日美半导体产业竞争与摩擦:全周期追踪及对中国的启示

李 婧,李佳颖

(首都经济贸易大学 经济学院,北京 100070)

半导体是5G、人工智能等一系列现代制造业下游生产的基础,半导体制造的实力对一国实现制造业体系完整、发挥经济活力和保障国家安全至关重要。近几年,中国的高科技产业成为美国打击的主要对象,以中兴和华为为代表的许多企业都遭受到美国的严厉制裁。2023年1月底,美国、荷兰和日本三国达成协议,扩大对华芯片的出口管制措施,“三国联盟”实属罕见。2023年5月由于美国半导体企业美光公司的产品存在网络安全问题,中国禁用美光,以此为由,美国联合日本和韩国对华制裁,日本随即宣布了对中国出口的23种半导体设备的管制政策。此外,美国要求韩国不得增加对华芯片出口。美国在“踢掉梯子”延缓中国高科技企业攀登速度的同时,拉紧自己的绳索不断向上,通过产业补贴大力支持本国芯片的研发制造。向来反对产业政策的美国,开始公开支持本国技术产业,深度涉入产业布局和国际竞争。2022年2月通过的《2022年美国竞争法案》,为半导体产业提供520亿美元的资金支持,同年8月美国总统拜登签署了《芯片和科学法案》。2022年美国半导体行业的研发支出在总销售额中的占比高达18.75%,远高于其他国家,是中国大陆半导体行业研发支出占比(7.6%)的近2.5倍。面对美国的高科技闭锁,如何保证中国高科技产业的安全成为实现高水平开放和高质量发展的新挑战。

创新是国际产业竞争的灵魂,美国对追赶型国家的高科技打压早有先例。20世纪80年代日本半导体产业后来者居上,美国对日本的贸易逆差超出了美国的容忍范围[1],为了保持其世界领先地位,美国会对潜在竞争对手施压[2]。日美半导体贸易摩擦实质上是美国对后发国家高技术发展的限制[3],实质上是日美之间的科技竞争和产业竞争[4]。日本作为追赶型国家,在经历了20世纪80年代美国半导体制裁、日元大幅升值和经济波动等多重冲击的形势下,半导体企业顽强地生存下来,而且其高精度半导体材料仍位于世界领先地位。中国同样作为追赶型国家,借鉴日本半导体产业的自救模式,对中国应对新全球环境下的科技竞争,实现创新追赶,提高综合国力具有重要意义。

一、日美半导体产业:追赶道路上的竞争与摩擦

自20世纪50年代中期以来,日美两国在纺织、钢铁、汽车、半导体等领域产生贸易摩擦,进入80年代,两国半导体摩擦最为激烈。计算机、通信设备等电子产品都离不开半导体。作为电子设备的核心零部件,半导体是高科技产业发展的基石。市场普遍认识到半导体产业的发展对于一国的重要战略意义[5]。美国为保护本国产业,多次打压日本半导体企业。日本半导体产业从无到有,经历了追赶、繁荣、衰退、重生的轮回。

1.追赶:“官产学”一体化发展模式

二战结束后,美国的半导体技术突飞猛进,1947年美国贝尔实验室成功研制出第一个晶体管,凭借资金、技术和设备优势,美国迅速占领了全球半导体市场。二战后,美国全方位扶持日本,采取全面公开的技术输出战略,日本不断学习引进美国的晶体管技术,凭借国内的廉价劳动力扩大生产规模,物美价廉的半导体产品使其在世界市场上崭露头角。20世纪70年代,日本充分利用技术扩散的后发优势加快研发创新,实行“官产学”一体化的发展模式,即由日本政府牵头,将高校与研究所的科研人员与公司巨头的技术人员集中起来,共同研发攻关,实现“产学联盟”。1976-1980年,日本政府实施“超大规模集成电路研究计划(Very Large Scale Integrated Circuits,简称VLSI)”,大力支持高科技企业的发展,不仅为参与的企业提供研发经费补贴,还由日本通产省牵头将日本的各大公司整合起来,实现资源共享。“联合攻关,成果共享”的技术开放模式使日本半导体产业的技术水平和国际竞争力得到迅速提升[2],日本半导体产业的技术水平不断向美国逼近,催生了一批具有国际竞争力的半导体精英,如日立、三菱、富士通、东芝等[6]。

VLSI是日本“官产学”一体化发展模式实现技术赶超的典型代表[7]。VLSI的研究开发资金由政府和参与的企业共同分摊,日本通产省为VLSI提供了291亿日元,约占VLSI总投入研究经费(720亿日元)的40%,而且日本通产省在1976-1980年四年间的补助金总支出为592亿日元,这意味着日本通产省将一半的补助金都用于VLSI的研发[8]。单个企业无法负担如此大规模的资金投入,“官产学”一体化发展模式为各大公司提供机会,通过建立联合实验室和小组实验室的方式使各大公司的研究人员共同参与技术研发。其中约20%的共性技术由联合实验室协同研发,研究成果由各公司共同享有,80%的研究由各公司自行研发[7],既发挥了“官产学”联合研发的集聚效应,又保障了各公司的商业利益,政府在各方之间的协调作用成为合作研究的润滑剂。“VLSI项目”的成效斐然,共产生1000项专利申请,其中约50%的专利申请来自联合实验室,并且有600项获得专利权[9]。“联合攻关,成果共享”的技术开放模式对追赶阶段日本半导体产业的发展具有重要意义。

2.繁荣:日本后来居上

日本的产业政策和“产学联盟”果然奏效。20世纪80年代,日本半导体产业迅速崛起,甚至与美国并驾齐驱,在世界舞台上站稳了脚跟。1980年日本先于美国研制出动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory,简称DRAM)。全球半导体市场份额的变化如图1,20世纪80年代初,美国半导体拥有全球半导体一半以上的市场份额,日本半导体的全球市场份额在这一时期激增,美国则大幅下滑。1986年日本赶超美国成为全球第一芯片生产大国,1988年日本半导体的全球市场份额已超过50%,稳坐半壁江山。

注:纵轴代表各国(地区)半导体占全球半导体销售额的比重。

3.衰退:美国强烈打压

分工提高效率,日本贸易立国对全球分工和世界市场建设有积极意义。但是日本经济崛起后打破了原有的世界经济均衡,日本在先进产业的投入及创新成果的应用成为美日双边贸易和经济失衡的重要原因。

日美半导体摩擦的重要事件见表1。20世纪70年代,美国出现巨额贸易赤字,1972年日本对美国的顺差为49亿美元,占美国当年逆差的53%。进入80年代,日本对美国的贸易顺差激增,由1983年的195亿美元增加到1986年的553亿美元,双边贸易失衡是美国打压日本的导火索。此外,日本半导体产业的强势崛起不仅挤占了美国的商业利益,还挑战了美国的创新领跑地位。20世纪80年代中期,日本半导体大量出口到美国,是美国对日本贸易逆差的重要组成部分,甚至出现美国军用产品的生产也依赖日本的半导体零部件,这在一定程度上威胁到美国的国防安全[10]。科技领先是美国确保其霸权地位的根本保证,美国为维持其在全球的科技引领地位,经常对潜在竞争对手施压。

表1 日美半导体产业摩擦的重要事件

总体上看,美国主要通过汇率政策和经济制裁打击日本的出口,以扭转美国贸易逆差的局面。1985年《广场协议》后日元暴涨并大幅波动,影响了日本半导体产品的出口竞争力,削弱了日本的产业基础[1]。二战后制裁作为《联合国宪章》下非武器的合法手段,成为解决国际冲突的重要方式。然而,美国对全球多国的制裁逐渐武器化,制裁已经成为美国打压竞争对手和维护国家安全的首要工具。1985年底批准的“301调查”是美国开始制裁日本半导体产业的一个重要标志。技术进步是各国在高科技领域竞争的有力武器,要求日本开放知识产权相当于迫使日本将技术拱手让出,这对日本半导体产业而言无疑是致命打击,甚至使日本丧失了技术优势。1991年日本和美国签订第二次《半导体协议》,同时,韩国及中国台湾地区得到美国的支持,日本面临前后夹击的窘况,前有美国围堵,后有韩国及中国台湾地区的追击,日本半导体的全球市场份额逐渐跌落,1993年美国反超日本,重新成为全球最大的芯片出口国,1997年美国在全球半导体市场上的份额再度超过50%,而日本半导体的全球市场份额持续下滑,1997年已跌至30%以下。可见美国制裁手段的精准和高效。

全球半导体市场并非美国一枝独秀,而是形成多支劲旅。1993年后欧洲、韩国及中国台湾地区的半导体产业迅速发展,虽然中国大陆的起步较晚,但中国大陆在全球半导体市场上的份额逐年提升。由图1可以看出,全球半导体已由20世纪80年代美国和日本的两家争霸逐渐形成“一超多强”的局面,美国拥有全球近一半的半导体市场,2021年美国占全球半导体市场的份额为48%,韩国占19%,日本和欧洲各占9%,中国大陆占7%,中国台湾地区占8%。

二、日美半导体产业摩擦的经济后果

20世纪80年代日美摩擦主要源于双边贸易失衡,随着日本半导体产业的强势崛起,双边摩擦逐渐从贸易领域上升至科技竞争。日本半导体等高科技领域追赶的脚步太快,越过了美国的红线,美国采取汇率政策和制裁等方式精准打击日本半导体产业,其中制裁为主要手段。

1.直接影响:日本经济波动加大和出口下降

1975-1996年日本的GDP增长率和出口占GDP的比重如图2和图3。20世纪80年代日本经济增速总体保持在一个较高的水平,1986年陡然下降,随后虽有所回升,但进入90年代,则进入了长期的衰退。二战后日本是贸易兴国,出口导向型发展战略带动了日本经济的高速增长。20世纪80年代初日本出口占GDP的比重约为14%,在遭遇日元大幅升值和美国制裁的双重冲击下,1986年日本出口滑坡,次年已降到10%以下,出口占GDP的比重下降了约5个百分点,此后,日本出口占GDP的比重基本稳定在10%及以下。日美半导体摩擦重度冲击了日本出口,成为日本经济从繁荣走向衰退的助推器。

图2 日本GDP增长率

图3 日本出口占GDP的比重

2.间接影响:破坏全球分工与生产网络

半导体芯片是电子设备的“大脑”,而且半导体芯片是军用计算机、导航、雷达等军事设备的“必需品”,关系到一国的信息安全和国家安全,芯片越来越成为各国制定产业政策的重中之重。日美半导体摩擦又被称为“芯片战争”,是日本和美国之间的产业竞赛,其实更是一场智力竞赛。美国在打压日本半导体产业的同时,不断出台产业政策以提升本国半导体的生产优势[4],增强了美国半导体的国际竞争力。美国制裁不仅使日本半导体的全球市场份额一落千丈,而且遏制了日本高科技领域的进步,甚至迫使日本调整经济发展战略。1986年日本发布的“前川报告”提出“扩大内需”政策,自此以后日本经济增长的引擎由出口导向转为出口和内需并重[11]。

美国以制裁的方式解决面临的贸易失衡和竞争压力,不仅对日本产业和宏观经济产生巨大危害,还破坏了全球分工与产业链,妨碍国际分工的正常运转,降低效率,更延缓了全球科技创新进程。半导体产业由早期美国的一家独大逐渐形成由美国、日本、韩国等构成的全球半导体产业链。截至目前,没有任何一个国家可以凭借“一己之力”包揽全产业链[12]。产业分工碎片化使各国的国际经贸联系更加密切,一个国家被制裁,其供应链面临断供风险,势必要寻求替代来源,而这又受制于国际经济与政治关系。制裁不单是影响一个产业的发展,其对一国经济和外交都具有深远影响,甚至冲击整个世界秩序。

三、日本半导体产业的重生

20世纪70年代日本“官产学”一体化发展模式助力日本半导体快速追赶;80年代日本成功赶超美国,是日本半导体的全盛期;90年代美国反超日本,日本半导体开始衰落,但是日本半导体产业在遭受美国制裁后并未一蹶不振,而是重整旗鼓,东山再起。根据Omdia的数据,日本在半导体材料领域仍占据主导地位,全球接近50%的半导体材料来自日本,而且日本索尼公司在CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,简称CMOS,互补金属氧化物半导体)图像传感器市场上的份额仍位居世界首位。日本半导体产业的重生之路对中国高科技企业的发展具有重要的借鉴意义。

1.加大研发投入,鼓励自主创新

日本政府鼓励自主创新,在政府的政策引导和扶持下,日本的大中小企业都设有专门的研发机构,对引进的核心技术消化吸收并自主开发新产品[13]。此外,日本政府不断加大研发投入,日本半导体产业的研发资金从1980年的695亿日元飙升至1985年的2 549亿日元,在遭受美国制裁后,1988年日本半导体产业的研发资金进一步增加到3 207亿日元[10]。由于日本注重自主创新,技术进步积累的优势使日本在遭受美国制裁后并没有萎靡不振,而是通过自主研发重振雄风。

2.重启“官产学”项目

2001年,日本政府开展了三个大型“官产学”项目——“MIRAI”(Millenium Research for Advanced Information Technology,简称MIRAI)、“ASUKA”(飞鸟)和“HALCA”(Highly Agile Line Concept Advancement,简称HALCA)。日本经济产业省为“MIRAI”项目提供300亿日元的资金支持,由25家公司和20所大学共同参与研究开发;“ASUKA”项目由日立、日本电气等13家半导体公司共同出资700亿日元用于半导体制造研发;“HALCA”项目在此基础上进一步研究新技术[14]。“官产学”项目的重启相当于日本半导体产业重生的助推器。

3.开启雁行模式,扩大海外生产

随着日本经济的战后重振,日本开始加大对东亚地区的投资,在东亚地区形成了日本领飞,“亚洲四小龙”、东盟、中国等尾随其后的“雁行”模式。根据产品生命周期模型,因为有追赶,领跑者才能跑得更快,在该模式下日本企业主要从事技术创新,不仅为本国的研发创造机会,还加强了对亚太地区的经济联络,带动了日本零部件和机器设备的出口。日本利用亚洲各国当地的劳动力价格优势,不仅降低了生产成本,而且增加了对亚洲的出口,实现了从工厂到市场的转变。日本还将在东亚地区生产的半导体产品销往美国[15],采取迂回策略部分弥补对美国市场出口减少的损失。

4.深耕产业改革,开拓新兴技术领域

日本实业届相信只有创新者才能“善跑”。日本在遭受美国制裁后着重发展高附加值产业,不断开拓新兴技术领域。进入21世纪,日本积极推进人工智能、物联网、机器人等新兴产业发展,深耕产业改革。经过前后半个多世纪的奋斗,日本逐渐由贸易立国转向技术立国。截至目前,日本在某些专业性很强的领域仍占据优势地位,特别是在硅晶圆领域日本占有绝对优势[14]。此外,日本在汽车用芯片、物联网相关芯片以及机器人芯片等技术开发上已取得显著进展,未来可望成为拉动日本半导体产业发展的动力。

四、对中国的启示

日本和中国都是追赶型国家,中美摩擦和日美摩擦有诸多相似之处,始于贸易失衡,然后摩擦范围逐渐从贸易领域上升至高端产业部门,特别是半导体等高科技领域。2018年以来,中美摩擦不断升级,从贸易延伸至金融、科技等方面。2023年美国联合荷兰和日本对中国实施半导体出口管制和技术封锁。制裁已经成为美国处理摩擦、打压竞争对手的首选工具,甚至替代了外交政策。面对美国的高科技封锁,中国高科技企业如何保证自身的安全?日本半导体产业的自救模式对中国具有重要的借鉴意义,基于产业生态的角度提出以下发展建议。

1.为专有技术储备专有人才,建立企业人才库

高科技企业是技术研发并实现创新突破的主体[19]。人力资本是核心,因此人才储备尤为重要。企业应维护发展和壮大人才队伍,通过“产学联盟”建立人才库,头部企业的技术人员、高校和研究所的科研人员以及军工行业的退休人员都应被纳入人才库。军工行业的老专家可带领青年工作者建设高质量科技人才队伍,发挥科研活力。此外,以开放思维广泛吸纳海外人才,特别是吸引日本和韩国半导体产业的技术研发人员成为中国重要的人才来源。

2.借鉴技术开放模式,建立智力同盟

日本“官产学”一体化发展模式加快了半导体的研发进程;2021年7月19日欧盟成立“处理器和半导体技术联盟”,汇集企业、成员国代表、学术界、用户以及研究和技术组织共同参与。科技创新具有极大的外溢性,集中力量办大事是加快创新进程的有效路径。中国应借鉴日本和欧盟的技术开放模式,建立智力同盟,创造包容、开放、共享的创新环境。由头部公司、高校和研究所的技术骨干协同研发,集中力量攻克技术难题[19],共享基础技术,打造技术联合体,从而提高中国半导体技术的整体水平。

3.政府提供多元支持,为企业创新保驾护航

高科技需要巨额资金支持专有人才开发专有技术。政府可以通过提供直接资金支持、低息贷款、设备补助和税收优惠等多元渠道为半导体企业的发展保驾护航。未来应继续推进龙头企业之间的合作,加强科技交流,头部企业仍是半导体技术突破的主力军,应加大对头部企业的支持力度。为保护各公司的商业利益,在产品研发上继续保持市场竞争[20],以政府引导与市场竞争的合力推动中国半导体产业的高质量发展。半导体已形成全球产业链,未来应充分发挥各个国家或地区的比较优势,加强科技合作,协力推动全球创新进程。

4.企业在对标国际的同时,提高行业话语权

行业领先者才可能成为国际标准的制定者。中国在半导体产业的发展中既要对标国际,又要促进行业标准和国际规则建设。美国针对中国高科技产业采取“规锁”政策[21],联合盟国建立国际规则,把中国锁定在全球价值链的中低端[22]。中国半导体企业应采取积极态度对标国际,提升中国在全球半导体产业链中的地位,逐渐获得产业内话语权,参与行业标准和规则建设。为此,中国应继续推进高水平对外开放,利用中国、日本和东盟的三角联系,RCEP启动的契机,在国际规则和制度体系的建构中继续贡献中国智慧,实现发展共同体建设的目标。