學生回國百般阻撓,王守武只得以回鄉探望年事已高的寡母為由,通過印度駐美使館協助由香港入深圳,曲線回國。

  與王守武先後輾轉回國的,還有英國布里斯托爾大學的黃崑、麻省理工學院的謝希德、英國愛丁堡大學的夏培肅、芝加哥大學的湯定元、哈佛大學的黃敞、賓夕法尼亞大學的林蘭英等人。

  正是這些歸國的科學家,為新中國的半導體產業打下了第一根樁基。

  這批人才帶不回國外的設備,只能帶回腦袋裡的知識,自己製備材料、自己動手造設備、自己編撰教材,培養了新中國半導體領域的第一批學生,白手起家開拓事業。

  這段時期的中國半導體,與技術發源地美國的差距只有5-7年。在「兩彈一星」等重大項目的需求牽引下,一些領域的技術攻克甚至比日韓還早。例如平面工藝的突破距離仙童半導體諾伊斯只晚了5年,第一塊集成電路的研製也只比美國晚7年。

  有人把中國半導體產業稱為「夢幻開局」,但隨後的事實卻是,中國人在向大規模和超大規模集成電路的進軍過程中,逐漸被美國甚至日韓拉開差距。

  把中國和美、日、韓等國的集成電路發展拉到同一條時間軸上來看,中國掉隊始於70年代,在上世紀80年代差距達到最大,雖然90年代開始奮起直追,但仍然步履蹣跚,直到今天仍在追趕的路上。

  本文希望復盤的是,上世紀70-90年代我們到底錯過了什麼,問題出在哪裡?給今天的「舉國造芯」又能帶來哪些啟示?

  望洋興嘆的技術引進

  1973年5月,在中科院半導體研究所擔任業務副所長的王守武,率領13人專家團隊赴日考察。

  出發前的3個多月,四機部(後改名電子工業部)召開了一次集成電路座談會。會上的一項重要議題,是指出國營東光電工廠(又稱878廠)生產的集成電路質量問題,這批國產集成電路質量不過關,影響到電子計算機整機調不出來。會後調研,878廠把質量原因總結為四個字:臟、虛、傷、漏——即骯髒、虛焊、劃傷和漏氣。

878廠的部分清華校友合影878廠的部分清華校友合影

  此時隔海相望的日本已經在美國扶持下,通過官產學聯合的方式初步建立了自己的半導體工業體系。經過60年代對美國技術的引進、消化和吸收,日本半導體產業逐步具備了二次創新的能力。到1969年,日立公司已經能自主研發並開始大規模製造全晶體管彩色電視機。

  這是1972年中日邦交正常化後,中國半導體領域技術人員首次組團赴日考察。 70年代出國不易,王守武和考察團專家們珍惜機會,一趟下來把日立、東芝、NEC、松下、三菱、富士通、夏普各家公司看了個遍。

  除了看設計和生產流程,專家們也特別關注設備和技術工藝。這一看發現差距不小,日本在1972年已經可以批量生產MOS集成電路,部分企業開始採用3英寸晶圓生產線。而中國人還在解決小規模集成電路的質量問題。

  日本和後來韓國、中國台灣半導體產業的興起,都曾得益於美國的技術和產業轉移,源於美國的半導體技術在這些國家和地區生根發芽後,再反過來支持美國電子工業——而作為社會主義國家的中國,自然是被嚴防死控的對象。

  當時有一個名聲赫赫的專門組織叫「巴黎統籌委員會」,專門針對社會主義國家搞禁運,其中盯得最緊的就是中國。四類禁運清單上,中國獨占一單,比蘇聯和東歐國家所適用的禁單項目還多出500餘種。上世紀90年代,「巴統」解散後,又有《瓦森納協議》補位,做出N-2的審批原則,即輸入中國的任何技術,都比西方國家晚至少2個世代。

  在這種長期被封鎖的狀態下,中國人一直是關起門來自己琢磨半導體。自力更生搞半導體並不容易,尤其是在十年動亂期間,大批科學家被批鬥下放,只能在掃廁所之餘偷偷做一些理論研究。

  中日兩國的蜜月期,成為70年代中期一次中國差點抓住的機遇。 1973年的這次考察有個意外收穫,NEC表示願意將全套先進的3英寸芯片生產線轉讓給中國——這是我們引進集成電路先進生產線比較近的一次機會。如果當時引進這條生產線,我們或許將比台灣地區早3年、比韓國早5年開展COMS工藝批量生產。

  當時NEC的出讓報價是:一種工藝技術及全線設備3000萬美元,兩種工藝及設備4000萬美元,三種工藝及設備5000萬美元。但當時我們的情況是,最多只拿得出1500萬美元。

  缺錢,也是上世紀70年代中國集成電路發展中拖後腿的重要因素。 1966年至1995年間,我國對半導體累計投資僅有50億元人民幣——也就是說,舉國30年間的總投入,不及國外一家大公司一年的資金投入。

  王守武回國後,向時任國防科工委科學技術委員會副主任的錢學森匯報情況,錢學森卻表示有心無力。當時正是四人幫鬧得最兇的時期,四機部老部長王諍因為「蝸牛事件」再次被迫害,四機部大院裡貼滿大字報批判「洋奴主義」,引進外國技術,被江青等人認為是「事關國格」的路線問題。

  這樣的背景下,NEC的全套設備和技術當然是買不成了,折中方案是由國內7家單位分別從日本和美國購買單台設備散拼生產線,但實際上都無法進行MOS電路的規模化生產。直到1988年,上海無線電十四廠與比利時貝爾合資建廠,中國才算是初步建成規模化的MOS電路生產線,整整蹉跎了15年。

  動亂、封鎖、缺錢,讓那個年代的中國電子工業人,面對國外的先進技術設備只能望洋興嘆。錢學森晚年曾經感慨道:

  「60年代我們全力投入兩彈一星,我們得到很多。70年代我們沒有搞半導體,我們為此失去很多。」

  全國大煉半導體

  60至70年代,國內掀起一股「半導體熱」。各省市紛紛興建電子廠,爭相上馬集成電路項目,一時間全國建起了40餘家集成電路工廠。

  在文革全民狂熱的時期,甚至出現過用群眾運動的方式大煉半導體。為了打破「尖端迷信」,報紙上還專門以老太太在弄堂里拉擴散爐搞半導體作為宣傳典型,進行長篇報導。

  這場群眾大煉半導體運動的最早理論來源,是陳伯達在文革前夕提出的「電子中心論」,也算是中央高層領導中對新技術革命最早的領悟者。 1965年,中央政治局常委開會討論這個問題時,鄧小平指出:

  「中國人口多,底子薄,搞太多新技術恐怕不合適,還是一切照舊,穩當一點好。」

  1970年的廬山會議,陳伯達倒台。 「電子中心論」也成為《人民日報》公開批判的對象。

  但這畢竟只是特殊年代的一段荒唐插曲。60-70年代半導體火爆的主要原因,還是因為「巴統」對中國實施封鎖,中國的電子工業只能靠自己生產的元器件來配套——當時國內一塊與非門電路價格高達500元,在利潤驅動下,各地集成電路項目一哄而上。

  而這樣的火爆引起了一個人的警覺。

  江南無線電器材廠(又稱742廠)廠長王洪金,是一位參加過解放戰爭和抗美援朝的老革命,在部隊裡學習過無線電通信技術。王洪金想到,市場就那麼大,全國的電子廠一哄而上肯定要打架。經過深思熟慮後,他決定放棄炙手可熱的集成電路生產,改為主攻分立器件。這一次轉型,也讓江南無線電器材廠成為分立器件的龍頭企業,在市場競爭中站穩了腳跟。

1969年,遷入大王基廠區的江南無線電廠1969年,遷入大王基廠區的江南無線電廠

  王洪金的判斷現在看來無疑是明智的,雖然當年國內大批上馬集成電路項目,但大多數是分散而低效率的生產方式。大量半導體工廠也處於散、小、獨、弱狀態。 1977年7月,剛剛複出主管科學教育工作的鄧小平同志,邀請30位科技界代表在人民大會堂召開科教工作者座談會,王守武發言說:

  「全國共有600多家半導體生產工廠,其一年生產的集成電路總量,只等於日本一家2000人的工廠月產量的十分之一。」

  也是這一年3月,江南無線電器材廠面臨第二次重大抉擇。王洪金帶著總工程師車運洪等10 多人,從無錫奔赴北京與日本東芝進行談判。就在幾個月前,國家決定從日本引進彩色顯像管生產線和集成電路生產線。為了這條生產線的落戶,各地電子廠「各顯神通」展開角逐,王洪金自然不敢懈怠。

  經過層層調研論證,這條生產線最終花落江南無線電器材廠。可還沒高興多久,問題就來了——僅僅為了一個產品執行標準,廠裡就吵的不可開交,到底是死抱日本標準來規定生產,還是以用戶需求來指導生產?

  這個現在看來並不算問題的問題,對於改革開放初期的企業而言卻是個巨大的思想挑戰。最終在一批人的堅持下,742廠選擇了以用戶需求為導向。正是這種計劃體制大背景下樸素的「市場意識」,再一次讓江南無線電器材廠脫穎而出。

  此時,全國已經興起一陣引進國外設備的高潮。當年競相上馬建設的電子廠,現在又競相投資引進國外設備。僅1981年至1985年間,全國就有33家單位不同程度引進生產設備,累積投資13億。然而由於引進的大部分是淘汰設備,且沒有配套的技術和管理,導致最後只有寥寥數條線能真正投產。

  當時的大背景是,國家縮減對電子工業的直接投入,鼓勵各電子廠到市場上去自尋出路——被趕下海不久的電子廠,缺乏科研能力和產業化經驗,盲目跟風一陣亂投。成功引進設備的企業,也沒有能力去吸收和消化技術,更遑論二次創新了。

  東芝生產線落戶的5年後,曾有日本負責人來中國了解情況,發現生產工藝跟5年前相比沒有一絲進步,原本對轉讓技術還有一絲顧慮的日本人,也放心地回去了。

  中國半導體產業發展早期,靠著一批海歸精英、蘇聯顧問和國內技工隊伍分別突破各項技術,在科研攻關方面並沒有落下太多。然而,科研成果不等於產業化能力,更不能代表批量化、大規模生產的能力。

  反觀美國Intel,從創始初期就致力於打破研發和生產的壁壘,日韓半導體的發展也是產學研高度融合的成果。中國人由於早期體制的原因,更多時候將半導體作為科研項目突破,卻並未將其作為一個產業去培育和發展。

  沒有輸在科研起跑線上的中國半導體,卻在產業化的競賽中被甩開了距離。

  追不上的摩爾定律

  為了解決「科研成果無法轉化為生產力」的問題,有關領導部門將永川的24所遷出一部分科研力量到無錫,與江南無線電器材廠組成產研聯合體,後來發展成為華晶電子集團公司。然而從後續華晶公司一而再、再而三地從國外引進技術來看,研發和生產的聯結並不如人意。

  不過,這一場合併倒是為中國培養了一批造芯人才。華晶後來成為中國集成電路產業的黃埔軍校,為政府相關部門、中芯國際、華虹宏力、華力微電子、長電科技、通富微電等企業培育了不少於500位骨干人才。

  在華晶的基礎上,國家計委和電子工業部在1990年提出「908工程」,目標是在「八五」期間將半導體技術提升到1微米。工程總經費20億元——其中15億元用於華晶公司建設月產1.2萬片的晶圓廠,另外5億元投給9家集成電路企業建設設計中心。這個工程在當時被全國寄予厚望,是一場決心拉近與世界先進水平差距的戰役。

  此時,全球電子工業已經全面進入超大規模集成電路發展階段,摩爾定律威力凸顯。所謂摩爾定律,是Intel創始人之一的戈登·摩爾於1965年提出的一條芯片產業發展著名規律,即集成電路芯片上所集成的電路數目,每隔18個月就要增加一倍。

  由此引申出反摩爾定律——賣掉與18個月前同樣數量、同樣性能的產品,營業額就要下降一半。反摩爾定律倒逼所有芯片公司必須趕上摩爾定律速度,任何一個技術跟不上的公司都會被淘汰。

  在這一定律的鞭策下,世界芯片格局風起雲湧,各芯片企業、乃至國家和地區之間的競爭可以用慘烈形容。

  1981年,日本松下針對Intel推出競品存儲芯片,導致Intel芯片價格從28美元直接殺至6美元。次年,日本東芝投資340億日元,由川西剛帶領1500人的團隊開始實施「W計劃」,3年後量產1MB動態隨機存取存儲器,並加碼推出「價格永遠低10%」的競爭策略,將Intel打到破產邊緣。

  1985年,Intel在其卓越管理者格魯夫的帶領下做出「戰略性轉折」,放棄起家的存儲芯片業務,專注於個人電腦CPU,在另一條賽道上開始了所向披靡的征程。

  就在中國決定實施「908工程」的同一年,Intel的386芯片搭載微軟的Windows3.0系統,徹底改變了計算機技術,開啟了壟斷桌面端30餘年的「Wintel時代」。同樣在這一年,韓國三星開發出世界上最早的256MB的動態存儲器,正式宣告超越日本技術。而在此3年前,德州儀器的三號人物張忠謀回到中國台灣,創辦了一家專業代工生產芯片的公司,名為台積電。

  世界半導體風雲瞬息萬變,我們的908工程卻一直在「準備中」。光費用審批就足足花了2年,從美國朗訊引進0.9微米生產線花了3年,建廠再花2年——從立項到投產歷時7年之久。

  7年時間相當於4.6個摩爾定律週期,意味著投產即落後主流技術接近5個世代。投產當年,華晶公司即虧損2.4億元,巨額投資打了水漂。

  更嚴重的後果是,集成電路「八五」計劃的失敗,讓中國芯片又錯失了5年時間。當華晶公司尚在0.8微米的卡點無法量產時,世界主流製程已經發展到了0.18微米。

  計劃和市場兩隻手

  「908工程」的經費主要來自建設銀行的貸款。

  商業銀行的巨額貸款利息加重了企業負擔,華晶由盈利單位變成了虧損單位。由於壞賬嚴重,華晶後來連債轉股的嘗試都沒有成功,最終被香港中資企業華潤集團接盤,改名為「華潤微電子」。老一輩半導體專家朱貽瑋談及此事時說:

  「單純依靠銀行較高利率的貸款來建設芯片項目是行不通的」。

  另一個被貸款利息所困的是首鋼日電。 1991年,抱著「首鋼未來不姓鋼」的決心,首鋼跨界進軍芯片,與日本NEC成立合資公司。但是,中日雙方加起來的入資總額不到總投資額的1/3,其他資金基本來自境內外銀行貸款,給自己背上了沉重的利息負擔。

  除了資金,首鋼日電還存在其他問題——技術完全由NEC提供,主要客戶也是NEC,首鋼日電只是對著日本圖紙生產。

  這種「兩頭在外」的模式讓企業幾乎沒有抗風險能力。當2001年的半導體危機重創NEC時,首鋼日電也立刻陷入困境。 2004年,首鋼宣布徹底退出芯片行業。

首鋼日電昔日風采首鋼日電昔日風采

  耐人尋味的是,在退出芯片產業的前一年,房地產業務發展為首鋼的核心業務之一,日後甚至做成中國房地產開發百強公司。

  這在北京並非孤例。北京當年的半導體巨頭們,大部分都剝離了半導體業務,轉而將資金投向水漲船高的房地產市場,唯有京東方仍然在研發的道路上孤獨堅持。雖然屢戰屢敗,但就是堅決不搞房地產,直到終於熬成中國液晶面板的龍頭企業。

  在當時的股民眼中,京東方是一家「不按常理出牌」的企業。企業逐利天經地義,董事會也需要跟股東交代,決策發展方向時往往有更為「理性」和「現實」的考量。像半導體集成電路這種資金密集、技術密集、回報週期長的產業,單靠計劃科研攻關,或者單純依賴市場這只「無形的手」都是無法搞起來的。

  計劃和市場兩隻手,都需要同時發揮作用,兩隻手還不能互相打架。

  到了1994年,中國大陸芯片的落後已經可以用「觸目驚心」來形容。這一年產量和銷售額分別只佔世界市場份額的0.3%和0.2%,技術水平落後發達國家15年以上。

  在這樣的背景下,國家上馬了「909工程」,這是908工程受挫後,中國人第二次向「芯」高地發起衝擊。時任電子工業部長的胡啟立在後來的回憶錄中記下了當時「只許成功,不許失敗」的豪言,但隨後又寫道:

  「現在想來,那時我對即將遇到的風浪和危難的估計都是遠遠不足的」。

  圍繞著「909工程」,1997年間上海相繼成立了上海虹日國際、上海華虹NEC、上海華虹國際等電子企業。其中華虹NEC吸取了「908工程」的教訓,只用不到2年時間即建成試產,2000年取得30億銷售額的好業績。但好景不長,第二年即遭遇全球半導體危機。作為新生企業,華虹NEC在這場危機中也未能倖免,當年虧損13.48億元。

  由於對集成電路產業認知不足,華虹NEC在成立的最初幾年,「賺了還是虧了」成為評價其是否成功的主要標準。當遭遇2001年虧損時,批評的聲音便紛沓而至,媒體也尖銳的指出:

  「光靠砸錢做不成芯片」。

  3年後,儘管華虹NEC業績恢復穩定,但此後十餘年間,再未獲得國家資金支持。

  砸錢不一定能做成芯片,但做芯片一定要砸錢。

  2000年,在國內半導體4位院士的推動下,北京市政府決心建設北方微電子產業基地,先後在亦莊和八大處奠基開工了訊創6英寸厂和華夏8英寸厂。次年同樣由於全球半導體危機,海外資金募集陷入困境,創訊和華夏項目紛紛流產。

  但實際上,一些有遠見卓識的人,反而會選擇在行業低谷期投資建廠。低潮期建廠成本相對較低,建成後很可能趕上下一輪高潮。可惜大部分投資者和經營者都很難做出這樣的決策。真正敢在逆週期下血本投資的,往往離不開政府的引導和堅定支持。

  1983年,韓國三星決定全力進軍芯片,卻遭遇了一個極其凶險的開局。三星推出64kb 存儲芯片時,美日存儲芯片價格戰正酣,內存價格從4美金跌至30美分。初涉芯片的三星捲入價格戰的洪流,僅僅2年時間就把​​股權資本盡數虧空。創始人李秉喆事後心有餘悸:

  「為這個項目,三星賭上了全部」。

  據李秉喆回憶,當時每一個部門來給他匯報工作,無一例外都是哭訴快要撐不住了,勸他早點撤出集成電路產業,為自己留條後路。

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  上世紀60年代,李秉喆就買下水原郊區200畝地意圖打造電子工業基地,如今發展成為三星水原總部

  關鍵時刻還是依靠韓國政府出手,不惜動用日本的戰爭賠款,投入3.46億美元,同時帶動20億美元私人資金給三星托盤。正是在這樣的輸血下,三星才有了後來讓其聲名大噪的「逆週期投資」,終於挺到美日簽署《半導體協議》,一個箭步上前補了日本人的缺。

  乘風破浪會有時

  中國半導體產業躊躇的70至90年代,恰是全球半導體產業百舸爭流的重大轉折期。

  從1971年Intel推出DRAM動態存儲器,標誌著大規模集成電路誕生開始,此後30餘年是全球大規模集成電路產業化的黃金時期,技術、資本、市場、人才各要素都在這一時期充分發育,最終形成了今日的世界芯片格局。

  1976至1979年間,日本政府主導了著名的「超大規模集成電路計劃」。在日本通產省牽頭下,日立、三菱、富士通、東芝、NEC五家公司為主體,成立「VLSL技術研究組合」,集中優勢人才協作攻關,打破企業技術壁壘——這場以赶超美國為目標的「運動」成效驚人,取得了千餘件專利,日本集成電路技術水平大幅提升,為80年代日本存儲芯片超越美國奠下基礎。

  1986年,遭遇日本集成電路的圍堵後,美國政府親自迎戰,發布《危機中的戰略工業》報告,讓日本相繼簽下一系列限制其集成電路發展的條例,還成立國家半導體諮詢委員會,專門給美國半導體企業提供各種支持。

  同一年,韓國政府聯合三星、LG、現代和韓國6所大學,將4MB動態存儲芯片作為國家重點項目研發,3年投入1.1億美元,政府主動承擔57%的經費,此舉為90年代韓國存儲芯片超越日本奠下基礎。

  1987年,台積電成立。台灣當局政府成立專項開發基金,出資1億美元占股48.3%,政要人物甚至親自下場為台積電募集資金。此外還給予場地、稅收等各種優惠。力度之大,甚至一度出現台積電稅後利潤反高於稅前利潤的奇觀。

  在全球產業鏈的融匯中,企業發展出自主創新的核心技術能力,在政府的統籌佈局下,進行持續穩定且有建設性的資本投入;在與技術發源地美國的激烈角逐中,孵化並成長起來具有競爭力的企業;在官產研一體的磨合中,磨煉出技術和管理的領軍人物和成熟團隊……

  而上述種種條件,在改革開放初期的中國都不具備。中國的集成電路產業在計劃與市場之間搖擺糾結三十餘年,等到90年代奮起直追之時,發現仍然是一身束縛,一地雞毛。

  所幸2000年前後,誕生了一批以中芯國際、華為海思、展訊、中星微電子等為代表的新生代芯片企業,部分汲取了上個世紀中國集成電路產業的發展教訓,在中國逐步成熟的產業化土壤中紮根發芽,經過20餘年的艱難生長,總算開花結果。

  它們的崛起和突圍,將是中國芯片產業的另外一個故事。

  (本文數據支持:鈦禾產業研究院)

  參考文獻:

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