از خاکستر جنگ تا پادشاهی تراشه؛ روایت ظهور، سقوط و رستاخیز ژاپن در دنیای سیلیکون
کلام آخر: میراثی که در سیلیکون حک شد داستان پرفرازونشیب صنعت نیمه‌رسانای ژاپن، نمایشنامه‌ای کامل از ظهور، سقوط و رستگاری صنعتی است.
قوط ناگهانی امپراتوری تراشه‌سازی ژاپن در دهه ۸۰ میلادی، یکی از حیرت‌انگیزترین درام‌های تاریخ فناوری است. در سال ۱۹۸۰ وقتی مهندسان شرکت اچ‌پی در کالیفرنیا تراشه‌های وارداتی از ژاپن را زیر دستگاه آزمایش گذاشتند، عرق سردی بر پیشانی غول‌های دره سیلیکون نشست: خطای تراشه‌های آمریکایی بیست‌وهفت برابر رقبای ژاپنی بود.
آن روز ژاپن با سهم ۸۰ درصدی در آستانه بلعیدن کل بازار تراشه ایستاده بود؛ اما چه شد که امپراتوری بی‌رقیب خاور دور فروریخت و چطور در عصر هوش مصنوعی، سامورایی‌ها دوباره برای تاج‌وتخت سیلیکون شمشیر کشیده‌اند؟ ققنوس از خاکستر برمی‌خیزد ژاپن پس از جنگ جهانی دوم، تصویری از ویرانی مطلق بود.
اقتصاد متلاشی شده بود، منابع طبیعی ارزشمندی برای استخراج وجود نداشت و سرمایه‌ای هم در کار نبود. بااین‌حال در راهروهای ساکت وزارت صنعت تکنوکرات‌های آینده‌نگری نشسته بودند که می‌دانستند راه نجات کشور از مسیر ماشین‌آلات سنگین نمی‌گذرد.
آنها به این نتیجه رسیدند که تنها سرمایه واقعی، نبوغ انسانی و مهندسی در ابعاد میکروسکوپی است. پیدایش صنعت نیمه‌رسانای ژاپن، با یک سکانس سینمایی و همکاری پنهانی آغاز شد.
در سال ۱۹۴۸ آزمایشگاه بل در ایالات متحده ترانزیستور حالت جامد را به عنوان جایگزینی برای لامپ‌های خلاء شکننده و پرمصرف معرفی کرد. برای صنایع الکترونیک غرب، ترانزیستور پدیده‌ای تازه بود که هنوز کاربری چندانی برایش متصور نبودند.
در همان دوران صنعت‌گری هوشمند به نام «واتانابه» در راهروهای وزارت صنعت ژاپن، دوستی نزدیکی با یک مهندس سابق آزمایشگاه بل راه انداخته بود. روزی مهندس آمریکایی با لبخندی مرموز وارد دفتر واتانابه شد و گفت به گزارشی محرمانه از اختراع یک «تقویت‌کننده حالت جامد» دست یافته، اما حق ندارد درباره آن صحبت کند.
او گزارش فنی ترانزیستور را درست روی میز واتانابه جا گذاشت و از اتاق بیرون رفت. واتانابه سند را برداشت و بومی‌سازی فناوری نیمه‌رسانا در ژاپن رسماً از همان‌جا کلید خورد.
در سال ۱۹۵۳ شرکتی کوچک و نوپا در توکیو به نام «تسوشین کوگیو» تصمیم دیوانه‌واری گرفت. «ماسارو ایبوکا» هم‌بنیان‌گذار این شرکت که در جریان توسعه ترانزیستور قرار گرفته بود، چمدانش را بست، به آمریکا رفت و مبلغ نجومی ۲۵ هزار دلار را روی میز گذاشت تا حق امتیاز تجاری ترانزیستور بل را بخرد.
آن شرکت کوچک مدتی بعد تغییر نام داد و امروز دنیا آن را با یک اسم ماندگار می‌شناسد: «سونی» سونی در سال ۱۹۵۵ نخستین رادیوی ترانزیستوری ژاپن به نام TR-55 را روانه بازار کرد و دو سال بعد اولین رادیوی جیبی جهان از خط تولید خارج شد. ژاپنی‌ها به کل دنیا نشان دادند که فناوری پیچیده را می‌شود تا ابعاد جیبی کوچک کرد، با تیراژ میلیونی ساخت و با قیمتی به دست مردم رساند که هیچ تولیدکننده غربی حتی خوابش را هم نمی‌دید.
ردپای سامورایی‌ها در قلب اولین تراشه اینتل حتی پیش از آنکه یانکی‌های سیلیکون رویای فرمانروایی بر دنیا را در سر بپرورانند، این ذهنیت ژاپنی‌ها بود که سنگ‌بنای عصر پردازنده‌ها را گذاشت. در اواخر دهه ۶۰ میلادی شرکت ژاپنی «بوسیکام» برای ساخت نسلی نو از ماشین‌حساب‌های الکترونیکی سراغ شرکتی نوپا به نام اینتل رفت و مهندسان آمریکایی را با یک چالش ساختارشکن مواجه کرد.
اصرار و نیازهای فنی بوسیکام اینتل را مجبور کرد ایده چند مدار مجزای بی‌مصرف را کنار بگذارد و سرمایه‌گذاری روی یک چیپ همه‌فن‌حریف را آغاز کند؛ پروژه‌ای که در نهایت به تولد «اینتل ۴۰۰۴»، اولین ریزپردازنده تجاری جهان انجامید. اتحاد رقبا برای فتح بازارهای جهان موفقیت‌های سونی و بوسیکام آغاز راه بود، اما تبدیل شدن به قطب تراشه جهان به چیزی فراتر از خلاقیت‌های فردی نیاز داشت.
در میانه دهه ۱۹۷۰ جهان کامپیوتر درحال پوست‌اندازی بود. غول‌های رایانه‌ای و ریزپردازنده‌ها متولد می‌شدند و این مغزهای الکترونیکی بیش از هر چیز تشنه یک عنصر حیاتی بودند: حافظه‌های دسترسی تصادفی پویا یا همان DRAM.
این بازار جای فلسفه‌بافی نبود و تولید انبوه، قیمت رقابتی و نرخ پایین خطای کارخانه‌ای حرف اول و آخر را در آن می‌زد. هر شرکتی که می‌توانست سیلیکون سالم‌تری با کمترین دورریز تولید کند، نبض تجارت جهان را در دست می‌گرفت.
دولت ژاپن در پروژه‌ای حماسی به نام کنسرسیوم VLSI، پنج رقیب خونی که چشم دیدن یکدیگر را نداشتند از جمله توشیبا، هیتاچی و فوجیتسو را دور یک میز نشاند و با تزریق بودجه‌ای کلان، آنها را مجبور کرد تا برای حل چالش‌های مهندسی با هم همکاری کنند. نتیجه این همکاری ترکیب فناوری با فرهنگ وسواس‌گونه ژاپنی بود.
ژاپنی‌ها هوای کارخانه‌ها را تا مرز خلوص مطلق تصفیه کردند، خطای تولید را به «چند قطعه در میلیارد» رساندند و ربات‌ها را جایگزین انسان‌ها کردند تا مبادا لرزش دست یک کارگر، روی ویفر سیلیکونی خط بیندازد. دقت خطوط تولید به سطوحی رسیده بود که بعدها پایه‌های نظریه مشهور «شش سیگما» شد.
آوازه این تراشه‌ها که به آمریکا رسید، اچ‌پی (HP) تصمیم گرفت تراشه‌های حافظه‌ی ساخت آمریکا را با نمونه‌های ژاپنی مقایسه کند. نتیجه این آزمایش سیلیکون‌ولی را در شوک فرو برد.
تراشه‌های آمریکایی در بازرسی اولیه ۶ برابر بیشتر از ژاپنی‌ها خرابی داشتند و وقتی روی دستگاه نصب می‌شدند، این آمار فاجعه‌بارتر می‌شد و به ۲۷ برابر می‌رسید. تراشه‌های ژاپنی ارزان‌تر بودند، مثل ساعت کار می‌کردند و به وفور در بازار یافت می‌شدند.
تا اواسط دهه هشتاد، ژاپن بیش از ۸۰ درصد بازار جهانی حافظه را قبضه کرد. کار به جایی رسید که «اندی گروو»، مدیرعامل افسانه‌ای اینتل، پرچم سفید را بالا برد، قید تولید حافظه را زد و تمرکز شرکتش را روی ریزپردازنده‌ها گذاشت.
ژاپن فاتح بلامنازع دنیای تراشه‌ها شده بود. چماق ژئوپلیتیک؛ وقتی سیاست قواعد بازی را عوض کرد یکه‌تازی ژاپنی‌ها در خاک آمریکا با لبخند پاسخ داده نشد.
رسانه‌ها و کنگره موفقیت صنعتی ژاپن را دیگر صرفاً یک رقابت تجاری نمی‌دیدند و توکیو به عنوان خطری در برابر برتری تکنولوژیک و امنیت ملی ایالات متحده معرفی شد. وقتی کارخانه‌های پنتاگون برای پیشرفته‌ترین موشک‌ها و تجهیزات مخابراتی خود ناچار به واردات تراشه از ژاپن شدند، سناتورهای آمریکایی برای بازپس‌گیری سلطه، چماق ژئوپلیتیک را بالا بردند.
گام نخست در سال ۱۹۸۵ با «توافق پلازا» برداشته شد؛ پیمانی چندجانبه که ارزش پول ملی ژاپن (ین) را به شکل دستوری در برابر دلار آمریکا بالا برد. یک‌شبه صادرات ژاپن آن‌قدر گران شد که مزیت قیمت پایین تراشه‌ها دود شد و به هوا رفت.
ضربه اصلی یک سال بعد فرود آمد: «توافق‌نامه نیمه‌رسانای ۱۹۸۶ میان ایالات متحده و ژاپن». این معاهده، خنجری شد در قلب صنعت تراشه ژاپن.
زیر فشار طاقت‌فرسای دولت ریگان، توکیو مجبور شد تضمین دهد که حداقل ۲۰ درصد از بازار تراشه داخل ژاپن باید در اختیار شرکت‌های خارجی (عمدتاً آمریکایی) قرار بگیرد. همزمان وزارت بازرگانی ایالات متحده سازوکار بازرسی سختی به نام «قواعد ارزش منصفانه بازار» راه انداخت تا هرگونه تخفیف و فروش ارزان‌تر تراشه‌های DRAM ژاپنی را وتو کند و آنها را به دامپینگ متهم سازد.
در نهایت رونالد ریگان شخصاً وارد عمل شد و تعرفه کوبنده ۱۰۰ درصدی را روی ۳۰۰ میلیون دلار از کالاهای الکترونیکی صادراتی ژاپن اعمال کرد. طناب نظارتی محکم‌تر از همیشه به دور گلوی این صنعت پیچیده شده بود.
انقلاب تایوانی و سال‌هایی که دود شد فشارهای تحریمی آمریکا ضربه مهلکی بودند، اما واقعیت این است که کاخ امپراتوری ژاپن از درون ترک برداشته بود. بزرگ‌ترین عامل افول سرزمین آفتاب تابان، لجبازی مدیران ژاپنی در برابر تغییر مدل‌های تجاری در سطح جهان بود.
ژاپنی‌ها پیرو مدلی سنتی به نام IDM (تولیدکننده مجتمع قطعات) بودند. در این ساختار یک شرکت همه‌فن‌حریف مانند توشیبا یا فوجیتسو صفر تا صد کار را خودش انجام می‌داد؛ از کشیدن نقشه مدار مجتمع و ساخت فیزیکی ویفر در کارخانه گرفته تا بسته‌بندی، آزمایش و سرانجام نصب همان تراشه روی تلویزیون، کامپیوتر یا ماشین لباسشویی خود شرکت.
آنها ایمان داشتند که تفکیک طراحی از تولید، به روح مهندسی ضربه می‌زند. در سال ۱۹۸۷، مهندسی زیرک به نام «موریس چانگ» در تایوان شرکتی راه انداخت که نظم کهن را منهدم کرد: شرکت صنایع نیمه‌رسانای تایوان، یا همان TSMC.
چانگ ایده «ریخته‌گری محض» (Pure-Play Foundry) را ابداع کرد که زنجیره ارزش تولید تراشه را به دو تکه مستقل تقسیم می‌کند: 1. طراحان بدون کارخانه (Fabless): برندهای پیش‌رو نرم‌افزار و سخت‌افزار مانند انویدیا، کوالکام یا برودکام که میلیاردها دلار سرمایه را درگیر ساختمان‌های سنگین و آلاینده کارخانه‌ها نمی‌کردند و صرفاً روی معماری مدارها، هسته‌های پردازشی و نرم‌افزار تمرکز داشتند.
۲. کارخانه‌های ریخته‌گری تخصصی (Foundry): مجتمع‌های تولیدی بزرگ مانند TSMC طرحهای دیگران را با بالاترین کیفیت و کمترین هزینه ممکن روی ویفر پیاده می‌کردند.
مدیران ژاپنی با پوزخند از کنار این ایده گذشتند و معتقد بودند طراحی و ساخت هرگز نباید از هم جدا شوند. آنها اعتقاد داشتند ممکن نیست یک شرکت طرحهای محرمانه و با ارزشش را برای پیاده‌سازی در اختیار یک کمپانی خارجی دیگر بگذارد.
با کوچک‌تر شدن مقیاس لیتوگرافی، ساخت هر خط تولید جدید تراشه‌سازی به میلیاردها دلار سرمایه نیاز پیدا کرد. ژاپنی‌ها سرمایه‌های خود را میان ده‌ها شاخه غیرمرتبط از فروشگاه‌داری تا تولید لوازم خانگی پخش و تلف می‌کردند.
اما در تایوان و کره‌جنوبی غول‌هایی نظیر TSMC و سامسونگ همه پولشان را به پای ارتقای کارخانه‌ها می‌ریختند. همزمان دنیا وارد عصر کامپیوترهای شخصی شده بود.
مردم تراشه‌های ارزان و کارراه‌انداز می‌خواستند، اما ژاپنی‌ها همچنان داشتند تراشه‌هایی می‌ساختند که قرار بود ۲۵ سال در کامپیوترهای غول‌پیکر صنعتی دوام بیاورند. این لجبازی و ناتوانی در همگام شدن با نیاز بازار، سهم ژاپن را در بازار تراشه‌ها به زیر ۱۰ درصد رساند.
کره‌ای‌ها بازار رم را بلعیدند و تایوانی‌ها سلطان بی‌رقیب ریخته‌گری شدند. امپراتوری سامورایی‌ها به خوابی عمیق رفت که در تاریخ صنعت ژاپن به آن «سه دهه از دست‌رفته» می‌گویند.
بیداری اژدها در دنیای پس از کرونا همه‌چیز در خواب زمستانی ژاپن پیش می‌رفت تا اینکه در سال ۲۰۲۰ ویروس کرونا دنیا را فلج کرد. در کنار آن تهدیدهای فزاینده چین علیه تایوان و انفجار تقاضا برای زیرساخت‌های هوش مصنوعی، زنگ‌های خطر را برای بار دوم به صدا درآورد.
ابرقدرت‌ها پی بردند که اتکای بیش از ۹۰ درصد پیشرفته‌ترین تراشه‌های جهان به یک جزیره کوچک و زلزله‌خیز به نام تایوان، دیوانگی محض است. برای دولت توکیو این آشفتگی بهترین فرصت برای بازگشت به میدان بود.
آنها با تکیه بر خزانه عمومی و تزریق میلیاردها دلار سوبسید بی‌سابقه، یک نقشه دو محوره را به اجرا گذاشتند. محور اول: کشاندن رقیب به خانه دولت ژاپن با یک استراتژی هوشمندانه‌ای و پرداخت نیمی از هزینه‌ها TSMC تایوان را راضی کرد تا یک کارخانه عظیم در کوماموتو (که حالا به آن جزیره سیلیکون می‌گویند) بسازد.
فاز اول این کارخانه در رکوردی حیرت‌انگیز تکمیل شد تا تراشه‌های حیاتی ۱۲ نانومتری مورد نیاز صنایع اتومبیل‌سازی و رباتیک را تأمین کند. توسعه فاز دوم آن هم برای رسیدن به لیتوگرافی پیشرفته‌تر زیر ۷ نانومتر کلید خورده است.
محور دوم: قمار پروژه «راپیدوس» ژاپنی‌ها به همین قانع نشدند. آنها تصمیم گرفتند فاصله تکنولوژیک خود را با یک پرش بلند جبران کنند.
غول‌هایی مثل سونی، تویوتا و سافت‌بنک دور هم جمع شدند و شرکتی به نام «راپیدوس» (Rapidus) تأسیس کردند. آنها به جای اختراع دوباره چرخ، با غول‌های تحقیقاتی غرب یعنی بازوی پژوهشی آی‌بی‌ام (IBM Research) و موسسه مشهور ایمک (imec) در بلژیک وارد شراکت شدند.
راپیدوس درحال‌حاضر مشغول احداث یک ابرکارخانه فوق‌پیشرفته در هوکایدو است. هدف این پروژه سنگین رسیدن به بالاترین سطح لیتوگرافی فعلی، یعنی تولید انبوه پردازنده‌های ۲ نانومتری با معماری نوین GAA (ترانزیستورهای گیت همه‌جانبه) تا پایان همین دهه است؛ قطعاتی که مغز متفکر سرورهای هوش مصنوعی و ماشین‌های خودران نسل بعد خواهند بود.
شاهرگ نامرئی؛ انحصاری که هرگز از دست نرفت در تمام این سال‌ها که تیتر رسانه‌ها اپل، اینتل و تایوان بود، یک واقعیت مهم در سایه‌ها پنهان ماند: ژاپنی‌ها شاید جنگ تراشه‌های آماده و پردازنده‌ها را باخته باشد، اما تسلط بر بنیادی‌ترین و دقیق‌ترین حلقه‌های این زنجیره یعنی «علم مواد» و «ماشین‌آلات تخصصی» را در انحصار خود حفظ کردند: - خمیرمایه‌ی تکنولوژی: تراشه‌ها باید روی پایه‌ای از صفحات نازک سیلیکونی فوق‌خالص ساخته شوند. دو شرکت ژاپنی «شین‌اتسو» و «سامکو» به تنهایی بیش از نیمی از ویفرهای سیلیکونی فوق‌خالص جهان را تولید می‌کنند.
بدون این دیسک‌های براق هیچ کارخانه‌ای روی کره زمین نمی‌تواند یک تراشه ساده بسازد. - مواد فوتورزیست: مدارهای میکروسکوپی تراشه‌ها با تابش نور فرابنفش روی لایه‌ای از مواد شیمیایی حساس به نور ترسیم می‌شوند.
بیش از ۸۰ درصد بازار فوتورزیست‌های فوق‌پیشرفته نسل جدید (EUV و ArF) در دست شرکت‌های ژاپنی از جمله «توکیو اوکا کوگیو»، «جی‌اس‌آر» و «فوجی‌فیلم» است. بدون این مواد شیمیایی با خلوص عجیب‌وغریب، چاپ مدارهای نانومتری روی سیلیکون به شدت پیچیده و حتی ناممکن است.
- ماشین‌آلات حیاتی: شرکت «توکیو الکترون» انحصار ساخت تجهیزات پوشش‌دهی و حکاکی پلاسما را در دست دارد و «ادوان‌تست» حرف اول را در تجهیزات فوق‌پیشرفته سنجش و عیب‌یابی تراشه‌ها می‌زند. از دانش اپتیک دقیق کانن در ماشین‌های تخصصی هم نباید غافل شد.
اگر همین امروز دقت تجهیزات و خلوص مواد شیمیایی ژاپنی از چرخه تولید حذف شود، پیشرفته‌ترین کارخانه‌های تایوان، آمریکا و کره جنوبی در کمتر از یک ماه از پا می‌افتند. کلام آخر: میراثی که در سیلیکون حک شد داستان پرفرازونشیب صنعت نیمه‌رسانای ژاپن، نمایشنامه‌ای کامل از ظهور، سقوط و رستگاری صنعتی است.
این روایت به ما نشان می‌دهد که یک برنامه ملی دقیق و نبوغ مهندسی می‌تواند کشوری قحطی‌زده را به امپراتوری تراشه برساند اما مقاومت در برابر تغییر می‌تواند همان امپراتوری را به زانو درآورد. با ورود جهان به عصر هوش مصنوعی و معماری سه‌بعدی، ژاپن جذاب‌ترین فصل نمایشنامه را می‌نویسد.
امروز در کارخانه‌های کوماموتو همان روحیه و وسواس پس از جنگ جریان دارد. سامورایی‌ها شاید برای مدتی شمشیر را غلاف کرده بودند، اما حالا قوی‌تر از قبل به میدان رقابت تراشه برگشته‌اند.