中国「芯绞痛」缘起:错失的黄金三十年

2020-10-29 14:27

编者按:本文来自 钛禾产业研究院(ID:Taifangwu),创业邦经授权转载,封面图来自摄图网。

作者 | 熊文明

编辑 | 刘爱国

1950年1月,在美国普渡大学任教的王守武受留美科协的感召决定回国,为刚解放不久的新中国做一点贡献。

然而这一年朝鲜战争爆发,杜鲁门当局对中国留学生回国百般阻挠,王守武只得以回乡探望年事已高的寡母为由,通过印度驻美使馆协助由香港入深圳,曲线回国。

与王守武先后辗转回国的,还有英国布里斯托尔大学的黄昆、麻省理工学院的谢希德、英国爱丁堡大学的夏培肃、芝加哥大学的汤定元、哈佛大学的黄敞、宾夕法尼亚大学的林兰英等人。

正是这些归国的科学家,为新中国的半导体产业打下了第一根桩基。

这批人才带不回国外的设备,只能带回脑袋里的知识,自己制备材料、自己动手造设备、自己编撰教材,培养了新中国半导体领域的第一批学生,白手起家开拓事业。

这段时期的中国半导体,与技术发源地美国的差距只有5-7年。在「两弹一星」等重大项目的需求牵引下,一些领域的技术攻克甚至比日韩还早。例如平面工艺的突破距离仙童半导体诺伊斯只晚了5年,第一块集成电路的研制也只比美国晚7年。

有人把中国半导体产业称为「梦幻开局」,但随后的事实却是,中国人在向大规模和超大规模集成电路的进军过程中,逐渐被美国甚至日韩拉开差距。

把中国和美、日、韩等国的集成电路发展拉到同一条时间轴上来看,中国掉队始于70年代,在上世纪80年代差距达到最大,虽然90年代开始奋起直追,但仍然步履蹒跚,直到今天仍在追赶的路上。

本文希望复盘的是,上世纪70-90年代我们到底错过了什么,问题出在哪里?给今天的「举国造芯」又能带来哪些启示?

1

望洋兴叹的技术引进

1973年5月,在中科院半导体研究所担任业务副所长的王守武,率领13人专家团队赴日考察。

出发前的3个多月,四机部(后改名电子工业部)召开了一次集成电路座谈会。会上的一项重要议题,是指出国营东光电工厂(又称878厂)生产的集成电路质量问题,这批国产集成电路质量不过关,影响到电子计算机整机调不出来。会后调研,878厂把质量原因总结为四个字:脏、虚、伤、漏——即肮脏、虚焊、划伤和漏气。

878厂的部分清华校友合影

此时隔海相望的日本已经在美国扶持下,通过官产学联合的方式初步建立了自己的半导体工业体系。经过60年代对美国技术的引进、消化和吸收,日本半导体产业逐步具备了二次创新的能力。到1969年,日立公司已经能自主研发并开始大规模制造全晶体管彩色电视机。

这是1972年中日邦交正常化后,中国半导体领域技术人员首次组团赴日考察。70年代出国不易,王守武和考察团专家们珍惜机会,一趟下来把日立、东芝、NEC、松下、三菱、富士通、夏普各家公司看了个遍。

除了看设计和生产流程,专家们也特别关注设备和技术工艺。这一看发现差距不小,日本在1972年已经可以批量生产MOS集成电路,部分企业开始采用3英寸晶圆生产线。而中国人还在解决小规模集成电路的质量问题。

日本和后来韩国、中国台湾半导体产业的兴起,都曾得益于美国的技术和产业转移,源于美国的半导体技术在这些国家和地区生根发芽后,再反过来支持美国电子工业——而作为社会主义国家的中国,自然是被严防死控的对象。

当时有一个名声赫赫的专门组织叫「巴黎统筹委员会」,专门针对社会主义国家搞禁运,其中盯得最紧的就是中国。四类禁运清单上,中国独占一单,比苏联和东欧国家所适用的禁单项目还多出500余种。上世纪90年代,「巴统」解散后,又有《瓦森纳协议》补位,做出N-2的审批原则,即输入中国的任何技术,都比西方国家晚至少2个世代。

在这种长期被封锁的状态下,中国人一直是关起门来自己琢磨半导体。自力更生搞半导体并不容易,尤其是在十年动乱期间,大批科学家被批斗下放,只能在扫厕所之余偷偷做一些理论研究。

中日两国的蜜月期,成为70年代中期一次中国差点抓住的机遇。1973年的这次考察有个意外收获,NEC表示愿意将全套先进的3英寸芯片生产线转让给中国——这是我们引进集成电路先进生产线比较近的一次机会。如果当时引进这条生产线,我们或许将比台湾地区早3年、比韩国早5年开展COMS工艺批量生产。

当时NEC的出让报价是:一种工艺技术及全线设备3000万美元,两种工艺及设备4000万美元,三种工艺及设备5000万美元。但当时我们的情况是,最多只拿得出1500万美元。

缺钱,也是上世纪70年代中国集成电路发展中拖后腿的重要因素。1966年至1995年间,我国对半导体累计投资仅有50亿元人民币——也就是说,举国30年间的总投入,不及国外一家大公司一年的资金投入。

王守武回国后,向时任国防科工委科学技术委员会副主任的钱学森汇报情况,钱学森却表示有心无力。当时正是四人帮闹得最凶的时期,四机部老部长王诤因为「蜗牛事件」再次被迫害,四机部大院里贴满大字报批判「洋奴主义」,引进外国技术,被江青等人认为是「事关国格」的路线问题。

这样的背景下,NEC的全套设备和技术当然是买不成了,折中方案是由国内7家单位分别从日本和美国购买单台设备散拼生产线,但实际上都无法进行MOS电路的规模化生产。直到1988年,上海无线电十四厂与比利时贝尔合资建厂,中国才算是初步建成规模化的MOS电路生产线,整整蹉跎了15年。

动乱、封锁、缺钱,让那个年代的中国电子工业人,面对国外的先进技术设备只能望洋兴叹。钱学森晚年曾经感慨道:

「60年代我们全力投入两弹一星,我们得到很多。70年代我们没有搞半导体,我们为此失去很多。」

2

全国大炼半导体

60至70年代,国内掀起一股「半导体热」。各省市纷纷兴建电子厂,争相上马集成电路项目,一时间全国建起了40余家集成电路工厂。

在文革全民狂热的时期,甚至出现过用群众运动的方式大炼半导体。为了打破「尖端迷信」,报纸上还专门以老太太在弄堂里拉扩散炉搞半导体作为宣传典型,进行长篇报道。

这场群众大炼半导体运动的最早理论来源,是陈伯达在文革前夕提出的「电子中心论」,也算是中央高层领导中对新技术革命最早的领悟者。1965年,中央政治局常委开会讨论这个问题时,邓小平指出:

「中国人口多,底子薄,搞太多新技术恐怕不合适,还是一切照旧,稳当一点好。」

1970年的庐山会议,陈伯达倒台。「电子中心论」也成为《人民日报》公开批判的对象。

但这毕竟只是特殊年代的一段荒唐插曲。60-70年代半导体火爆的主要原因,还是因为「巴统」对中国实施封锁,中国的电子工业只能靠自己生产的元器件来配套——当时国内一块与非门电路价格高达500元,在利润驱动下,各地集成电路项目一哄而上。

而这样的火爆引起了一个人的警觉。

江南无线电器材厂(又称742厂)厂长王洪金,是一位参加过解放战争和抗美援朝的老革命,在部队里学习过无线电通信技术。王洪金想到,市场就那么大,全国的电子厂一哄而上肯定要打架。经过深思熟虑后,他决定放弃炙手可热的集成电路生产,改为主攻分立器件。这一次转型,也让江南无线电器材厂成为分立器件的龙头企业,在市场竞争中站稳了脚跟。

王洪金的判断现在看来无疑是明智的,虽然当年国内大批上马集成电路项目,但大多数是分散而低效率的生产方式。大量半导体工厂也处于散、小、独、弱状态。1977年7月,刚刚复出主管科学教育工作的邓小平同志,邀请30位科技界代表在人民大会堂召开科教工作者座谈会,王守武发言说:

「全国共有600多家半导体生产工厂,其一年生产的集成电路总量,只等于日本一家2000人的工厂月产量的十分之一。」

也是这一年3月,江南无线电器材厂面临第二次重大抉择。王洪金带着总工程师车运洪等 10 多人,从无锡奔赴北京与日本东芝进行谈判。就在几个月前,国家决定从日本引进彩色显像管生产线和集成电路生产线。为了这条生产线的落户,各地电子厂「各显神通」展开角逐,王洪金自然不敢懈怠。

经过层层调研论证,这条生产线最终花落江南无线电器材厂。可还没高兴多久,问题就来了——仅仅为了一个产品执行标准,厂里就吵的不可开交,到底是死抱日本标准来规定生产,还是以用户需求来指导生产?

这个现在看来并不算问题的问题,对于改革开放初期的企业而言却是个巨大的思想挑战。最终在一批人的坚持下,742厂选择了以用户需求为导向。正是这种计划体制大背景下朴素的「市场意识」,再一次让江南无线电器材厂脱颖而出。

此时,全国已经兴起一阵引进国外设备的高潮。当年竞相上马建设的电子厂,现在又竞相投资引进国外设备。仅1981年至1985年间,全国就有33家单位不同程度引进生产设备,累积投资13亿。然而由于引进的大部分是淘汰设备,且没有配套的技术和管理,导致最后只有寥寥数条线能真正投产。

当时的大背景是,国家缩减对电子工业的直接投入,鼓励各电子厂到市场上去自寻出路——被赶下海不久的电子厂,缺乏科研能力和产业化经验,盲目跟风一阵乱投。成功引进设备的企业,也没有能力去吸收和消化技术,更遑论二次创新了。

东芝生产线落户的5年后,曾有日本负责人来中国了解情况,发现生产工艺跟5年前相比没有一丝进步,原本对转让技术还有一丝顾虑的日本人,也放心地回去了。

中国半导体产业发展早期,靠着一批海归精英、苏联顾问和国内技工队伍分别突破各项技术,在科研攻关方面并没有落下太多。然而,科研成果不等于产业化能力,更不能代表批量化、大规模生产的能力。

反观美国Intel,从创始初期就致力于打破研发和生产的壁垒,日韩半导体的发展也是产学研高度融合的成果。中国人由于早期体制的原因,更多时候将半导体作为科研项目突破,却并未将其作为一个产业去培育和发展。

没有输在科研起跑线上的中国半导体,却在产业化的竞赛中被甩开了距离。

3

追不上的摩尔定律

为了解决「科研成果无法转化为生产力」的问题,有关领导部门将永川的24所迁出一部分科研力量到无锡,与江南无线电器材厂组成产研联合体,后来发展成为华晶电子集团公司。然而从后续华晶公司一而再、再而三地从国外引进技术来看,研发和生产的联结并不如人意。

不过,这一场合并倒是为中国培养了一批造芯人才。华晶后来成为中国集成电路产业的黄埔军校,为政府相关部门、中芯国际、华虹宏力、华力微电子、长电科技、通富微电等企业培育了不少于500位骨干人才。

在华晶的基础上,国家计委和电子工业部在1990年提出「908工程」,目标是在「八五」期间将半导体技术提升到1微米。工程总经费20亿元——其中15亿元用于华晶公司建设月产1.2万片的晶圆厂,另外5亿元投给9家集成电路企业建设设计中心。这个工程在当时被全国寄予厚望,是一场决心拉近与世界先进水平差距的战役。

此时,全球电子工业已经全面进入超大规模集成电路发展阶段,摩尔定律威力凸显。所谓摩尔定律,是Intel创始人之一的戈登·摩尔于1965年提出的一条芯片产业发展著名规律,即集成电路芯片上所集成的电路数目,每隔18个月就要增加一倍。

由此引申出反摩尔定律——卖掉与18个月前同样数量、同样性能的产品,营业额就要下降一半。反摩尔定律倒逼所有芯片公司必须赶上摩尔定律速度,任何一个技术跟不上的公司都会被淘汰。

在这一定律的鞭策下,世界芯片格局风起云涌,各芯片企业、乃至国家和地区之间的竞争可以用惨烈形容。

1981年,日本松下针对Intel推出竞品存储芯片,导致Intel芯片价格从28美元直接杀至6美元。次年,日本东芝投资340亿日元,由川西刚带领1500人的团队开始实施「W计划」,3年后量产1MB动态随机存取存储器,并加码推出「价格永远低10%」的竞争策略,将Intel打到破产边缘。

1985年,Intel在其卓越管理者格鲁夫的带领下做出「战略性转折」,放弃起家的存储芯片业务,专注于个人电脑CPU,在另一条赛道上开始了所向披靡的征程。

就在中国决定实施「908工程」的同一年,Intel的386芯片搭载微软的Windows3.0系统,彻底改变了计算机技术,开启了垄断桌面端30余年的「Wintel时代」。同样在这一年,韩国三星开发出世界上最早的256MB的动态存储器,正式宣告超越日本技术。而在此3年前,德州仪器的三号人物张忠谋回到中国台湾,创办了一家专业代工生产芯片的公司,名为台积电。

世界半导体风云瞬息万变,我们的908工程却一直在「准备中」。光费用审批就足足花了2年,从美国朗讯引进0.9微米生产线花了3年,建厂再花2年——从立项到投产历时7年之久。

7年时间相当于4.6个摩尔定律周期,意味着投产即落后主流技术接近5个世代。投产当年,华晶公司即亏损2.4亿元,巨额投资打了水漂。

更严重的后果是,集成电路「八五」计划的失败,让中国芯片又错失了5年时间。当华晶公司尚在0.8微米的卡点无法量产时,世界主流制程已经发展到了0.18微米。

4

市场和计划两只手

「908工程」的经费主要来自建设银行的贷款。

商业银行的巨额贷款利息加重了企业负担,华晶由盈利单位变成了亏损单位。由于坏账严重,华晶后来连债转股的尝试都没有成功,最终被香港中资企业华润集团接盘,改名为「华润微电子」。老一辈半导体专家朱贻玮谈及此事时说:

「单纯依靠银行较高利率的贷款来建设芯片项目是行不通的」。

另一个被贷款利息所困的是首钢日电。1991年,抱着「首钢未来不姓钢」的决心,首钢跨界进军芯片,与日本NEC成立合资公司。但是,中日双方加起来的入资总额不到总投资额的1/3,其他资金基本来自境内外银行贷款,给自己背上了沉重的利息负担。

除了资金,首钢日电还存在其他问题——技术完全由NEC提供,主要客户也是NEC,首钢日电只是对着日本图纸生产。

这种「两头在外」的模式让企业几乎没有抗风险能力。当2001年的半导体危机重创NEC时,首钢日电也立刻陷入困境。2004年,首钢宣布彻底退出芯片行业。

耐人寻味的是,在退出芯片产业的前一年,房地产业务发展为首钢的核心业务之一,日后甚至做成中国房地产开发百强公司。

这在北京并非孤例。北京当年的半导体巨头们,大部分都剥离了半导体业务,转而将资金投向水涨船高的房地产市场,唯有京东方仍然在研发的道路上孤独坚持。虽然屡战屡败,但就是坚决不搞房地产,直到终于熬成中国液晶面板的龙头企业。

在当时的股民眼中,京东方是一家「不按常理出牌」的企业。企业逐利天经地义,董事会也需要跟股东交代,决策发展方向时往往有更为「理性」和「现实」的考量。像半导体集成电路这种资金密集、技术密集、回报周期长的产业,单靠计划科研攻关,或者单纯依赖市场这只「无形的手」都是无法搞起来的。

计划和市场两只手,都需要同时发挥作用,两只手还不能互相打架。

到了1994年,中国大陆芯片的落后已经可以用「触目惊心」来形容。这一年产量和销售额分别只占世界市场份额的0.3%和0.2%,技术水平落后发达国家15年以上。

在这样的背景下,国家上马了「909工程」,这是908工程受挫后,中国人第二次向「芯」高地发起冲击。时任电子工业部长的胡启立在后来的回忆录中记下了当时「只许成功,不许失败」的豪言,但随后又写道:

「现在想来,那时我对即将遇到的风浪和危难的估计都是远远不足的」。

围绕着「909工程」,1997年间上海相继成立了上海虹日国际、上海华虹NEC、上海华虹国际等电子企业。其中华虹NEC吸取了「908工程」的教训,只用不到2年时间即建成试产,2000年取得30亿销售额的好业绩。但好景不长,第二年即遭遇全球半导体危机。作为新生企业,华虹NEC在这场危机中也未能幸免,当年亏损13.48亿元。

由于对集成电路产业认知不足,华虹NEC在成立的最初几年,「赚了还是亏了」成为评价其是否成功的主要标准。当遭遇2001年亏损时,批评的声音便纷沓而至,媒体也尖锐的指出:

「光靠砸钱做不成芯片」。

3年后,尽管华虹NEC业绩恢复稳定,但此后十余年间,再未获得国家资金支持。

砸钱不一定能做成芯片,但做芯片一定要砸钱。

2000年,在国内半导体4位院士的推动下,北京市政府决心建设北方微电子产业基地,先后在亦庄和八大处奠基开工了讯创6英寸厂和华夏8英寸厂。次年同样由于全球半导体危机,海外资金募集陷入困境,创讯和华夏项目纷纷流产。

但实际上,一些有远见卓识的人,反而会选择在行业低谷期投资建厂。低潮期建厂成本相对较低,建成后很可能赶上下一轮高潮。可惜大部分投资者和经营者都很难做出这样的决策。真正敢在逆周期下血本投资的,往往离不开政府的引导和坚定支持。

1983年,韩国三星决定全力进军芯片,却遭遇了一个极其凶险的开局。三星推出64kb 存储芯片时,美日存储芯片价格战正酣,内存价格从4美金跌至30美分。初涉芯片的三星卷入价格战的洪流,仅仅2年时间就把股权资本尽数亏空。创始人李秉喆事后心有余悸:

「为这个项目,三星赌上了全部」。

据李秉喆回忆,当时每一个部门来给他汇报工作,无一例外都是哭诉快要撑不住了,劝他早点撤出集成电路产业,为自己留条后路。

上世纪60年代,李秉喆就买下水原郊区200亩地意图打造电子工业基地,如今发展成为三星水原总部。

关键时刻还是依靠韩国政府出手,不惜动用日本的战争赔款,投入3.46亿美元,同时带动20亿美元私人资金给三星托盘。正是在这样的输血下,三星才有了后来让其声名大噪的「逆周期投资」,终于挺到美日签署《半导体协议》,一个箭步上前补了日本人的缺。

5

乘风破浪会有时

中国半导体产业踌躇的70至90年代,恰是全球半导体产业百舸争流的重大转折期。

从1971年Intel推出DRAM动态存储器,标志着大规模集成电路诞生开始,此后30余年是全球大规模集成电路产业化的黄金时期,技术、资本、市场、人才各要素都在这一时期充分发育,最终形成了今日的世界芯片格局。

1976至1979年间,日本政府主导了著名的「超大规模集成电路计划」。在日本通产省牵头下,日立、三菱、富士通、东芝、NEC五家公司为主体,成立「VLSL技术研究组合」,集中优势人才协作攻关,打破企业技术壁垒——这场以赶超美国为目标的「运动」成效惊人,取得了千余件专利,日本集成电路技术水平大幅提升,为80年代日本存储芯片超越美国奠下基础。

1986年,遭遇日本集成电路的围堵后,美国政府亲自迎战,发布《危机中的战略工业》报告,让日本相继签下一系列限制其集成电路发展的条例,还成立国家半导体咨询委员会,专门给美国半导体企业提供各种支持。

同一年,韩国政府联合三星、LG、现代和韩国6所大学,将4MB动态存储芯片作为国家重点项目研发,3年投入1.1亿美元,政府主动承担57%的经费,此举为90年代韩国存储芯片超越日本奠下基础。

1987年,台积电成立。台湾当局政府成立专项开发基金,出资1亿美元占股48.3%,政要人物甚至亲自下场为台积电募集资金。此外还给予场地、税收等各种优惠。力度之大,甚至一度出现台积电税后利润反高于税前利润的奇观。

在全球产业链的融汇中,企业发展出自主创新的核心技术能力,在政府的统筹布局下,进行持续稳定且有建设性的资本投入;在与技术发源地美国的激烈角逐中,孵化并成长起来具有竞争力的企业;在官产研一体的磨合中,磨炼出技术和管理的领军人物和成熟团队……

而上述种种条件,在改革开放初期的中国都不具备。中国的集成电路产业在计划与市场之间摇摆纠结三十余年,等到90年代奋起直追之时,发现仍然是一身束缚,一地鸡毛。

所幸2000年前后,诞生了一批以中芯国际、华为海思、展讯、中星微电子等为代表的新生代芯片企业,部分汲取了上个世纪中国集成电路产业的发展教训,在中国逐步成熟的产业化土壤中扎根发芽,经过20余年的艰难生长,总算开花结果。

它们的崛起和突围,将是中国芯片产业的另外一个故事。

参考文献:

[1] 朱贻玮,《集成电路产业50年回眸》,2016年

[2] 谢志峰\陈大明《芯事》,上海科学技术出版社, 2018

[3] 陈芳\董瑞丰《芯想事成|中国芯片产业的博弈与突围》,2018

[4] 王阳元《我国集成电路产业和微电子科学技术发展目标及建议》中国无线通讯,2001

[5] 川西刚著 萧秋梅译《我的半导体经营哲学》,1999

[6] 于文心《三星帝国》,2014

[7] 张盖伦《晶体管诞生70年:回首中国集成电路来时路》,2008

*文章内容系作者个人观点,不代表钛禾产业观察对观点赞同或支持

本文为专栏作者授权创业邦发表,版权归原作者所有。文章系作者个人观点,不代表创业邦立场,转载请联系原作者。如有任何疑问,请联系editor@cyzone.cn。

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