日美半導體產業競爭與摩擦:全周期追蹤及對中國的啟示

李 婧,李佳穎

(首都經濟貿易大學 經濟學院,北京 100070)

半導體是5G、人工智能等一系列現代制造業下游生產的基礎,半導體制造的實力對一國實現制造業體系完整、發揮經濟活力和保障國家安全至關重要。近幾年,中國的高科技產業成為美國打擊的主要對象,以中興和華為為代表的許多企業都遭受到美國的嚴厲制裁。2023年1月底,美國、荷蘭和日本三國達成協議,擴大對華芯片的出口管制措施,“三國聯盟”實屬罕見。2023年5月由于美國半導體企業美光公司的產品存在網絡安全問題,中國禁用美光,以此為由,美國聯合日本和韓國對華制裁,日本隨即宣布了對中國出口的23種半導體設備的管制政策。此外,美國要求韓國不得增加對華芯片出口。美國在“踢掉梯子”延緩中國高科技企業攀登速度的同時,拉緊自己的繩索不斷向上,通過產業補貼大力支持本國芯片的研發制造。向來反對產業政策的美國,開始公開支持本國技術產業,深度涉入產業布局和國際競爭。2022年2月通過的《2022年美國競爭法案》,為半導體產業提供520億美元的資金支持,同年8月美國總統拜登簽署了《芯片和科學法案》。2022年美國半導體行業的研發支出在總銷售額中的占比高達18.75%,遠高于其他國家,是中國大陸半導體行業研發支出占比(7.6%)的近2.5倍。面對美國的高科技閉鎖,如何保證中國高科技產業的安全成為實現高水平開放和高質量發展的新挑戰。

創新是國際產業競爭的靈魂,美國對追趕型國家的高科技打壓早有先例。20世紀80年代日本半導體產業后來者居上,美國對日本的貿易逆差超出了美國的容忍范圍[1],為了保持其世界領先地位,美國會對潛在競爭對手施壓[2]。日美半導體貿易摩擦實質上是美國對后發國家高技術發展的限制[3],實質上是日美之間的科技競爭和產業競爭[4]。日本作為追趕型國家,在經歷了20世紀80年代美國半導體制裁、日元大幅升值和經濟波動等多重沖擊的形勢下,半導體企業頑強地生存下來,而且其高精度半導體材料仍位于世界領先地位。中國同樣作為追趕型國家,借鑒日本半導體產業的自救模式,對中國應對新全球環境下的科技競爭,實現創新追趕,提高綜合國力具有重要意義。

一、日美半導體產業:追趕道路上的競爭與摩擦

自20世紀50年代中期以來,日美兩國在紡織、鋼鐵、汽車、半導體等領域產生貿易摩擦,進入80年代,兩國半導體摩擦最為激烈。計算機、通信設備等電子產品都離不開半導體。作為電子設備的核心零部件,半導體是高科技產業發展的基石。市場普遍認識到半導體產業的發展對于一國的重要戰略意義[5]。美國為保護本國產業,多次打壓日本半導體企業。日本半導體產業從無到有,經歷了追趕、繁榮、衰退、重生的輪回。

1.追趕:“官產學”一體化發展模式

二戰結束后,美國的半導體技術突飛猛進,1947年美國貝爾實驗室成功研制出第一個晶體管,憑借資金、技術和設備優勢,美國迅速占領了全球半導體市場。二戰后,美國全方位扶持日本,采取全面公開的技術輸出戰略,日本不斷學習引進美國的晶體管技術,憑借國內的廉價勞動力擴大生產規模,物美價廉的半導體產品使其在世界市場上嶄露頭角。20世紀70年代,日本充分利用技術擴散的后發優勢加快研發創新,實行“官產學”一體化的發展模式,即由日本政府牽頭,將高校與研究所的科研人員與公司巨頭的技術人員集中起來,共同研發攻關,實現“產學聯盟”。1976-1980年,日本政府實施“超大規模集成電路研究計劃(Very Large Scale Integrated Circuits,簡稱VLSI)”,大力支持高科技企業的發展,不僅為參與的企業提供研發經費補貼,還由日本通產省牽頭將日本的各大公司整合起來,實現資源共享。“聯合攻關,成果共享”的技術開放模式使日本半導體產業的技術水平和國際競爭力得到迅速提升[2],日本半導體產業的技術水平不斷向美國逼近,催生了一批具有國際競爭力的半導體精英,如日立、三菱、富士通、東芝等[6]。

VLSI是日本“官產學”一體化發展模式實現技術趕超的典型代表[7]。VLSI的研究開發資金由政府和參與的企業共同分攤,日本通產省為VLSI提供了291億日元,約占VLSI總投入研究經費(720億日元)的40%,而且日本通產省在1976-1980年四年間的補助金總支出為592億日元,這意味著日本通產省將一半的補助金都用于VLSI的研發[8]。單個企業無法負擔如此大規模的資金投入,“官產學”一體化發展模式為各大公司提供機會,通過建立聯合實驗室和小組實驗室的方式使各大公司的研究人員共同參與技術研發。其中約20%的共性技術由聯合實驗室協同研發,研究成果由各公司共同享有,80%的研究由各公司自行研發[7],既發揮了“官產學”聯合研發的集聚效應,又保障了各公司的商業利益,政府在各方之間的協調作用成為合作研究的潤滑劑。“VLSI項目”的成效斐然,共產生1000項專利申請,其中約50%的專利申請來自聯合實驗室,并且有600項獲得專利權[9]。“聯合攻關,成果共享”的技術開放模式對追趕階段日本半導體產業的發展具有重要意義。

2.繁榮:日本后來居上

日本的產業政策和“產學聯盟”果然奏效。20世紀80年代,日本半導體產業迅速崛起,甚至與美國并駕齊驅,在世界舞臺上站穩了腳跟。1980年日本先于美國研制出動態隨機存取存儲器(Dynamic Random Access Memory,簡稱DRAM)。全球半導體市場份額的變化如圖1,20世紀80年代初,美國半導體擁有全球半導體一半以上的市場份額,日本半導體的全球市場份額在這一時期激增,美國則大幅下滑。1986年日本趕超美國成為全球第一芯片生產大國,1988年日本半導體的全球市場份額已超過50%,穩坐半壁江山。

注:縱軸代表各國(地區)半導體占全球半導體銷售額的比重。

3.衰退:美國強烈打壓

分工提高效率,日本貿易立國對全球分工和世界市場建設有積極意義。但是日本經濟崛起后打破了原有的世界經濟均衡,日本在先進產業的投入及創新成果的應用成為美日雙邊貿易和經濟失衡的重要原因。

日美半導體摩擦的重要事件見表1。20世紀70年代,美國出現巨額貿易赤字,1972年日本對美國的順差為49億美元,占美國當年逆差的53%。進入80年代,日本對美國的貿易順差激增,由1983年的195億美元增加到1986年的553億美元,雙邊貿易失衡是美國打壓日本的導火索。此外,日本半導體產業的強勢崛起不僅擠占了美國的商業利益,還挑戰了美國的創新領跑地位。20世紀80年代中期,日本半導體大量出口到美國,是美國對日本貿易逆差的重要組成部分,甚至出現美國軍用產品的生產也依賴日本的半導體零部件,這在一定程度上威脅到美國的國防安全[10]。科技領先是美國確保其霸權地位的根本保證,美國為維持其在全球的科技引領地位,經常對潛在競爭對手施壓。

表1 日美半導體產業摩擦的重要事件

總體上看,美國主要通過匯率政策和經濟制裁打擊日本的出口,以扭轉美國貿易逆差的局面。1985年《廣場協議》后日元暴漲并大幅波動,影響了日本半導體產品的出口競爭力,削弱了日本的產業基礎[1]。二戰后制裁作為《聯合國憲章》下非武器的合法手段,成為解決國際沖突的重要方式。然而,美國對全球多國的制裁逐漸武器化,制裁已經成為美國打壓競爭對手和維護國家安全的首要工具。1985年底批準的“301調查”是美國開始制裁日本半導體產業的一個重要標志。技術進步是各國在高科技領域競爭的有力武器,要求日本開放知識產權相當于迫使日本將技術拱手讓出,這對日本半導體產業而言無疑是致命打擊,甚至使日本喪失了技術優勢。1991年日本和美國簽訂第二次《半導體協議》,同時,韓國及中國臺灣地區得到美國的支持,日本面臨前后夾擊的窘況,前有美國圍堵,后有韓國及中國臺灣地區的追擊,日本半導體的全球市場份額逐漸跌落,1993年美國反超日本,重新成為全球最大的芯片出口國,1997年美國在全球半導體市場上的份額再度超過50%,而日本半導體的全球市場份額持續下滑,1997年已跌至30%以下。可見美國制裁手段的精準和高效。

全球半導體市場并非美國一枝獨秀,而是形成多支勁旅。1993年后歐洲、韓國及中國臺灣地區的半導體產業迅速發展,雖然中國大陸的起步較晚,但中國大陸在全球半導體市場上的份額逐年提升。由圖1可以看出,全球半導體已由20世紀80年代美國和日本的兩家爭霸逐漸形成“一超多強”的局面,美國擁有全球近一半的半導體市場,2021年美國占全球半導體市場的份額為48%,韓國占19%,日本和歐洲各占9%,中國大陸占7%,中國臺灣地區占8%。

二、日美半導體產業摩擦的經濟后果

20世紀80年代日美摩擦主要源于雙邊貿易失衡,隨著日本半導體產業的強勢崛起,雙邊摩擦逐漸從貿易領域上升至科技競爭。日本半導體等高科技領域追趕的腳步太快,越過了美國的紅線,美國采取匯率政策和制裁等方式精準打擊日本半導體產業,其中制裁為主要手段。

1.直接影響:日本經濟波動加大和出口下降

1975-1996年日本的GDP增長率和出口占GDP的比重如圖2和圖3。20世紀80年代日本經濟增速總體保持在一個較高的水平,1986年陡然下降,隨后雖有所回升,但進入90年代,則進入了長期的衰退。二戰后日本是貿易興國,出口導向型發展戰略帶動了日本經濟的高速增長。20世紀80年代初日本出口占GDP的比重約為14%,在遭遇日元大幅升值和美國制裁的雙重沖擊下,1986年日本出口滑坡,次年已降到10%以下,出口占GDP的比重下降了約5個百分點,此后,日本出口占GDP的比重基本穩定在10%及以下。日美半導體摩擦重度沖擊了日本出口,成為日本經濟從繁榮走向衰退的助推器。

圖2 日本GDP增長率

圖3 日本出口占GDP的比重

2.間接影響:破壞全球分工與生產網絡

半導體芯片是電子設備的“大腦”,而且半導體芯片是軍用計算機、導航、雷達等軍事設備的“必需品”,關系到一國的信息安全和國家安全,芯片越來越成為各國制定產業政策的重中之重。日美半導體摩擦又被稱為“芯片戰爭”,是日本和美國之間的產業競賽,其實更是一場智力競賽。美國在打壓日本半導體產業的同時,不斷出臺產業政策以提升本國半導體的生產優勢[4],增強了美國半導體的國際競爭力。美國制裁不僅使日本半導體的全球市場份額一落千丈,而且遏制了日本高科技領域的進步,甚至迫使日本調整經濟發展戰略。1986年日本發布的“前川報告”提出“擴大內需”政策,自此以后日本經濟增長的引擎由出口導向轉為出口和內需并重[11]。

美國以制裁的方式解決面臨的貿易失衡和競爭壓力,不僅對日本產業和宏觀經濟產生巨大危害,還破壞了全球分工與產業鏈,妨礙國際分工的正常運轉,降低效率,更延緩了全球科技創新進程。半導體產業由早期美國的一家獨大逐漸形成由美國、日本、韓國等構成的全球半導體產業鏈。截至目前,沒有任何一個國家可以憑借“一己之力”包攬全產業鏈[12]。產業分工碎片化使各國的國際經貿聯系更加密切,一個國家被制裁,其供應鏈面臨斷供風險,勢必要尋求替代來源,而這又受制于國際經濟與政治關系。制裁不單是影響一個產業的發展,其對一國經濟和外交都具有深遠影響,甚至沖擊整個世界秩序。

三、日本半導體產業的重生

20世紀70年代日本“官產學”一體化發展模式助力日本半導體快速追趕;80年代日本成功趕超美國,是日本半導體的全盛期;90年代美國反超日本,日本半導體開始衰落,但是日本半導體產業在遭受美國制裁后并未一蹶不振,而是重整旗鼓,東山再起。根據Omdia的數據,日本在半導體材料領域仍占據主導地位,全球接近50%的半導體材料來自日本,而且日本索尼公司在CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,簡稱CMOS,互補金屬氧化物半導體)圖像傳感器市場上的份額仍位居世界首位。日本半導體產業的重生之路對中國高科技企業的發展具有重要的借鑒意義。

1.加大研發投入,鼓勵自主創新

日本政府鼓勵自主創新,在政府的政策引導和扶持下,日本的大中小企業都設有專門的研發機構,對引進的核心技術消化吸收并自主開發新產品[13]。此外,日本政府不斷加大研發投入,日本半導體產業的研發資金從1980年的695億日元飆升至1985年的2 549億日元,在遭受美國制裁后,1988年日本半導體產業的研發資金進一步增加到3 207億日元[10]。由于日本注重自主創新,技術進步積累的優勢使日本在遭受美國制裁后并沒有萎靡不振,而是通過自主研發重振雄風。

2.重啟“官產學”項目

2001年,日本政府開展了三個大型“官產學”項目——“MIRAI”(Millenium Research for Advanced Information Technology,簡稱MIRAI)、“ASUKA”(飛鳥)和“HALCA”(Highly Agile Line Concept Advancement,簡稱HALCA)。日本經濟產業省為“MIRAI”項目提供300億日元的資金支持,由25家公司和20所大學共同參與研究開發;“ASUKA”項目由日立、日本電氣等13家半導體公司共同出資700億日元用于半導體制造研發;“HALCA”項目在此基礎上進一步研究新技術[14]。“官產學”項目的重啟相當于日本半導體產業重生的助推器。

3.開啟雁行模式,擴大海外生產

隨著日本經濟的戰后重振,日本開始加大對東亞地區的投資,在東亞地區形成了日本領飛,“亞洲四小龍”、東盟、中國等尾隨其后的“雁行”模式。根據產品生命周期模型,因為有追趕,領跑者才能跑得更快,在該模式下日本企業主要從事技術創新,不僅為本國的研發創造機會,還加強了對亞太地區的經濟聯絡,帶動了日本零部件和機器設備的出口。日本利用亞洲各國當地的勞動力價格優勢,不僅降低了生產成本,而且增加了對亞洲的出口,實現了從工廠到市場的轉變。日本還將在東亞地區生產的半導體產品銷往美國[15],采取迂回策略部分彌補對美國市場出口減少的損失。

4.深耕產業改革,開拓新興技術領域

日本實業屆相信只有創新者才能“善跑”。日本在遭受美國制裁后著重發展高附加值產業,不斷開拓新興技術領域。進入21世紀,日本積極推進人工智能、物聯網、機器人等新興產業發展,深耕產業改革。經過前后半個多世紀的奮斗,日本逐漸由貿易立國轉向技術立國。截至目前,日本在某些專業性很強的領域仍占據優勢地位,特別是在硅晶圓領域日本占有絕對優勢[14]。此外,日本在汽車用芯片、物聯網相關芯片以及機器人芯片等技術開發上已取得顯著進展,未來可望成為拉動日本半導體產業發展的動力。

四、對中國的啟示

日本和中國都是追趕型國家,中美摩擦和日美摩擦有諸多相似之處,始于貿易失衡,然后摩擦范圍逐漸從貿易領域上升至高端產業部門,特別是半導體等高科技領域。2018年以來,中美摩擦不斷升級,從貿易延伸至金融、科技等方面。2023年美國聯合荷蘭和日本對中國實施半導體出口管制和技術封鎖。制裁已經成為美國處理摩擦、打壓競爭對手的首選工具,甚至替代了外交政策。面對美國的高科技封鎖,中國高科技企業如何保證自身的安全?日本半導體產業的自救模式對中國具有重要的借鑒意義,基于產業生態的角度提出以下發展建議。

1.為專有技術儲備專有人才,建立企業人才庫

高科技企業是技術研發并實現創新突破的主體[19]。人力資本是核心,因此人才儲備尤為重要。企業應維護發展和壯大人才隊伍,通過“產學聯盟”建立人才庫,頭部企業的技術人員、高校和研究所的科研人員以及軍工行業的退休人員都應被納入人才庫。軍工行業的老專家可帶領青年工作者建設高質量科技人才隊伍,發揮科研活力。此外,以開放思維廣泛吸納海外人才,特別是吸引日本和韓國半導體產業的技術研發人員成為中國重要的人才來源。

2.借鑒技術開放模式,建立智力同盟

日本“官產學”一體化發展模式加快了半導體的研發進程;2021年7月19日歐盟成立“處理器和半導體技術聯盟”,匯集企業、成員國代表、學術界、用戶以及研究和技術組織共同參與。科技創新具有極大的外溢性,集中力量辦大事是加快創新進程的有效路徑。中國應借鑒日本和歐盟的技術開放模式,建立智力同盟,創造包容、開放、共享的創新環境。由頭部公司、高校和研究所的技術骨干協同研發,集中力量攻克技術難題[19],共享基礎技術,打造技術聯合體,從而提高中國半導體技術的整體水平。

3.政府提供多元支持,為企業創新保駕護航

高科技需要巨額資金支持專有人才開發專有技術。政府可以通過提供直接資金支持、低息貸款、設備補助和稅收優惠等多元渠道為半導體企業的發展保駕護航。未來應繼續推進龍頭企業之間的合作,加強科技交流,頭部企業仍是半導體技術突破的主力軍,應加大對頭部企業的支持力度。為保護各公司的商業利益,在產品研發上繼續保持市場競爭[20],以政府引導與市場競爭的合力推動中國半導體產業的高質量發展。半導體已形成全球產業鏈,未來應充分發揮各個國家或地區的比較優勢,加強科技合作,協力推動全球創新進程。

4.企業在對標國際的同時,提高行業話語權

行業領先者才可能成為國際標準的制定者。中國在半導體產業的發展中既要對標國際,又要促進行業標準和國際規則建設。美國針對中國高科技產業采取“規鎖”政策[21],聯合盟國建立國際規則,把中國鎖定在全球價值鏈的中低端[22]。中國半導體企業應采取積極態度對標國際,提升中國在全球半導體產業鏈中的地位,逐漸獲得產業內話語權,參與行業標準和規則建設。為此,中國應繼續推進高水平對外開放,利用中國、日本和東盟的三角聯系,RCEP啟動的契機,在國際規則和制度體系的建構中繼續貢獻中國智慧,實現發展共同體建設的目標。