日本晶元衰落了？千萬別小看人家幾十年的技術積累
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近日，晶元又一次成為了全民關注的熱點話題。在5G已經逐步商用化、AI大量應用的今天，晶元對於一個科技企業來說的重要性已經不言而喻。
騰訊科技近日發起系列策劃，聚焦各個晶元大國的發展歷程。第二期：日本晶元真的衰落了？來源：知乎專欄。
在半導體行業發展的歷史中，日本是重資產、「大力出奇蹟」的典型代表，得益於上個世紀在半導體製造方面的領先地位，在今天，日本依然牢牢扼守半導體產業供應鏈上游，在全球的半導體材料與設備產業保持長期的絕對優勢，且打造了不可替代的高端精品被動元器件產業群。但是，以台積電為代表的晶圓代工模式的出現，解放了Fabless公司的設計生產力和創造力，「慢節奏、精品化」的日本集成電路設計公司逐漸被組織更靈活、更富有創造力、更積極試錯的Fabless蠶食，漸漸退守准入門檻較高的特殊細分領域。
逐漸退守細分領域的集成電路設計產業
2001年夏，中星微的創始人鄧中翰走進日本索尼會客室，向接待他的索尼主管推銷新研發的多媒體晶元「星光一號」，這位主管說:「我們索尼是這項技術的鼻祖。如果你想學的話，可以看看我們的展覽和產品，但是我們沒有時間聽你推銷產品，我們還有其他會議。
」本來約好了一個小時的見面，最終只談了5分鐘。2005年夏天，索尼新一代筆記本電腦上的攝像頭，運行的正是中星微的「星光5號」。其時，中星微在計算機圖像處理晶元市場上以60%的市場份額絕對領先。
這個故事幾乎是日本集成電路發展史一個縮影。在過去的三十年里，日本集成電路產業在全球的優勢領軍地位不斷地被後來者追趕並超越，甚至引以為傲的核心技術基本盤也逐漸被蠶食，這些都在索尼等日本企業的發展史中得到了體現。
我們統計了過去15年間日本半導體公司全球在全球Top20公司榜單上的興衰更迭，1990年全球60％的頂級半導體公司都位於日本；在2000年之前，日本和美國上榜公司數量相當，各自約有七八家，隨著時間的推進，日本半導體公司的數量呈現銳減的趨勢，最具代表性的索尼和瑞薩排名不斷下滑。尤其是在市調機構Gartner發布的2018全球半導體市場TOP10營收報告中，我們已經看不到日本半導體公司的身影。
總體來說，日本半導體的經濟總量近年來依然在不斷衰退。究其原因，作者認為在集成電路設計行業，以台積電為代表的晶圓代工模式的出現，解放了Fabless公司的設計生產力和創造力，極大地推動了集成電路設計產業的欣欣向榮。
然而，日本過去在IDM的既有的成功反而在一定程度上阻礙了Fabless類型的順利轉型，使得日本半導體公司似乎在這個繁榮的局面下略顯落寞。相對IDM，Fabless公司在一定程度上具有輕資產、重人力的創造力優勢，能夠敏感嗅探市場動向，積極迎合變化並快速做出響應。
在激烈市場競爭中，尤其是在為大眾熟知的消費類電子市場中，技術風向標轉瞬即逝，「慢節奏、精品化」的日本傳統集成電路產業猶如大象般難以轉身，逐漸被組織更靈活、更富有創造力、更積極試錯的Fabless蠶食。
2017年，圖靈獎獲得者John L.Hennessy和David A.Patterson向世界宣布「這將是一個計算機體系結構的新的黃金年代」，AI、邊緣計算、存內計算、可重構計算等等，無不展示著集成電路新的趨勢和應用場景，然而這些都已經很難看到日本集成電路公司的身影。
我們可以看一個非常有意思的數據。據某公司統計，2018年全球10大熱門被參考設計的晶元廠商包括：TI、MAXIM、ADI、NXP、CYPRESS、Avago、NI、Xilinx、SILICONLABS、LINEAR。這個榜單通常是消費類民用市場中銷售最為火熱的晶元，銷量多、利潤高的晶元才會成為全球各Fabless公司爭相解剖、逆向研究的對象。但是，這裡我們並未看到任何一家日本集成電路廠商。2018年10大專利侵權取證的目標廠商包括，博通、聯發科、高通、東芝、三星、英特爾、蘋果、美光、羅姆、閃迪。從這個專利中，我們還是能看到東芝、羅姆等日本半導體公司在專利方面的深厚積累。
儘管日本集成電路公司在通用晶元和消費類民用晶元市場中節節敗退，但是依然准入門檻較高的特殊細分領域中依然保持著領導地位。據Techno Systems Research統計數據顯示，索尼CMOS圖像感測器已經以絕對的優勢位居世界首位，2018年佔據全球51%的份額，未來隨著AI、安防、移動設備等的持續普及，該數據還有可能持續漲高。
而國內僅有格科微和豪威有能力供貨CMOS感測器，但是在市場份額和技術、產品等方面與索尼存在很大差距。瑞薩電子在汽車電子MCU領域雖然近年來不斷受到NXP的打壓，但是汽車電子是一個高可靠性、高技術門檻的領域，強如高通都想進而不得。在高端有源晶振方面，國內還依賴於日本高精度數模混合晶元，一旦日本停產，國產有源晶振將面臨難尋替代晶元的局面。
日本集成電路產業近年來在退守的細分領域仍然有著非常強勁的實力，但是更多還是處於一個幕後的角色。如果不是偶爾一次日本九州地震，人們已經很難想起日本在全球集成電路供應鏈中位置。九州，這個日本半導體行業的發源地，也漸漸變得低調而不為人知了。
深耕基礎研究、
扼守供應鏈上游的半導體材料與製造產業
與集成電路設計業相比，得益於日本強大的教育水平，日本具有深厚的半導體人才儲備和傑出的領軍人物，被半導體人最為津津樂道的就是，2014年10月7日，日本科學家赤崎勇、天野浩和中村修二因發明「高效藍色發光二極體」而獲得2014年諾貝爾物理學獎。日本在半導體材料和製造領域有著極為強大的研發實力和絕對的領導地位。據SEMI預測，日本企業在全球半導體材料市場上所佔的份額達到約52%，幾乎處於壟斷地位，而北美和歐洲分別佔15%左右。
在全球半導體設備製造領域，美國，日本和荷蘭控制著全球370億美元半導體製造設備市場的90％以上。其中，美國的半導體製造設備（SME）產業佔全球產量的近50%，日本約佔30%，荷蘭約佔17％%。下圖為2017第三季度到2018第三季度，全球半導體設備製造公司的市場份額統計。圖中，Tokyo Electron、Screen semiconductor、Hitachi High-Tech為日本公司，LAM RESEARCH、KLA-Tencor、AM為美國公司，ASML為荷蘭公司。
在第三代半導體領域，以目前炙手可熱的氮化鎵材料為例，氮化鎵(GaN)是當前最有代表性的寬禁帶半導體材料，得益於其寬禁帶的天然屬性，可廣泛應用於5G移動通信、高功率器件、抗輻照器件、大功率雷達等應用場景中，得到半導體領域的廣泛關注。
2017年3月，國家知識產權局專利檢索諮詢中心、蘇州工業園區知識產權局、蘇州納米科技發展有限公司、蘇州工業園區納米產業技術研究院有限公司聯合發布《氮化鎵產業專利分析與預警報告》。
該報告中顯示，韓國、日本率先布局氮化鎵專利，已經取得了先手優勢，從1964年到2016年，公開的專利申請量排名前十名單，被韓國、日本企業壟斷，總量超過6529項，佔總數的26%。以赤崎勇、天野浩和中村修二為代表的日本科學家在上個世紀八十年代就開始氮化鎵相關材料的研究，長期投入換來了今天在日本在該領域的巨大優勢。
半導體材料和製造處於大半導體產業中的上游，利潤極高，日本在此領域耕耘多年，已經成為儲備了非常深厚的技術實力和專利，未來隨著第三代半導體材料的推進和落地，日本極有可能成為產業界新的王者。
細微處堅守工匠精神、
數十年打造高端精品的被動元器件產業
如果不是最近松下公司站出來闢謠斷供電子元器件的新聞，可能大眾已經很久沒有看到這家以電器聞名的日本公司了。得益於日本多年來在半導體材料和工藝方面精益求精的做事風格，日本在被動元器件領域數十年如一日地堅守工匠精神，終於打造出了聞名世界的被動元器件產業集群。如京瓷、村田、TDK等公司，已經成為高端精品被動元器件的代名詞。在航天航空、汽車電子等高精度、高可靠性領域，日本的被動元件已經幾乎無法替代。
領先的被動元件的研發需要建立在極其紮實的材料科學研究基礎之上，並且需要強大、全面的工藝設備和流程來支持。如我們在第二部分中所述，日本在材料研究和半導體設備方面獨步全球，具備了半導體材料研發的物質基礎和科研實驗條件。
儘管在發展過程中，日本半導體產業受到了外部衝擊，但是半導體設備行業具有一個非常典型的特點，即：重資產、輕人力，作為半導體行業根本的設備行業其基礎實力很難被外部衝垮。因此，日本被動元件產業有一個得天獨厚的起點，其在這個領域的巨大先發優勢和科研物質保障，讓其他國家比如後起之秀的韓國難以望其項背。
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