Mỹ giã gạo, Nhật Bản nhào bột và Hàn Quốc ăn miếng bánh DRAM

Khởi đầu
John Bardeen của phòng thí nghiệm Bell thuộc tập đoàn điện thoại AT&T Mỹ đạt giải Nobel vật lý nhờ phát minh bóng bán dẫn năm 1946 và giữ bí mật trong nửa năm để làm thủ tục đăng ký bản quyền

Mùa hè 1948 công ty công bố ra công chúng thời điểm Nhật Bản bị phe đồng minh chiếm đóng

Watanabe nhân viên bộ ngoại thương và công nghiệp (MITI) Nhật Bản đánh bạn với một cựu kỹ sư phòng thí nghiệm Bell lúc ấy làm ở trụ sở điều hành quân chiếm đóng đồng minh (GHQ) và được nghe kể về phát minh trên

Watanabe và các nhân viên MITI khác nhận ra tầm quan trọng của phát minh ấy và đã chỉ đạo ngành công nghiệp Nhật Bản tự làm ra phiên bản nội của riêng mình

Nhật Bản học về bóng bán dẫn
MITI cho ra phòng thí nghiệp kỹ thuật điện ETL

ETL sau đó chia thành điện thoại điện báo Nippon NTT

Các nhà nghiên cứu Nhật Bản lúc ấy gặp khó khăn không chỉ thiết bị mà còn không đủ thực phẩm hậu thế chiến 2. Giao thông bị hạn chế và không có vốn ngoại tệ mua kỹ thuật ngoại
Watanabe và đồng môn dẫn đầu nhóm nghiên cứu ETL. Họ bay đến Mỹ mang về những mẫu thử bóng bán dẫn

GHQ thành lập các thư viện ở Nhật Bản, những thư viện trả tiền thuê theo dõi những bài viết kỹ thuật của phòng thí nghiệm Bell

Cộng đồng vật lý Nhật Bản mở các hội thảo bán dẫn để các nhà nghiên cứu trình bày khám phá của mình, hội thảo đầu tiên vào tháng 4 năm 1950

Năm 1951 các nhà khoa học Nhật Bản ở NTT và công ty điện Nippon (NEC) thành công tạo ra phiên bản tương tự với bóng bán dẫn, nhưng không theo kip tiêu chuẩn công nghiệp lúc ấy

Năm 1953 công ty Tokyo Tsushin Kogyo đưa tin rằng Western Electric bộ phận sản xuất của phòng Bell thuộc AT&T đang công khai bán bản quyền sản xuất bóng bán dẫn của họ với giá 25 000 đôla Mỹ kèm 2-3% phí bản quyền

Lý do
Năm 1948 phòng thí nghiệm Bell làm ra bóng bán dẫn bằng germanium (nguyên tố Ge 32) thô sơ và chưa thấy lợi ích kỹ thuật so với ống chân không, ít nhất là trước khi chuyển sang silicon

Chưa hết, Bell phát minh bóng bán dẫn ngay lập tức gây lo ngại về tập đoàn điện thoại Mỹ nắm độc quyền kỹ thuật đáng giá ấy cho nên họ đã phải bận bịu hầu toà chính phủ Mỹ kiện chống độc quyền

Bán bản quyền bóng bán dẫn cho công ty khác là một cách để xoa dịu dư luận, đã có 35 công ty điện tử nhận mua đơn chào hàng của Bell, trong đó có nhiều công ty sản xuất Mỹ GE, Raytheon và Texas Instruments

Lúc ấy Tokyo Tsushin Kogyo của Nhật Bản chỉ là một công ty nhỏ với 120 nhân viên – đã nhờ bộ MITI tài trợ tiền mua, trước đó đã liên lạc với Western Electric sẵn. MITI không vui vẻ về việc công ty khởi nghiệp nhỏ này chơi tiền trảm hậu tấu như thế, nhưng bộ cũng chấp thuận

công ty Tokyo Tsushin Kogyo sau này đã đổi tên thành Sony

Sản phẩm đài phát thanh Sony
người Mỹ phát minh bóng bán dẫn nhưng Sony Nhật Bản mới có công phổ cập hoá đài phát thanh dựa trên bóng bán dẫn, nhờ tiện ích và cơ động

năm 1954 công ty Texas Instrument ra mắt đài phát thanh bóng bán dẫn thương mại đầu tiên chiếc “nhiếp chính” TR-1 một sản phẩm nhỏ và cơ động nhưng thiếu những tính năng – chất lượng âm thanh – thua sản phẩm cạnh tranh ống chân không vì những biện pháp giảm chi phí sản xuất

dù vậy những người trải nghiệm sản phẩm cũng thấy đấy là tương lai – một đài phát thanh nhận tín hiệu vô tuyến có kích thước bỏ túi – các chuyên gia tiên đoán bán được 20 triệu máy trong 3 năm

các công ty Nhật Bản tài năng chạy đua làm ra sản phẩm nội.

Kobe Kogyo một công ty lớn sản xuất ống electron đã ký hợp đồng với tập đoàn RCA Mỹ để mua công nghệ bóng bán dẫn

Năm 1954 họ ra mắt đài phát thanh bóng bán dẫn đầu tiên, chạy được nhưng không đủ chất lượng để bán rộng rãi, khiến công ty phá sản, và Sony nhảy vào

Sau đàm phán, công ty nhỏ lúc ấy mua lại gói bản quyền của phòng thí nghiệm Bell, bao gồm một số mẫu bóng bán dẫn, một miếng tinh thể germanium chất lượng cao và một sách hướng dẫn khá vô dụng “kỹ thuật bán dẫn” của phòng thí nghiệm Bell

Quan trọng hơn, các kỹ sư Sony có cơ hội 3 tháng làm việc ở một nhà máy của Western Electric để vẽ và gửi ghi chép chi tiết những gì họ nghiên cứu được tại đó

Đài phát thanh
Để đài phát thành làm việc được, cần một loại bóng bán dẫn mới – bóng bán dẫn cực tự lớn (loại bóng bán dẫn lưỡng cực đầu tiên) – với tỷ lệ lỗi nhỏ chấp nhận được

Năm 1955 tỷ lệ không lỗi của Sony là 5% chỉ bằng một nửa ở Mỹ

Không nản chỉ, công ty bắt đầu sản xuất và bán đài phát thành bóng bán dẫn, gây tranh cãi trong nước, vì cực kỳ rủi ro khó tin được rằng họ có thể tăng tỷ lệ không lỗi lên đủ cao để đạt lợi nhuận

Sony vay mượn vốn để chi trả tiền nghiên cứu phát triển đắt đỏ, ấy là một quyết định đem cả công ty ra đặt cược

Chiếc đài phát thanh Sony TR-55 là chiếc đài phát thanh bóng bán dẫn đầu tiên bày bán ở Nhật Bản – ưu điểm nhỏ cơ động pin khoẻ bù cho chất lượng âm thanh kém

Đài phát thành Sony bán chạy đặc biệt ra nước ngoài. Năm 1955 chưa đến 5% kim ngạch xuất khẩu của Nhật Bản là hàng điện tử. Đến năm 1960 con số tăng thành 16%, trong năm mà Nhật Bản bán được 10 triệu chiếc phát thanh Sony sang Mỹ

Chỉ vài năm sau đấy, những công ty dựa vào kỹ thuật ống electron cũ như NEC, Toshiba và Hitachi cũng ra mắt đài phát thành của mình. Công ty Kobe Kogyo ở trên cũng xoay xở cải thiện tỷ lệ không lỗi của mình và thâm nhập thị trường năm 1957, sau rốt sát nhập vào Fujitsu năm 1964

Thị trường đài phát thanh bóng bán dẫn vỡ bong bóng vì sản phẩm của 11 công ty điện tử Nhật Bản cùng bán ra. Sony thoát được khủng hoảng thừa nhờ cho ra mắt sản phẩm khác như đài phát thành [bóng bán dẫn] FM và sau đó là tivi

Đến năm 1960 tiềm lực sản xuất bóng bán dẫn Nhật đã sánh ngang Mỹ, nhưng lúc ấy thì cuộc cách mạng mới cũng đã nổ ra.

Năm 1959 Robert Noyce của công ty Fairchild độc lập phát minh ra mạch tích hợp (IC) đơn tinh thể (bán dẫn) đầu tiên. Mạch tích hợp này có tiềm năng thương mại hơn rất nhiều so với mạch tích hợp lai được Jack Kilby phát minh năm 1958

ấy là vì mạch tích hợp đơn tinh thể có tất cả các bóng bán dẫn nằm trên một miếng silicon duy nhất – khiến nó dễ dàng hơn rất nhiều cho sản xuất thương mại

sau khi đăng ký bản quyền công nghệ ấy, Fairchild nhượng quyền cho NEC chỉ 3 năm sau phát minh

lần này các công ty mạch tích hợp Nhật Bản gặp khó hơn rất nhiều trong việc bắt kịp các đối thủ Mỹ vì 2 lý do
đầu tiên: ngành công nghiệp mạch tích hợp Mỹ tiến rất nhanh. Thị trường thương mại bị chính phủ phủ sóng là thị trường chính, thị trường chính bùng nổ tạo động lực cho các mạch tích hợp phức tạp hơn.
Từ 1963 đến 1965 giá bán mạch tích hợp trung bình hạ từ 50 xuống còn chưa đến 9 đôla Mỹ, sản lượng tăng trưởng gấp 20 lần
Thứ hai: phần lớn các thiết bị khắc chế mạch tích hợp cần thiết – lĩnh vực như quang khắc, phún xạ và thiết bị cấy ion – phải mua của các công ty Mỹ. Các công ty Nhật phải lần mò nhập khẩu từ Mỹ và không dễ

Hụt hơi
Trong thập niên 1960 chính sách của bộ MITI khuyến khích nhập khẩu công nghệ, ví dụ tài trợ mua bản quyền và sát nhập công nghệ bóng bán dẫn thưở đầu, hoặc chặn hàng điện tử nước ngoài không được nhập vào thị trường nội Nhật Bản nếu không có hợp đồng chuyển giao công nghệ

Chính sách nhập khẩu công nghệ này dẫn đến một số bắt kịp khả dĩ vào lúc đầu và thậm chí là một số thành công thương mại. Ví dụ phát triển một cụm sản xuất thiết bị nhỏ ở miền nam Tokyo

Tuy nhiên sớm rõ ràng rằng các công ty sản xuất mạch tích hợp Nhật không bắt kịp được người Mỹ, nhất là những cái mới và thời thượng nhất trong ngành mạch tích hợp bộ nhớ, cụ thể là DRAM bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên động

Từ năm 1974 đến 2000 vòng đời sản phẩm DRAM trung bình vào khoảng 2-3 năm. Gía dao động mạnh và không khoan nhượng. Ví dụ năm 2007 thanh DRAM 1gb bán giá 10 đôla Mỹ, chỉ sau một năm giá còn 1 đôla vì khủng hoảng thừa

Vì thế, công ty tiên phong trong ngành bộ nhớ còn căng thẳng hơn cả trung bình ngành bán dẫn, vì cần phải là người đầu tiên ra mắt sản phẩm, bán giá cao thu lãi nhanh trước khi các đối thủ còn lại đuổi kịp.

Cuộc chạy đua càng khó khăn khi giá thành thiết bị dây chuyền khắc đúc vi mạch càng lúc càng tăng

Tụt hậu
đầu thập niên 1970 Mỹ dẫn đầu thị trường DRAM với Intel và Advanced Memory Systems bán ram 1k cho máy chủ

Intel dẫn đầu thị trường nhờ tiết kiệm chi phí

Nhật Bản muốn đuổi theo Mỹ nhưng mỗi khi tái tạo lại được sản phẩm Mỹ, người Mỹ đã có thế hệ kế tiếp.

ấy là khi ram từ 1k chuyển sang 4k rồi 16k

không có vi mạch tốt, ngành máy chủ Nhật Bản không bao giờ cạnh tranh được các tập đoàn Mỹ như IBM, lúc ấy Nhật Bản chỉ lê lết bắt kịp những người khổng lồ

năm 1971 bộ MITI tái cơ cấu ngành máy tính từ 6 công ty riêng lẻ thành 3 tập đoàn, nhưng họ vẫn tiếp tục cạnh tranh nhau, cho nên MITI đã trực tiếp tổ chức và phối hợp nghiên cứu phát triển lên toàn bộ ngành bán dẫn Nhật Bản để ra mắt thế hệ máy tính kế tiếp.

ấy là dự án VLSI năm 1975 tập hợp 5 công ty lớn Fujitsu Hitachi Mitsubishi Electric NEC Toshiba vẫn là những đối thủ cạnh tranh, không có Sony là công ty điện tử tiêu dùng

dự án giao nhiều phần của tiến trình xử lý vi khắc cho các nhân viên nghiên cứu của các công ty, hậu thuẫn bởi ngân quỹ chính phủ từ 1976 đến 1980, thu 1000 bằng sáng chế trong tất các các phần của tiến trình vi khắc

căn bản dự án giúp sinh sôi tiên phong Nhật Bản trong hai ngành chủ chốt: quang khắc và kỹ thuật tinh thể silicon.

Nhật Bản dẫn dắt những lĩnh vực ấy và ngành bán dẫn chuyển gần như toàn bộ từ Mỹ về công ty nội

Sau 16k là 64k và ngành DRAM Nhật Bản quyết định họ cần phát triển tiến trình sản xuất cho cả 16k và 64k cùng một lúc, nhờ phát hiện trong dự án nghiên cứu VLSI mà mong muốn trở nên khả thi

Tháng 4 năm 1977 NTT công bố phát triển thành công 64k đầu tiên thế giới

Năm 1979 NEC và Hitachi và Fujitsu đều chào bán 64k cùng lúc với người Mỹ, chưa kể sản phẩm Nhật Bản còn tốt hơn, mặc dù người Mỹ phát minh và tiên phong công nghệ tự động hoá trên dây chuyền sản xuất bán dẫn, người Nhật Bản thành thạo nó, bí quyết nằm ở đầu tư vào các tiến trình liên kết nhiệt hạch máy-tính-kiểm-soát – là bước lắp ráp nối các mạch tích hợp IC hoàn thiên với nhau trên một bảng mạch.

công ty Mỹ chọn cách sử dụng lao động thuê ngoài giá rẻ để lắp ráp bước cuối ấy, còn người Nhật tự động hoá hoàn toàn và thu được kết quả vượt mặt đối thủ

một nghiên cứu năm 1980 của Hewlett-Packard (công ty HP) so sánh chất lượng Mỹ và Nhật Bản cho thấy kể cả sản phẩm tốt nhất của công ty Mỹ vẫn nhiều lỗi gấp 6 lần sản phẩm tệ nhất của Nhật Bản

tỷ lệ không lỗi của người Nhật Bản đạt 70-80% trong khi người Mỹ chỉ đạt cao nhất 50-60% và nhờ thế sản phẩm Nhật rẻ hơn (ít lỗi)

thị trường DRAM do đó náo loạn, sau năm 1985 chỉ còn hai công ty Mỹ trụ lại là Micron và Texas Instruments, các công ty Nhật và một công ty Hàn Quốc là Samsung

VLSI tại sao?
Đáng lẽ có dự án VLSI nhưng Mỹ phản đối tài trợ chính phủ cho những dự án nghiên cứu phát triển như vậy sẽ tạo tiền lệ thương mại bất công. Dù sao thì dự án đã nhấn mạnh tầm quan trọng chính sách của ngành bán dẫn và một nghiên cứu VLSI điên cuồng ở Nhật Bản sớm kế tiếp

Các nhà nghiên cứu bắt đầu tò mò về lý do dự án VLSI thành công. Ấy là vì như các tổ chức nghiên cứu Vương quốc Anh cũng hưởng tài trợ chính phủ và thành công, nhưng những hợp tác nước ngoài khác giữa chính phủ và tổ chức nghiên cứu thì lại không

Câu trả lời có lẽ vì dự án VLSI đúng thời điểm khi ngành bán dẫn đương thời không đa dạng hay phức tạp như ngày nay. Chưa có máy tính cá nhân, điện thoại thông minh, điện toán đám mây, trí thông minh nhân tạo chưa ra đời, chỉ có máy chủ

Chưa hết, thập niên 1970 là thời điểm giá thành dây chuyền làm vi mạch bắt đầu vọt lên hàng tỷ đôla, vẫn có thể thành tựu cải tiến kỹ thuật lớn đơn thuần bằng cách cải thiện tiến trình sản xuất

Kết luận
Nhiều thành tựu Nhật Bản có vẻ vô lý, toàn những quyết định chân tơ kẽ tóc và những chính sách nghịch lý

Nhưng mọi hành động đều có phản ứng thích đáng. Nhật Bản trỗi dậy đã kích hoạt nỗ lực căng thẳng trong ngành sản xuất bán dẫn Mỹ, và khác với nhiều ngành khác, Mỹ hung hăng phản đòn

Rồi nhiều nước khác bắt chước Nhật Bản, đáng kể nhất là tập đoàn bán dẫn khổng lồ nhanh chân ở Hàn Quốc

người Nhật Bản cảm thán: Mỹ giã gạo, Nhật Bản nhào bột và Hàn Quốc ăn miếng bánh DRAM