背景介紹

半導(dǎo)體是一項對現(xiàn)代社會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)競爭的核心，包括歐盟在內(nèi)的多個國家及地區(qū)都在努力加強(qiáng)自己的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，以減少對外國技術(shù)供應(yīng)商的依賴。

但是，半導(dǎo)體行業(yè)中一個經(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。

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

國際電子器件會議（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、制造、物理和建模的技術(shù)創(chuàng)新等整個半導(dǎo)體價值鏈的國際研究。

國際固態(tài)電路會議（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)計過程不同階段的科學(xué)成就。

VLSI技術(shù)和電路研討會始于1981年，它連接了兩個關(guān)于半導(dǎo)體技術(shù)和電路的國際多利益相關(guān)者會議，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研討會的重點是研究超大規(guī)模集成電路（VLSI）的制造和設(shè)計。

以下是從定量分析中得出的一些關(guān)鍵見解，我們邀請您自己在報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，請隨時聯(lián)系Pegah Maham，如果您對SNV在半導(dǎo)體和地緣政治方面的工作感興趣，請聯(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，中國臺灣的組織或大學(xué)（合作）在過去的25年中，在所有三個會議（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作者來自中國臺灣的一個組織或大學(xué)。

這意味著：首先，很難高估美國和日本的組織和大學(xué)對半導(dǎo)體研發(fā)的重要性。在過去25年中，這兩個國家的論文貢獻(xiàn)加起來超過了世界其他國家的總和（10.338對8.187）。雖然各國的研究力量隨著時間的推移而不斷轉(zhuǎn)移，特別是在日本，但它們對半導(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、中國臺灣和中國大陸不僅是半導(dǎo)體價值鏈最重要的地區(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、中國臺灣和比利時這五個主要國家和地區(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%的會議論文，美國（共同）撰寫了40%的會議論文。

這意味著：首先，美國是一個半導(dǎo)體研發(fā)大國——平均而言，超過40%的會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)計行業(yè)。

近30年來，美國半導(dǎo)體公司控制著全球芯片市場（銷售額）的50%左右。由于半導(dǎo)體行業(yè)是研發(fā)利潤率最高的行業(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份額很小，只有不到10%。

將一個地區(qū)的研究力量與其市場份額進(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份額。例如，在2020年，比利時的組織和大學(xué)（合作）撰寫了8.7%的會議論文，而法國貢獻(xiàn)了6.1%的會議論文。

本圖表中各成員國的累計貢獻(xiàn)高于上一圖表中歐盟的貢獻(xiàn)，因為法國、比利時和德國可能會共同撰寫同一篇論文，這使得每個國家都有1個貢獻(xiàn)額，但該論文對歐盟來說只有1個貢獻(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、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、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）、CEA Leti（法國）和Fraunhofer（德國）。過去25年，比利時的論文貢獻(xiàn)份額大幅增加，因為imec處于工藝升級的前沿，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、韓國和中國臺灣地區(qū)的研發(fā)實力顯著提高

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

這意味著：

首先，中國大陸、韓國和中國臺灣在半導(dǎo)體研發(fā)中扮演著越來越重要的角色——這三個國家及地區(qū)在2020年的會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等具有全球競爭力的中國半導(dǎo)體企業(yè)的崛起相關(guān)。雖然中國在整個半導(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。

第三，由于韓國和中國臺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（中國臺灣的臺積電、韓國的三星和韓國的SK-Hynix）和研究機(jī)構(gòu)（中國臺灣的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)每年在所有三個會議上的論文貢獻(xiàn)的相對份額。2015年，日本占所有會議論文的18%，而中國占3.8%。

這意味著：首先，日本的科研實力在過去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年增長最快的地區(qū)，中國的份額從2015年的4%增長到2020年的10%，增長了一倍多。

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）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篇歐盟論文的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、中國臺灣和美國的論文合作。2005年，中國提交了3篇會議論文，其中一篇與中國臺灣合作，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)參與率增長的速度和幅度。

結(jié)論

誰在開發(fā)我們未來的芯片？這個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。

在一個嚴(yán)重依賴研發(fā)的價值鏈中，這不應(yīng)令人感到意外：目前世界上只有中國臺灣和韓國擁有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，臺積電（中國臺灣）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)計公司合作。因此，中國大陸、韓國和中國臺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半導(dǎo)體研究領(lǐng)域的國際合作。

第三，市場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)展是簡單地并行進(jìn)行還是一個導(dǎo)致另一個，這一點我們無法通過數(shù)據(jù)分析得出答案。但對歐洲來說，可能會有一些教訓(xùn)（和警告），歐洲的研發(fā)能力大大高于其市場份額，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)動態(tài)、能力平衡以及全球半導(dǎo)體價值鏈內(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現(xiàn)的。本文所表達(dá)的觀點不一定代表這些部委的官方立場。

SNV的數(shù)據(jù)科學(xué)單元是由Stiftung Mercator實現(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。底部有兩個較小的圖表：第一個顯示選定國家的論文投稿總數(shù)。第二個是指每年的論文投稿總數(shù)。

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

編輯：jq