背景介紹

半導(dǎo)體是一項(xiàng)對(duì)現(xiàn)代社會(huì)的各方各面都不可或缺的基礎(chǔ)技術(shù)，它們的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了智能手機(jī)、筆記本電腦和云基礎(chǔ)設(shè)施等典型的信息和通信技術(shù)，例如，醫(yī)院、汽車制造商和電力公司都依賴于越來越復(fù)雜的芯片。

生產(chǎn)這些芯片的全球半導(dǎo)體價(jià)值鏈?zhǔn)艿搅藳Q策者和媒體的廣泛關(guān)注，它是美中技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的核心，包括歐盟在內(nèi)的多個(gè)國家及地區(qū)都在努力加強(qiáng)自己的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，以減少對(duì)外國技術(shù)供應(yīng)商的依賴。

但是，半導(dǎo)體行業(yè)中一個(gè)經(jīng)常被忽視的方面是推進(jìn)尖端技術(shù)所需的研發(fā)（R&D）的數(shù)量。芯片行業(yè)是所有行業(yè)中研發(fā)利潤(rùn)率最高的行業(yè)之一——半導(dǎo)體公司很容易將其平均收入的18%以上用于研發(fā)。此外，絕大多數(shù)的研發(fā)都是由少數(shù)幾個(gè)國家完成的，它們是這一研究工作的中心。

為什么要專注于研發(fā)？美國、歐洲和韓國最近的政策舉措十分關(guān)注于半導(dǎo)體制造業(yè)——如何最好地補(bǔ)貼制造廠（fabs）和增加國內(nèi)晶圓產(chǎn)能，在現(xiàn)代晶圓廠的投資成本飆升的背景下這類舉措是可以理解的。

但半導(dǎo)體行業(yè)在能源效率、可持續(xù)性、新材料等方面也同樣面臨許多技術(shù)挑戰(zhàn)，因此，所有工藝環(huán)節(jié)的研發(fā)都至關(guān)重要。從地緣政治學(xué)和地緣經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度來看，芯片的生產(chǎn)地可能很重要，但誰來開發(fā)、定義和塑造我們未來的芯片，也同樣重要。

在首次嘗試評(píng)估不同國家和地區(qū)的半導(dǎo)體研發(fā)實(shí)力時(shí)，SNV的數(shù)據(jù)科學(xué)部門與“技術(shù)和地緣政治計(jì)劃”合作，共同分析了三個(gè)主要半導(dǎo)體學(xué)術(shù)會(huì)議的論文貢獻(xiàn)：

國際電子器件會(huì)議（IEDM）始于1955年，涵蓋了從半導(dǎo)體和電子器件技術(shù)到設(shè)計(jì)、制造、物理和建模的技術(shù)創(chuàng)新等整個(gè)半導(dǎo)體價(jià)值鏈的國際研究。

國際固態(tài)電路會(huì)議（ISSCC）始于1954年，匯集了固態(tài)電路和片上系統(tǒng)領(lǐng)域的頂尖專家，涵蓋半導(dǎo)體設(shè)計(jì)過程不同階段的科學(xué)成就。

VLSI技術(shù)和電路研討會(huì)始于1981年，它連接了兩個(gè)關(guān)于半導(dǎo)體技術(shù)和電路的國際多利益相關(guān)者會(huì)議，旨在就從工藝技術(shù)到片上系統(tǒng)等共同感興趣的主題創(chuàng)造協(xié)同效應(yīng)。VLSI研討會(huì)的重點(diǎn)是研究超大規(guī)模集成電路（VLSI）的制造和設(shè)計(jì)。

以下是從定量分析中得出的一些關(guān)鍵見解，我們邀請(qǐng)您自己在報(bào)告末尾的交互式圖表中探索這些數(shù)據(jù)。要進(jìn)一步了解我們的方法，它的局限性和挑戰(zhàn)，請(qǐng)查看底部的常見問題。要了解更多關(guān)于SNV數(shù)據(jù)科學(xué)部門的信息，請(qǐng)隨時(shí)聯(lián)系Pegah Maham，如果您對(duì)SNV在半導(dǎo)體和地緣政治方面的工作感興趣，請(qǐng)聯(lián)系Jan-Peter Kleinhans。

分析

分析結(jié)論1：在過去的25年里，美國和日本開發(fā)了未來的芯片

可以看到：例如，中國臺(tái)灣的組織或大學(xué)（合作）在過去的25年中，在所有三個(gè)會(huì)議（IEDM、ISSCC、VLSI）上撰寫了1201篇研究論文，也就是說，這1201篇論文中，每篇論文至少有一個(gè)作者來自中國臺(tái)灣的一個(gè)組織或大學(xué)。

這意味著：首先，很難高估美國和日本的組織和大學(xué)對(duì)半導(dǎo)體研發(fā)的重要性。在過去25年中，這兩個(gè)國家的論文貢獻(xiàn)加起來超過了世界其他國家的總和（10.338對(duì)8.187）。雖然各國的研究力量隨著時(shí)間的推移而不斷轉(zhuǎn)移，特別是在日本，但它們對(duì)半導(dǎo)體研發(fā)的整體重要性和貢獻(xiàn)是巨大的。

其次，只有少數(shù)地區(qū)開發(fā)出未來的芯片。美國、日本、歐洲、韓國、中國臺(tái)灣和中國大陸不僅是半導(dǎo)體價(jià)值鏈最重要的地區(qū)，也是迄今為止半導(dǎo)體研發(fā)最重要的地區(qū)。在過去的25年里，美國、日本、韓國、中國臺(tái)灣和比利時(shí)這五個(gè)主要國家和地區(qū)論文占了所有論文的75%。

分析結(jié)論2：美國和歐盟一直擁有很高的研究實(shí)力

可以看到：上面的圖表顯示了美國和歐盟28國（包括英國）每年的論文貢獻(xiàn)比例。例如，2005年，歐盟（共同）撰寫了21%的會(huì)議論文，美國（共同）撰寫了40%的會(huì)議論文。

這意味著：首先，美國是一個(gè)半導(dǎo)體研發(fā)大國——平均而言，超過40%的會(huì)議論文是由美國組織或機(jī)構(gòu)撰寫或合著的。此外，美國能夠在過去25年中保持如此高水平的研發(fā)貢獻(xiàn)，部分原因是美國的大型芯片設(shè)計(jì)行業(yè)。

近30年來，美國半導(dǎo)體公司控制著全球芯片市場(chǎng)（銷售額）的50%左右。由于半導(dǎo)體行業(yè)是研發(fā)利潤(rùn)率最高的行業(yè)之一——公司將其收入的18%左右投資于研發(fā)——更高的收入直接轉(zhuǎn)化為更多的研發(fā)力量。

其次，歐盟在過去25年中（1995年：13%，2020年：25%）的論文貢獻(xiàn)幾乎翻了一番，而30年來，歐洲公司在全球芯片銷售中所占的市場(chǎng)份額很小，只有不到10%。

將一個(gè)地區(qū)的研究力量與其市場(chǎng)份額進(jìn)行比較，能反映出創(chuàng)新轉(zhuǎn)化為發(fā)明的效果的能力如何。與研究能力相比，市場(chǎng)份額顯著降低，這表明歐洲生態(tài)系統(tǒng)在從研發(fā)中獲取價(jià)值方面存在潛在障礙和低效。

分析結(jié)論3：深入分析歐洲——擁有領(lǐng)先RTO的成員國貢獻(xiàn)最大

可以看到：上圖顯示了歐盟成員國每年的論文投入的相對(duì)份額。例如，在2020年，比利時(shí)的組織和大學(xué)（合作）撰寫了8.7%的會(huì)議論文，而法國貢獻(xiàn)了6.1%的會(huì)議論文。

本圖表中各成員國的累計(jì)貢獻(xiàn)高于上一圖表中歐盟的貢獻(xiàn)，因?yàn)榉▏?、比利時(shí)和德國可能會(huì)共同撰寫同一篇論文，這使得每個(gè)國家都有1個(gè)貢獻(xiàn)額，但該論文對(duì)歐盟來說只有1個(gè)貢獻(xiàn)額。

這意味著：首先，歐盟的絕大多數(shù)研發(fā)力量來自少數(shù)成員國——比利時(shí)、法國、德國、荷蘭、意大利和英國——在過去25年中，這些國家一直占?xì)W盟論文貢獻(xiàn)的80%以上。2020年，僅比利時(shí)和法國就占了歐盟論文總數(shù)的一半以上。

其次，論文投稿最多的成員國（比利時(shí)、法國和德國）也有重要的半導(dǎo)體行業(yè)研究和技術(shù)組織（RTO）：imec（比利時(shí)）、CEA Leti（法國）和Fraunhofer（德國）。過去25年，比利時(shí)的論文貢獻(xiàn)份額大幅增加，因?yàn)閕mec處于工藝升級(jí)的前沿，并與TSMC、三星、英特爾等公司密切合作來生產(chǎn)更小的晶體管。

分析結(jié)論4： 中國大陸、韓國和中國臺(tái)灣地區(qū)的研發(fā)實(shí)力顯著提高

可以看到：中國大陸、韓國和中國臺(tái)灣地區(qū)每年的論文投稿的比例。例如，在2014年提交的所有會(huì)議論文中，中國大陸貢獻(xiàn)了5%，韓國占8.8%，中國臺(tái)灣地區(qū)占13%。

這意味著：

首先，中國大陸、韓國和中國臺(tái)灣在半導(dǎo)體研發(fā)中扮演著越來越重要的角色——這三個(gè)國家及地區(qū)在2020年的會(huì)議論文中所占比例超過了三分之一。它們不再僅僅是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的制造中心，而是深深地嵌入到未來芯片的開發(fā)中。

第二，特別是中國大陸在過去十年中顯著提高其研發(fā)能力，這與海思（Huawei）、中芯國際（SMIC）和Goodix等具有全球競(jìng)爭(zhēng)力的中國半導(dǎo)體企業(yè)的崛起相關(guān)。雖然中國在整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈上高度依賴外國技術(shù)提供商，但其原始研究論文的貢獻(xiàn)已經(jīng)高于比利時(shí)。

第三，由于韓國和中國臺(tái)灣是尖端晶圓制造業(yè)最重要的國家及地區(qū)，因此他們的公司（中國臺(tái)灣的臺(tái)積電、韓國的三星和韓國的SK-Hynix）和研究機(jī)構(gòu)（中國臺(tái)灣的ITRI）也大量從事研發(fā)是有道理的。

分析結(jié)論5：相反方向的發(fā)展——日本的份額下降，而中國的份額上升

可以看到：上面的圖表顯示了中國和日本的組織和大學(xué)每年在所有三個(gè)會(huì)議上的論文貢獻(xiàn)的相對(duì)份額。2015年，日本占所有會(huì)議論文的18%，而中國占3.8%。

這意味著：首先，日本的科研實(shí)力在過去25年中大幅下降，從1995年的近40%下降到2020年的不到10%。日本在半導(dǎo)體價(jià)值鏈中的整體份額也是如此：而在1990年，十大半導(dǎo)體公司（銷售額）中有六家是日本公司，2020年，沒有一家日本公司躋身前十。

第二，與此相反，中國的發(fā)展尤其令人印象深刻。就在10年前，他們根本沒有利害關(guān)系。直到最近5年，中國才成功接近日本，并最終在2020年超越日本。作為后來者和過去25年增長(zhǎng)最快的地區(qū)，中國的份額從2015年的4%增長(zhǎng)到2020年的10%，增長(zhǎng)了一倍多。

分析結(jié)論6：歐盟最重要的研究伙伴是美國，中國超過日本成為其第二大研究伙伴

可以看到：上面的圖表顯示了歐盟和外國之間的合作數(shù)量。imec（比利時(shí)）與Intel（美國）、Sony（日本）、JCET（中國）聯(lián)合撰寫的一份假設(shè)性的聯(lián)合論文將被視為這些國家的一個(gè)合作。在這里，我們選擇了歐盟與中國、日本、美國的研究合作。下面的圖表顯示了歐盟的論文貢獻(xiàn)總數(shù)。2020年，歐盟與中國機(jī)構(gòu)或大學(xué)合作發(fā)表論文11篇（占全部164篇?dú)W盟論文的7%），與日本合作發(fā)表論文4篇（占全部歐盟論文的2%），約五分之一的論文（共34篇）是與美國合作的。

這意味著：首先，對(duì)歐洲來說，迄今為止最重要的研發(fā)伙伴是美國。在過去的五年里，歐盟至少有15%的論文是與美國的研發(fā)合作。

第二，有趣的是，排在第二位的是中國——自2016年以來，歐洲與中國合著的論文比與日本合著的論文多。

分析結(jié)論7：中國與著名的研發(fā)伙伴合作

可以看到：在這里，我們舉例說明中國與歐盟、中國臺(tái)灣和美國的論文合作。2005年，中國提交了3篇會(huì)議論文，其中一篇與中國臺(tái)灣合作，另一篇與美國合作。

這意味著：首先，作為半導(dǎo)體行業(yè)的快速追隨者，中國從一開始就注重研究合作。中國最重要的研發(fā)合作伙伴是美國和歐洲：中國近一半的會(huì)議論文是與歐洲或美國合著的。

其次，底部較小的圖表說明了自2010年以來，中國的研發(fā)參與率增長(zhǎng)的速度和幅度。

結(jié)論

誰在開發(fā)我們未來的芯片？這個(gè)問題的答案在過去的25年里開始發(fā)生變化，在過去的10年里更是如此。首先，盡管美國現(xiàn)在是并將繼續(xù)是一個(gè)半導(dǎo)體研究大國，但亞洲國家及地區(qū)——特別是中國大陸、韓國和中國臺(tái)灣——在半導(dǎo)體研發(fā)中發(fā)揮著越來越重要的作用。

在一個(gè)嚴(yán)重依賴研發(fā)的價(jià)值鏈中，這不應(yīng)令人感到意外：目前世界上只有中國臺(tái)灣和韓國擁有7nm及以下的最先進(jìn)制造能力。

為了提高尖端技術(shù)并發(fā)展未來的制造工藝，臺(tái)積電（中國臺(tái)灣）和三星（韓國）等公司大量投資于其研發(fā)工作——通常與歐洲RTO或美國芯片設(shè)計(jì)公司合作。因此，中國大陸、韓國和中國臺(tái)灣不僅成為芯片制造中心，而且是重要的研究伙伴。

第二，科研協(xié)作發(fā)揮著越來越重要的作用。雖然目前歐洲、美國和中國關(guān)于半導(dǎo)體的政策辯論主要是關(guān)于“技術(shù)主權(quán)”、“經(jīng)濟(jì)安全”和“自力更生”，但半導(dǎo)體研究界的國際合作也在大大加強(qiáng)：1995年，美國只有11%的論文是與外國研究伙伴合著的，而2020年，美國約36%的論文是基于國際合作。

如今，要跟上摩爾定律的步伐，研究人員的數(shù)量是上世紀(jì)70年代的18倍——加強(qiáng)國際研究合作是克服半導(dǎo)體行業(yè)未來面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)的唯一出路。因此，政策制定者最好鼓勵(lì)半導(dǎo)體研究領(lǐng)域的國際合作。

第三，市場(chǎng)份額的減少似乎與研發(fā)能力的下降有相關(guān)性：日本的全球芯片銷售從1990年的49%下降到2020年的6%，同時(shí)其研究貢獻(xiàn)從1995年的40%下降到2020年的不到10%。

這些發(fā)展是簡(jiǎn)單地并行進(jìn)行還是一個(gè)導(dǎo)致另一個(gè)，這一點(diǎn)我們無法通過數(shù)據(jù)分析得出答案。但對(duì)歐洲來說，可能會(huì)有一些教訓(xùn)（和警告），歐洲的研發(fā)能力大大高于其市場(chǎng)份額，部分原因是imec、CEA-Leti和Fraunhofer等非常成功的RTO。

說明

這是SNV首次對(duì)半導(dǎo)體研發(fā)力量進(jìn)行分析，以更好地了解誰在開發(fā)未來的芯片、行業(yè)動(dòng)態(tài)、能力平衡以及全球半導(dǎo)體價(jià)值鏈內(nèi)的合作。隨后將進(jìn)行進(jìn)一步的分析。

SNV的“技術(shù)和地緣政治項(xiàng)目”是在荷蘭經(jīng)濟(jì)事務(wù)和氣候政策部、芬蘭國家緊急供應(yīng)局、芬蘭外交部、德國聯(lián)邦外交部和瑞典外交部的支持下實(shí)現(xiàn)的。本文所表達(dá)的觀點(diǎn)不一定代表這些部委的官方立場(chǎng)。

SNV的數(shù)據(jù)科學(xué)單元是由Stiftung Mercator實(shí)現(xiàn)的。

交互式圖表：瀏覽數(shù)據(jù)

在本節(jié)中，您可以了解我們過去25年全球論文貢獻(xiàn)和論文合作的數(shù)據(jù)。

論文貢獻(xiàn) （1995 - 2020）

上圖顯示各個(gè)國家及地區(qū)每年的論文發(fā)表數(shù)量。您可以使用上面的按鈕在條形圖或折線圖與貢獻(xiàn)份額或絕對(duì)值之間切換。在圖表右側(cè)選擇要比較的國家。底部較小的圖表提供了有關(guān)每年論文投稿總數(shù)的信息。

論文合作 （1995 - 2020）

首先，從圖表上方的下拉列表中選擇一個(gè)國家。接下來，選擇要顯示的與所選國家的研究協(xié)作的國家。然后可以使用下拉列表下面的按鈕在條形圖或折線圖之間切換。底部有兩個(gè)較小的圖表：第一個(gè)顯示選定國家的論文投稿總數(shù)。第二個(gè)是指每年的論文投稿總數(shù)。

“沒有國際合作”（No intern. coop.）的計(jì)數(shù)包括沒有任何國際合作的所有論文。這意味著，來自一個(gè)作者或機(jī)構(gòu)的論文也包括在內(nèi)。

編輯：jq