三、20世纪80年代，美国面临日本的竞争并积极应对

为了发展半导体业，从20世纪60年代开始日本就采取了半导体技术转让政策，要求进入日本市场的外国公司与当地企业组建合资企业，以促进知识扩散。该政策在很大程度上取得了成功。20世纪70年代，日本半导体业开始迅速发展，到80年代，已经对美国形成竞争压力，美国不得不采取应对举措。

（一）日本对美国形成巨大的竞争压力

20世纪六七十年代，除了半导体制造技术，美国其他半导体技术发展得也非常迅速。例如，1961年美国GCA（Geophysical Corporation of America）公司制造出了第一台接触式光刻机，其掩膜版与光刻胶图层直接接触，光线透过掩膜进行曝光时可以避免衍射。不久，GCA又制造出了接近式光刻机，其掩膜和表面光刻胶之间存在微小空隙。美国另一家公司珀金埃尔默（Perkin Elmer）在1973年推出了世界首台投影式光刻机Micralign100。1978年，GCA公司推出了首款步进式光刻机DSW 4800，其结构相对简单，成本相对较低，性能更加稳定，并迅速占领了70%的市场。又如，1966年，IBM公司率先发明了DRAM。这种存储器具有能耗低、读写速度快且集成度高的特点，是计算机内存、手机内存、显卡内存等的基础技术。1968年6月，IBM注册了DRAM专利，但因司法部对其展开反垄断调查，IBM对DRAM产业化的进程受到影响。同年，仙童创始人罗伯特·诺伊斯和戈登·摩尔（摩尔定律的提出者）等人共同创办了英特尔公司（Intel），其主要业务就是研制DRAM芯片。1969年，加州的先进内存系统公司（Advanced Memory System）也成功生产出世界上第一款DRAM芯片。于是，美国的DRAM产业也迅速发展起来。

面对美国技术的快速进步，日本官员认识到自身技术落后面临的危险，希望建立一个更统一、更综合的超大规模集成电路技术开发组织。1976年，通产省投资3亿美元与日本五大计算机公司：富士通、日立、日本电气、三菱电机和东芝建立了名为“超大规模集成电路技术研究协会”的研究组合，承担超大规模集成电路计划（Very Large Scale Integration Circuit, VLSI）的公私联合技术研究项目。研究组合的最高领导决策机构是理事会，由5家公司的领导及通产省的官员构成。通产省所属的电子技术综合研究所牵头，与5家公司联合在日本神奈川县设立了共同研究所，从事超大规模集成电路技术开发所需的具有最根本性、基础性、共同性研究，商业化开发则由各公司独自承担。共同研究所设立了六个实验室，确立了六项课题：微精细加工技术；结晶技术；设计技术；工艺技术；检验评价；元件技术。[12]同时，明确了各家机构的研究重点，如，富士通负责研发可变尺寸矩形电子束扫描装置，日立负责研发电子束扫描装置和微缩投影紫外线曝光装置，东芝负责研发电子束扫描装置和制版复印装置，通产省电子技术综合研究所负责对硅材料进行技术开发，三菱电机负责研发工艺技术和投影曝光装置，日本电气负责进行封装测试和评估研究。这个联合研究项目的研究内容纵向覆盖了半导体产业各关键环节，为行业内企业提供了一个共同的技术开发平台，有利于彼此间协同工作并共享信息，加快推动创新。除了最初参与的几家机构，其他涉及半导体制造设备和原材料生产的日本公司也加入了VLSI计划，推动了与半导体设计和制造相关的各种新发明。VLSI计划开展的联合研究工作产生了1000多项专利申请，其中16%由不同公司的成员合作完成[13]。

这个联合研发体成功攻克了电子束光刻机、干式蚀刻装置等半导体核心加工设备，以及领先的工艺和半导体设计能力，为日本半导体行业的腾飞奠定了基础。20世纪80年代初，美国的珀金埃尔默和GCA公司主导着全球光刻机市场，但是到80年代中后期，珀金埃尔默的市场份额因日本的冲击从30%骤减至5%，被迫将半导体光刻机事业部卖给了硅谷集团（Silicon Valley Group, SVG），SVG在2001年又被阿斯麦以16亿美元收购。相反，在VLSI计划的协助下，日本设备企业发展迅速。1980年，尼康推出了首台步进式光刻机，1984年尼康的出货量基本和GCA打平。1980年，佳能也推出了自己的首款步进式光刻机。1985年，在光刻机市场，尼康超过了GCA，特别是在日本市场，拿到了65%的市场份额。20世纪70年代后期，美国供应商曾占据全球近90%的市场份额，然而，到1989年，日本公司却占据了全球70%的市场份额，成为主要的半导体设备生产国之一。

在VLSI计划的帮助下，1977年，日本也成功研制出了64K DRAM，追平了美国公司的研发进度。到80年代，日本厂商（富士通、日立、三菱、NEC、东芝等）继续发力，凭借质量和价格优势，开始反超美国公司。1986年，日本存储器产品的全球市场占有率上升至65%，而美国则降低至30%。美国学者认为，日本的DRAM芯片生产有两个主要优势。其一，日本企业专注于提高制造质量，并形成了诸多创新性的管理方法，以至于后来美国企业高管开始拜访日本企业学习其精益制造等方法。其二，日本企业受益于较低的资金成本。20世纪70年代末到80年代初，美联储一直实施货币紧缩政策，通过提高利率以降低通货膨胀率。但日本银行却存款充裕，贷款利率较低，加上日本厂商的高强度投资，很快取得了领先优势。东芝和NEC等日本企业生产的DRAM芯片与美国生产的一样先进，但价格较低，缺陷率也更低。一项研究发现，日本DRAM芯片的平均缺陷率是美国的十分之一[14]。当时，日本产业链上下游相关企业习惯于组织为密切协作的“经连会”（keiretsu），便于彼此间加强技术研发与协作，且它们往往都与同一家大银行建立融资关系，银行可以根据供应链的业务情况及时提供融资。

日本的半导体产品从20世纪70年代开始通过贸易进入美国市场。从1981年到1984年，美国从日本进口的半导体产品几乎每年翻一番，而美国的半导体产品则很难进入日本市场。随着日本半导体业的崛起，美国半导体企业节节败退。技术上，作为半导体产业发源地的美国也仅仅在微处理器、专用逻辑电路等方向上保持领先，而日本已经在DRAM、SRAM（静态随机存储器，Static Random Access Memory）、双极电路、存储元件、光电子、砷化镓和硅材料等关键技术上都开始领先于美国，且日本的良品率远远高于美国。在日本的竞争下，曾经占有DRAM市场80%份额的英特尔不得不关闭工厂并裁员，最终于1985年彻底退出了DRAM市场，市场上仅剩德州仪器与美光（Micron）两家美国内存厂商。美国厂商在全球DRAM市场上的份额则从最高时的95%跌落到1990年的2%[15]。美国半导体制造设备供应商以每年3.1%的速度失去市场份额，半导体制造商从本国设备生产厂家所购买的制造设备不足40%，甚至连“硅谷之星”仙童半导体都传出要被日本企业收购的消息。

面对这一局面以及美国半导体行业协会（SIA）的游说，美国威胁对日本进口产品征收关税，并于1986年与日本达成一项协议，授权美国政府为日本芯片设定最低公平市场价格，同时还将日本半导体市场上外国产品的份额从10%提高到20%。由于进展不明显，1987年4月，美国对从日本进口的3亿美元产品征收100%的关税，其中1.35亿美元是针对日本对第三国的倾销，1.65亿美元是针对美国产品缺乏进入日本市场的准入。其中，对1.65亿美元进口商品征收的关税一直延续到1991年，直到美国产品在日本市场的销售最终接近20%的目标时，双方才重新谈判并修改协议。协议的相关规定使得日本芯片供应量受限，而大多数美国芯片制造商因竞争力不敌日本而被迫退出市场。美国DRAM生产商唯一剩下的美光通过创新降低了成本，赢得了市场份额；光刻机巨头GCA被迫于1987年年初退市；1988年，General Signal以7600万美元收购了陷入财务困境的GCA，但最终也没能挽救GCA[16]。随着供应量的下降，芯片价格逐步上涨，为韩国、中国大陆及中国台湾的企业加入市场竞争创造了条件。

（二）美国积极培育日本的竞争对手

在对日本采取贸易压制措施的同时，美国为了打压日本并降低对日本的依赖，积极培育日本的竞争对手——韩国、中国大陆及中国台湾的企业。韩国半导体业的发展最初源于20世纪60年代美国企业外包的组装、测试和封装业务，80年代美、日两国在DRAM领域达成的较高协议价格为韩国企业的进入提供了空间。三星等韩国企业在政府扶持下采取更激进的投资策略、高薪聘请国外人才，并借助美国的技术授权迅速发展起来。1982—1986年，韩国与美国签订了36笔技术转让合同；到1985年，韩国的三星、LG、现代在美国硅谷投资10亿美元用于深化与美国半导体技术、人才和业务合作[17]。相应地，韩国半导体产品在美国进口市场的份额从1988年的8%左右扩大到1989年的15%，并在1995—2000年达到顶峰，占美国进口市场的16%～18%。[18]随之，三星、SK海力士等企业成功崛起，韩国也在90年代初成为东亚半导体的重要产地。1992年，美国政府又对韩国DRAM芯片征收反倾销税。

在这一过程中，日本也出现了策略失误，没有跟上产业发展的形势，竞争力开始下滑。日本制造商习惯于为大型计算机生产质保期高达25年的高品质DRAM，并将其直接当作小型电脑用DRAM（只需5年质保期）进行销售。日本64MB的DRAM掩膜数是韩国、中国大陆、中国台湾的1.5倍，是美光的2倍[19]，显然存在质量过剩、价格过高的问题。即使日本知道三星通过小型电脑用DRAM扩大市场占有率，也依然坚持生产高品质DRAM，因为其主要客户依然是大型电脑制造商。最终，这种做法影响了自身竞争力。

中国台湾的半导体技术同样源自美国。20世纪60年代，通用仪器、飞利浦和德州仪器等企业就在中国台湾设立了组装和封装工厂。1973年，中国台湾成立了工业技术研究院（简称“工研院”），1975年与美国无线电公司（Radio Corporation of America, RCA）达成技术转让协议。虽然美国无线电公司给中国台湾提供的是落后几代的设备，但由于美国无线电公司后来退出半导体行业，中国台湾便完全获得了其互补金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS）技术许可。当时，该技术仍处于早期开发阶段，之后却很幸运地成为主流工艺方法。工研院充分消化该技术后，1980年，中国台湾便设立了生产企业——联电，工研院负责对其转让技术，并在工厂招聘和培训工程师方面发挥了积极作用。联电投产运营后，经济效益非常好，但技术上与外国公司仍有明显差距。1987年，中国台湾又力邀德州仪器的张仲谋设立了台积电。虽然中国台湾当局为创建台积电提供了大量资金，但规定仅持有该公司50%的股份，并允许荷兰飞利浦电子持有35%的股份，条件是飞利浦需要提供其先进的1.5微米制造工艺[20]。20世纪90年代，中国台湾对美国的半导体产品出口稳步增长，1989—1997年增长了近5倍，占美国进口市场的9%。1997年，美光对从中国台湾进口的一种内存产品——SRAM提起了倾销诉讼。随后，美国对中国台湾半导体产品征收90%以上的关税，且一直持续到2002年。[21]

在光刻机领域，美国通过扶持荷兰的阿斯麦来对抗日本。1997年，美国能源部与英特尔牵头成立了极紫外线（Extreme Ultra-Violet, EUV）光刻机技术联盟，联盟成员包括能源部下属的三大国家实验室，以及摩托罗拉、超威半导体、IBM等知名科技公司。1999年，美国能源部允许荷兰的阿斯麦加入该联盟，以便其参与研发并共享研究成果，而尼康、佳能则被禁止进入该联盟。2001年，美国外国投资委员会允许阿斯麦收购美国硅谷集团光刻机业务，使阿斯麦得以掌握该公司的专业镜片技术，成为全球最大的光刻机供应商。后来，阿斯麦顺利研发了第一台EUV光刻机，并击败了日本企业成为全球光刻机霸主。为了避免美国打压，阿斯麦则允诺在美国设立工厂与研发中心，并承诺在销往美国的EUV设备中使用55%的美国零部件[22]。

美国在技术上掌控相关企业的同时，在金融上也掌握了较高的控制权。从股权结构看，尽管三星未在美国上市，但其股份的28%由美国投资者所掌握，而韩国投资者占42%的份额；美国资本在阿斯麦的股权结构中更是占据50%，相反，荷兰投资者在其中所占份额还不到1%；台积电、联发科、SK海力士、英飞凌、华虹等全球知名半导体企业都通过各种方式在美国融资，接受美国的金融监管。此外，美国是世界上第二大芯片消费国，是很多高端芯片的最大需求方，对相关企业拥有巨大的买方市场地位。美国凭借技术、金融、市场三重力量，在生产制造被分散至其他国家的情况下，仍掌握了产业霸权。

（三）建立半导体制造技术研究联合体以提高制造技术

在与日本进行贸易谈判时，美国不断对日本施加压力，称日本政府支持半导体发展的产业政策很不合理。同时，与日本谈判的美国代表克莱德·普雷斯托维茨却对美国政府表示“我们虽然指责日本政府的目标产业政策不合理，但作为国家的大政方针，这个政策是完全正确的。所以，美国政府应该采取和日本相同的政策措施”。[23]1987年，美国国防科学委员会在一份报告中也指出，美国半导体公司在大规模制造的工艺技术上已经落后，这对美国国家利益构成严重威胁，建议政府与产业界联合建立一家生产半导体元部件的工厂。同时，美国半导体行业协会也建议政府设立半导体制造技术研究联合体（Semiconductor Manufacturing Technology Research Consortium, SEMATECH）。此前，1984年，美国通过《国家合作研究法案》，大大削弱了反垄断法在企业合资研究中的适用范围，也为SEMATECH的设立扫清了法律障碍。

1987年8月，美国政府仿效日本的经验，由美国国防部和半导体行业协会共同牵头成立了SEMATECH。这是一个公私合作技术研究组织，成员包括占美国半导体产业产值80%的11家企业（后增加至14家），如英特尔、IBM、美光、惠普、AT&T、摩托罗拉等。1988年，美国政府通过《技术竞争力法》，规定建立“先进技术计划”（Advanced Technology Program, ATP），即由政府向私营企业研究联盟提供有限的资金，帮助他们发展在世界市场上更有竞争力的新技术，并将美国国家标准局的名字改为美国国家标准与技术研究院（NIST），由其负责监管ATP计划的实施。[24]这相当于从法律上确认了政府对SEMATECH支持的合法性。SEMATECH设立时，在得克萨斯州奥斯汀市建立了总部，以类似公司化的方式独立运营。从管理结构看，尽管SEMATECH有50%的政府资助，但它是由半导体行业的高级主管和经理领导的，注重为合作伙伴提供技术指导、经验丰富的管理和良好的灵活性。虽然DARPA参与管理，但只在SEMATECH董事会中拥有一个无投票权的席位，对其实施松散监督。此外，SEMATECH每年还要接受政府问责办公室的绩效评估。

在总部旁边，SEMATECH建立了一个半导体制造技术试验基地，随时进行新技术的生产试验。DARPA参与SEMATECH的设立，并选择了仙童和英特尔公司的创始人、美国半导体行业协会主席罗伯特·诺伊斯担任第一任CEO。诺伊斯在半导体业背景深厚，有丰富的人脉和管理经验，被尊称为“硅谷之父”。诺伊斯凭借其平易近人、务实专业的领导风格及其产业地位，使各企业愿意提供资金和研发人员，与具有竞争关系的同行共享。他将各创始成员出于自身利益提出的初始研发意向，整合提炼成了切实可行的研发方案，并确定以半导体设备为研发重点。

SEMATECH尽管是由美国产业界发起成立的非营利组织，但其管理和运行却是由美国政府和产业界共同实施的。DARPA代表美国政府成为SEMATECH的管理机构，并为其设置了专项经费，每年1亿美元。SEMATECH的首个授权运营期是5年（1988—1992年），除DARPA投入的1亿美元外，各创始成员每年再集资1亿美元，5年共10亿美元预算。除了投入经费，美国政府主要负责协调美国国防部所属机构与成员企业的关系，并以SEMATECH董事会和技术顾问委员会成员的身份制定规则、监督管理，以及评价技术进步状况等。SEMATECH有一个中心管理机构，其研究人员和管理人员都来自各成员企业。该机构并不参与具体产品的设计与制造，也不为具体产品进行专门的工艺研究，而是将这些问题留给各公司自己解决。SEMATECH的使命是开展应用研究，在工厂环境中改进、完善、标准化及展示制造工艺和工具，使美国企业重新获得CMOS制造技术的世界领先地位。

SEMATECH的研发工作集中在光刻工艺（包括步进机、光刻胶、掩模制作和计量）、多级金属（蚀刻、平面化和沉积），以及制造系统和工艺集成等工艺技术上。20世纪80年代末，SEMATECH预算中约有一半用于先进光刻机研发，包括投入超过7000万美元资助GCA开发KrF步进式光刻机，但是没有取得成功。从这个角度来看，SEMATECH项目失败了。相关工具或材料企业也持类似观点，如负责研发半导体检测设备的加利福尼亚科磊公司（KLA）不认为SEMATECH的支持对其工具开发重要，最大的半导体工具制造商应用材料公司也认为，SEMATECH对其业务几乎没有任何影响。但是，SEMATECH在半导体设计和制造工艺方面取得了技术突破，使濒临崩溃的行业依托共用的基础设施和研发路线重新凝聚起来，使美国半导体制造商能够在技术上与竞争对手日本平起平坐，并在今后几十年保持竞争力。到1995年前后，美国在全球市场的份额超过日本，重新回到领先地位。1996年，SEMATECH董事会投票取消了美国政府的配套资金，DARPA退出对SEMATECH的管理。此后，SEMATECH逐渐成为一个纯行业性质的组织，开始吸纳国外的会员单位，由一个美国半导体行业组织扩展为国际半导体行业组织。就这一点而言，绝大多数人认为SEMATECH发挥了重要作用，认为该政策是成功的。[25]由于半导体行业的整合，2015年，SEMATECH与纽约州立大学理工学院合并，并超越半导体技术，关注更广泛的绿色能源、电力电子和生物等技术的研究、开发和商业化。[26]

SEMATECH之所以取得成功，有多方面的原因，概言之，包括以下几方面[27]。

其一，制定明确的目标和路线图。SEMATECH从一开始就制定了一个雄心勃勃但可实现且设计精确的目标——到1993年在基于0.35微米设计规则的硅基CMOS制造领域恢复世界领先地位，但实际上到1992年市场份额就与日本持平。到1993年，美国设备制造商能够完全使用美国工具制造0.35微米节点的芯片。更重要的是，SEMATECH创新性地提出了国际半导体技术路线图，对行业发展起到指引作用，有助于维持摩尔定律预期的效率提升。

其二，开发通用标准。SEMATECH通过开发通用标准工具，使以前不兼容的工具和软件能够互操作，降低了设备及工具和材料企业的成本和运营负担。特别是，SEMATECH有助于美国企业开发和部署计算机集成制造，大大提高了生产效率。

其三，促进成员绩效提高。SEMATECH引入了一个“盲标杆”系统，成员企业可以在匿名的基础上与其他企业的绩效指标进行比较。这给落后者敲响了“警钟”，促使其采取措施改善运营。例如，“钢铁侠”项目就促进了设备制造商对工具性能的基准测试。SEMATECH建立了专业团队，识别特定工具的常见问题，并共享工具信息以提高运行效率，促使制造产量和质量稳步提高。

其四，支持供应链。SEMATECH加深了设备制造商与上下游企业之间的合作关系，建立了一种被称为SEMI-SEMATECH的持续合作工具。SEMATECH为供应商定义了技术目标，使其能够将开发工作集中在几个可明确理解的目标上，并为供应商提供了在工厂环境中进行测试、评估并改进其设备的机会。

其五，降低成本和风险。SEMATECH使成员企业能够通过共同努力降低研究成本，更重要的是，该联盟在真实的工厂环境中进行新设备和流程的竞争前调试，可以大大降低与制造投资相关的风险。当成员投资自己的新设施时，他们可以直接使用验证过的设备和工艺，加速整个行业的发展，使其能够超越竞争对手日本。

其六，利用联邦实验室。联邦实验室集中代表了大量高质量的专业知识和研究基础设施，有助于恢复美国在半导体制造领域的领导地位。SEMATECH促进了行业和联邦实验室的密切合作，这对设备制造商特别有价值。

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[1] 乔纳森·格鲁伯，西蒙·约翰逊.美国创新简史：科技如何助推经济增长.穆凤良，译.北京：中信出版集团，2021.

[2] STEPHEN EZELL.An Allied Approach to Semiconductor Leadership,2020.09.

[3] 乔纳森·格鲁伯，西蒙·约翰逊.美国创新简史：科技如何助推经济增长.穆凤良，译.北京：中信出版集团，2021.

[4] GABRIELLE ATHANASIA.The Lessons of Silicon Valley:A World-Renowned Technology Hub,2022.02.

[5] CHRIS MILLER.Rewire:Semiconductors and U.S.Industrial Policy,2022.09.

[6] 李寅.重塑技术创新优势？——美国半导体产业政策回归的历史逻辑.文化纵横，2021（4）：50-60，158.

[7] MARTIJN RASSER,MEGAN LAMBERTH,HANNAH KELLEY,et al.Reboot:Framework for a New American Industrial Policy,2022.05.

[8] NICK SPALL.How the Apollo Moon landings changed the world forever,2019.07.

[9] 威廉姆·邦维利安，彼得·辛格.先进制造：美国的新创新政策.沈开艳，译.上海：上海社科院出版社，2019.

[10] MARTIJN RASSER,MEGAN LAMBERTH,HANNAH KELLEY,et al.Reboot:Framework for a New American Industrial Policy,2022.05.

[11] I.E.SUTHERLAND,C.A.MEAD,THOMAS E.EVERHART,"Basic Limits in Microcircuit Fabrication Technology",RAND,1976.11.

[12] 樊春良.全球化时代的科技政策.北京：北京理工大学出版社，2005.

[13] CHRIS MILLER.Rewire:Semiconductors and U.S.Industrial Policy,2022.09.

[14] CHRIS MILLER.Rewire:Semiconductors and U.S.Industrial Policy,2022.09.

[15] DAVID T.METHE.Technological Competition in Global Industries:Marketing and Planning Strategies for American Industry.Praeger Publishiers,1991,69.

[16] 1993年1月，General Signal宣布其打算剥离其半导体设备公司。1993年5月，因为没有找到买家，General Signal关闭GCA.

[17] 李巍，李玙译.解析美国的半导体产业霸权：产业权力的政治经济学分析.外交评论（外交学院学报），2022，39（1）：5-6，22-58.

[18] CHAD P.BOWN.How the United States marched the semiconductor industry into its trade war with China,2020.12.

[19] 汤之上隆.失去的制造业：日本制造业的败北.林曌，等译.北京：机械工业出版社，2015.

[20] MARTIJN RASSER,MEGAN LAMBERTH,HANNAH KELLEY,et al.Reboot:Framework for a New American Industrial Policy,2022.05.

[21] CHAD P.BOWN.How the United States marched the semiconductor industry into its trade war with China,2022.12.

[22] 李巍，李玙译.解析美国的半导体产业霸权：产业权力的政治经济学分析.外交评论（外交学院学报），2022，39（1）：5-6，22-58.

[23] 汤之上隆.失去的制造业：日本制造业的败北.林曌，等译.北京：机械工业出版社，2015.

[24] 樊春良.美国技术政策的演变.中国科学院院刊，2020，35（8）：1008-1017.

[25] CHRIS MILLER.Rewire:Semiconductors and U.S.Industrial Policy,2022.09.

[26] STEPHEN EZELL.An Allied Approach to Semiconductor Leadership,2020.09.

[27] SUJAI SHIVAKUMAR,CHARLES WESSNER,THOMAS HOWELL.The Pillars Necessary for a Strong Domestic Semiconductor Industry,2022.05.