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2017年半导体技术日本企业目前仍处于全球领先地位

2017-04-27
类别:业界动态
eye 612
文章创建人 拍明


 

尽管在消费电子市场急剧萎缩,日企在某些技术领域仍占据较高位置,优势突出。

 

根据佳能和尼康在官方网站上披露的财务信息,2016年,佳能影像设备的销量下降了13.3%。尼康的日子也不好过,销量下降11.2%,这已经是这家公司自从2013年以来连续第三年销量下滑。

 

但是如果你由此认为这两家公司都在走下坡路,那你就错了。以尼康为例,这家公司已经多年被英特尔评为最佳品质供应商之一。尼康为英特尔的半导体芯片制造提供先进的半导体光刻设备。筹码海外投资社群CEO凌凤琪告诉21世纪经济报道:“佳能、尼康与ASML是世界上最主要的高精度光刻设备生产公司。日本企业在精度和效能方面有着不可替代的优势。”

 

根据最新财报,截至2017年3月,尼康的的精密仪器业务销售收入增长65%,息税前利润增长38.5%。佳能的工业仪器业务的净销售额增长11.4%,占整个企业业务比重由2016年的17%增长到2017年的29%

 

“当中国开始加大对半导体和芯片行业投入的时候,日本的各个半导体和芯片制造设备企业在中国赚得盆满钵满。”凌凤琪说。

 

在半导体领域另一个巨头是日本索尼。尽管索尼手机的市场占有率不断下降,早就被华为、vivo等国产品牌甩在了后面。但是索尼的图像传感器和芯片却是高端手机不可缺少的部件。

 

“目前索尼在手机图像传感器领域占有将近50%的市场。虽然在20164月日本的地震导致索尼半导体芯片业务的亏损,但是2016年索尼的半导体业务芯片销售依然上升了11%。”一位不便具名的电子行业分析师告诉21世纪经济报道,“索尼目前在这个领域是找不到竞争对手的。索尼仅仅把自己图像传感器周边的摄像头组模业务卖给了一家A股上市公司,就导致这家公司的股价大幅上涨。”

 

而在电动汽车满街跑的今天,公开数据显示,松下已经成功占领了全球锂电池80%的市场。

 

一名特斯拉的销售人员告诉21世纪经济报道,特斯拉采用的就是松下的锂电池。他们公司对电池承诺无条件和不限里程的保修。

 

此外,富士胶卷是一代中国人遥远的记忆。富士胶卷在中国被柯达和乐凯远远地甩在了后面,后来在数码摄影的时代被人遗忘。但这并不意味富士胶卷远离了我们的生活。

 

富士施乐是富士胶卷控股75%的子公司,据中国经济时报2004年报道,富士施乐当时是中国印制第二代身份的专用打印机,当时全国有31个省、自治区、直辖市的公安机关出入境管理单位安装了他们的打印机。该报道称,二代身份证完全采用彩色数码照片,对身份证的印制要求很高,富士施乐的打印机在色彩饱和度和稳定性和废卡率方面有着很大优势。

 

21世纪经济报道查询发现,至今还有上海、黑龙江、广西等至少10多个省市区的公安机关在使用富士施乐的打印机,同时招标进行维护。


半导体技术


半导体技术就是以半导体为材料,制作成组件及集成电路的技术。在周期表里的元素,依照导电性大致可以分成导体、半导体与绝缘体三大类。最常见的半导体是硅(Si),当然半导体也可以是两种元素形成的化合物,例如砷化镓(GaAs),但化合物半导体大多应用在光电方面。

绝大多数的电子组件都是以硅为基材做成的,因此电子产业又称为半导体产业。半导体技术最大的应用是集成电路(IC),举凡计算机、手机、各种电器与信息产品中,一定有 IC 存在,它们被用来发挥各式各样的控制功能,有如人体中的大脑与神经。

如果把计算机打开,除了一些线路外,还会看到好几个线路板,每个板子上都有一些大小与形状不同的黑色小方块,周围是金属接脚,这就是封装好的 IC。如果把包覆的黑色封装除去,可以看到里面有个灰色的小薄片,这就是 IC。如果再放大来看,这些 IC 里面布满了密密麻麻的小组件,彼此由金属导线连接起来。除了少数是电容或电阻等被动组件外,大都是晶体管,这些晶体管由硅或其氧化物、氮化物与其它相关材料所组成。整颗 IC 的功能决定于这些晶体管的特性与彼此间连结的方式。

半导体技术的演进,除了改善性能如速度、能量的消耗与可靠性外,另一重点就是降低制作成本。降低成本的方式,除了改良制作方法,包括制作流程与采用的设备外,如果能在硅芯片的单位面积内产出更多的 IC,成本也会下降。

所以半导体技术的一个非常重要的发展趋势,就是把晶体管微小化。当然组件的微小化会伴随着性能的改变,但很幸运的,这种演进会使 IC 大部分的特性变好,只有少数变差,而这些就需要利用其它技术来弥补了。

半导体制程有点像是盖房子,分成很多层,由下而上逐层依蓝图布局迭积而成,每一层各有不同的材料与功能。随

着功能的复杂,不只结构变得更繁复,技术要求也越来越高。与建筑物最不一样的地方,除了尺寸外,就是建筑物是一栋一栋地盖,半导体技术则是在同一片芯片或同一批生产过程中,同时制作数百万个到数亿个组件,而且要求一模一样。因此大量生产可说是半导体工业的最大特色 。

把组件做得越小,芯片上能制造出来的 IC 数也就越多。尽管每片芯片的制作成本会因技术复杂度增加而上升,但是每颗 IC 的成本却会下降。所以价格不但不会因性能变好或功能变强而上涨,反而是越来越便宜。正因如此,综观其它科技的发展,从来没有哪一种产业能够像半导体这样,持续维持三十多年的快速发展。

半导体制程是一项复杂的制作流程,先进的 IC 所需要的制作程序达一千个以上的步骤。这些步骤先依不同的功能组合成小的单元,称为单元制程,如蚀刻、微影与薄膜制程;几个单元制程组成具有特定功能的模块制程,如隔绝制程模块、接触窗制程模块或平坦化制程模块等;最后再组合这些模块制程成为某种特定 IC 的整合制程


半导体技术材料问题

电子组件进入纳米等级后,在材料方面也开始遭遇到一些瓶颈,因为原来使用的材料性能已不能满足要求。最简单的一个例子,是所谓的闸极介电层材料;这层材料的基本要求是要能绝缘,不让电流通过。使用的是由硅基材氧化而成的二氧化硅,在一般状况下这是一个非常好的绝缘材料。

但因组件的微缩,使得这层材料需要越做越薄。在纳米尺度时,如果继续使用这个材料,这层薄膜只能有约 1 纳米的厚度,也就是 3 ~ 4 层分子的厚度。但是在这种厚度下,任何绝缘材料都会因为量子穿隧效应而导通电流,造成组件漏电,以致失去应有的功能,因此只能改用其它新材料。但二氧化硅已经沿用了三十多年,几乎是集各种优点于一身,这也是使硅能够在所有的半导体中脱颖而出的关键,要找到比它功能更好的材料与更合适的制作方式,实在难如登天。

而且,材料是组件或 IC 的基础,一旦改变,所有相关的设备与后续的流程都要跟着改变,真的是牵一发而动全身,所以半导体产业还在坚持,不到最后一刻绝对不去改变它。这也是为什么 CPU 会越来越烫,消耗的电力越来越多的原因。因为CPU 中,晶体管数量甚多,运作又快速,而每一个晶体管都会「漏电」所造成。这种情形对桌上型计算机可能影响不大,但在可携式的产品如笔记型计算机或手机,就会出现待机或可用时间无法很长的缺点。

也因为这样,许多学者相继提出各种新颖的结构或材料,例如利用自组装技术制作纳米碳管晶体管,想利用纳米碳管的优异特性改善其功能或把组件做得更小。但整个产业要做这么大的更动,在实务上是不可行的,顶多只能在特殊的应用上,如特殊感测组件,找到新的出路。

日本半导体强大,让人窒息。

 

 

一、日本在创新领域

 

 

先来个总体概况:

2015国际权威研究机构《 汤森路透》 发表了新的一年全球企业创新排名TOP100——汤森路透还是国家知识产权中心,中国科学院的合作伙伴,可见其权威性。

 

全球创新企业TOP100 :

日本40家

美国35家

法国10家

德国4家

瑞士3家

 

 

在2014年之前一直是美国第一名,2014年之后被日本超越。

从这几年的报告中我们可以看出,日本的创新已经发生巨大变化。

 

日本其实早就抛弃已经沦为低端制造业的家电之类产业,转变为全力投入B2B,新材料,人工智能,医疗,生物,新能源,物联网,机器人,高科技硬件,环境保护,资源再利用等新兴领域。

 

 

日本其实早就抛弃已经沦为低端制造业的家电之类产业,转变为全力投入B2B,新材料,人工智能,医疗,生物,新能源,物联网,机器人,高科技硬件,环境保护,资源再利用等新兴领域。


新技术领域,美日两国瓜分了全球80%……

 

 

2015年全球创新企业白强日本排名第一,中国内地无一入围


 

《Economist》发表2015国家创新质量(Innovation Quality)报告,日本位列世界第三。

 

创新质量的意思,就是你的创新到底有没有为经济的发展做出贡献——更能体现一个国家的创新实力:

 

表2015国家创新质量(Innovation Quality)报告,日本位列世界第三。


 

麦肯锡2013发布研究报告,罗列了有望改变生活、商业和全球经济的12大新兴颠覆技术——

 

 

麦肯锡2013发布研究报告,罗列了有望改变生活、商业和全球经济的12大新兴颠覆技术


未来12大新兴技术分别是:移动互联网、人工智能、物联网、云计算、机器人、次世代基因组技术、自动化交通、能源存储技术、3D打印、次世代材料技术、非常规油气勘采、资源再利用

 

对,目前日本就是全力投入上面这十二个方面,而且百分之90已经做到了世界前三。

 

某些科研已经做到了世界第一,比如大数据云计算,新材料,资源再利用,能源存储、机器人等。

 

目前的日本是蓄力期,等到发力期,其技术储备有机会让日本在下个100年又领先一步。日本是个务实主义国家,面子什么的都是小事,对于日本韬光养晦才是真谛

 

 

二、日本在技术领域

 

 

在技术研发方面,日本有4个指标名列世界前茅:

一是研发经费占GDP的比例列世界第一;

 

二是由企业主导的研发经费占总研发经费的比例世界第一;

 

三是日本核心科技专利占世界第一80%以上;

 

四是日本的专利授权率竟然高达80%,可见其专利申请的质量。

 

 

这意味着日本整个国家对技术研发的重视,同时也告诉我们为什么日本科技能独步天下。

 

经济不只是单纯地建造工厂,然后高效运作。

 

日企不只在于表面丰田、松下、索尼、佳能、日立……而是更多在国际市场上众多领域的“隐形王者”。

 

 

日本科技如何成为独步天下的隐形王者


 

 

日企主导世界尖端技术专利申请


 

未来大数据时代的关键——云计算,201410月起由日本富士通、NECNTTKDDI等联合设计开发的云计算安全规则将成为云网络服务的全球安全标准。

 

全球最大的信息产业组织Business Software Alliance(BSA-美国商业软件联盟)连续第2年将日本评为云计算技术与云应用环境的世界第一国。

 

下图是BSA通过对各国云计算技术综合评分后的考核报告。

云计算技术越发达越接近绿色(good),

 

反之则越接近红色(problematic),

 

 

而最终能获得深绿色资格的只有日本一家。

 

最终能获得深绿色资格的只有日本一家。


 

 

 

我们经常听说中国互联网技术很强大,甚至把云计算能力也归类到了互联网技术里,那么,走在国内云计算领域最前排的阿里云是怎么说的呢?

 

看阿里云官方介绍——

全球云计算实力榜中国倒数第四日本、澳大利亚、德国、美国和法国分列第一至第五——在云计算领域,日本稳坐世界第一。


 

日本、澳大利亚、德国、美国和法国分列第一至第五——在云计算领域,日本稳坐世界第一。

 

关于新技术,再举两个例子。

 

1、日本安川电机推出的一款生物医疗机器人。估计不出30年,这就是日本各行各业的样子——

 

2、发那科的自动化生产线,这个已经是8年前的东西,现在更先进了。



三、日本在次世代计算机领域

 

 

在未来计算机领域,量子计算机是当今世界一大研究课题。

 

速度最高是现有计算机的1亿倍(108次方),而量子计算机的多项基础技术源于日本, D-Wave量子计算机是由当时在日本NEC研究所任职的蔡兆申和中村泰信,于1999年在全世界率先实现的。

 

而它的基础是源于日本东京工业大学西森秀稔和门胁正史教授提倡的“量子退火”理论。

 

今后,能和日本在量子计算机领域展开激烈竞争的只有一个国家,美国。

 

日美加速开发量子计算机 人工智能真要这么拼.png

D-Wave量子计算机,多项基础技术出自日本.png


 

如果以上部分已经让各位惊到了,我推荐把这篇文章看完,这样可以粗略了解下日本。

 

美,日,欧盟,这个顺序不是随便叫的。

 

 

四、你看不见的日本创新能力

 

 

看到有人说日本创新缺失,你看不到,只是因为别人玩得更隐晦了。

 

这个世界上几乎所有的高科技公司,比如三星,intel,苹果,高通等等,如果没有日本的高精度设备,配件,解决方案,这些公司至少倒退10年。

 

不信?

 

举个例子:

这几年不管是VLSI Research,英特尔最佳供应商里的SCQIPQS都是日系刷榜(8SCQI6家日系,18PQS11家日系,连iphone1000多项核心部件就有一半以上来自日本)。

 

 

英特尔最佳供应商里的SCQI和PQS都是日系刷榜(8家SCQI6家日系,18家PQS11家日系,连iphone里1000多项核心部件就有一半以上来自日本)


 

还不信?

接着看。

 

日本有11家企业获得英特尔PQS奖。

 

全球任何企业要获得英特尔PQS奖,都需要在成本及质量方面获得80%以上的分数,并在改进计划方面也获得80%以上的分数才能获奖。

 

日本再次刷榜——

 

全球任何企业要获得英特尔PQS奖,都需要在成本及质量方面获得80%以上的分数,并在改进计划方面也获得80%以上的分数才能获奖。


 

这个星球上日本的技术已经渗透到全世界的各个方面,各个角落。

那么,这些技术,对日本有什么帮助呢?能赚钱?

 

当然能赚钱——

 

日本专利盈余近1万亿日元


科技评选的权重指标:专利净收入=专利盈余(专利收入-专利支出)

日本专利盈余世界第二,且年年在上涨——

 

全球专利收支排行榜,日本专利盈余创历史新高.png


 

这样的一个资源匮乏的,土地面积稀少,原材料几乎都要进口的国家为什么能维持GDP世界前三半个多世纪?

想想也知道为什么!

 

为什么我国要限制稀土出口日本?

因为稀土是许多高科技材料不可缺少的元素——但能玩转稀土这个点石成金的东西的国家,这个星球上只有2个,美国和日本。

 

日本这些技术哪来的?

强大的科研能力!

 

如何看出日本拥有强大科研能力?

看白人搞的诺贝尔自然科学类奖就知道了。

 

2000年之后一直到2016年,也就是今年,日本每年至少拿一个诺贝尔奖,仅次于美国,位于全球第二。


日本提50年内拿30个诺奖已有13人获奖.png


 

五、日本的经济

 

谈到日本经济,先看看下面这则新闻——

 

日本蝉联全球最大海外净值产国.png


日本蝉联世界最大海外净资产国,这是什么意思呢?

也就是说,日本在海外还有一个超级日本。

 

日本资源匮乏,所以日本必须在海外寻求资源,到目前为止,日本海外的资源面积已经达到本土的10倍——矿山,石油这些基础原料就是资源面积!

 

海外资源土地面积已达本土10倍

日本GDP停滞的原因,资本,技术,工厂不断向外转移,现在中国,英国,美国等等国家的GDP包括了日本的公司创造的GDP,但却不算在日本的GDP统计之中。

 

日本已经在全球布好了局,当今世界的产业链中高端,几乎由美,日霸占。日本6大财团,每一个堪比一个小型国家。

 

日本才是属于我国说的:装弱小,闷声发大财。

 

日本为了实现战后经济扩张的目的,一直坚持长期为企业减税的政策,鼓励国内资本输出。到2015年日本的海外资产已经接近10万亿美元,是国内GDP的两倍,是中国GDP80%



 


责任编辑:Davia

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