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日本半导体发展史:小小计算器,时代大竞争

类别:公司新闻 发布时间:2020-06-15 19:19

之前有文章讲述了索尼前身的东京通信工业将收音机的真空管改造成晶体管而拉开了日本半导体发展序幕之事,其实一个部品的发展很难引起人们的注意,普通的消费者关注的是最终的消费品,而索尼将其定位到收音机之上。在1960年代,日本同样也有一个消费品,引起了全球的热潮,那就是“计算器”。现在的计算器有多种多样,尺寸做到非常小,但是在上个世纪60年代,计算器还是属于“奢侈品”。

如果说引发晶体管拉开了日本半导体序幕,IC(微电子集成电路)以及LSI(大规模集成电路)则掀起了日本半导体的高潮。索尼的创始人井深大在晶体管开发过程当中起到了关键作用,而这位叫做佐佐木正的人,也同样可以与之相提并论。

世界上第一台计算器是1962年发售的,由Bell Punch公司开发研制,名字叫做ANITA Mark VIII,使用的是真空管,是一台高速且静音的电子计算器。在此之前,计算器都是机械式的,计算的同时,可以听到齿轮以及滑轨处理的声音,并且计算速度也受到机械性能的限制。

日本公司知道这台计算器以后,也都买进ANITA Mark VIII,想要仿制类似的产品。佐佐木正当时任职于神户工业,已经工作了24年,与其他公司相同,佐佐木正所在的公司也想要抢先模仿这台计算器。神户工业在战前属于日本毛织的子公司,当时叫做川西机械制作所,战后改名为神户工业,是一家有着很优秀的技术团队的公司,培养了类似于获得诺贝尔奖的江崎玲於奈等人。1964年6月份,佐佐木正受到夏普常务佐伯旭的邀请,正式从神户工业离职,跳槽到夏普。

夏普(早年叫做早川电机)从1960年开始研究半导体、极超短波以及计算机等项目,在1964年左右已经建立了相关的研究体系。当时夏普的社长早川德次认为,下一个时代的商品会是计算器,因此大力组建团队研究Bell Punch公司开发的ANITA Mark VIII计算器。当时夏普的技术团队认为,可以将ANITA Mark VIII中的真空管用晶体管替代,可以改变真空管性能带来的弊端。

当时真空管计算器有着特有的缺点,比如按下电源以后,需要等到真空管发热以后才能够启动使用;需要放入较多的真空管,体积很大;真空管的信赖性使得其故障率高等。

1964年夏普开发出世界上第一台晶体管电子计算器,高25cm,宽24cm,长44cm,重量为25公斤,样式设计基本参照ANITA Mark VIII。这款电子计算器使用了530个双极晶体管以及2300个二极管,1964年5月份,该款电子计算器出现在东京商业展会之上。当时这款计算器受到了国际市场的关注,但是在日本销量并不好,其问题在于价格以及使用的方便性之上。(当时的售价为53万5000日元,按照现在 的价钱大约是14万RMB左右)

在了解日本国内需求以后,佐佐木正着手开发第二代电子计算器,目标是50万日元以下。因为有小型化的要求,考虑到散热等问题,采用了较多的双极晶体管。1965年9月份,夏普发售CS-20A,价格为49万8000日元,重量只有16公斤。这台计算器在当时成为了爆红产品,也正是这台计算器的推动,许多厂家开始研讨加入竞争的行列。

在2号机发售以后,佐佐木正并未闲着,而是考虑下一个产品要如何制作。当时全球的计算器制造水平有限,价格昂贵,多是公司法人购买。佐佐木正想要开发一款面向一般家庭和个人的产品,这样的想法就要求计算器需要进一步缩小,价格进一步降低。

佐佐木正在年轻的开发者面前曾经这样说:数字计算的工作交给机械,人类应该做更加具有创造性的工作。计算器是人体的一部分,应该做成能够放入口袋随身携带的产品。单单将个别半导体部件小型化是无法达到整体小型化的,也无法降低成本,想要在家庭中普及计算器,需要IC化。

夏普本身并没有制造IC的能力,于是开始寻求IC生产厂家进行协助。当时IC是使用在大型电脑上的部品,很多厂家以无法使用在计算器之上而拒绝了佐佐木正的要求。为了让更多厂家认识到IC在计算器上的前景,佐佐木正自己制作了很多资料,向厂家一一解释。功夫不负有心人,日本的三菱电机最终同意与夏普一起开发计算器用的IC部件。

1967年,CS-31发布,是世界上首个IC计算器。计算电路等方面是三菱电机协助设计,使用了28个双极集成电路。价格是33万日元,高12cm,重量为13公斤。

就如同前文所讲,首台IC计算器并未达到佐佐木正的最终目的,他也在追求着更加先进的方案,最终他将目光投向了MOS-IC。双极集成电路虽然速度快,稳定性好,但是电力消耗大,构造复杂,难以高度集成化,想要实现终极目标,必然需要高度集成化的IC芯片,此时他面临的问题就是:如何稳定生产高度集成化的MOS-IC。

1965年以后,日本的硅表面处理技术已经得到了很大发展。1966年,佐佐木正与三菱电机继续维持合作开发体系,但是也在寻求更多方案,开始与NEC和日立制作所建立合作开发关系。此时日本的计算器厂家已经逐渐有了竞争态势,出现了索尼、佳能、大井电机以及卡西欧等强力对手。1967年12月份,夏普搭载了日立生产的MOS-IC的计算器CS-16A发布,价格是23万日元,重量只有4公斤。可是距离佐佐木正的目标,依然遥远!

佐佐木正最终的目标是实现MOS-LSI化,将计算器进一步缩小。但是刚刚为夏普开发了CS-16A用的MOS-IC的日立制作所并未给他明确的开发回复,认为这个事情难以短时间内完成。佐佐木正又做起了同样的工作,前往各个厂家进行游说,但是日本厂家都不愿意接受MOS-LSI化的要求。他别无选择,开始将目光投向海外市场,当时向以TI为代表的数十家美国企业提出了开发要求,但是全部被回绝。美国当时以军需产业为中心,各个企业的利润率很高,实在看不上佐佐木提出小小计算器的开发项目。不过最终有一个家公司愿意为夏普开发MOS-LSI,是位于北美的罗克韦尔公司。数量为300万个,价格为3000万美金。

1969年,夏普发布QT-8D产品,搭载了4个MOS-LSI以及两个MOS-IC,价格是99800日元。长24.7cm,宽13.5cm,高7.2cm。这款产品一经发布,就成为了“跨时代”的象征。当时的日经新闻称其为“革命品”,因为没有人见过这么小的计算器。

看到这样的成果以后,美国公司也不再“淡定”,以TI为首的美国公司开始着手研发计算器用的MOS-LSI部品,并且主动的开始寻求日本厂家的订单。日本的计算机厂家也受到夏普的刺激,开始大量的采购美国的MOS-LSI部品,因此日本国内厂家订单骤减。日立制作所与罗克韦尔公司几乎同时开发出了搭载8个LSI可以进行四则演算用的电路,并且建立了可以大规模供货的体系。但是日本的计算器厂家已经将主要的目光投向了美国供应商,使得日立陷入被动。

投向美国供应商的主要原因之一就是“便宜”!美国工厂多是建在海外欠发达地区,人工费用便宜,同样性能的产品,美国制造要比日本制造便宜30%左右。因此,当时日本计算器当中的IC以及LSI部品几乎90%以上都是从美国公司采购的。这样的情况直到1971年才开始转变,尼克松总统宣布美元-黄金本位终结,固定汇率制度转变,日元一度上升。日本厂家受到此事的影响,也逐渐转变生产策略,开始积极地推进自动化以及管控品质。

日本对于自动化的挑战是从1960年代开始,实际运用到生产现场的是从1970年代开始的,这样的努力并未白费。美国的IC产品的不良率引起了日本厂家的重视,美国的东南亚工厂的品质问题频出,一度造成了4%的市场不良。虽然设备先进,管控方式先进,但是操作员的意识无法跟上,导致品质管控出现问题。各个计算器生产厂家,为此也将目光逐渐转向国内。

进入了1970年代以后,进入了1个LSI时代,价格竞争更加激烈。当年,欧姆龙推出了4万日元的计算器,是当时其他厂家计算器的一半。1971年,卡西欧推出了能够装在口袋当中的计算器“卡西欧迷你”,市场售价仅为12800日元,对日本市场造成了巨大冲击。使用的LSI是日立生产。之后NEC也推出相关的MOS-LSI产品,市场竞争进一步活跃。

要知道在2年前还需要花费10万日元才能够买到的计算器,现在已经降到了1万日元,并且还能够收纳到口袋当中。卡西欧推出的产品,在10个月当中销售了将近100万台!

在卡西欧发布小型计算器的2年后,佐佐木正引领的夏普开发团队发售了最终产品EL-805,这款产品是佐佐木正所追求的最终产品。使用了CMOS,搭载液晶屏幕。这一年,是他进入夏普的第九年。

1950年代,井深大拉开了日本晶体管的序幕;1960年代,佐佐木正推动了IC化,LSI化的进程。他们两个都是技术出身,但是有一个共同点,那就是开发让人们感动,能够获得人们笑脸的产品。计算器在人们的生活当中,只是一个物品而已,但是殊不知,在一代又一代的进化当中,背后有许多人的辛酸劳累。佐佐木正的在夏普的9年,一直寻求着自己的梦想,那就是能够将计算器普及到一般家庭当中。

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