基于專利數(shù)據(jù)的芯片領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新動(dòng)態(tài)測(cè)度

毛薦其 ，郭夏夏 ，毛才瑋，郝存浩

（1.山東工商學(xué)院工商管理學(xué)院，山東 煙臺(tái) 264005；2.葉史瓦大學(xué)科學(xué)與健康學(xué)院，美國(guó) 紐約 10033）

1 引言

2018年，美國(guó)悍然發(fā)起對(duì)華貿(mào)易戰(zhàn)，限制高科技產(chǎn)品對(duì)華出口，特別是芯片，中國(guó)相關(guān)企業(yè)被迫從依賴進(jìn)口向自主研發(fā)轉(zhuǎn)型。2018年以來(lái)，我國(guó)中興通訊在內(nèi)的多家實(shí)體企業(yè)被美國(guó)列入了出口管制清單；2019年5月，美國(guó)商務(wù)部正式把華為列入了“實(shí)體清單”；《日經(jīng)亞洲評(píng)論》稱，德國(guó)芯片供應(yīng)商英飛凌也已暫停向華為供貨。以上事件無(wú)不表明，我國(guó)芯片領(lǐng)域“卡脖子”問(wèn)題已然嚴(yán)峻，發(fā)展國(guó)產(chǎn)芯片產(chǎn)業(yè)刻不容緩。為什么是芯片？芯片何以如此重要？這是因?yàn)樾酒菓?zhàn)略性、基礎(chǔ)性、先導(dǎo)性產(chǎn)業(yè)，是信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心。作為現(xiàn)代工業(yè)的“食糧”，芯片被廣泛應(yīng)用于人工智能、云計(jì)算、智能制造等眾多新興領(lǐng)域，離開(kāi)芯片產(chǎn)業(yè)的支撐，智能終端的發(fā)展將無(wú)從談起。

對(duì)某一特定技術(shù)領(lǐng)域背后的技術(shù)創(chuàng)新動(dòng)態(tài)及技術(shù)演變圖景的分析，有助于獲得關(guān)于該領(lǐng)域發(fā)展方向和優(yōu)化發(fā)展布局的有價(jià)值的信息?，F(xiàn)有芯片領(lǐng)域研究多從技術(shù)角度出發(fā)，大部分集中在描述性的定性研究以及簡(jiǎn)單的專利數(shù)量統(tǒng)計(jì)研究，未從全方位、多角度深入剖析芯片領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新動(dòng)態(tài)。芯片產(chǎn)業(yè)是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心，而要解決我國(guó)當(dāng)前的“卡脖子”問(wèn)題，關(guān)鍵要依靠科技創(chuàng)新，這是我國(guó)實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)突破的必然選擇，也是現(xiàn)實(shí)要求，因此，有必要對(duì)芯片領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新動(dòng)態(tài)進(jìn)行全面系統(tǒng)的分析。本研究從芯片領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)機(jī)構(gòu)、高產(chǎn)機(jī)構(gòu)所屬的國(guó)家/地區(qū)、芯片技術(shù)自身等多個(gè)層面展開(kāi)，旨在為芯片領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新提供一個(gè)清晰的圖景，進(jìn)而為未來(lái)國(guó)家該如何布局芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供有價(jià)值的參考。

2 文獻(xiàn)綜述

在集成電路芯片領(lǐng)域，早期研究主要從定性描述與簡(jiǎn)單的專利計(jì)量著手。如姜麗樓等從專利數(shù)量和專利內(nèi)容方面對(duì)芯片領(lǐng)域的發(fā)明專利進(jìn)行了比較分析，并提出了相關(guān)建議以加大我國(guó)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)力度；張百尚等從產(chǎn)業(yè)鏈、政策等角度分析了當(dāng)前我國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展概況；王立娜等列舉一批極具發(fā)展?jié)摿Φ奈磥?lái)芯片技術(shù)，分析了當(dāng)前這些技術(shù)的市場(chǎng)成熟度、應(yīng)用前景，提出了發(fā)展規(guī)劃及建議；劉毅對(duì)移動(dòng)終端基帶芯片的專利布局、主要技術(shù)主題和主要研發(fā)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)單闡述。近年來(lái)，芯片領(lǐng)域的研究主題逐漸多樣化，部分學(xué)者把社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析方法引入芯片技術(shù)的研究中。例如：張貝貝等從技術(shù)集成創(chuàng)新理論和結(jié)構(gòu)再造理論出發(fā)，分析了芯片制造技術(shù)的集成創(chuàng)新機(jī)理；孫冰等以手機(jī)芯片專利數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建專利引文網(wǎng)絡(luò)，識(shí)別了手機(jī)芯片領(lǐng)域的核心企業(yè)；馬麗儀等構(gòu)建了芯片領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)者的合作網(wǎng)絡(luò)，并分析了其結(jié)構(gòu)變化特征；類似地，劉奕涵等也通過(guò)構(gòu)建芯片領(lǐng)域的地區(qū)合作網(wǎng)絡(luò)，分析了粵港澳大灣區(qū)的芯片技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新情況。國(guó)際上對(duì)芯片領(lǐng)域的研究主要集中在片上系統(tǒng)和片上實(shí)驗(yàn)室。例如：Vakilian等對(duì)芯片實(shí)驗(yàn)室研究進(jìn)行了文獻(xiàn)計(jì)量分析，探討了其主要研究機(jī)構(gòu)與研究領(lǐng)域；Shiu等對(duì)比了美國(guó)與中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的片上系統(tǒng)技術(shù)專利，闡述了片上系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的過(guò)程和技術(shù)研發(fā)組織之間的合作結(jié)構(gòu)。

在創(chuàng)新測(cè)度領(lǐng)域，現(xiàn)有研究多從科學(xué)研究和技術(shù)研發(fā)兩個(gè)角度著手。科學(xué)論文產(chǎn)出是評(píng)價(jià)科研主體創(chuàng)新能力和質(zhì)量的重要體現(xiàn)；一個(gè)國(guó)家的專利活動(dòng)又很大程度上反映了其技術(shù)創(chuàng)新能力，因而用論文數(shù)據(jù)和專利數(shù)據(jù)對(duì)某一技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行創(chuàng)新測(cè)度和識(shí)別，可準(zhǔn)確反映出這一領(lǐng)域的創(chuàng)新綜合實(shí)力。例如：毛薦其等使用科學(xué)論文數(shù)據(jù)對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域的科學(xué)創(chuàng)新進(jìn)行了系統(tǒng)分析；Guan等基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論，使用社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析方法測(cè)度了納米能源領(lǐng)域的科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新，并明確了中國(guó)在該領(lǐng)域的國(guó)際地位和影響力。此外，國(guó)內(nèi)外學(xué)者還從指標(biāo)體系構(gòu)建和評(píng)價(jià)方面對(duì)技術(shù)創(chuàng)新測(cè)度進(jìn)行了實(shí)證研究。例如，李志春等從創(chuàng)新廣度、深度、生命周期等多維角度，分析了高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新動(dòng)態(tài)演化。

綜上，當(dāng)前芯片領(lǐng)域的研究主要有定性與定量?jī)蓚€(gè)方面。其中，定性研究主要分析芯片的產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢(shì)，定量研究主要集中在芯片技術(shù)研發(fā)機(jī)構(gòu)與區(qū)域之間的合作網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建。芯片技術(shù)的創(chuàng)新測(cè)度也僅僅局限于手機(jī)芯片，鮮有研究系統(tǒng)分析芯片領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新動(dòng)態(tài)。芯片領(lǐng)域的技術(shù)知識(shí)主要源于哪里？哪些組織是芯片技術(shù)研發(fā)的主要?jiǎng)?chuàng)新者？它們的創(chuàng)新成果分布如何隨時(shí)間的推移而變化？哪些技術(shù)是芯片領(lǐng)域的核心技術(shù)？解決這些問(wèn)題有助于認(rèn)清和把握芯片技術(shù)研發(fā)的當(dāng)前現(xiàn)狀和未來(lái)走向，從而為優(yōu)化我國(guó)技術(shù)研發(fā)布局提供借鑒。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，本研究結(jié)合專利計(jì)量方法和社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析方法，從芯片領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)機(jī)構(gòu)、高產(chǎn)機(jī)構(gòu)所屬的國(guó)家/地區(qū)、芯片技術(shù)自身等多層面展現(xiàn)芯片領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新全貌，并劃分時(shí)間窗口進(jìn)行動(dòng)態(tài)比較，以期為芯片技術(shù)的發(fā)展及“卡脖子”技術(shù)的突破提供參考。

3 研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

3.1 研究方法與框架

本研究先描述芯片領(lǐng)域技術(shù)產(chǎn)出數(shù)量的總體分布情況，接下來(lái)從技術(shù)研發(fā)組織機(jī)構(gòu)、高產(chǎn)機(jī)構(gòu)所屬國(guó)家/地區(qū)、技術(shù)自身等多角度全方位展示芯片領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新動(dòng)態(tài)。

在組織機(jī)構(gòu)層面：第一，選取在數(shù)據(jù)庫(kù)中申請(qǐng)專利數(shù)量最多的TOP20機(jī)構(gòu)，并將這些機(jī)構(gòu)與其所屬國(guó)家/地區(qū)進(jìn)行匹配，以識(shí)別芯片技術(shù)研發(fā)中高產(chǎn)出的創(chuàng)新者。第二，研究表明合作能夠帶來(lái)創(chuàng)新質(zhì)量的實(shí)質(zhì)性提高，為了明確各組織機(jī)構(gòu)間合作研發(fā)專利的情況，本研究繪制了反映知識(shí)流動(dòng)的組織機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)。創(chuàng)新者的知識(shí)需求及興趣甚至組織環(huán)境等均會(huì)隨時(shí)間而發(fā)生變化，這促使創(chuàng)新者不斷重構(gòu)自我網(wǎng)絡(luò)，因而本研究將整體數(shù)據(jù)分為3個(gè)時(shí)間窗，進(jìn)一步分析在3個(gè)時(shí)間窗內(nèi)TOP50的組織機(jī)構(gòu)間合作網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)演變。第三，構(gòu)建基于組織機(jī)構(gòu)創(chuàng)新力與控制力兩個(gè)指標(biāo)的二維象限圖，依次識(shí)別3個(gè)時(shí)間窗內(nèi)芯片領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新的核心機(jī)構(gòu)。由于企業(yè)的創(chuàng)新力可以參考專利授權(quán)量以及新產(chǎn)品銷售收入兩類指標(biāo)，本研究采用企業(yè)的專利授權(quán)量占時(shí)間窗內(nèi)專利總量的比值來(lái)測(cè)度企業(yè)的創(chuàng)新力。判斷一個(gè)節(jié)點(diǎn)是否為核心節(jié)點(diǎn)不僅要考慮它的重要性，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)會(huì)更有說(shuō)服力，因?yàn)閯?chuàng)新主體在網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)不同的位置對(duì)其創(chuàng)新績(jī)效會(huì)產(chǎn)生不同程度的影響。鑒于核心企業(yè)大多位于網(wǎng)絡(luò)中的核心位置，掌握著大量資源，是知識(shí)擴(kuò)散和知識(shí)轉(zhuǎn)移的中心，所以其通常占據(jù)網(wǎng)絡(luò)中結(jié)構(gòu)洞的位置；又因中介中心度可以反映網(wǎng)絡(luò)中結(jié)構(gòu)洞控制網(wǎng)絡(luò)資源的能力，因而本研究采用跨機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的中介中心性測(cè)度企業(yè)的控制力。節(jié)點(diǎn)的中介中心性的計(jì)算公式為：

其中：g表示從節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)（，≠）的最短路徑數(shù)量；g表示經(jīng)過(guò)節(jié)點(diǎn)的從到的最短路徑的數(shù)量。

在技術(shù)層面：第一，選取IPC技術(shù)分類碼的前四位代表技術(shù)主題，統(tǒng)計(jì)芯片技術(shù)領(lǐng)域使用最頻繁的技術(shù)主題，選取超過(guò)2 000項(xiàng)專利使用的技術(shù)主題進(jìn)行展示。第二，將所選時(shí)間段分為3個(gè)時(shí)間窗，分別識(shí)別3個(gè)時(shí)間窗內(nèi)的關(guān)鍵核心技術(shù)并進(jìn)行動(dòng)態(tài)比較。由于關(guān)鍵核心技術(shù)具有主導(dǎo)性，而技術(shù)主導(dǎo)性又展現(xiàn)了技術(shù)影響力強(qiáng)的特點(diǎn)，又因核心技術(shù)在整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈中起著關(guān)鍵作用，在技術(shù)系統(tǒng)中控制著網(wǎng)絡(luò)中的技術(shù)資源，所以在關(guān)鍵核心技術(shù)識(shí)別中，本研究使用技術(shù)影響力和技術(shù)控制力兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行組合分析。其中，技術(shù)影響力是指技術(shù)對(duì)技術(shù)系統(tǒng)發(fā)展的影響程度，技術(shù)控制力是指某一技術(shù)在技術(shù)系統(tǒng)中控制資源的能力。本研究借鑒黃魯成等提出的技術(shù)影響力系數(shù)來(lái)測(cè)度技術(shù)的主導(dǎo)性，其計(jì)算公式為：

其中:S表示技術(shù)的影響力系數(shù)；表示技術(shù)全集；和表示技術(shù)子集；a表示技術(shù)對(duì)技術(shù)的影響值，本研究用技術(shù)共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中與之間的共現(xiàn)頻次來(lái)計(jì)算。參考上文對(duì)機(jī)構(gòu)控制力的計(jì)算方法計(jì)算技術(shù)的控制力，最后基于技術(shù)影響力與技術(shù)控制力構(gòu)建二維象限圖，分別識(shí)別各時(shí)間窗內(nèi)的關(guān)鍵核心技術(shù)。

3.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究所用的專利數(shù)據(jù)來(lái)自德溫特?cái)?shù)據(jù)庫(kù)（DII），參考 Liu等、劉明艷、陳昆等對(duì)芯片領(lǐng)域?qū)Ｓ忻~的表述，構(gòu)建檢索式如表1所示，時(shí)間跨度為1991—2020年，檢索日期為2021年7月23日，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)清洗，共獲得芯片技術(shù)專利138 462項(xiàng)。

表1 芯片領(lǐng)域技術(shù)檢索詞

4 研究結(jié)果

圖1展示的是1991—2020年全球芯片技術(shù)專利申請(qǐng)的總體發(fā)展趨勢(shì)。1992年芯片領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)量實(shí)現(xiàn)首次增長(zhǎng)，接下來(lái)經(jīng)歷了一個(gè)不穩(wěn)定的發(fā)展階段，直到1997年和1998年，專利數(shù)量實(shí)現(xiàn)大幅增長(zhǎng)，增長(zhǎng)率高達(dá)54.7%和55.3%；隨后，該領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)量在接下來(lái)的10年左右穩(wěn)定增長(zhǎng)，平均增長(zhǎng)率為4.27%；從2008年開(kāi)始，該領(lǐng)域?qū)＠l(fā)展進(jìn)入了瓶頸期，專利數(shù)量呈總體下降、局部回升的變化趨勢(shì)，到2020年，該領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)量累積達(dá)到138 462項(xiàng)。縱觀整個(gè)時(shí)間段，除1996—2008年該領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)量穩(wěn)步增長(zhǎng)外，其他時(shí)間段均呈現(xiàn)不穩(wěn)定的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。本研究將1991—2020年這30年間的專利產(chǎn)出以每10年劃分一個(gè)時(shí)間窗口，來(lái)系統(tǒng)描述芯片領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新動(dòng)態(tài)。

圖1 1991—2020年全球芯片技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)量逐年產(chǎn)出情況

4.1 組織機(jī)構(gòu)層面

4.1.1 高產(chǎn)機(jī)構(gòu)。由于同一組織機(jī)構(gòu)可能存在不同形式的名稱，為了數(shù)據(jù)的精確性，本研究對(duì)組織機(jī)構(gòu)的名稱進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。首先使用SciTool的檢測(cè)重復(fù)節(jié)點(diǎn)功能檢測(cè)出相似節(jié)點(diǎn)，然后根據(jù)生成的文本文檔對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行手動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化，最后使用Excel自動(dòng)去重。表2展示了芯片領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)出TOP20的組織機(jī)構(gòu)及其所屬的國(guó)家/地區(qū)和專利產(chǎn)出數(shù)量，這20個(gè)高產(chǎn)機(jī)構(gòu)的專利數(shù)量占專利總數(shù)的44.7%。

表2 芯片領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)出TOP20機(jī)構(gòu)

為了反映不同國(guó)家/地區(qū)的芯片領(lǐng)域?qū)＠a(chǎn)出能力，本研究對(duì)TOP20機(jī)構(gòu)與所屬國(guó)家/地區(qū)進(jìn)行匹配并計(jì)算出了其產(chǎn)出數(shù)量所占的世界份額，如圖2所示。結(jié)合表2與圖2可以明顯看出，日本在芯片技術(shù)領(lǐng)域占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位，其次是韓國(guó)和美國(guó)，值得注意的是，中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)以專利產(chǎn)出占比1.51%的成績(jī)超過(guò)德國(guó)位居第四，這揭示了中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)在芯片技術(shù)領(lǐng)域的雄厚實(shí)力。此外，在芯片領(lǐng)域?qū)＠a(chǎn)出TOP20機(jī)構(gòu)中，所有機(jī)構(gòu)類型均為企業(yè)，無(wú)科研院所和高校，這表明在芯片技術(shù)創(chuàng)新中，企業(yè)是最活躍的創(chuàng)新者。

圖2 芯片領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)出TOP20機(jī)構(gòu)所屬國(guó)家/地區(qū)的專利數(shù)量及所占世界份額

4.1.2 跨機(jī)構(gòu)技術(shù)研發(fā)合作。為了展現(xiàn)芯片技術(shù)領(lǐng)域組織機(jī)構(gòu)間的合作結(jié)構(gòu)及動(dòng)態(tài)演化，本研究將整個(gè)時(shí)間段劃分為3個(gè)時(shí)間窗，分別為1991—2000年，2001—2010年及2011—2020年。首先分別提取3個(gè)時(shí)間段內(nèi)專利產(chǎn)出TOP50的組織機(jī)構(gòu)，然后依據(jù)它們之間的合作關(guān)系構(gòu)建組織機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)，結(jié)果如圖3—5所示。其中，節(jié)點(diǎn)代表某個(gè)組織機(jī)構(gòu)，連邊代表兩機(jī)構(gòu)間存在合作關(guān)系，且節(jié)點(diǎn)越大表明與該節(jié)點(diǎn)的合作者越多，連邊越粗表明兩機(jī)構(gòu)間合作頻次越高。表3還展示了反映各時(shí)間段內(nèi)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征的指標(biāo)。

圖3 1991—2000年芯片領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新跨機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)

圖4 1991—2000年芯片領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新跨機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)

圖5 2011—2020年芯片領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新跨機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)

表3 芯片領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新跨機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)特性

從網(wǎng)絡(luò)整體結(jié)構(gòu)來(lái)看，第一階段到第二階段組織機(jī)構(gòu)間合作網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)張顯著，結(jié)合表3可知，其聯(lián)結(jié)數(shù)量由64個(gè)增加到了149個(gè)。這表明高產(chǎn)創(chuàng)新者越來(lái)越多地打破自身局限、實(shí)施跨組織的知識(shí)搜索，組織間的知識(shí)流動(dòng)進(jìn)一步增強(qiáng)。但是，第三階段組織間的合作卻明顯減少，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)稀疏，聯(lián)結(jié)數(shù)量甚至低于第一階段。這從側(cè)面反映了企業(yè)對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高度重視。

從網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部成員來(lái)看，3個(gè)時(shí)間段內(nèi)的合作網(wǎng)絡(luò)均形成了清晰的內(nèi)部集群，揭示了組織間知識(shí)流動(dòng)的聚集情況。第一階段的紅色集群主要涉及來(lái)自德國(guó)的企業(yè)，以英飛凌和西門子為首，二者之間形成了強(qiáng)大的知識(shí)聯(lián)系，集群的外圍位置還涉及日本和美國(guó)的企業(yè)，如東芝、IBM、夏普、新科等；綠色集群幾乎全部是來(lái)自日本的企業(yè)，以日立和瑞薩電子為首，還有國(guó)際電信、三菱電機(jī)、日本電氣、住友電氣等；藍(lán)色集群主要是來(lái)自韓國(guó)的現(xiàn)代電子和LG集團(tuán)，三星集團(tuán)處在這個(gè)集群的邊緣位置。第二階段高產(chǎn)機(jī)構(gòu)之間的合作強(qiáng)度顯著增大，同樣形成了3個(gè)內(nèi)部集群。紅色集群主要包含來(lái)自日本的企業(yè)，其中，瑞薩電子、日本電氣、三菱電機(jī)3個(gè)企業(yè)處于領(lǐng)頭羊位置，松下、索尼、夏普、東芝、東京電子等企業(yè)在該網(wǎng)絡(luò)中也較為突出；綠色集群主要包含來(lái)自韓國(guó)的企業(yè)，其中，海力士和美格納半導(dǎo)體之間的合作關(guān)系最強(qiáng)，此外，在這個(gè)集群中，韓國(guó)的三星與德國(guó)英飛凌、美國(guó)IBM公司也存在合作關(guān)系；藍(lán)色集群主要包含的還是日本的企業(yè)，如日立和爾必達(dá)，其中，日立還與第一個(gè)集群中的瑞薩電子形成了強(qiáng)大的知識(shí)聯(lián)系。第三階段網(wǎng)絡(luò)較為分散，分別形成了以美國(guó)企業(yè)IBM及格芯為首的藍(lán)色集群、以日本企業(yè)爾必達(dá)為核心的綠色集群及分散的來(lái)自德國(guó)、日本、韓國(guó)各公司的紅色集群?？傮w來(lái)說(shuō)，第一階段與第二階段日本、德國(guó)、韓國(guó)3個(gè)國(guó)家合作活動(dòng)最多，第三階段網(wǎng)絡(luò)規(guī)模最小，但美國(guó)和中國(guó)的地位凸顯出來(lái)，中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的臺(tái)積電加入與美國(guó)機(jī)構(gòu)的合作行列中來(lái)。

4.1.3 核心機(jī)構(gòu)識(shí)別。本研究還計(jì)算了TOP50機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新力與控制力，并以此為依據(jù)識(shí)別各階段的核心機(jī)構(gòu)，結(jié)果如圖6—8所示，圖中虛線為平均值。從圖中可以看出，只有少數(shù)組織擁有較高的創(chuàng)新力與控制力，其余組織都處于較低水平。因此，在芯片領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新中，只有少數(shù)組織控制著知識(shí)流動(dòng)的規(guī)模，擔(dān)任著活躍創(chuàng)新者的角色。由圖6可知，第一階段位于第一象限的9家核心機(jī)構(gòu)均來(lái)自日本，其中日立、東芝和日本電氣三家企業(yè)尤為突出，這表明在早期的芯片領(lǐng)域日本占據(jù)絕對(duì)領(lǐng)先地位。但是在第二階段，日本企業(yè)的實(shí)力明顯下降，尤其是日立公司，其在第二階段的創(chuàng)新力依舊保持不變，但控制力卻遠(yuǎn)低于平均值，到了第三階段創(chuàng)新力也明顯下降。第二階段除繼續(xù)保持核心地位的東芝、松下、索尼、富士通及夏普等5家日本公司外，美國(guó)的IBM和美光科技、德國(guó)的英飛凌以及韓國(guó)的三星也躍居世界核心位置。此外，自2001年以來(lái)，日本的瑞薩電子也持續(xù)保持著行業(yè)的核心地位。值得注意的是，第三階段中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的臺(tái)積電脫穎而出成為該行業(yè)具有世界水平的核心機(jī)構(gòu)；美國(guó)的英特爾和格芯、德國(guó)的歐司朗半導(dǎo)體也成為了全球芯片領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新的核心機(jī)構(gòu)；中國(guó)大陸的中芯國(guó)際在國(guó)際上的地位也展現(xiàn)出來(lái)，其創(chuàng)新力雖高，但控制力卻處于較低水平。從時(shí)間上來(lái)看，日本的東芝在1991—2020年30年間一直保持著高水平的創(chuàng)新力和控制力，2001年以來(lái)美國(guó)的IBM和韓國(guó)的三星也是如此。

圖6 1991—2000年機(jī)構(gòu)創(chuàng)新力與機(jī)構(gòu)控制力組合分析

圖7 2001—2010年機(jī)構(gòu)創(chuàng)新力與機(jī)構(gòu)控制力組合分析

圖8 2011—2020年機(jī)構(gòu)創(chuàng)新力與機(jī)構(gòu)控制力組合分析

4.2 技術(shù)層面

4.2.1 技術(shù)領(lǐng)域分布。芯片領(lǐng)域的專利申請(qǐng)涵蓋廣泛的技術(shù)領(lǐng)域，在本研究收集的專利數(shù)據(jù)中，共有554個(gè)技術(shù)子類，其中有25個(gè)運(yùn)用次數(shù)在四位數(shù)級(jí)別的IPC子類。圖9展示了運(yùn)用次數(shù)超過(guò)2 000次的技術(shù)代碼。從圖中可以看出，首先是H01L（半導(dǎo)體或電固體相關(guān)的器件及處理它們的方法或設(shè)備）這一技術(shù)主題占據(jù)絕對(duì)領(lǐng)先位置，有77.38%的專利運(yùn)用了這一技術(shù)，而其他技術(shù)主題運(yùn)用數(shù)量與之差距懸殊，說(shuō)明該技術(shù)在芯片領(lǐng)域不可或缺。其次是H05K（印刷電路；電設(shè)備的外殼或結(jié)構(gòu)零部件；電氣元件組件的制造）、G06F（電數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理）和G01R（測(cè)量電變量與磁變量），運(yùn)用率分別為5.58%、4.92%和4.59%。最后是與電學(xué)類相關(guān)的技術(shù)子類，H03K（如脈沖技術(shù)）、H01S（利用受激發(fā)射的器件）和H01J（放電管或放電燈）。

圖9 1991—2020年芯片領(lǐng)域TOP IPC分布情況

4.2.2 關(guān)鍵核心技術(shù)識(shí)別。關(guān)鍵核心技術(shù)的識(shí)別來(lái)自技術(shù)影響力和技術(shù)控制力兩個(gè)變量的組合分析，測(cè)度方法如上文所示。具體而言，首先使用技術(shù)影響力系數(shù)判斷3個(gè)時(shí)間窗內(nèi)各技術(shù)的主導(dǎo)性，技術(shù)影響力系數(shù)越大表示技術(shù)主導(dǎo)性越強(qiáng)；然后選取TOP50主導(dǎo)性技術(shù)進(jìn)行其控制力的計(jì)算；最后構(gòu)建兩個(gè)指標(biāo)的二維象限圖進(jìn)行組合分析，進(jìn)而識(shí)別出關(guān)鍵核心技術(shù)。在專利組合分析中，以技術(shù)影響力和技術(shù)控制力的平均值為界將二維象限圖劃分為四個(gè)象限。本研究將處于第一象限的具有高影響力和高控制力的技術(shù)認(rèn)定為芯片領(lǐng)域的關(guān)鍵核心技術(shù)，識(shí)別結(jié)果如圖10—12所示。

圖10 1991—2000年技術(shù)影響力與技術(shù)控制力組合分析

圖11 2001—2010年技術(shù)影響力與技術(shù)控制力組合分析

圖12 2011—2020年技術(shù)影響力與技術(shù)控制力組合分析

半導(dǎo)體或電固體相關(guān)的器件及處理它們的方法或設(shè)備（H01L）這一技術(shù)子類的技術(shù)影響力與技術(shù)控制力極高且其他技術(shù)子類與之差距懸殊，無(wú)疑在芯片領(lǐng)域中占據(jù)絕對(duì)重要地位，是芯片領(lǐng)域最重要的關(guān)鍵核心技術(shù)。為了更清晰地展現(xiàn)其他技術(shù)子類的相對(duì)地位，圖10—12是將H01L這一技術(shù)子類剔除后進(jìn)行的展示。由圖10—12可知，H05K（印刷電路；電設(shè)備的外殼或結(jié)構(gòu)零部件；電氣元件組件的制造）、C23C（用物理或化學(xué)方法對(duì)金屬材料的鍍覆）、G01R（測(cè)量電變量與磁變量）、G06F（電數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理）、G06K（數(shù)據(jù)識(shí)別及表示；記錄載體與對(duì)其的處理）以及G01N（借助測(cè)定材料的化學(xué)或物理性質(zhì)來(lái)測(cè)試或分析材料）等在1991—2020年30年間一直處在行業(yè)至關(guān)重要的地位，是芯片領(lǐng)域的關(guān)鍵核心技術(shù)。從時(shí)間發(fā)展上來(lái)看，1991—2000年間，除上述幾項(xiàng)關(guān)鍵核心技術(shù)外，B32B（層狀產(chǎn)品如泡沫狀或蜂窩狀的薄層構(gòu)成的產(chǎn)品）、G11C（靜態(tài)存儲(chǔ)器）及H01J（放電管或放電燈）等也是芯片領(lǐng)域的關(guān)鍵核心技術(shù)，到了第三階段B32B、G01N及H01J退出了關(guān)鍵核心技術(shù)的行列，且第二階段新涌現(xiàn)出了H05B（電熱）和B42D（可動(dòng)條帶的記錄或讀出設(shè)備）兩項(xiàng)關(guān)鍵核心技術(shù)。2011年以來(lái)，G05B（控制或調(diào)節(jié)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的功能單元及監(jiān)視或測(cè)試它們的裝置）、H04N（圖像通信）及B23K（用焊接方法包覆或鍍敷；火焰加熱切割；用激光束加工）等3項(xiàng)技術(shù)的重要性顯現(xiàn)出來(lái)，成為該領(lǐng)域的關(guān)鍵核心技術(shù)?？傮w來(lái)看，芯片領(lǐng)域的關(guān)鍵核心技術(shù)主要是電學(xué)和物理學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)，化學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)子類排在第三位。值得注意的是，作業(yè)運(yùn)輸領(lǐng)域的部分技術(shù)也充當(dāng)著芯片領(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù)的角色。

5 結(jié)論與討論

本研究描繪了芯片領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新全貌并進(jìn)行了動(dòng)態(tài)比較，從組織機(jī)構(gòu)、高產(chǎn)機(jī)構(gòu)所屬國(guó)家/地區(qū)及技術(shù)自身等多個(gè)層面繪制了芯片領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新的產(chǎn)出規(guī)模、增長(zhǎng)趨勢(shì)等圖景，回答了芯片領(lǐng)域的技術(shù)知識(shí)主要源于哪里、哪些組織是芯片技術(shù)研發(fā)的主要參與者、它們的創(chuàng)新分布如何隨時(shí)間的推移而變化以及該領(lǐng)域的關(guān)鍵核心技術(shù)是什么等關(guān)鍵問(wèn)題，旨在詳細(xì)了解相關(guān)組織如何在該領(lǐng)域開(kāi)展技術(shù)創(chuàng)新活動(dòng)，為研究人員、決策者、研究資助者等提供借鑒。

具體來(lái)說(shuō)，本研究發(fā)現(xiàn)：2008年之前，芯片領(lǐng)域的專利產(chǎn)出總體呈上升趨勢(shì)，但是2008年之后專利量卻逐漸下降，直至2016年才開(kāi)始有所回升。在組織機(jī)構(gòu)層面，芯片領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)出機(jī)構(gòu)TOP20中，有60%的機(jī)構(gòu)是日本的企業(yè)，這表明日本在芯片技術(shù)領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先位置，其次是韓國(guó)和美國(guó)；值得注意的是，中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的臺(tái)積電已躋身于世界TOP20高產(chǎn)機(jī)構(gòu)的行列，甚至超越了德國(guó)，這表明中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)在芯片技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新實(shí)力較強(qiáng)；而在世界TOP20高產(chǎn)機(jī)構(gòu)中未出現(xiàn)中國(guó)大陸的企業(yè)，這表明中國(guó)大陸在芯片領(lǐng)域的創(chuàng)新實(shí)力有待提高。從合作情況來(lái)看，在2001—2010年間組織機(jī)構(gòu)間的合作網(wǎng)絡(luò)呈明顯擴(kuò)張的趨勢(shì)；1991—2020年間3個(gè)時(shí)間段的合作網(wǎng)絡(luò)都有明顯的區(qū)域集群；1991—2010年間，日本、德國(guó)、韓國(guó)的企業(yè)合作強(qiáng)度最大，而2011年以后中美兩國(guó)的地位逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的臺(tái)積電加入跨組織邊界的知識(shí)搜索中。從芯片技術(shù)領(lǐng)域的核心機(jī)構(gòu)來(lái)看，1991—2000年間，芯片領(lǐng)域的核心機(jī)構(gòu)全部來(lái)自日本，如日立、東芝、日本電氣等，這表明日本進(jìn)軍芯片技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域較早，是該領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊；2001—2010年間，除東芝、松下、索尼、富士通及夏普五家日本公司外，美國(guó)的IBM和美光科技、德國(guó)的英飛凌以及韓國(guó)的三星等也躍居世界核心位置；2011年以前的核心機(jī)構(gòu)中并未出現(xiàn)屬于中國(guó)的機(jī)構(gòu)，而在2011年以后，中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的臺(tái)積電脫穎而出成為該領(lǐng)域具有世界水平的核心機(jī)構(gòu)，中國(guó)大陸的中芯國(guó)際的世界地位也顯現(xiàn)出來(lái)，中芯國(guó)際雖不是核心機(jī)構(gòu)，但其創(chuàng)新力在世界上處于領(lǐng)先水平，機(jī)構(gòu)控制資源的能力有待提高。

從對(duì)芯片領(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù)的識(shí)別研究中可以看出，除H01L（半導(dǎo)體或電固體相關(guān)的器件及處理它們的方法或設(shè)備）這一最為重要的關(guān)鍵核心技術(shù)外，H05K（印刷電路；電設(shè)備的外殼或結(jié)構(gòu)零部件；電氣元件組件的制造）、C23C（用物理或化學(xué)方法對(duì)金屬材料的鍍覆）、G01R（測(cè)量電變量與磁變量）、G06F（電數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理）、G06K（數(shù)據(jù)識(shí)別及表示；記錄載體與對(duì)其的處理）以及G01N（借助于測(cè)定材料的化學(xué)或物理性質(zhì)來(lái)測(cè)試或分析材料）等也是芯片技術(shù)領(lǐng)域較為重要的6項(xiàng)關(guān)鍵核心技術(shù)。

當(dāng)國(guó)家/地區(qū)以及機(jī)構(gòu)想要了解自己和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手在芯片技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展情況時(shí)，本研究結(jié)果可以作為研究決策的考慮因素之一，同時(shí)也可以為技術(shù)研發(fā)資助者提供參考。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)芯片研究主要集中于極少數(shù)國(guó)家/地區(qū)和組織，這可能會(huì)導(dǎo)致該領(lǐng)域已有創(chuàng)新者與新進(jìn)入者的信息及權(quán)力不對(duì)稱，未來(lái)新政策應(yīng)促進(jìn)協(xié)同發(fā)展。本研究的局限性有以下四點(diǎn)：第一，本研究在參考已有研究的基礎(chǔ)上，從芯片的制造流程出發(fā)構(gòu)建檢索式，其精確度有待提高；第二，芯片有很多種類，本研究未進(jìn)行細(xì)分，未來(lái)研究可對(duì)芯片進(jìn)行細(xì)分，從而分析其特定子領(lǐng)域的創(chuàng)新?tīng)顩r；第三，本研究識(shí)別出的關(guān)鍵核心技術(shù)無(wú)法判斷國(guó)別，這源于數(shù)據(jù)庫(kù)的資源有限，我國(guó)決策者只能根據(jù)關(guān)鍵核心技術(shù)識(shí)別結(jié)果自行判斷該技術(shù)在國(guó)內(nèi)是否缺失并進(jìn)行合理的技術(shù)研發(fā)布局，未來(lái)研究可對(duì)中國(guó)情境進(jìn)行具體展示；第四，本研究只關(guān)注了芯片領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展，未來(lái)研究可關(guān)注其科學(xué)、產(chǎn)業(yè)等方面，這有助于全面了解一個(gè)國(guó)家/地區(qū)、機(jī)構(gòu)的綜合創(chuàng)新價(jià)值。