背景介紹

半導體是一項對現(xiàn)代社會的各方各面都不可或缺的基礎技術，它們的應用遠遠超出了智能手機、筆記本電腦和云基礎設施等典型的信息和通信技術，例如，醫(yī)院、汽車制造商和電力公司都依賴于越來越復雜的芯片。

生產(chǎn)這些芯片的全球半導體價值鏈受到了決策者和媒體的廣泛關注，它是美中技術競爭的核心，包括歐盟在內(nèi)的多個國家及地區(qū)都在努力加強自己的半導體產(chǎn)業(yè)，以減少對外國技術供應商的依賴。

但是，半導體行業(yè)中一個經(jīng)常被忽視的方面是推進尖端技術所需的研發(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注于半導體制造業(yè)——如何最好地補貼制造廠（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挑戰(zhàn)，因此，所有工藝環(huán)節(jié)的研發(fā)都至關重要。從地緣政治學和地緣經(jīng)濟學的角度來看，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)的半導體研發(fā)實力時，SNV的數(shù)據(jù)科學部門與“技術和地緣政治計劃”合作，共同分析了三個主要半導體學術會議的論文貢獻：

國際電子器件會議（IEDM）始于1955年，涵蓋了從半導體和電子器件技術到設計、制造、物理和建模的技術創(chuàng)新等整個半導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)領域的頂尖專家，涵蓋半導體設計過程不同階段的科學成就。

VLSI技術和電路研討會始于1981年，它連接了兩個關于半導體技術和電路的國際多利益相關者會議，旨在就從工藝技術到片上系統(tǒng)等共同感興趣的主題創(chuàng)造協(xié)同效應。VLSI研討會的重點是研究超大規(guī)模集成電路（VLSI）的制造和設計。

以下是從定量分析中得出的一些關鍵見解，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。要了解更多關于SNV數(shù)據(jù)科學部門的信息，請隨時聯(lián)系Pegah Maham，如果您對SNV在半導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（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。

這意味著：首先，很難高估美國和日本的組織和大學對半導體研發(fā)的重要性。在過去25年中，這兩個國家的論文貢獻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，但它們對半導體研發(fā)的整體重要性和貢獻是巨大的。

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體價值鏈最重要的地區(qū)，也是迄今為止半導體研發(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構撰寫或合著的。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，部分原因是美國的大型芯片設計行業(yè)。

近30年來，美國半導體公司控制著全球芯片市場（銷售額）的50%左右。由于半導體行業(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。

分析結論3：深入分析歐洲——擁有領先RTO的成員國貢獻最大

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（合作）撰寫了8.7%的會議論文，而法國貢獻了6.1%的會議論文。

本圖表中各成員國的累計貢獻高于上一圖表中歐盟的貢獻，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個貢獻額，但該論文對歐盟來說只有1個貢獻額。

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，這些國家一直占歐盟論文貢獻的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）也有重要的半導體行業(yè)研究和技術組織（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體企業(yè)的崛起相關。雖然中國在整個半導體產(chǎn)業(yè)鏈上高度依賴外國技術提供商，但其原始研究論文的貢獻已經(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）和研究機構（中國臺灣的ITRI）也大量從事研發(fā)是有道理的。

分析結論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每年在所有三個會議上的論文貢獻的相對份額。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%。日本在半導體價值鏈中的整體份額也是如此：而在1990年，十大半導體公司（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總數(shù)。2020年，歐盟與中國機構或大學合作發(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——在半導體研發(fā)中發(fā)揮著越來越重要的作用。

在一個嚴重依賴研發(fā)的價值鏈中，這不應令人感到意外：目前世界上只有中國臺灣和韓國擁有7nm及以下的最先進制造能力。

為了提高尖端技術并發(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、美國和中國關于半導體的政策辯論主要是關于“技術主權”、“經(jīng)濟安全”和“自力更生”，但半導體研究界的國際合作也在大大加強：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70年代的18倍——加強國際研究合作是克服半導體行業(yè)未來面臨的技術挑戰(zhàn)的唯一出路。因此，政策制定者最好鼓勵半導體研究領域的國際合作。

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)展是簡單地并行進行還是一個導致另一個，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（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首次對半導體研發(fā)力量進行分析，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體價值鏈內(nèi)的合作。隨后將進行進一步的分析。

SNV的“技術和地緣政治項目”是在荷蘭經(jīng)濟事務和氣候政策部、芬蘭國家緊急供應局、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年全球論文貢獻和論文合作的數(shù)據(jù)。

論文貢獻 （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份額或絕對值之間切換。在圖表右側選擇要比較的國家。底部較小的圖表提供了有關每年論文投稿總數(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，來自一個作者或機構的論文也包括在內(nèi)。

編輯：jq