Tác giả bài viết này là trưởng nhóm nghiên cứu của Công ty TNHH Công nghệ Chengshi Bắc Kinh, Đại học Thanh Hoa, đăng trên tài khoản chính thức của Guangdong Xinshiye vào ngày 31-12-2023.
Ngành công nghiệp bán dẫn của Nhật Bản đang dần suy giảm kể từ khi đạt đến đỉnh cao vào những năm 1980. Tuy nhiên, nếu bạn nghĩ đơn giản rằng ngành bán dẫn của Nhật Bản đã thất bại thì đó sẽ là một sự hiểu lầm nghiêm trọng. Ngày nay, ngành bán dẫn của Nhật Bản vẫn có những công ty và sản phẩm rất cạnh tranh.
Sự hiểu biết khách quan về sự thành công hay thất bại của ngành bán dẫn Nhật Bản và nguyên nhân đằng sau nó có giá trị tham khảo rất mạnh mẽ đối với Trung Quốc, quốc gia đang phát triển mạnh mẽ ngành bán dẫn.
Vì sao ngành bán dẫn Nhật Bản dần tụt hậu?
Nhiều người cho rằng ngành bán dẫn Nhật Bản đã vượt qua Mỹ vào cuối những năm 1980, nhưng điều này không chính xác lắm. Vào những năm 1980, Nhật Bản đã vượt qua Hoa Kỳ trong lĩnh vực DRAM (bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên động), nhưng không phải ngành công nghiệp bán dẫn nói chung đã vượt qua Hoa Kỳ.
Vào những năm 1980, độ ổn định chất lượng tổng thể và hiệu quả sản xuất của các sản phẩm công nghiệp Nhật Bản đã bắt kịp các nước phát triển lớn ở Châu Âu và Hoa Kỳ, đây không phải là hiện tượng chỉ có ở ngành bán dẫn.
Sau chiến tranh, Nhật Bản tiếp tục thu được nhiều công nghệ mới từ Hoa Kỳ và Châu Âu, đồng thời tiếp tục chiếm lĩnh thị trường Mỹ nhờ lợi thế về giá. Trước Hiệp định Plaza năm 1985, tỷ giá đồng yên Nhật tương đối thấp, chi phí lao động của Nhật Bản thấp hơn so với châu Âu và Mỹ nên có lợi thế về giá.
Đặc điểm quản lý kinh doanh của Nhật Bản cũng là lý do khiến nước này có thể đuổi kịp châu Âu và Mỹ. Từ những năm 1950, các công ty Nhật Bản đã triển khai hệ thống quản lý chất lượng tổng thể (TQC). Vào những năm 1970, nhiều công ty Nhật Bản đã thực hiện các hoạt động ND (No Defects) để tạo ra một hệ thống sản xuất không có khuyết tật. Hoa Kỳ luôn áp dụng cách tiếp cận xác suất, chỉ yêu cầu một tỷ lệ đậu nhất định. Đằng sau điều này là sự khác biệt về tính cách và văn hóa dân tộc giữa Hoa Kỳ và Nhật Bản.
Vào những năm 1990, ảnh hưởng toàn cầu của các công ty bán dẫn Nhật Bản dần suy giảm. Có ba lý do chính đằng sau điều này:
Đầu tiên là sự cản trở của Hoa Kỳ, được biểu tượng bằng “Thỏa thuận bán dẫn Nhật-Mỹ” được chính phủ Nhật và Mỹ ký năm 1986. Điều này ngăn cản chính phủ Nhật Bản tiếp tục hỗ trợ ngành bán dẫn trên quy mô lớn, dẫn đến việc mở rộng của các công ty Nhật Bản bị chậm lại.
Thứ hai, nền kinh tế bong bóng của Nhật Bản bùng nổ vào những năm 1990 , và các công ty Nhật Bản phải đối mặt với nhiều áp lực cùng lúc: đồng yên tăng giá mạnh, thị trường nội địa Nhật Bản bão hòa và lợi nhuận doanh nghiệp sụt giảm nghiêm trọng. Điều này dẫn đến việc các công ty bán dẫn Nhật Bản đầu tư không đủ vào thiết bị và giảm khả năng tiếp tục nghiên cứu và phát triển.
Thứ ba là sự trỗi dậy của các nước và khu vực lân cận. Trước những năm 1990, thị trường bán dẫn về cơ bản là cuộc cạnh tranh giữa Mỹ và Nhật Bản. Sau những năm 1990, Hàn Quốc và Đài Loan, Trung Quốc cũng tham gia cạnh tranh. Sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp bán dẫn trong những năm 1980 dẫn đến việc lắp đặt hầu hết các công nghệ sản xuất chất bán dẫn, công nghệ tích lũy của những thập kỷ trước được cô đọng thành thiết bị sản xuất chất bán dẫn. Bằng cách mua thiết bị phù hợp, các công ty Hàn Quốc và Đài Loan sẽ có nền tảng tốt để bắt kịp.
Đồng thời, các công ty Nhật Bản chưa phát triển các công ty EDA (Tự động hóa thiết kế điện tử). Điều này có liên quan đến việc xã hội Nhật Bản từ lâu đã coi trọng sản xuất và coi thường ngành công nghiệp phần mềm, đồng thời liên quan đến việc Nhật Bản thiếu thị trường vốn để hỗ trợ các doanh nghiệp mới nổi.
Khi ngành công nghiệp bán dẫn Nhật Bản đạt đến đỉnh cao vào những năm 1980, mỗi công ty lớn của Nhật Bản đều tự mình phát triển, thiết kế phần mềm và coi đó là khả năng cạnh tranh của riêng mình và không muốn tiết lộ ra thế giới bên ngoài.
Nhật Bản cũng như vậy trong các lĩnh vực phần mềm thiết kế công nghiệp, phần mềm mô phỏng, phần mềm thống kê, họ đóng cửa và làm việc một mình, khiến các công ty Nhật Bản tụt hậu so với Mỹ và châu Âu trong lĩnh vực phần mềm công nghiệp.
Lĩnh vực quang học: JSR, Hóa chất ứng dụng Tokyo, Công nghiệp hóa chất Shin-Etsu, Hóa chất Sumitomo, Fujifilm;
Lĩnh vực wafer silicon cấp điện tử: Shin-Etsu Chemical Industry, SUMCO;
Lĩnh vực mặt nạ: In Dainippon, In Toppan, HOYA;
Mỏ khí đặc biệt sản xuất chất bán dẫn: Taiyo Nippon Sanso, Air Water;
Các công ty liên quan đến hóa chất: Kanto Chemical, Resonac (được đổi tên sau khi Showa Denko mua lại Hitachi Chemical), Daikin Industries, Nippon Zeon, Sumitomo Seiko, Chuo Glass, Iwatani Sangyo, Mitsui Chemicals, Kanto Denka Industries, ADEKA;
Nhiều lĩnh vực hóa chất và dược phẩm đặc biệt được sử dụng trong sản xuất chất bán dẫn: StellaFarma, Sumitomo Chemical, Kanto Chemical, Nippon Kayaku, Tokyo Chemical Industry, Mitsubishi Gas Chemical, Mitsubishi Chemical, Daikin Industrial, Morita Chemical Industry, Tokuyama;
Các lĩnh vực vật liệu mục tiêu khác nhau cho sản xuất chất bán dẫn: JX Metals, Viện nghiên cứu hóa học có độ tinh khiết cao, Ulvac, Khai thác kim loại Mitsui, Tosoh;
Mỏ nước có độ tinh khiết cao: Kurita Industrial, Organo, Nomura Fine Science;
Chất mài mòn và miếng đệm CMP: Fujifilm, Fujimi, Resonac, JSR, Toppan, Fujibo;
Sản phẩm thạch anh: AGC và Tosoh.
Vật liệu bán dẫn là lĩnh vực có rào cản kỹ thuật rất cao trong ngành vật liệu . Vật liệu bán dẫn có yêu cầu về độ tinh khiết rất cao, ví dụ, yêu cầu về độ tinh khiết của silicon là 11N, tức là 99,999999999%. Một nhà máy bán dẫn cần một lượng lớn nước có độ tinh khiết cao để vệ sinh hàng ngày. Yêu cầu độ tinh khiết của nước cũng trên 6N. Không phải quốc gia nào cũng có khả năng sản xuất được loại nước có độ tinh khiết cao này.
Độ bền của vật liệu bán dẫn Nhật Bản là do hai yếu tố:
Đầu tiên, ngành công nghiệp điện tử Nhật Bản nói chung rất phát triển trong những năm 1970 và 1980. Vào thời điểm đó, các công ty Nhật Bản thuộc nhiều ngành công nghiệp khác nhau đang phải đối mặt với vấn đề phát triển lĩnh vực kinh doanh mới và nhiều công ty đã tham gia vào đội ngũ sản xuất vật liệu bán dẫn. Ví dụ, Công ty TNHH In ấn Dai Nippon là một công ty in đã thành lập được 150 năm, đã chuyển giao công nghệ chế tạo tấm của ngành in sang lĩnh vực khẩu trang và trở thành nhà sản xuất khẩu trang lớn nhất thế giới. Việc nghiên cứu và phát triển vật liệu bán dẫn đòi hỏi rất nhiều tiền. Các công ty Nhật Bản thường đa dạng hóa hoạt động và đầu tư chéo, bù đắp cho những thiếu sót của thị trường vốn kém phát triển của Nhật Bản.
Một yếu tố khác là ngành vật liệu hóa học chính xác có tính khép kín hơn các ngành khác. Không chỉ ngành vật liệu bán dẫn của Nhật Bản mà còn cả ngành vật liệu công nghệ cao ở các nước khác. Thiết bị sản xuất được thiết kế và tùy chỉnh bởi chính các công ty phát triển và không có sản phẩm công nghiệp tiêu chuẩn nào trên thị trường. Các công ty này thường cố tình không nộp đơn xin cấp bằng sáng chế cho công nghệ mà thay vào đó giữ chúng dưới dạng hộp đen. Các nước đang phát triển muộn khó có thể bắt chước ngoài hoạt động nghiên cứu và phát triển.
ABF của Ajinomoto, công ty thực phẩm lớn nhất Nhật Bản, là vật liệu phải được sử dụng trong sản xuất chất bán dẫn. ABF là tên viết tắt của Ajinomoto Build-up Film, là phim dựng sẵn của Ajinomoto, được dùng làm vật liệu cách nhiệt cho CPU, Ajinomoto hiện đang thống trị thị trường này. Ajinomoto có nghĩa là bột ngọt và công ty đã có lịch sử hơn 100 năm.
Vào những năm 1970, Công ty Ajinomoto đã khám phá việc sử dụng công nghệ tích lũy trong sản xuất axit amin để phát triển một số sản phẩm và vật liệu mới. Năm 1996, Công ty Ajinomoto bắt đầu phát triển chất cách điện dạng màng và thành công sau khoảng 4 tháng. Nhưng phải mất khoảng ba năm để các công ty bán dẫn sử dụng vật liệu này và Ajinomoto đã có được phân khúc này kể từ đó. Ngoài số lượng lớn bằng sáng chế của Ajinomoto còn bao gồm một số lượng lớn bí mật kỹ thuật trong quy trình sản xuất, tạo thành rào cản gia nhập cao.
Có rất nhiều loại vật liệu bán dẫn. Ví dụ, trong quá trình sản xuất chip cần có cốc hút điện tử để chuyển các tấm wafer, hiện nay Công ty TNHH NTK Ceratec của Nhật Bản đang dẫn đầu ở phân khúc thị trường này. Công ty là công ty con của Japan Specialty Ceramics (NTK), một công ty nổi tiếng trong lĩnh vực gốm sứ công nghiệp tại Nhật Bản.
Ngoài ra, các công ty Nhật Bản còn có sự hiện diện mạnh mẽ trong lĩnh vực thiết bị xử lý của các nhà máy bán dẫn, trong đó có Murata Machinery, Daifuku, Rotze, v.v.; các thiết bị kiểm tra wafer cũng tương tự, chủ yếu bao gồm Hitachi High-Tech, Lasertec, v.v.; điều tương tự cũng xảy ra với các trạm thăm dò, chủ yếu là hai công ty, Tokyo Electronics và Tokyo Precision.
Ngành công nghiệp thiết bị sản xuất chất bán dẫn của Nhật Bản bắt đầu từ những năm 1970. Trước những năm 1980, Hoa Kỳ thống trị sự phát triển của ngành công nghiệp bán dẫn, quy mô tổng thể của ngành tương đối nhỏ, vào thời điểm đó Nhật Bản chủ yếu nhập khẩu thiết bị từ Hoa Kỳ. Tokyo Electronics luôn là công ty chuyên sản xuất thiết bị bán dẫn lớn nhất Nhật Bản. Công ty được thành lập vào năm 1963. Doanh thu bán hàng năm 2019 là 1,3 nghìn tỷ yên, trong đó thiết bị sản xuất chất bán dẫn chiếm 91% và thiết bị sản xuất FPD (màn hình phẳng) chiếm 9%. Ban đầu công ty nhập khẩu thiết bị và sản phẩm bán dẫn của Mỹ, sau đó tự phát triển chúng. Tokyo Electronics đã duy trì tốc độ tăng trưởng ổn định trong 50 năm qua.
Tokyo Electronics là một trường hợp đặc biệt. Nhiều công ty có tên tuổi trong ngành dần bước chân vào lĩnh vực sản xuất thiết bị bán dẫn trong xu hướng phát triển chất bán dẫn sau những năm 1970. Ví dụ, Nikon và Canon bước vào lĩnh vực máy quang khắc vì họ đã tích lũy được công nghệ quang học và công nghệ xử lý chính xác trước đó.
Công ty TNHH Máy móc Murata là một công ty có trụ sở tại Kyoto, được thành lập vào năm 1935. Công ty ban đầu sản xuất máy dệt và doanh nghiệp này vẫn tồn tại cho đến ngày nay. Những năm 1960, Murata Machinery bắt đầu lấn sân sang lĩnh vực thiết bị logistics, năm 1979 phát triển thành công phương tiện vận chuyển tự động không người lái ROBO-FAMILY, năm 1982 phát triển robot vận chuyển vật nặng, năm 1986 phát triển hệ thống vận chuyển trên không cho các xưởng không bụi và bước vào lĩnh vực vận chuyển không bụi.
SCREEN là một công ty ở Kyoto có lịch sử hàng thế kỷ, nguồn gốc của công ty là in ấn và sản xuất đĩa. Ebara là nhà sản xuất máy bơm lớn nhất Nhật Bản. Dây chuyền sản xuất chất bán dẫn đòi hỏi số lượng lớn các loại máy bơm cao cấp khác nhau. Ebara bước chân vào ngành bán dẫn từ máy bơm (bơm chân không, máy bơm chất lỏng, v.v.), sau đó phát triển thiết bị CMP (Đánh bóng cơ học hóa học), hiện là công ty lớn thứ hai Hãng thiết bị CMP trên thế giới.
Hitachi High-Tech là công ty con của Tập đoàn Hitachi. Các công ty Nhật Bản đã nỗ lực phát triển kính hiển vi điện tử cao cấp sau chiến tranh, sau đó là Hitachi và Japan Electronics (JEOL) chiếm lĩnh các thị trường lớn trên toàn cầu. Thị trường chính dành cho việc kiểm tra chất bán dẫn do kính hiển vi điện tử của Hitachi High-Technology chiếm lĩnh là kết quả tự nhiên.
Ngành công nghiệp sản xuất chính xác của Nhật Bản nhìn chung rất mạnh và sản xuất thiết bị bán dẫn là một trong số đó. Sau những năm 1990, người dùng Nhật Bản giảm dần nhưng các công ty sản xuất thiết bị bán dẫn Nhật Bản vẫn duy trì được khả năng cạnh tranh mạnh mẽ. Có ba lý do:
Đầu tiên là rào cản kỹ thuật, sản xuất máy móc phức tạp có độ chính xác cao đòi hỏi phải tích lũy công nghệ;
Thứ hai là liên tục nghiên cứu phát triển và nâng cấp sản phẩm. Ngành công nghiệp bán dẫn không ngừng phát triển và tiến bộ, điều này đòi hỏi các nhà cung cấp thiết bị phải đồng thời cải tiến. Ví dụ, quá trình nghiên cứu và phát triển của Tokyo Electronics đã được thực hiện trước bốn thế hệ, về cơ bản, thiết bị mà công ty đang phát triển hiện nay là thiết bị sẽ được sử dụng trong mười năm sau;
Thứ ba, các nhà cung cấp thiết bị và khách hàng cùng nhau phát triển. Thiết bị cao cấp không hết sau khi bán ra, việc vận hành và bảo trì cũng rất quan trọng. Ví dụ, một máy in thạch bản EUV yêu cầu ASML bố trí khoảng sáu kỹ sư quanh năm để bảo trì tại chỗ. Một máy quang khắc thông thường cần phải đào tạo hơn ba tháng để thành thạo các phương pháp và kỹ thuật vận hành. Các công ty sản xuất thiết bị và người dùng có mối quan hệ ràng buộc sâu sắc, một khi đã hình thành mối quan hệ hợp tác thì khó có thể phá vỡ trừ khi có lý do đặc biệt.
Nhiều người có quan niệm sai lầm rằng chúng ta chỉ dở máy in thạch bản, còn những thứ khác thì dễ xử lý. Trên thực tế, các nhà máy sản xuất chất bán dẫn cần đến hàng trăm loại thiết bị chứ không chỉ riêng máy quang khắc. Ví dụ, đối với máy bơm chân không và nhiều loại máy bơm khác, Edwards của Anh và Ebara của Nhật Bản hiện chiếm phần lớn thị phần trên toàn cầu .
Đây là một ví dụ với đặc điểm của Nhật Bản. Mọi người đều biết rằng phần cứng của một chiếc máy in thạch bản có ba bộ phận chính: nguồn sáng, nhóm thấu kính và bàn làm việc phanh chính xác. Công ty Nhật Bản cung cấp nguồn sáng cho máy in thạch bản có tên là Gigaphoton, là công ty con thuộc sở hữu hoàn toàn của Komatsu Manufacturing Co., Ltd., công ty máy móc kỹ thuật lớn nhất Nhật Bản. Công ty được thành lập vào năm 2000 và trước đây là một phần của Viện nghiên cứu Komatsu.
Hiện tại, Gigaphoton cung cấp hệ thống nguồn sáng cho hơn 2.000 máy in thạch bản. Nhật Bản không có thị trường vốn phát triển như Hoa Kỳ và nguồn tài chính đổi mới cũng không thuận tiện như Hoa Kỳ. Tuy nhiên, Nhật Bản cũng không ngừng khám phá các lĩnh vực mới và nguồn tài trợ của nước này chủ yếu dựa vào trợ cấp chéo trong các doanh nghiệp. Các công ty Nhật Bản thường có nhiều ngành nghề kinh doanh và các doanh nghiệp có lợi nhuận sử dụng một phần lợi nhuận của mình để hỗ trợ nghiên cứu phát triển cơ bản và phát triển sản phẩm mới. Gigaphoton là một ví dụ điển hình.
Những ví dụ về Komatsu và Gigaphoton rất phổ biến ở Nhật Bản. Idemitsu Kosan là một công ty dầu mỏ lớn của Nhật Bản với hoạt động kinh doanh chính là kinh doanh dầu mỏ. Công ty bắt đầu phát triển vật liệu OLED vào năm 1985 và ra mắt sản phẩm vào năm 1999 sau khi trải qua những khó khăn. Hiện tại, công ty đang liên kết với BASF của Đức với tư cách là nhà cung cấp nguyên liệu thô quan trọng nhất cho OLED. Trong những năm gần đây, Idemitsu đã nghiên cứu chuyên sâu về chất điện phân cho pin thể rắn và số lượng bằng sáng chế liên quan được xếp vào hàng tốt nhất trên thế giới.
Nikon đã chế tạo nguyên mẫu EUV vào năm 2007, chỉ muộn hơn ASML một năm.
Ngày nay, ASML là công ty duy nhất sản xuất các máy in thạch bản EUV tiên tiến nhất. Tác giả cho rằng các yếu tố sau quan trọng hơn:
Đầu tiên là tình hình cạnh tranh quốc tế. Những năm 1980, ngành công nghiệp bán dẫn của Nhật Bản phát triển nhanh chóng, cuối những năm 1980, thị phần của nước này đã vượt Mỹ, sau đó Mỹ buộc Nhật Bản phải ký Hiệp định bán dẫn Nhật-Mỹ để phong tỏa ngành bán dẫn Nhật Bản. Kết quả gián tiếp của xung đột bán dẫn Nhật-Mỹ là sự trỗi dậy của Hàn Quốc, Đài Loan và Hà Lan. Trên thị trường máy in thạch bản, Samsung và TSMC, với tư cách là người dùng, chắc chắn mong đợi sẽ có nhiều sự lựa chọn khác nhau để có thể có khả năng thương lượng. Khoảng năm 2000, Intel, Samsung và TSMC liên tiếp trở thành cổ đông của ASML, về cơ bản hình thành một liên minh hợp tác chiến lược, trong khi các công ty Nhật Bản bị loại trừ.
Thứ hai là những thay đổi của chính Nikon và môi trường nội địa của Nhật Bản. Tên ban đầu của Nikon là Nippon Optical Industry Co., Ltd., được thành lập vào năm 1917. Đây là một công ty được thành lập bởi Mitsubishi Zaibatsu vào thời điểm đó để sản xuất các sản phẩm quang học quân sự (máy đo xa quang học, kính thiên văn, v.v.) . Năm 1988, tên được đổi thành Nikon Co., Ltd. Sau chiến tranh, nguồn doanh thu chính của Nikon đến từ máy ảnh. Sau những năm 1990, doanh thu của máy quang khắc đã vượt xa máy ảnh.
Nikon bước chân vào lĩnh vực máy quang khắc nhờ nền tảng công nghiệp về thấu kính quang học và máy móc chính xác (bao gồm cả giao thoa kế sóng ánh sáng, v.v.) . Từ năm 1975 đến năm 1980, Bộ Thương mại và Công nghiệp Quốc tế Nhật Bản đã tổ chức “Viện nghiên cứu chung Super LSI” để thực hiện nghiên cứu chung về công nghệ nền xử lý siêu chính xác cho các sản phẩm bán dẫn. Khi đó, hàng trăm nhân viên kỹ thuật đã được huy động từ Fujitsu, Hitachi, Mitsubishi Electric, NEC và Toshiba để cùng nhau giải quyết vấn đề.
"Viện nghiên cứu chung Super LSI" ủy quyền cho Nikon và Canon phát triển máy in thạch bản, về bản chất, chính phủ Nhật Bản đã tài trợ cho việc nghiên cứu máy in thạch bản của Nikon và Canon. Khoảng năm 2000, bong bóng CNTT vỡ ở Mỹ, đầu tư vào chất bán dẫn sụt giảm và áp lực hoạt động của Nikon rất cao. Nếu Nikon chấp nhận khoản đầu tư cổ phần của Intel vào thời điểm đó thì kết quả có thể đã hoàn toàn khác. Nhưng Nikon thuộc sở hữu của Mitsubishi Zaibatsu nên việc chấp nhận đầu tư cổ phần từ Intel là không thực tế. Môi trường chung vào thời điểm đó là các công ty Nhật Bản rất phản đối việc các công ty nước ngoài mua cổ phần.
Trong số hai hãng quang khắc Nhật Bản, Nikon mạnh hơn Canon về năng lực kỹ thuật quang học cơ bản. Canon sau đó đã phát triển máy photocopy và máy in, trở thành sản phẩm mang lại lợi nhuận chính cho công ty. Nikon chủ yếu sản xuất máy ảnh và máy quang khắc. Sau nền kinh tế bong bóng, các công ty điện tích hợp sản xuất chất bán dẫn của Nhật Bản đã gặp khó khăn và thị phần của Nhật Bản trên thị trường bán dẫn thế giới tiếp tục giảm. Trong hoàn cảnh như vậy, thị trường nội địa Nhật Bản khó có thể hỗ trợ hai công ty máy in thạch bản, còn Nikon và Canon đã không tích hợp kịp thời hoạt động kinh doanh máy in thạch bản mà thay vào đó tiếp tục cạnh tranh với nhau.
Lý do thứ ba là ASML luôn đi theo con đường toàn cầu hóa, trong khi Nikon tập trung vào thị trường nội địa Nhật Bản. Thị trường nội địa Hà Lan rất nhỏ và không có công ty bán dẫn lớn nào ở châu Âu vào những năm 1990. Ngay từ đầu, ASML phải đi theo con đường quốc tế.
Khi nhắc đến ASML, giới truyền thông trong nước luôn quan tâm giới thiệu rằng Cymer của Mỹ cung cấp nguồn sáng và Zeiss của Đức cung cấp ống kính. Sự hiểu biết của chúng ta về máy in thạch bản không thể dừng lại ở mức độ này. Sự phát triển và tiến bộ không ngừng về công nghệ của công ty đòi hỏi sự hỗ trợ của thị trường và phản hồi liên tục từ khách hàng. Việc chỉ tìm nguồn cung ứng linh kiện chất lượng cao từ khắp nơi trên thế giới sẽ không tạo ra được một thiết bị hoàn hảo. Các chương trình điều khiển phía sau các máy móc chính xác như máy in thạch bản đều là phần mềm. Phần mềm cũng quan trọng như phần cứng như nguồn sáng và thấu kính. ASML tự kiểm soát việc phát triển phần mềm.
Năm 1982, chính quyền thành phố Flanders, Bỉ quyết định phát triển ngành công nghiệp vi điện tử. Năm 1984, chính quyền địa phương, giới doanh nghiệp và các trường đại học cùng nhau thành lập IMEC, một tổ chức phi lợi nhuận. Đồng thời, MEITEC, một nhà máy sản xuất sản phẩm bán dẫn, được thành lập. Quyền chủ tịch đầu tiên là Giáo sư Van Overstraeten của Đại học Leuven nổi tiếng. ASML và IMEC đã duy trì mối quan hệ hợp tác chặt chẽ trong một thời gian dài. Năm 1989, ASML giao máy in thạch bản 248 nanomet cho IMEC. Năm 1989, máy quang khắc 193 nanomet được cung cấp. Năm 2003, máy in thạch bản 157nm được cung cấp. Năm 2004, một máy in thạch bản ngâm chất lỏng đã được chuyển giao. Năm 2006, nguyên mẫu EUV đầu tiên đã được chuyển giao. Trong những ngày đầu phát triển ASML, IMEC đã cung cấp hỗ trợ kỹ thuật và phản hồi cho ASML, điều này có tác động rất lớn đến sự phát triển của ASML.
Sau năm 2000, ASML đã thành lập một liên minh tương đối ổn định với ba nhà sử dụng máy in thạch bản lớn nhất thế giới là Intel của Hoa Kỳ, Samsung của Hàn Quốc và TSMC của Đài Loan, Trung Quốc và tình hình chung đã được quyết định.
Những ngày đầu thành lập, Nikon đã tích lũy được nhiều công nghệ và thị trường nội địa Nhật Bản tương đối lớn nên Nikon đi theo con đường hợp tác trong nước. Sau năm 2000, người dùng cuối ở Nhật Bản tiếp tục giảm, doanh thu của Nikon tiếp tục giảm và đầu tư vào R&D không thể theo kịp. Trên thực tế, Nikon đã chế tạo nguyên mẫu EUV vào năm 2007, chỉ muộn hơn ASML một năm. Nguyên mẫu được phát triển cho nhóm nghiên cứu Selete của Nhật Bản. Selete là một công ty phát triển công nghệ bán dẫn chung được thành lập vào năm 1996 bởi mười công ty bán dẫn lớn của Nhật Bản với mỗi công ty đầu tư 500 triệu yên. Mười công ty đó là: Fujitsu, Hitachi, Panasonic, Mitsubishi Electric, NEC, OKI, Sanyo Electric, Sharp, Sony và Toshiba.
Xu hướng phát triển tiếp theo là hiển nhiên và Nikon đã thua ASML. Giá của một máy in thạch bản EUV vượt quá 150 triệu USD. Chi phí phát triển thiết bị như vậy có thể tưởng tượng được. Nếu không có hỗ trợ tài chính, Nikon sẽ không mạo hiểm với hoạt động R&D. Nhưng thỏa thuận bán dẫn Nhật-Mỹ đã hạn chế khả năng hành động của chính phủ Nhật Bản. Tuy nhiên, ngoài máy in thạch bản chip, Nikon còn có một nguồn thu nhập lớn sau năm 2006 - máy in thạch bản FPD , là những máy in thạch bản được sử dụng trong sản xuất tấm nền LCD. Trong lĩnh vực này, Nikon và Canon luôn chiếm thị phần lớn.
Có hai lý do quan trọng nhất khiến các công ty Nhật Bản trong lĩnh vực sản xuất các loại sản phẩm bán dẫn này có thể kiên trì bền bỉ cho đến nay: (1) Kịch bản ứng dụng ổn định; (2) Đi đầu về tính độc đáo và năng suất công nghệ.
Các kịch bản ứng dụng ổn định và mở rộng là rất quan trọng. Sản phẩm bán dẫn phải được áp dụng cho một sản phẩm cụ thể. Sau những năm 1990, số ít sản phẩm bán dẫn mà Nhật Bản còn tồn tại đã tăng trưởng ổn định ở thị trường trong và ngoài nước.
Trường hợp 1: Cảm biến hình ảnh CMOS. Cảm biến hình ảnh CMOS có liên quan chặt chẽ đến sự phát triển của máy ảnh kỹ thuật số Nhật Bản sau những năm 1990. Hai bên hỗ trợ lẫn nhau và có sự tương tác tích cực. Sau chiến tranh, ngành công nghiệp máy ảnh Nhật Bản phát triển mạnh mẽ và các thương hiệu máy ảnh Nhật Bản do Nikon đại diện đã trở nên phổ biến trên toàn thế giới. Sau những năm 1990, các hãng máy ảnh, máy móc điện tử Nhật Bản lần lượt bước chân vào lĩnh vực máy ảnh kỹ thuật số, các công ty Nhật Bản luôn chiếm hơn 90% thị phần máy ảnh kỹ thuật số toàn cầu . Lợi nhuận thị trường dồi dào đã mang lại cho Sony thêm động lực R&D. Việc liên tục cải thiện hiệu suất của Cảm biến hình ảnh CMOS đã nâng cao sức hấp dẫn của máy ảnh kỹ thuật số và điện thoại di động, đồng thời tạo ra một thị trường lớn hơn. Đó là một sự tương tác tích cực tiêu chuẩn. Trong số đó, Sony đã bắt đầu nghiên cứu phát triển và ứng dụng CCD ngay từ những năm 1970, và đã không ngừng tích lũy và đạt được nhiều tiến bộ trong lĩnh vực này.
Trường hợp 2: Bộ vi xử lý ô tô. Năm 1980, sản lượng ô tô của Nhật Bản đạt khoảng 10 triệu chiếc, trở thành nhà sản xuất ô tô lớn nhất thế giới. Bộ vi xử lý ô tô có liên quan chặt chẽ đến các quy định về môi trường của Hoa Kỳ và cuộc khủng hoảng dầu mỏ những năm 1970. Hoa Kỳ đưa ra "Đạo luật sửa đổi làm sạch khí quyển năm 1970" vào năm 1970, còn được gọi là Muskie Act. Dự luật áp đặt các yêu cầu nghiêm ngặt về giảm phát thải đối với khí thải của xe mà nhiều công ty ô tô tin rằng không thể đạt được. Một số công ty ô tô Mỹ bắt đầu ủy quyền cho các công ty Nhật Bản phát triển bộ vi xử lý kiểm soát quá trình phun nhiên liệu và đốt lại khí thải của động cơ ô tô. Sau hơn 5 năm làm việc chăm chỉ, Toshiba đã phát triển thành công bộ vi xử lý này cho Ford vào cuối những năm 1970. Sau đó, công nghệ này đã được chuyển giao cho nhiều công ty ô tô khác nhau của Nhật Bản. Công ty bán dẫn Renesas của Nhật Bản đã tồn tại bền bỉ nhờ sản phẩm chính của hãng là chất bán dẫn ô tô.
Trường hợp 3: Chất bán dẫn điện. Hiện nay, mười công ty bán dẫn điện hàng đầu thế giới đến từ Đức, Nhật Bản và Hoa Kỳ. Infineon của Đức là mạnh nhất, vượt xa. Các công ty Nhật Bản chiếm 4 hoặc 5 ghế trong top 10, nói chung là Toshiba, Mitsubishi Electric, Fuji Electric, Hitachi và Rohm. Ngoại trừ Rohm, một công ty bán dẫn chuyên dụng, một số công ty trong số này là các công ty "động cơ tích hợp", tức là các công ty đa ngành như Siemens của Đức. Infineon là một công ty được tách ra từ Siemens.
Lộ trình kỹ thuật của các sản phẩm bán dẫn như chất bán dẫn điện và DRAM rất khác nhau và Nhật Bản đã hình thành chu kỳ tích cực trong lĩnh vực này. Ví dụ, Toshiba đã ra mắt máy điều hòa không khí dân dụng biến tần đầu tiên trên thế giới vào năm 1981. Cốt lõi của thiết bị biến tần là chất bán dẫn điện. Vào những năm 1990, Nhật Bản là nước đầu tiên đưa IGBT vào các phương tiện đường sắt và phương tiện Shinkansen, điều này đã thúc đẩy mạnh mẽ việc bảo tồn năng lượng trong lĩnh vực đường sắt.
Trường hợp 4: LED. Sau những năm 1990, Nhật Bản thống trị phát triển các lĩnh vực liên quan đến đèn LED, chủ yếu là do các nhà khoa học Nhật Bản đã tạo ra bước đột phá về công nghệ đèn LED xanh vào đầu những năm 1990. Trong số ba màu cơ bản, đèn LED phát ra màu xanh lam là màu cuối cùng vượt trội. Năm 2014, ba nhà khoa học Nhật Bản là Isamu Akasaki, Hiroshi Amano và Shuji Nakamura đã giành giải Nobel Vật lý nhờ những đóng góp của họ cho đèn LED màu xanh. Nichia Chemical, nơi Shuji Nakamura làm việc, là một công ty hóa chất quy mô nhỏ nằm ở tỉnh Tokushima, Nhật Bản, nhờ sự phát triển của đèn LED nên công ty đã phát triển 20 năm liên tiếp.
Trường hợp 5: Bộ nhớ Flash NAND. Toshiba luôn duy trì khả năng cạnh tranh mạnh mẽ trong lĩnh vực này, lý do quan trọng nhất là sản phẩm này do Toshiba phát minh ra. Fujio SUGAoka của Toshiba đã phát minh ra Bộ nhớ Flash NAND vào khoảng năm 1984 và lợi thế kỹ thuật của Toshiba trong lĩnh vực này vẫn tiếp tục cho đến ngày nay.
Liệu ngành bán dẫn Nhật Bản có lấy lại được vinh quang trước đây?
Bước sang năm 2023, chỉ số Topix của Nhật Bản đã quay trở lại mức đỉnh cao vào thời điểm kết thúc thời kỳ bong bóng kinh tế năm 1990 . Giá đất tại các khu vực cốt lõi của Tokyo, Nhật Bản đã quay trở lại mức đỉnh điểm vào năm 1989 vào năm 2021. Vậy liệu ngành bán dẫn Nhật Bản có thể lấy lại ánh hào quang những năm 1980, 1990? Tác giả tin rằng sự suy thoái của ngành công nghiệp bán dẫn Nhật Bản đã dừng lại và có khả năng cao là nó sẽ phục hồi trong tương lai, nhưng sẽ không trở lại thời kỳ huy hoàng trong quá khứ.
Lý do quan trọng nhất khiến ngành bán dẫn Nhật Bản ngừng suy thoái là do sự thay đổi của môi trường quốc tế, đó là sự xích mích giữa Trung Quốc và Hoa Kỳ và căng thẳng ở eo biển Đài Loan của Trung Quốc. Trong bối cảnh đó, vị thế chiến lược của Nhật Bản đã trải qua một số thay đổi tinh tế. Các nước phương Tây, dẫn đầu là Hoa Kỳ, đang có cảm giác khủng hoảng mạnh mẽ trước sự phụ thuộc quá mức vào xưởng đúc và đóng gói chip ở Đài Loan, Trung Quốc. Đồng thời, Chính phủ Nhật Bản đã nắm bắt cơ hội và đưa ra một số chính sách trợ cấp để hỗ trợ TSMC thành lập nhà máy tại tỉnh Kumamoto, Nhật Bản. Năm 2022, Nhật Bản sẽ thành lập một công ty bán dẫn quốc gia mới là Rapidus, công ty này dự kiến thành lập một nhà máy ở Hokkaido.
Không những Nhật Bản sẽ không lấy lại được vinh quang trong quá khứ mà cả Hoa Kỳ cũng vậy. Vào những năm 1980, ngành công nghiệp bán dẫn về cơ bản do các công ty Mỹ và Nhật Bản thống trị. Hiện nay, các công ty từ các nước lớn trên thế giới đang cạnh tranh trong ngành này. Sự cạnh tranh và phân công lao động quốc tế lớn này bắt đầu từ những năm 1990. Ví dụ, trong số mười công ty phần mềm bán dẫn hàng đầu, có bốn công ty ở Hoa Kỳ, hai công ty ở Vương quốc Anh, hai công ty ở Trung Quốc, một công ty ở Canada và một công ty ở Israel. Họ là ARM (Anh), Synopsys (Mỹ), Cadence Design Systems (Mỹ), Imagination Technologies (Anh), CEVA (Israel), SST (Mỹ), VeriSilicon (Trung Quốc), Alphawave (Canada), eMemory Technology (Đài Loan, Trung Quốc), Rambus (Mỹ).
Trong thời đại phân công lao động chuyên môn hóa cao trong nền kinh tế toàn cầu, chúng ta thường không nghĩ rằng các nước có ngành bán dẫn cũng có những nhà vô địch tiềm ẩn trong ngành bán dẫn. Ví dụ, Áo, một quốc gia dường như không liên quan gì đến chất bán dẫn, cũng có hai công ty vô địch tiềm ẩn là IMS Nanofabrication và EV Group. IMS Corporation là công ty hàng đầu thế giới về sản xuất mặt nạ đa tia. Tất cả chúng ta đều nói về máy in thạch bản EUV, nhưng mặt nạ in thạch bản được sử dụng bởi máy in thạch bản EUV có độ chính xác chế tạo cao hơn EUV và được vẽ bằng dây chuyền điện tử.
Đối thủ cạnh tranh chính của IMS là Nuflare, công ty con của Tập đoàn Toshiba, được Intel mua lại vào năm 2016. Tập đoàn EV là số 1 trên thị trường toàn cầu về thiết bị liên kết tấm bán dẫn , một quy trình chính xác giúp liên kết các tấm bán dẫn silicon vào chip. Hầu hết các cảm biến hình ảnh CMOS do Sony, Samsung và OmniVision sản xuất đều sử dụng công nghệ của EV Group.
Liệu Nhật Bản có thể đạt được nhiều ảnh hưởng hơn trong ngành bán dẫn trong tương lai hay không phụ thuộc vào khả năng R&D của toàn bộ chuỗi ngành bán dẫn của Nhật Bản , đặc biệt là liệu nước này có thể tiếp tục hoạt động R&D và epitaxy trong các lĩnh vực có lợi thế của mình hay không. Ví dụ, Canon và Dainippon Printing đã tích cực phát triển công nghệ khử nano trong những năm gần đây và đã chính thức ra mắt thiết bị liên quan vào tháng 10 năm 2023. Nếu công nghệ này thành công, chi phí sản xuất sẽ giảm đáng kể so với việc sử dụng máy quang khắc, điều này sẽ làm xói mòn thị phần của ASML.
Trung Quốc có thể xem xét phản ứng ngày nay từ ba góc độ:
Điều quan trọng nhất trong ngắn hạn là ổn định quan hệ với Mỹ và các nước phát triển lớn khác. Sau những năm 1990, Hoa Kỳ không thể tự mình xây dựng một chuỗi công nghiệp bán dẫn hoàn chỉnh , đây là lý do tại sao Hoa Kỳ hiện đang thu hút Hà Lan và Nhật Bản.
Trong trung hạn, điều quan trọng nhất là phải đẩy nhanh việc giới thiệu nhân tài ở nước ngoài và bồi dưỡng những nhân tài liên quan đến chất bán dẫn trong nước . Trong vòng mười năm, hầu hết công việc chúng tôi làm đều là thay thế trong nước, nhiều lĩnh vực được chia nhỏ là công nghệ và sản phẩm đã được triển khai ở các nước phát triển cách đây 10 hoặc 20 năm.
Về lâu dài, nếu Trung Quốc muốn thống trị ngành bán dẫn, nước này cần phải tạo ra những đột phá về lý thuyết cơ bản, nếu không sẽ khó trở thành cường quốc bán dẫn.
Trong sự phát triển tương lai của ngành bán dẫn, Trung Quốc không phải không có lợi thế. Tác giả tin rằng cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư đang bùng nổ hiện nay là cơ hội ngàn năm có một cho sự phát triển chất bán dẫn của Trung Quốc. Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư bắt đầu vào khoảng năm 2020 với hai nội dung chính là DX và GX. DX là Digital Transformation, sự chuyển đổi số của nền kinh tế toàn cầu, trong đó quan trọng nhất là trí tuệ nhân tạo. GX là Chuyển đổi xanh, sự chuyển đổi xanh và ít carbon của nền kinh tế toàn cầu, trong đó quan trọng nhất là sự chuyển đổi từ năng lượng hóa thạch sang năng lượng tái tạo. Ba cuộc cách mạng công nghiệp đầu tiên đều do các nước châu Âu và châu Mỹ dẫn đầu. Trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư, Trung Quốc, Châu Âu, Hoa Kỳ và Nhật Bản nằm trên cùng một vạch xuất phát.
Trong cuộc cách mạng công nghiệp này, ngành công nghiệp ô tô cũng sẽ mở ra một sự thay đổi lớn trong một thế kỷ. Chiếc xe sẽ trở thành một sản phẩm thông minh. Hiện nay, một chiếc ô tô điện cao cấp cần khoảng 1.000 con chip (không phải tất cả đều là chip cao cấp) và khoảng 100 cảm biến. Phương tiện năng lượng mới là thị trường ứng dụng lớn nhất cho các sản phẩm bán dẫn và phương tiện năng lượng mới của Trung Quốc đã vươn lên dẫn đầu thế giới.
Trong kỷ nguyên carbon trung tính, tỷ lệ các nguồn năng lượng tái tạo như quang điện và năng lượng gió sẽ tăng lên, chất bán dẫn điện sẽ có nhiều kịch bản ứng dụng hơn. Hiện nay, chất bán dẫn thế hệ thứ ba được đại diện bởi silicon cacbua và gali nitrit cũng là những lĩnh vực quan trọng mà nhiều quốc gia đang cạnh tranh. Trong lĩnh vực này, Trung Quốc cũng ở phe đầu tiên.
Nhìn lại 70 năm qua, khi ngành bán dẫn Nhật Bản phát triển tương đối thuận lợi, có những ngành ứng dụng tương đối tốt, cả hai có mối quan hệ tương tác tích cực và hỗ trợ lẫn nhau. Trước những năm 1980, radio bán dẫn, máy tính điện tử và tivi đã cung cấp thị trường ứng dụng khổng lồ cho các sản phẩm bán dẫn. Ngành công nghiệp LCD của Nhật Bản cũng tích lũy được công nghệ sớm nhờ ứng dụng máy tính điện tử. Sau những năm 1980 là máy tính và sau những năm 1990 là máy tính cá nhân, máy ảnh kỹ thuật số và điện thoại di động. Sau năm 2007, máy tính cá nhân và điện thoại thông minh trở thành hai ngành ứng dụng sản phẩm bán dẫn lớn nhất nhưng các công ty Nhật Bản đã mất đi vị thế dẫn đầu trong việc phát triển hai ngành này, trực tiếp dẫn đến sự hồi phục chậm chạp của ngành bán dẫn Nhật Bản.
Không chỉ Nhật Bản mà cả ngành bán dẫn của Mỹ cũng vậy. Các sản phẩm bán dẫn trước những năm 1980 rất đắt tiền. Tại Hoa Kỳ, các đơn đặt hàng từ ngành công nghiệp quân sự và các cơ quan nghiên cứu khoa học hỗ trợ sự phát triển của ngành bán dẫn. Sau những năm 1990, Intel đứng đầu ngành bán dẫn toàn cầu trong 30 năm nhờ Intel cung cấp sản phẩm bán dẫn quan trọng nhất vào thời điểm đó là CPU. Bước sang năm 2023, công ty Nvidia của Mỹ đã trở thành công ty bán dẫn lớn nhất thế giới tính theo giá trị thị trường, bởi GPU của công ty này là sản phẩm bán dẫn quan trọng nhất trong kỷ nguyên trí tuệ nhân tạo.
Ngành công nghiệp bán dẫn của Nhật Bản đang dần suy giảm kể từ khi đạt đến đỉnh cao vào những năm 1980. Tuy nhiên, nếu bạn nghĩ đơn giản rằng ngành bán dẫn của Nhật Bản đã thất bại thì đó sẽ là một sự hiểu lầm nghiêm trọng. Ngày nay, ngành bán dẫn của Nhật Bản vẫn có những công ty và sản phẩm rất cạnh tranh.
Vì sao ngành bán dẫn Nhật Bản dần tụt hậu?
Nhiều người cho rằng ngành bán dẫn Nhật Bản đã vượt qua Mỹ vào cuối những năm 1980, nhưng điều này không chính xác lắm. Vào những năm 1980, Nhật Bản đã vượt qua Hoa Kỳ trong lĩnh vực DRAM (bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên động), nhưng không phải ngành công nghiệp bán dẫn nói chung đã vượt qua Hoa Kỳ.
Vào những năm 1980, độ ổn định chất lượng tổng thể và hiệu quả sản xuất của các sản phẩm công nghiệp Nhật Bản đã bắt kịp các nước phát triển lớn ở Châu Âu và Hoa Kỳ, đây không phải là hiện tượng chỉ có ở ngành bán dẫn.
Sau chiến tranh, Nhật Bản tiếp tục thu được nhiều công nghệ mới từ Hoa Kỳ và Châu Âu, đồng thời tiếp tục chiếm lĩnh thị trường Mỹ nhờ lợi thế về giá. Trước Hiệp định Plaza năm 1985, tỷ giá đồng yên Nhật tương đối thấp, chi phí lao động của Nhật Bản thấp hơn so với châu Âu và Mỹ nên có lợi thế về giá.
Đặc điểm quản lý kinh doanh của Nhật Bản cũng là lý do khiến nước này có thể đuổi kịp châu Âu và Mỹ. Từ những năm 1950, các công ty Nhật Bản đã triển khai hệ thống quản lý chất lượng tổng thể (TQC). Vào những năm 1970, nhiều công ty Nhật Bản đã thực hiện các hoạt động ND (No Defects) để tạo ra một hệ thống sản xuất không có khuyết tật. Hoa Kỳ luôn áp dụng cách tiếp cận xác suất, chỉ yêu cầu một tỷ lệ đậu nhất định. Đằng sau điều này là sự khác biệt về tính cách và văn hóa dân tộc giữa Hoa Kỳ và Nhật Bản.
Vào những năm 1990, ảnh hưởng toàn cầu của các công ty bán dẫn Nhật Bản dần suy giảm. Có ba lý do chính đằng sau điều này:
Đầu tiên là sự cản trở của Hoa Kỳ, được biểu tượng bằng “Thỏa thuận bán dẫn Nhật-Mỹ” được chính phủ Nhật và Mỹ ký năm 1986. Điều này ngăn cản chính phủ Nhật Bản tiếp tục hỗ trợ ngành bán dẫn trên quy mô lớn, dẫn đến việc mở rộng của các công ty Nhật Bản bị chậm lại.
Thứ hai, nền kinh tế bong bóng của Nhật Bản bùng nổ vào những năm 1990 , và các công ty Nhật Bản phải đối mặt với nhiều áp lực cùng lúc: đồng yên tăng giá mạnh, thị trường nội địa Nhật Bản bão hòa và lợi nhuận doanh nghiệp sụt giảm nghiêm trọng. Điều này dẫn đến việc các công ty bán dẫn Nhật Bản đầu tư không đủ vào thiết bị và giảm khả năng tiếp tục nghiên cứu và phát triển.
Thứ ba là sự trỗi dậy của các nước và khu vực lân cận. Trước những năm 1990, thị trường bán dẫn về cơ bản là cuộc cạnh tranh giữa Mỹ và Nhật Bản. Sau những năm 1990, Hàn Quốc và Đài Loan, Trung Quốc cũng tham gia cạnh tranh. Sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp bán dẫn trong những năm 1980 dẫn đến việc lắp đặt hầu hết các công nghệ sản xuất chất bán dẫn, công nghệ tích lũy của những thập kỷ trước được cô đọng thành thiết bị sản xuất chất bán dẫn. Bằng cách mua thiết bị phù hợp, các công ty Hàn Quốc và Đài Loan sẽ có nền tảng tốt để bắt kịp.
Đồng thời, các công ty Nhật Bản chưa phát triển các công ty EDA (Tự động hóa thiết kế điện tử). Điều này có liên quan đến việc xã hội Nhật Bản từ lâu đã coi trọng sản xuất và coi thường ngành công nghiệp phần mềm, đồng thời liên quan đến việc Nhật Bản thiếu thị trường vốn để hỗ trợ các doanh nghiệp mới nổi.
Khi ngành công nghiệp bán dẫn Nhật Bản đạt đến đỉnh cao vào những năm 1980, mỗi công ty lớn của Nhật Bản đều tự mình phát triển, thiết kế phần mềm và coi đó là khả năng cạnh tranh của riêng mình và không muốn tiết lộ ra thế giới bên ngoài.
Nhật Bản cũng như vậy trong các lĩnh vực phần mềm thiết kế công nghiệp, phần mềm mô phỏng, phần mềm thống kê, họ đóng cửa và làm việc một mình, khiến các công ty Nhật Bản tụt hậu so với Mỹ và châu Âu trong lĩnh vực phần mềm công nghiệp.
Vật liệu bán dẫn của Nhật Bản vẫn mạnh
Hàng chục nguyên liệu thô được sử dụng trong quá trình sản xuất chip, bao gồm rắn, lỏng và khí, các công ty Nhật Bản có sự hiện diện mạnh mẽ ở hầu hết các nguyên liệu thô của chip.Lĩnh vực quang học: JSR, Hóa chất ứng dụng Tokyo, Công nghiệp hóa chất Shin-Etsu, Hóa chất Sumitomo, Fujifilm;
Lĩnh vực wafer silicon cấp điện tử: Shin-Etsu Chemical Industry, SUMCO;
Lĩnh vực mặt nạ: In Dainippon, In Toppan, HOYA;
Mỏ khí đặc biệt sản xuất chất bán dẫn: Taiyo Nippon Sanso, Air Water;
Các công ty liên quan đến hóa chất: Kanto Chemical, Resonac (được đổi tên sau khi Showa Denko mua lại Hitachi Chemical), Daikin Industries, Nippon Zeon, Sumitomo Seiko, Chuo Glass, Iwatani Sangyo, Mitsui Chemicals, Kanto Denka Industries, ADEKA;
Nhiều lĩnh vực hóa chất và dược phẩm đặc biệt được sử dụng trong sản xuất chất bán dẫn: StellaFarma, Sumitomo Chemical, Kanto Chemical, Nippon Kayaku, Tokyo Chemical Industry, Mitsubishi Gas Chemical, Mitsubishi Chemical, Daikin Industrial, Morita Chemical Industry, Tokuyama;
Các lĩnh vực vật liệu mục tiêu khác nhau cho sản xuất chất bán dẫn: JX Metals, Viện nghiên cứu hóa học có độ tinh khiết cao, Ulvac, Khai thác kim loại Mitsui, Tosoh;
Mỏ nước có độ tinh khiết cao: Kurita Industrial, Organo, Nomura Fine Science;
Chất mài mòn và miếng đệm CMP: Fujifilm, Fujimi, Resonac, JSR, Toppan, Fujibo;
Sản phẩm thạch anh: AGC và Tosoh.
Vật liệu bán dẫn là lĩnh vực có rào cản kỹ thuật rất cao trong ngành vật liệu . Vật liệu bán dẫn có yêu cầu về độ tinh khiết rất cao, ví dụ, yêu cầu về độ tinh khiết của silicon là 11N, tức là 99,999999999%. Một nhà máy bán dẫn cần một lượng lớn nước có độ tinh khiết cao để vệ sinh hàng ngày. Yêu cầu độ tinh khiết của nước cũng trên 6N. Không phải quốc gia nào cũng có khả năng sản xuất được loại nước có độ tinh khiết cao này.
Độ bền của vật liệu bán dẫn Nhật Bản là do hai yếu tố:
Đầu tiên, ngành công nghiệp điện tử Nhật Bản nói chung rất phát triển trong những năm 1970 và 1980. Vào thời điểm đó, các công ty Nhật Bản thuộc nhiều ngành công nghiệp khác nhau đang phải đối mặt với vấn đề phát triển lĩnh vực kinh doanh mới và nhiều công ty đã tham gia vào đội ngũ sản xuất vật liệu bán dẫn. Ví dụ, Công ty TNHH In ấn Dai Nippon là một công ty in đã thành lập được 150 năm, đã chuyển giao công nghệ chế tạo tấm của ngành in sang lĩnh vực khẩu trang và trở thành nhà sản xuất khẩu trang lớn nhất thế giới. Việc nghiên cứu và phát triển vật liệu bán dẫn đòi hỏi rất nhiều tiền. Các công ty Nhật Bản thường đa dạng hóa hoạt động và đầu tư chéo, bù đắp cho những thiếu sót của thị trường vốn kém phát triển của Nhật Bản.
Một yếu tố khác là ngành vật liệu hóa học chính xác có tính khép kín hơn các ngành khác. Không chỉ ngành vật liệu bán dẫn của Nhật Bản mà còn cả ngành vật liệu công nghệ cao ở các nước khác. Thiết bị sản xuất được thiết kế và tùy chỉnh bởi chính các công ty phát triển và không có sản phẩm công nghiệp tiêu chuẩn nào trên thị trường. Các công ty này thường cố tình không nộp đơn xin cấp bằng sáng chế cho công nghệ mà thay vào đó giữ chúng dưới dạng hộp đen. Các nước đang phát triển muộn khó có thể bắt chước ngoài hoạt động nghiên cứu và phát triển.
ABF của Ajinomoto, công ty thực phẩm lớn nhất Nhật Bản, là vật liệu phải được sử dụng trong sản xuất chất bán dẫn. ABF là tên viết tắt của Ajinomoto Build-up Film, là phim dựng sẵn của Ajinomoto, được dùng làm vật liệu cách nhiệt cho CPU, Ajinomoto hiện đang thống trị thị trường này. Ajinomoto có nghĩa là bột ngọt và công ty đã có lịch sử hơn 100 năm.
Vào những năm 1970, Công ty Ajinomoto đã khám phá việc sử dụng công nghệ tích lũy trong sản xuất axit amin để phát triển một số sản phẩm và vật liệu mới. Năm 1996, Công ty Ajinomoto bắt đầu phát triển chất cách điện dạng màng và thành công sau khoảng 4 tháng. Nhưng phải mất khoảng ba năm để các công ty bán dẫn sử dụng vật liệu này và Ajinomoto đã có được phân khúc này kể từ đó. Ngoài số lượng lớn bằng sáng chế của Ajinomoto còn bao gồm một số lượng lớn bí mật kỹ thuật trong quy trình sản xuất, tạo thành rào cản gia nhập cao.
Có rất nhiều loại vật liệu bán dẫn. Ví dụ, trong quá trình sản xuất chip cần có cốc hút điện tử để chuyển các tấm wafer, hiện nay Công ty TNHH NTK Ceratec của Nhật Bản đang dẫn đầu ở phân khúc thị trường này. Công ty là công ty con của Japan Specialty Ceramics (NTK), một công ty nổi tiếng trong lĩnh vực gốm sứ công nghiệp tại Nhật Bản.
Thiết bị bán dẫn Nhật Bản vẫn mạnh
Xếp hạng các công ty sản xuất thiết bị bán dẫn trên toàn thế giới, top 15 thường được phân bổ như sau: 6 công ty ở Hoa Kỳ, 6 công ty ở Nhật Bản, 2 công ty ở Hà Lan và 1 công ty ở Hàn Quốc. Các công ty hàng đầu tại Nhật Bản như sau: Tokyo Electronics, Advant, Nikon, SCREEN, Disco, Kokusai Electric, Canon, Tokyo Precision, Lasertec, TOWA, Ebara và Ulvac.Ngoài ra, các công ty Nhật Bản còn có sự hiện diện mạnh mẽ trong lĩnh vực thiết bị xử lý của các nhà máy bán dẫn, trong đó có Murata Machinery, Daifuku, Rotze, v.v.; các thiết bị kiểm tra wafer cũng tương tự, chủ yếu bao gồm Hitachi High-Tech, Lasertec, v.v.; điều tương tự cũng xảy ra với các trạm thăm dò, chủ yếu là hai công ty, Tokyo Electronics và Tokyo Precision.
Ngành công nghiệp thiết bị sản xuất chất bán dẫn của Nhật Bản bắt đầu từ những năm 1970. Trước những năm 1980, Hoa Kỳ thống trị sự phát triển của ngành công nghiệp bán dẫn, quy mô tổng thể của ngành tương đối nhỏ, vào thời điểm đó Nhật Bản chủ yếu nhập khẩu thiết bị từ Hoa Kỳ. Tokyo Electronics luôn là công ty chuyên sản xuất thiết bị bán dẫn lớn nhất Nhật Bản. Công ty được thành lập vào năm 1963. Doanh thu bán hàng năm 2019 là 1,3 nghìn tỷ yên, trong đó thiết bị sản xuất chất bán dẫn chiếm 91% và thiết bị sản xuất FPD (màn hình phẳng) chiếm 9%. Ban đầu công ty nhập khẩu thiết bị và sản phẩm bán dẫn của Mỹ, sau đó tự phát triển chúng. Tokyo Electronics đã duy trì tốc độ tăng trưởng ổn định trong 50 năm qua.
Tokyo Electronics là một trường hợp đặc biệt. Nhiều công ty có tên tuổi trong ngành dần bước chân vào lĩnh vực sản xuất thiết bị bán dẫn trong xu hướng phát triển chất bán dẫn sau những năm 1970. Ví dụ, Nikon và Canon bước vào lĩnh vực máy quang khắc vì họ đã tích lũy được công nghệ quang học và công nghệ xử lý chính xác trước đó.
Công ty TNHH Máy móc Murata là một công ty có trụ sở tại Kyoto, được thành lập vào năm 1935. Công ty ban đầu sản xuất máy dệt và doanh nghiệp này vẫn tồn tại cho đến ngày nay. Những năm 1960, Murata Machinery bắt đầu lấn sân sang lĩnh vực thiết bị logistics, năm 1979 phát triển thành công phương tiện vận chuyển tự động không người lái ROBO-FAMILY, năm 1982 phát triển robot vận chuyển vật nặng, năm 1986 phát triển hệ thống vận chuyển trên không cho các xưởng không bụi và bước vào lĩnh vực vận chuyển không bụi.
SCREEN là một công ty ở Kyoto có lịch sử hàng thế kỷ, nguồn gốc của công ty là in ấn và sản xuất đĩa. Ebara là nhà sản xuất máy bơm lớn nhất Nhật Bản. Dây chuyền sản xuất chất bán dẫn đòi hỏi số lượng lớn các loại máy bơm cao cấp khác nhau. Ebara bước chân vào ngành bán dẫn từ máy bơm (bơm chân không, máy bơm chất lỏng, v.v.), sau đó phát triển thiết bị CMP (Đánh bóng cơ học hóa học), hiện là công ty lớn thứ hai Hãng thiết bị CMP trên thế giới.
Hitachi High-Tech là công ty con của Tập đoàn Hitachi. Các công ty Nhật Bản đã nỗ lực phát triển kính hiển vi điện tử cao cấp sau chiến tranh, sau đó là Hitachi và Japan Electronics (JEOL) chiếm lĩnh các thị trường lớn trên toàn cầu. Thị trường chính dành cho việc kiểm tra chất bán dẫn do kính hiển vi điện tử của Hitachi High-Technology chiếm lĩnh là kết quả tự nhiên.
Ngành công nghiệp sản xuất chính xác của Nhật Bản nhìn chung rất mạnh và sản xuất thiết bị bán dẫn là một trong số đó. Sau những năm 1990, người dùng Nhật Bản giảm dần nhưng các công ty sản xuất thiết bị bán dẫn Nhật Bản vẫn duy trì được khả năng cạnh tranh mạnh mẽ. Có ba lý do:
Đầu tiên là rào cản kỹ thuật, sản xuất máy móc phức tạp có độ chính xác cao đòi hỏi phải tích lũy công nghệ;
Thứ hai là liên tục nghiên cứu phát triển và nâng cấp sản phẩm. Ngành công nghiệp bán dẫn không ngừng phát triển và tiến bộ, điều này đòi hỏi các nhà cung cấp thiết bị phải đồng thời cải tiến. Ví dụ, quá trình nghiên cứu và phát triển của Tokyo Electronics đã được thực hiện trước bốn thế hệ, về cơ bản, thiết bị mà công ty đang phát triển hiện nay là thiết bị sẽ được sử dụng trong mười năm sau;
Thứ ba, các nhà cung cấp thiết bị và khách hàng cùng nhau phát triển. Thiết bị cao cấp không hết sau khi bán ra, việc vận hành và bảo trì cũng rất quan trọng. Ví dụ, một máy in thạch bản EUV yêu cầu ASML bố trí khoảng sáu kỹ sư quanh năm để bảo trì tại chỗ. Một máy quang khắc thông thường cần phải đào tạo hơn ba tháng để thành thạo các phương pháp và kỹ thuật vận hành. Các công ty sản xuất thiết bị và người dùng có mối quan hệ ràng buộc sâu sắc, một khi đã hình thành mối quan hệ hợp tác thì khó có thể phá vỡ trừ khi có lý do đặc biệt.
Nhiều người có quan niệm sai lầm rằng chúng ta chỉ dở máy in thạch bản, còn những thứ khác thì dễ xử lý. Trên thực tế, các nhà máy sản xuất chất bán dẫn cần đến hàng trăm loại thiết bị chứ không chỉ riêng máy quang khắc. Ví dụ, đối với máy bơm chân không và nhiều loại máy bơm khác, Edwards của Anh và Ebara của Nhật Bản hiện chiếm phần lớn thị phần trên toàn cầu .
Đây là một ví dụ với đặc điểm của Nhật Bản. Mọi người đều biết rằng phần cứng của một chiếc máy in thạch bản có ba bộ phận chính: nguồn sáng, nhóm thấu kính và bàn làm việc phanh chính xác. Công ty Nhật Bản cung cấp nguồn sáng cho máy in thạch bản có tên là Gigaphoton, là công ty con thuộc sở hữu hoàn toàn của Komatsu Manufacturing Co., Ltd., công ty máy móc kỹ thuật lớn nhất Nhật Bản. Công ty được thành lập vào năm 2000 và trước đây là một phần của Viện nghiên cứu Komatsu.
Hiện tại, Gigaphoton cung cấp hệ thống nguồn sáng cho hơn 2.000 máy in thạch bản. Nhật Bản không có thị trường vốn phát triển như Hoa Kỳ và nguồn tài chính đổi mới cũng không thuận tiện như Hoa Kỳ. Tuy nhiên, Nhật Bản cũng không ngừng khám phá các lĩnh vực mới và nguồn tài trợ của nước này chủ yếu dựa vào trợ cấp chéo trong các doanh nghiệp. Các công ty Nhật Bản thường có nhiều ngành nghề kinh doanh và các doanh nghiệp có lợi nhuận sử dụng một phần lợi nhuận của mình để hỗ trợ nghiên cứu phát triển cơ bản và phát triển sản phẩm mới. Gigaphoton là một ví dụ điển hình.
Những ví dụ về Komatsu và Gigaphoton rất phổ biến ở Nhật Bản. Idemitsu Kosan là một công ty dầu mỏ lớn của Nhật Bản với hoạt động kinh doanh chính là kinh doanh dầu mỏ. Công ty bắt đầu phát triển vật liệu OLED vào năm 1985 và ra mắt sản phẩm vào năm 1999 sau khi trải qua những khó khăn. Hiện tại, công ty đang liên kết với BASF của Đức với tư cách là nhà cung cấp nguyên liệu thô quan trọng nhất cho OLED. Trong những năm gần đây, Idemitsu đã nghiên cứu chuyên sâu về chất điện phân cho pin thể rắn và số lượng bằng sáng chế liên quan được xếp vào hàng tốt nhất trên thế giới.
Tại sao Nikon lại thua ASML trong cuộc thi máy in thạch bản?
Vào giữa những năm 1980, Nikon và Canon nổi lên trong lĩnh vực máy quang khắc, đánh bại các ông thầy người Mỹ của họ. Năm 2002, Nikon mất thị phần vào tay ASML của Hà Lan. Tại thời điểm này, về cơ bản không có khoảng cách kỹ thuật giữa hai bên và thị phần tổng hợp của Nikon và Canon vẫn vượt quá ASML. Nhưng sau năm 2007, khoảng cách công nghệ giữa hai bên ngày càng rộng hơn.
Ngày nay, ASML là công ty duy nhất sản xuất các máy in thạch bản EUV tiên tiến nhất. Tác giả cho rằng các yếu tố sau quan trọng hơn:
Đầu tiên là tình hình cạnh tranh quốc tế. Những năm 1980, ngành công nghiệp bán dẫn của Nhật Bản phát triển nhanh chóng, cuối những năm 1980, thị phần của nước này đã vượt Mỹ, sau đó Mỹ buộc Nhật Bản phải ký Hiệp định bán dẫn Nhật-Mỹ để phong tỏa ngành bán dẫn Nhật Bản. Kết quả gián tiếp của xung đột bán dẫn Nhật-Mỹ là sự trỗi dậy của Hàn Quốc, Đài Loan và Hà Lan. Trên thị trường máy in thạch bản, Samsung và TSMC, với tư cách là người dùng, chắc chắn mong đợi sẽ có nhiều sự lựa chọn khác nhau để có thể có khả năng thương lượng. Khoảng năm 2000, Intel, Samsung và TSMC liên tiếp trở thành cổ đông của ASML, về cơ bản hình thành một liên minh hợp tác chiến lược, trong khi các công ty Nhật Bản bị loại trừ.
Thứ hai là những thay đổi của chính Nikon và môi trường nội địa của Nhật Bản. Tên ban đầu của Nikon là Nippon Optical Industry Co., Ltd., được thành lập vào năm 1917. Đây là một công ty được thành lập bởi Mitsubishi Zaibatsu vào thời điểm đó để sản xuất các sản phẩm quang học quân sự (máy đo xa quang học, kính thiên văn, v.v.) . Năm 1988, tên được đổi thành Nikon Co., Ltd. Sau chiến tranh, nguồn doanh thu chính của Nikon đến từ máy ảnh. Sau những năm 1990, doanh thu của máy quang khắc đã vượt xa máy ảnh.
Nikon bước chân vào lĩnh vực máy quang khắc nhờ nền tảng công nghiệp về thấu kính quang học và máy móc chính xác (bao gồm cả giao thoa kế sóng ánh sáng, v.v.) . Từ năm 1975 đến năm 1980, Bộ Thương mại và Công nghiệp Quốc tế Nhật Bản đã tổ chức “Viện nghiên cứu chung Super LSI” để thực hiện nghiên cứu chung về công nghệ nền xử lý siêu chính xác cho các sản phẩm bán dẫn. Khi đó, hàng trăm nhân viên kỹ thuật đã được huy động từ Fujitsu, Hitachi, Mitsubishi Electric, NEC và Toshiba để cùng nhau giải quyết vấn đề.
"Viện nghiên cứu chung Super LSI" ủy quyền cho Nikon và Canon phát triển máy in thạch bản, về bản chất, chính phủ Nhật Bản đã tài trợ cho việc nghiên cứu máy in thạch bản của Nikon và Canon. Khoảng năm 2000, bong bóng CNTT vỡ ở Mỹ, đầu tư vào chất bán dẫn sụt giảm và áp lực hoạt động của Nikon rất cao. Nếu Nikon chấp nhận khoản đầu tư cổ phần của Intel vào thời điểm đó thì kết quả có thể đã hoàn toàn khác. Nhưng Nikon thuộc sở hữu của Mitsubishi Zaibatsu nên việc chấp nhận đầu tư cổ phần từ Intel là không thực tế. Môi trường chung vào thời điểm đó là các công ty Nhật Bản rất phản đối việc các công ty nước ngoài mua cổ phần.
Trong số hai hãng quang khắc Nhật Bản, Nikon mạnh hơn Canon về năng lực kỹ thuật quang học cơ bản. Canon sau đó đã phát triển máy photocopy và máy in, trở thành sản phẩm mang lại lợi nhuận chính cho công ty. Nikon chủ yếu sản xuất máy ảnh và máy quang khắc. Sau nền kinh tế bong bóng, các công ty điện tích hợp sản xuất chất bán dẫn của Nhật Bản đã gặp khó khăn và thị phần của Nhật Bản trên thị trường bán dẫn thế giới tiếp tục giảm. Trong hoàn cảnh như vậy, thị trường nội địa Nhật Bản khó có thể hỗ trợ hai công ty máy in thạch bản, còn Nikon và Canon đã không tích hợp kịp thời hoạt động kinh doanh máy in thạch bản mà thay vào đó tiếp tục cạnh tranh với nhau.
Lý do thứ ba là ASML luôn đi theo con đường toàn cầu hóa, trong khi Nikon tập trung vào thị trường nội địa Nhật Bản. Thị trường nội địa Hà Lan rất nhỏ và không có công ty bán dẫn lớn nào ở châu Âu vào những năm 1990. Ngay từ đầu, ASML phải đi theo con đường quốc tế.
Khi nhắc đến ASML, giới truyền thông trong nước luôn quan tâm giới thiệu rằng Cymer của Mỹ cung cấp nguồn sáng và Zeiss của Đức cung cấp ống kính. Sự hiểu biết của chúng ta về máy in thạch bản không thể dừng lại ở mức độ này. Sự phát triển và tiến bộ không ngừng về công nghệ của công ty đòi hỏi sự hỗ trợ của thị trường và phản hồi liên tục từ khách hàng. Việc chỉ tìm nguồn cung ứng linh kiện chất lượng cao từ khắp nơi trên thế giới sẽ không tạo ra được một thiết bị hoàn hảo. Các chương trình điều khiển phía sau các máy móc chính xác như máy in thạch bản đều là phần mềm. Phần mềm cũng quan trọng như phần cứng như nguồn sáng và thấu kính. ASML tự kiểm soát việc phát triển phần mềm.
Năm 1982, chính quyền thành phố Flanders, Bỉ quyết định phát triển ngành công nghiệp vi điện tử. Năm 1984, chính quyền địa phương, giới doanh nghiệp và các trường đại học cùng nhau thành lập IMEC, một tổ chức phi lợi nhuận. Đồng thời, MEITEC, một nhà máy sản xuất sản phẩm bán dẫn, được thành lập. Quyền chủ tịch đầu tiên là Giáo sư Van Overstraeten của Đại học Leuven nổi tiếng. ASML và IMEC đã duy trì mối quan hệ hợp tác chặt chẽ trong một thời gian dài. Năm 1989, ASML giao máy in thạch bản 248 nanomet cho IMEC. Năm 1989, máy quang khắc 193 nanomet được cung cấp. Năm 2003, máy in thạch bản 157nm được cung cấp. Năm 2004, một máy in thạch bản ngâm chất lỏng đã được chuyển giao. Năm 2006, nguyên mẫu EUV đầu tiên đã được chuyển giao. Trong những ngày đầu phát triển ASML, IMEC đã cung cấp hỗ trợ kỹ thuật và phản hồi cho ASML, điều này có tác động rất lớn đến sự phát triển của ASML.
Sau năm 2000, ASML đã thành lập một liên minh tương đối ổn định với ba nhà sử dụng máy in thạch bản lớn nhất thế giới là Intel của Hoa Kỳ, Samsung của Hàn Quốc và TSMC của Đài Loan, Trung Quốc và tình hình chung đã được quyết định.
Những ngày đầu thành lập, Nikon đã tích lũy được nhiều công nghệ và thị trường nội địa Nhật Bản tương đối lớn nên Nikon đi theo con đường hợp tác trong nước. Sau năm 2000, người dùng cuối ở Nhật Bản tiếp tục giảm, doanh thu của Nikon tiếp tục giảm và đầu tư vào R&D không thể theo kịp. Trên thực tế, Nikon đã chế tạo nguyên mẫu EUV vào năm 2007, chỉ muộn hơn ASML một năm. Nguyên mẫu được phát triển cho nhóm nghiên cứu Selete của Nhật Bản. Selete là một công ty phát triển công nghệ bán dẫn chung được thành lập vào năm 1996 bởi mười công ty bán dẫn lớn của Nhật Bản với mỗi công ty đầu tư 500 triệu yên. Mười công ty đó là: Fujitsu, Hitachi, Panasonic, Mitsubishi Electric, NEC, OKI, Sanyo Electric, Sharp, Sony và Toshiba.
Xu hướng phát triển tiếp theo là hiển nhiên và Nikon đã thua ASML. Giá của một máy in thạch bản EUV vượt quá 150 triệu USD. Chi phí phát triển thiết bị như vậy có thể tưởng tượng được. Nếu không có hỗ trợ tài chính, Nikon sẽ không mạo hiểm với hoạt động R&D. Nhưng thỏa thuận bán dẫn Nhật-Mỹ đã hạn chế khả năng hành động của chính phủ Nhật Bản. Tuy nhiên, ngoài máy in thạch bản chip, Nikon còn có một nguồn thu nhập lớn sau năm 2006 - máy in thạch bản FPD , là những máy in thạch bản được sử dụng trong sản xuất tấm nền LCD. Trong lĩnh vực này, Nikon và Canon luôn chiếm thị phần lớn.
Tại sao Nikon lại thua ASML trong cuộc thi máy in thạch bản?
Nhật Bản luôn có thế mạnh trong lĩnh vực sản xuất thiết bị bán dẫn và vật liệu bán dẫn, ngoài ra Nhật Bản vẫn có một số sản phẩm bán dẫn duy trì sự hiện diện tương đối mạnh trên toàn thế giới. Chủ yếu là Cảm biến hình ảnh CMOS (sản phẩm bán dẫn chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện tử, chủ yếu được sử dụng trong máy ảnh kỹ thuật số và máy ảnh điện thoại thông minh) , chất bán dẫn điện (sản phẩm bán dẫn điều khiển nguồn điện trong các thiết bị khác nhau), Bộ nhớ Flash NAND , bộ vi xử lý ô tô (bộ vi xử lý điều khiển các chức năng khác nhau) bộ phận bao gồm cả động cơ), đèn LED (đèn LED cũng là một sản phẩm bán dẫn tổng hợp).Có hai lý do quan trọng nhất khiến các công ty Nhật Bản trong lĩnh vực sản xuất các loại sản phẩm bán dẫn này có thể kiên trì bền bỉ cho đến nay: (1) Kịch bản ứng dụng ổn định; (2) Đi đầu về tính độc đáo và năng suất công nghệ.
Các kịch bản ứng dụng ổn định và mở rộng là rất quan trọng. Sản phẩm bán dẫn phải được áp dụng cho một sản phẩm cụ thể. Sau những năm 1990, số ít sản phẩm bán dẫn mà Nhật Bản còn tồn tại đã tăng trưởng ổn định ở thị trường trong và ngoài nước.
Trường hợp 1: Cảm biến hình ảnh CMOS. Cảm biến hình ảnh CMOS có liên quan chặt chẽ đến sự phát triển của máy ảnh kỹ thuật số Nhật Bản sau những năm 1990. Hai bên hỗ trợ lẫn nhau và có sự tương tác tích cực. Sau chiến tranh, ngành công nghiệp máy ảnh Nhật Bản phát triển mạnh mẽ và các thương hiệu máy ảnh Nhật Bản do Nikon đại diện đã trở nên phổ biến trên toàn thế giới. Sau những năm 1990, các hãng máy ảnh, máy móc điện tử Nhật Bản lần lượt bước chân vào lĩnh vực máy ảnh kỹ thuật số, các công ty Nhật Bản luôn chiếm hơn 90% thị phần máy ảnh kỹ thuật số toàn cầu . Lợi nhuận thị trường dồi dào đã mang lại cho Sony thêm động lực R&D. Việc liên tục cải thiện hiệu suất của Cảm biến hình ảnh CMOS đã nâng cao sức hấp dẫn của máy ảnh kỹ thuật số và điện thoại di động, đồng thời tạo ra một thị trường lớn hơn. Đó là một sự tương tác tích cực tiêu chuẩn. Trong số đó, Sony đã bắt đầu nghiên cứu phát triển và ứng dụng CCD ngay từ những năm 1970, và đã không ngừng tích lũy và đạt được nhiều tiến bộ trong lĩnh vực này.
Trường hợp 2: Bộ vi xử lý ô tô. Năm 1980, sản lượng ô tô của Nhật Bản đạt khoảng 10 triệu chiếc, trở thành nhà sản xuất ô tô lớn nhất thế giới. Bộ vi xử lý ô tô có liên quan chặt chẽ đến các quy định về môi trường của Hoa Kỳ và cuộc khủng hoảng dầu mỏ những năm 1970. Hoa Kỳ đưa ra "Đạo luật sửa đổi làm sạch khí quyển năm 1970" vào năm 1970, còn được gọi là Muskie Act. Dự luật áp đặt các yêu cầu nghiêm ngặt về giảm phát thải đối với khí thải của xe mà nhiều công ty ô tô tin rằng không thể đạt được. Một số công ty ô tô Mỹ bắt đầu ủy quyền cho các công ty Nhật Bản phát triển bộ vi xử lý kiểm soát quá trình phun nhiên liệu và đốt lại khí thải của động cơ ô tô. Sau hơn 5 năm làm việc chăm chỉ, Toshiba đã phát triển thành công bộ vi xử lý này cho Ford vào cuối những năm 1970. Sau đó, công nghệ này đã được chuyển giao cho nhiều công ty ô tô khác nhau của Nhật Bản. Công ty bán dẫn Renesas của Nhật Bản đã tồn tại bền bỉ nhờ sản phẩm chính của hãng là chất bán dẫn ô tô.
Trường hợp 3: Chất bán dẫn điện. Hiện nay, mười công ty bán dẫn điện hàng đầu thế giới đến từ Đức, Nhật Bản và Hoa Kỳ. Infineon của Đức là mạnh nhất, vượt xa. Các công ty Nhật Bản chiếm 4 hoặc 5 ghế trong top 10, nói chung là Toshiba, Mitsubishi Electric, Fuji Electric, Hitachi và Rohm. Ngoại trừ Rohm, một công ty bán dẫn chuyên dụng, một số công ty trong số này là các công ty "động cơ tích hợp", tức là các công ty đa ngành như Siemens của Đức. Infineon là một công ty được tách ra từ Siemens.
Lộ trình kỹ thuật của các sản phẩm bán dẫn như chất bán dẫn điện và DRAM rất khác nhau và Nhật Bản đã hình thành chu kỳ tích cực trong lĩnh vực này. Ví dụ, Toshiba đã ra mắt máy điều hòa không khí dân dụng biến tần đầu tiên trên thế giới vào năm 1981. Cốt lõi của thiết bị biến tần là chất bán dẫn điện. Vào những năm 1990, Nhật Bản là nước đầu tiên đưa IGBT vào các phương tiện đường sắt và phương tiện Shinkansen, điều này đã thúc đẩy mạnh mẽ việc bảo tồn năng lượng trong lĩnh vực đường sắt.
Trường hợp 4: LED. Sau những năm 1990, Nhật Bản thống trị phát triển các lĩnh vực liên quan đến đèn LED, chủ yếu là do các nhà khoa học Nhật Bản đã tạo ra bước đột phá về công nghệ đèn LED xanh vào đầu những năm 1990. Trong số ba màu cơ bản, đèn LED phát ra màu xanh lam là màu cuối cùng vượt trội. Năm 2014, ba nhà khoa học Nhật Bản là Isamu Akasaki, Hiroshi Amano và Shuji Nakamura đã giành giải Nobel Vật lý nhờ những đóng góp của họ cho đèn LED màu xanh. Nichia Chemical, nơi Shuji Nakamura làm việc, là một công ty hóa chất quy mô nhỏ nằm ở tỉnh Tokushima, Nhật Bản, nhờ sự phát triển của đèn LED nên công ty đã phát triển 20 năm liên tiếp.
Liệu ngành bán dẫn Nhật Bản có lấy lại được vinh quang trước đây?
Bước sang năm 2023, chỉ số Topix của Nhật Bản đã quay trở lại mức đỉnh cao vào thời điểm kết thúc thời kỳ bong bóng kinh tế năm 1990 . Giá đất tại các khu vực cốt lõi của Tokyo, Nhật Bản đã quay trở lại mức đỉnh điểm vào năm 1989 vào năm 2021. Vậy liệu ngành bán dẫn Nhật Bản có thể lấy lại ánh hào quang những năm 1980, 1990? Tác giả tin rằng sự suy thoái của ngành công nghiệp bán dẫn Nhật Bản đã dừng lại và có khả năng cao là nó sẽ phục hồi trong tương lai, nhưng sẽ không trở lại thời kỳ huy hoàng trong quá khứ.
Lý do quan trọng nhất khiến ngành bán dẫn Nhật Bản ngừng suy thoái là do sự thay đổi của môi trường quốc tế, đó là sự xích mích giữa Trung Quốc và Hoa Kỳ và căng thẳng ở eo biển Đài Loan của Trung Quốc. Trong bối cảnh đó, vị thế chiến lược của Nhật Bản đã trải qua một số thay đổi tinh tế. Các nước phương Tây, dẫn đầu là Hoa Kỳ, đang có cảm giác khủng hoảng mạnh mẽ trước sự phụ thuộc quá mức vào xưởng đúc và đóng gói chip ở Đài Loan, Trung Quốc. Đồng thời, Chính phủ Nhật Bản đã nắm bắt cơ hội và đưa ra một số chính sách trợ cấp để hỗ trợ TSMC thành lập nhà máy tại tỉnh Kumamoto, Nhật Bản. Năm 2022, Nhật Bản sẽ thành lập một công ty bán dẫn quốc gia mới là Rapidus, công ty này dự kiến thành lập một nhà máy ở Hokkaido.
Không những Nhật Bản sẽ không lấy lại được vinh quang trong quá khứ mà cả Hoa Kỳ cũng vậy. Vào những năm 1980, ngành công nghiệp bán dẫn về cơ bản do các công ty Mỹ và Nhật Bản thống trị. Hiện nay, các công ty từ các nước lớn trên thế giới đang cạnh tranh trong ngành này. Sự cạnh tranh và phân công lao động quốc tế lớn này bắt đầu từ những năm 1990. Ví dụ, trong số mười công ty phần mềm bán dẫn hàng đầu, có bốn công ty ở Hoa Kỳ, hai công ty ở Vương quốc Anh, hai công ty ở Trung Quốc, một công ty ở Canada và một công ty ở Israel. Họ là ARM (Anh), Synopsys (Mỹ), Cadence Design Systems (Mỹ), Imagination Technologies (Anh), CEVA (Israel), SST (Mỹ), VeriSilicon (Trung Quốc), Alphawave (Canada), eMemory Technology (Đài Loan, Trung Quốc), Rambus (Mỹ).
Đối thủ cạnh tranh chính của IMS là Nuflare, công ty con của Tập đoàn Toshiba, được Intel mua lại vào năm 2016. Tập đoàn EV là số 1 trên thị trường toàn cầu về thiết bị liên kết tấm bán dẫn , một quy trình chính xác giúp liên kết các tấm bán dẫn silicon vào chip. Hầu hết các cảm biến hình ảnh CMOS do Sony, Samsung và OmniVision sản xuất đều sử dụng công nghệ của EV Group.
Liệu Nhật Bản có thể đạt được nhiều ảnh hưởng hơn trong ngành bán dẫn trong tương lai hay không phụ thuộc vào khả năng R&D của toàn bộ chuỗi ngành bán dẫn của Nhật Bản , đặc biệt là liệu nước này có thể tiếp tục hoạt động R&D và epitaxy trong các lĩnh vực có lợi thế của mình hay không. Ví dụ, Canon và Dainippon Printing đã tích cực phát triển công nghệ khử nano trong những năm gần đây và đã chính thức ra mắt thiết bị liên quan vào tháng 10 năm 2023. Nếu công nghệ này thành công, chi phí sản xuất sẽ giảm đáng kể so với việc sử dụng máy quang khắc, điều này sẽ làm xói mòn thị phần của ASML.
Sự khai sáng cho ngành công nghiệp bán dẫn của Trung Quốc
Trong những năm gần đây, Mỹ liên tục ngăn chặn sự phát triển của ngành bán dẫn Trung Quốc. Tác giả tin rằng Trung Quốc sẽ rất đau đớn trong thời gian ngắn và Hoa Kỳ có thể còn đau đớn hơn về lâu dài. Lý do rất đơn giản, Trung Quốc là thị trường bán dẫn lớn nhất, việc Mỹ ngăn chặn sẽ buộc Trung Quốc phải đẩy nhanh việc thay thế toàn bộ chuỗi ngành bán dẫn trong nước, đồng nghĩa với việc các công ty Mỹ sẽ mất thị trường khổng lồ này ở Trung Quốc.Trung Quốc có thể xem xét phản ứng ngày nay từ ba góc độ:
Điều quan trọng nhất trong ngắn hạn là ổn định quan hệ với Mỹ và các nước phát triển lớn khác. Sau những năm 1990, Hoa Kỳ không thể tự mình xây dựng một chuỗi công nghiệp bán dẫn hoàn chỉnh , đây là lý do tại sao Hoa Kỳ hiện đang thu hút Hà Lan và Nhật Bản.
Trong trung hạn, điều quan trọng nhất là phải đẩy nhanh việc giới thiệu nhân tài ở nước ngoài và bồi dưỡng những nhân tài liên quan đến chất bán dẫn trong nước . Trong vòng mười năm, hầu hết công việc chúng tôi làm đều là thay thế trong nước, nhiều lĩnh vực được chia nhỏ là công nghệ và sản phẩm đã được triển khai ở các nước phát triển cách đây 10 hoặc 20 năm.
Về lâu dài, nếu Trung Quốc muốn thống trị ngành bán dẫn, nước này cần phải tạo ra những đột phá về lý thuyết cơ bản, nếu không sẽ khó trở thành cường quốc bán dẫn.
Trong sự phát triển tương lai của ngành bán dẫn, Trung Quốc không phải không có lợi thế. Tác giả tin rằng cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư đang bùng nổ hiện nay là cơ hội ngàn năm có một cho sự phát triển chất bán dẫn của Trung Quốc. Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư bắt đầu vào khoảng năm 2020 với hai nội dung chính là DX và GX. DX là Digital Transformation, sự chuyển đổi số của nền kinh tế toàn cầu, trong đó quan trọng nhất là trí tuệ nhân tạo. GX là Chuyển đổi xanh, sự chuyển đổi xanh và ít carbon của nền kinh tế toàn cầu, trong đó quan trọng nhất là sự chuyển đổi từ năng lượng hóa thạch sang năng lượng tái tạo. Ba cuộc cách mạng công nghiệp đầu tiên đều do các nước châu Âu và châu Mỹ dẫn đầu. Trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư, Trung Quốc, Châu Âu, Hoa Kỳ và Nhật Bản nằm trên cùng một vạch xuất phát.
Trong cuộc cách mạng công nghiệp này, ngành công nghiệp ô tô cũng sẽ mở ra một sự thay đổi lớn trong một thế kỷ. Chiếc xe sẽ trở thành một sản phẩm thông minh. Hiện nay, một chiếc ô tô điện cao cấp cần khoảng 1.000 con chip (không phải tất cả đều là chip cao cấp) và khoảng 100 cảm biến. Phương tiện năng lượng mới là thị trường ứng dụng lớn nhất cho các sản phẩm bán dẫn và phương tiện năng lượng mới của Trung Quốc đã vươn lên dẫn đầu thế giới.
Trong kỷ nguyên carbon trung tính, tỷ lệ các nguồn năng lượng tái tạo như quang điện và năng lượng gió sẽ tăng lên, chất bán dẫn điện sẽ có nhiều kịch bản ứng dụng hơn. Hiện nay, chất bán dẫn thế hệ thứ ba được đại diện bởi silicon cacbua và gali nitrit cũng là những lĩnh vực quan trọng mà nhiều quốc gia đang cạnh tranh. Trong lĩnh vực này, Trung Quốc cũng ở phe đầu tiên.
Nhìn lại 70 năm qua, khi ngành bán dẫn Nhật Bản phát triển tương đối thuận lợi, có những ngành ứng dụng tương đối tốt, cả hai có mối quan hệ tương tác tích cực và hỗ trợ lẫn nhau. Trước những năm 1980, radio bán dẫn, máy tính điện tử và tivi đã cung cấp thị trường ứng dụng khổng lồ cho các sản phẩm bán dẫn. Ngành công nghiệp LCD của Nhật Bản cũng tích lũy được công nghệ sớm nhờ ứng dụng máy tính điện tử. Sau những năm 1980 là máy tính và sau những năm 1990 là máy tính cá nhân, máy ảnh kỹ thuật số và điện thoại di động. Sau năm 2007, máy tính cá nhân và điện thoại thông minh trở thành hai ngành ứng dụng sản phẩm bán dẫn lớn nhất nhưng các công ty Nhật Bản đã mất đi vị thế dẫn đầu trong việc phát triển hai ngành này, trực tiếp dẫn đến sự hồi phục chậm chạp của ngành bán dẫn Nhật Bản.
Không chỉ Nhật Bản mà cả ngành bán dẫn của Mỹ cũng vậy. Các sản phẩm bán dẫn trước những năm 1980 rất đắt tiền. Tại Hoa Kỳ, các đơn đặt hàng từ ngành công nghiệp quân sự và các cơ quan nghiên cứu khoa học hỗ trợ sự phát triển của ngành bán dẫn. Sau những năm 1990, Intel đứng đầu ngành bán dẫn toàn cầu trong 30 năm nhờ Intel cung cấp sản phẩm bán dẫn quan trọng nhất vào thời điểm đó là CPU. Bước sang năm 2023, công ty Nvidia của Mỹ đã trở thành công ty bán dẫn lớn nhất thế giới tính theo giá trị thị trường, bởi GPU của công ty này là sản phẩm bán dẫn quan trọng nhất trong kỷ nguyên trí tuệ nhân tạo.
