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日本半导体财产缘何能逾越美国?
2018-12-14 08:42 泉源: 人民网-国际频道 http://www.sysbzs.com
      

  日美“半导体战役”后,日本半导体财产的气力遭到严峻减弱。进入21世纪,面临半导体财产布局的宏大变革和半导体产物市场的深入调解,日本顺势而为,推进财产布局革新,开辟新兴技能范畴,鼎力大举培养半导体财产生长新上风。

  随着日本半导体财产日益赶超美国,20世纪70—80年月发作了日美半导体摩擦,非常猛烈且旷日长期,被称为“半导体战役”。美国试图经过商业战迫使日本开放市场和转让经济长处,从战略上停止日本对美国的技能追逐,“从商业战的议题,到工夫,到方法,全都由美国确定。美国还使用市场武器,少量扶植敌手的敌手:在90年月中前期,韩国和台湾地域的芯片和电子产物开端大范围涌进美国和天下市场,对日本组成片面挑衅”。日本半导体财产的崛起因此重要用于大型盘算机的DRAM为切入口的,进入20世纪90年月,小我私家盘算机(PC)代替大型盘算机成为盘算机市场上的主导产物,小我私家盘算机对DRAM的要求与大型机有所差别,重点是代价低,对证量和牢靠性要求不太高,而日本半导体企业却仍旧执着于高质量、高牢靠性,加之休息力本钱也比力高,结果丧失了竞争上风,被韩国、台湾地域消费的低价DRAM夺走了市场,1998年韩国代替日本成为DRAM第终身产大国。并且,早在1993年,美国就曾经在技能含量更高的微处置惩罚器范畴夺得对日压倒性上风,在半导体市场占据率方面反超日本而重新夺魁。

  同时,环球IC财产布局也产生了庞大变革。20世纪60年月开端鼓起的IC财产,不停都接纳“垂直整合”(IDM)形式,从芯片设计、制造到封装测试的各个关键都在企业外部完成。随着微细加工技能的前进,芯片制形成即日益进步,芯片财产的“烧钱”特性日趋突出,越来越多的企业感触包办IC消费全历程的资金包袱太重,从而渐渐向“垂直分工”形式生长。1987年建立的台湾积体电路公司(简称“台积电”)创始了晶圆“代工”(foundry)新形式,即从芯片设计企业接单专做制造。“代工”形式呈现后,IC财产分解为四类企业:(1)传统的IDM企业,即从芯片设计、制造到封装测试“一条龙全包”。如英特尔(Intel)、三星便是典范的IDM企业,它们范围大、技能片面、资金丰富,乃至另有本身的卑鄙零件关键。(2)只做设计的企业,没有工场(fabless)。这些企业每每不但从事芯片设计和开辟,还亲身倾销,环球顶尖的设计企业多为美英企业,如英国的ARM、美国的高通等。(3)代工企业,即只从事消费、不做设计,根据设计企业设计的集成电路图形,在晶圆上制造集成电路芯片。其代表性企业有台积电(2017年环球市场份额占比高达55.9%)、美国的格罗方德、中芯国际、台联电等。(4)封装测试企业,行将晶圆上的几百块小芯片切离开,给每块芯片毗连导线,封装外壳,举行测试。这种垂直分工形式提拔了“重设置装备摆设投资”的代工企业的消费服从,低落了“轻设置装备摆设投资”的设计企业和封装测试企业的准入门槛和运营本钱,从而推升了整个IC财产的运作服从,加速了芯片技能的生长。对付少数IC企业来说,垂直分工形式是生长的殊途同归。

  进入21世纪,由于日美“半导体战役”气力遭到严峻减弱的日本半导体财产,既面对半导体财产布局的宏大变革,又遇到半导体产物市场的深入调解,诸如智能手机市场敏捷扩展。这两大变革使得恒久以来在财产布局上以“垂直整合”形式为主、在产物上以DRAM取胜的日本半导体财产疲于应对,输失了手机芯片、电脑芯片等具有海量市场(可依赖极大产量分摊芯片研制和消费本钱)的高端通用芯片的国际竞争力,招致日本半导体财产活着界市场上的占据率一起下滑,得到了连续多年的绝对上风,外界乃至评价称“日本半导体财产活着界上不再紧张”。面临亘古未有的逆境,日本半导体企业与当局相干部分共同,高兴推进大范围布局性革新,以图挽回颓势。2001年,日本当局开启了三个大型“产官学”项目——“MIRAI”、“ASUKA”和“HALCA”,此中“MIRAI”项目由日本经济财产省投资300亿日元,由25家企业的研讨所和20所大学的研讨室到场配合研讨;“ASUKA”项目由NEC、日立、东芝等13家半导体企业配合出资700亿日元,重要研制电门路宽为65纳米的IC芯片;“HALCA”项目除举行适用化制造技能的研讨外,还进一步研讨高速率、节流动力等技能。这些办法对付提拔日本半导体财产的竞争力具有肯定的结果。

  (一)日本半导体财产推行布局性革新的代表性案例

  1.2003年,由日立和三菱电机两家公司所属半导体部分归并建立瑞萨公司,2010年NEC又参加出去,建立了新瑞萨公司。该公司已在主动驾驶体系(ADAS)或主动驾驶汽车利用的微控制器(MCU)的天下市场上夺得主导职位地方,成为汽车用芯片、无线网络芯片、消耗与产业制造嵌入式半导体芯片的环球抢先提供商。2011年,瑞萨在环球MCU芯片市场中的占比达33%,排名第一,荷兰恩智浦公司和美国飞思卡尔公司排名第二和第三。2016年,恩智浦与飞思卡尔归并,瑞萨退居第二,占比降至16%。但是,2018年瑞萨公司又推出了28纳米线宽的首款闪存汽车MCU样品,可望进一步加强其MCU产物的环球竞争力。

  2.索尼公司经过剥离弱势业务,聚集优质资源开辟CMOS图像传感器。2012年,索尼开辟的环球首款“堆叠式布局”体系能将两块芯片叠在一同,一块捕获图像像素,一块是传感器电路。2015年,索尼在拍照与智能手机用的高像素芯片范畴拿下环球35%的市场份额。2018年,索尼开辟的新传感器将敏捷度进步到1200万像素程度,可得到更豁亮、更低噪声的图像。鉴于索尼在CMOS传感器方面恒久积聚的技能上风,现在主流智能手机大多接纳索尼的CMOS传感器,并且CMOS传感器的使用范畴早已不范围于智能终端,开端向汽车、医疗、产业以及安保监控摄像等范畴延伸。

  3.2011年东芝在公司外部彻底革新“万能式”财产布局,着力开辟高附加值的特征产物。早在1984年,东芝就创造了NAND闪存,这是一种比硬盘功耗更低、分量更轻、功能更佳的非易失性(断电后仍能生存数据)存储器。作为NAND闪存的首创者,东芝的IC部分将大部门精神都花在NAND范畴。但随着三星电子等企业崛起(2015年三星电子在NAND闪存市场上以33.6%称雄,而东芝仅占18.6%),为了在NAND闪存范畴再度完成打破,东芝鼎力大举开辟可进一步扩大存储容量、加速处置惩罚速率的64层NAND闪存,并盼望提早投产64层技能,以完成半导体业务的下一轮高增长。东芝的另一种特征产物是发光二极管(LED)和号称“第三代半导体”的氮化镓(GaN,一种化合物半导体),特殊是氮化镓芯片,其紧张性比年来惹起广泛存眷,一片直径约5 厘米的氮化镓芯片的售价可达5000—7000美元,还求过于供,加上国际商业中的技能壁垒,乃至呈现了一片难求的环境。值得细致的是,军事和太空使用以及电力电子体系等要求半导体器件具有较强的空间辐射耐受本领,在放射性情况中具有更高稳固性,这恰好是具有高速高效特性的氮化镓器件的长处。这意味着,不停以来用于汽车电信、消耗电子和医疗等行业的氮化镓器件大概在军事和太空等紧张范畴拓展使用范畴。据预测,环球氮化镓器件的市场代价将从2017年的7.7亿美元增至2023年的18.4亿美元,复合年增长率为17.1%,而亚太地域将成为增长最快的氮化镓器件市场。别的,东芝还推出了一款新型光电耦合器芯片,可用于电动汽车(EV)和混淆动力汽车(HEV)的高速通讯。

  4.2015年富士通和松下两家公司的体系级芯片(或称“芯片上体系”,“system on a chip”,SoC)部分归并建立索喜(Socionext)公司,该公司提供以体系级芯片为中央的半导体产物和办事,并在视频图像范畴和光纤通讯网络范畴具有竞争上风。该公司开辟的360度全景成像体系“OMNIVIEW”可为汽车驾驶员提供视觉帮助,将安置在车辆四个偏向的开麦拉图像在三维模子上分解,不但可帮忙停车,还支持行车中的四周情况监控。

  究竟上,努力于布局性革新的多家日本半导体企业相继举行奇迹拆分和重组,加入技能含量不高的DRAM竞争,而会合开辟体系级芯片等高附加值的公用技能产物。由于保持市场宏大的通用性产物DRAM,日本半导体财产在环球半导体市场中所占份额明显低落,而体系级芯片固然公用性强,但短期内市场范围不大,对进步日本半导体财产在环球市场上的职位地方不会很快孕育发生作用。日本半导体财产看似进入阑珊期,在环球半导体企业排行榜中压倒一切的日本企业越来越少(2017年“环球半导体十强”中的日本企业只要东芝一家)。但值得细致的是,体系级芯片不乏在以后5—10年景为半导体财产新增长点的大概性,因此相干研讨具有“弯道超车”继承赶超美国、打造日本下一代半导体财产形式的意义。

  (二)日本半导体财产的新技能上风

  经过多年的财产布局性革新,加上既有的技能积聚,日本半导体财产借力人工智能技能,正在多个范畴攫取天下抢先上风,并在半导体质料范畴恒久保有竞争上风。

  据统计,在2017年环球芯片市场中,销量排名第一位的是手机芯片,占比为25%,之后顺次为小我私家电脑芯片(19%)、汽车用芯片(7.8%)、物联网芯片(5.8%)等;2018年,手机芯片贩卖额将大概比2017年增长8%,小我私家电脑芯片贩卖额将大概增长5%,汽车用芯片贩卖额将大概增长16%,物联网相干芯片贩卖额将大概增长16%。依此数据举行趋向预测可以发明,在以后的5—10年间,销量最大的很大概仍然是手机芯片等,而复合增长率更高的将是汽车用芯片、物联网相干芯片等。在现在和以后的环球芯片市场中存在两类芯片,一类是在以后市场占据率高、以后增长率不高的芯片(如小我私家电脑芯片的复合增长率只要5%),一类是在以后市场占据率不高、在将来5—10年复合增长率高的芯片(如汽车用芯片和物联网相干芯片)。思量到2020年当前大概呈现4G手机晋级为5G手机的一个渐进历程,同时汽车主动化大概不停希望,物联网在各个行业的渗入渗出率将不停进步,可以估计:2019—2020年当前,环球芯片财产大概呈现三个庞大增长点:5G手机芯片、汽车主动化芯片和物联网相干芯片。而日本的半导体财产,固然在“以后市场占据率高”的手机芯片、小我私家电脑芯片范畴呈颓势,但在“以后市场占据率不高现在后增长率高”的汽车用芯片、物联网相干芯片的技能开辟与商品化方面曾经获得了令人注目的希望。

  1.用于主动驾驶体系和主动驾驶汽车的芯片

  主动驾驶汽车可明白为一个渐渐晋级直至完成完全无须人类驾驶员干涉的“无人汽车”的“历程”,是一种依赖雷达、激光、环球定位体系、测距仪和盘算机视觉来感知和检测四周情况,逐级淘汰人力操纵直到“零操纵”的机动车辆。日本是汽车产量仅次于中国的环球第二大汽车消费国(2017年),日本半导体企业估计主动驾驶汽车是下一个可望引领半导体财产生长的新兴使用范畴。

  从瑞萨、东芝、索尼、索喜等企业的意向可以看出,自2015年日本半导体财产十分存眷汽车财产对芯片的需求,以期维持将来增长。估计在21世纪20年月,主动驾驶体系以致主动驾驶汽车的生长和遍及将引发对“汽车芯片”的茂盛需求,而在MCU、CMOS传感器等“汽车芯片”技能范畴日益建立上风职位地方的瑞萨等日本半导体企业或有大概大展技艺。

  2.物联网相干芯片

  2015年,环球物联网(IoT)市场范围已达5982亿美元,有预测评释,到2023年环球物联网市场将进一步到达7242亿美元,即2016—2023年的复合年增长为13.2%。进一步而言,2025年将有750亿个设置装备摆设与物联网毗连,制造产物的工场、提供链的全部范畴以致带有传感器的洗碗机都将是物联网的增长点。如前所述,物联网相干芯片大概是以后5—10年增长最快的芯片之一,此中单芯片MCU、集成MCU、无线的单芯体系级芯片(SOC)等是常年努力于开辟体系级芯片的日本半导体企业所善于的技能范畴,物联网可望成为又一个牵引日本半导体财产生长的动力,日本大概成为比力抱负的物联网芯片消费基地。

  3.呆板人芯片

  呆板人需用IC芯片来网络和处置惩罚信息,控制电机和实行器,以及与其他体系联网等。随着环球呆板人销量增长,加上每台呆板人利用芯片数目的增长和对更先辈芯片的需求增长,呆板人市场无望孕育发生明显的芯片需求。日本有专家以为,“呆板人财产不但这天本生长战略的要害支柱,也是可望引领日本半导体财产增长的要害使用范畴。”日本开辟呆板人芯片的一大上风在于,其半导体企业可以从晚期开辟阶段就与开始进的呆板人企业互助,配合开辟开始进的呆板人芯片。早在20世纪80年月,日本即被称为“呆板人王国”,至今在环球呆板人及其要害零部件范畴仍霸占先职位地方,呆板人已成为日本的一大出口产业产物。2015年,安川电机、发那科、川崎重工、不贰越等日本呆板人企业的贩卖量占环球产业呆板人贩卖量的比例高达54.5%,在高细密加速器、力传感器等产物市场上的占比更高达90%。并且,比年来,随着日本鼎力大举展开“呆板人反动”,其海内市场对办事呆板人的需求增长将大大凌驾产业呆板人。抢先的消费技能和辽阔的消耗需求,将从提供和需求两方面推进日本的半导体财产更快生长。

  4.半导体质料技能

  各行各业的技能生长都驻足于质料,特殊是底子性质料。质料技能的特点在于,它不是靠“砸钱”就能很快生长起来的,必要颠末漫常年月的重复研讨与炼制,半导体财产所需的紧张质料更是云云。停止现在,在14种半导体紧张质料方面,日本均占据50%乃至更多的份额,是环球最大的半导体质料出口国,特殊是在硅晶圆范畴占据相对上风。硅晶圆是制造种种芯片的底子,是技能门槛极高的尖端高科技产物,环球只要十数家企业能制造。环球前五大硅晶圆供货商辨别这天本信越半导体(市场占据率27%,其单晶硅可到达纯度99.999999999%、即所谓“11个9”的程度,制造技能远超其他企业)、日本胜高科技(26%)、台湾举世晶圆(17%)、德国Silitronic(13%)、韩国LG(9%),这意味着日本制的硅晶圆占环球市场的一半以上(53%),尤其是这两家日本企业消费的200—300毫米的大尺寸硅片,占环球市场的70%以上。

  综上可见,颠末20世纪80—90年月的日美半导体战役,日本半导体财产(包罗设置装备摆设和质料财产)没有被击垮,也没有停止其对峙赶超美国的高兴。颠末多年来的大范围财产布局革新,日本半导体财产不停探索“新兴使用范畴”,另辟蹊径,弯道超车,睁开了新一轮技能创新的历程。

  以后,以半导体芯片为代表的“焦点技能”竞争成为大国科技竞争的制高点,科技竞争又成为大国战略博弈的制高点。对付美国来说,它全部的尖端武器配备都创建在极端先辈的芯片技能底子之上,以芯片技能为代表的“焦点技能”的把持职位地方,是美国环球霸权的基石,它肯定会紧抓不放。对付中国来说,以芯片为代表的“焦点技能”则是捉住并用好新一轮科技反动机会的紧张抓手,也肯定要紧抓不放。众所周知,中国曾由于频频错失科技反动机会而堕入落伍挨打的悲凉场合排场,现在中国正高兴追逐新一轮科技反动机会并获得宏大成绩。美国不肯意看到中国敏捷生长,把中国定位为“战略竞争敌手”,力求在焦点技能上扼制中国,其战略目的便是滋扰和拦截中国捉住用好新一轮科技反动机会的进步步调,并妄图使中国再次沦为历史上谁人错失科技反动机会的国度。为此,我们肯定“要像抓‘两弹一星’那样狠抓以IC为焦点的电子信息财产”,既要争分夺秒,高兴搏斗,又要降服急于求成、自觉跟风、草率投资的暴躁感情,要“有所为有所不为”;既要驻足海内,又要积极展开国际交换互助。别的,日本另辟蹊径、弯道超车、生长公用集成电路的做法评释,不宜以为只需不计本钱地“砸数十亿美元”就能把CPU等超大市场范围的高端通用芯片一下子搞上去,而要对芯片行业“山有多高,水有多深”具有了如指掌的预见本领,选准真正有本领负担“数十亿美元”投资的、具有综合技能知识履历和和谐本领的技能团队,会合气力追逐生长高端通用芯片,同时鼎力大举生长所需投资要小得多的MCU、物联网芯片等“(现在的)公用芯片”,多少年后它们很大概转化为超大市场范围的“(未来的)通用芯片”。中国还要促使芯片“需求侧”积极支持国产芯片分散的贸易化历程,进而经过大数据洞悉种种芯片的市场需求,磨炼“芯片+X”的综合本领和创新头脑。

  (作者系中国社会迷信院日本研讨所研讨员冯昭奎本文为中国社会迷信院日本研讨所《日本学刊》供本网特稿) 

               

  (责编:贾文婷、徐祥丽)      

要害词 半导体 导体 芯片 联网 物[ 编辑:钟旺高 ]
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