《经济管理学刊》| 张闫龙等:中美芯片设备行业的科技竞争演变

文摘   财经   2025-02-03 19:00   北京  

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本期文章



中美芯片设备行业的科技竞争演变

The Evolution in Sino-U.S.Technology Rivalry —Evidence from Chip Equipment Industry

原文刊载在《经济管理学刊》2024年第3卷第42024年12月出版)


作者


张闫龙,北京大学光华管理学院

Yanlong Zhang (Guanghua School of Management, Peking University)


闵亦杰,北京大学中国教育财政科学研究所

Yijie Min (China Institute for Educational Finance Research, Peking University) 


侯万方,南京大学信息管理学院

Wanfang Hou (School of Information Management, Nanjing University)


史大譞,北京大学光华管理学院

Daxuan Shi (Guanghua School of Management, Peking University)


摘要


近年来, 国际商务领域的研究表明, 全球进入了一个充满科技地缘政治不确定性的时代, 尤其是由新技术民族主义引发的“科技冷战”局面。这种技术民族主义的做法将中国的技术发展与美国的国家安全和地缘政治利益挂钩, 并采取了以实体清单为代表的一系列限制措施, 以限制中国高科技企业的技术进步。现有研究探讨了美对华技术限制对跨国企业及中国高科技企业的影响, 然而大多研究将这些限制视为单一时点的事件, 忽视了限制政策的动态演变过程及其对技术领域的长期影响。本文以芯片制造行业为例, 并将美对华技术限制视为一个时变的、动态演化的过程: 首先, 本文基于知识图谱方法, 将全球芯片制造专利分解成 88个技术领域及其共现关系, 揭示了技术领域作为美国政策目标的特征。通过分析美国实体清单与中国国家集成电路产业基金投资企业的专利知识网络相似度发现, 中美两国的支持/限制策略呈现中等水平的共同演化趋势, 而非简单的对抗关系。进一步, 本文分析了技术领域的异质性, 探讨了各领域中科学、市场与政治因素的混合特征, 以及这些因素如何影响两国政策的差异。本文为理解中美技术博弈中的政策演化提供了新的视角, 并为未来相关研究提出了若干建议。

关键词

关键词:技术民族主义; 脱钩; 知识图谱; 国际经营

Keywords: Techno-Nationalism; Decoupling; Knowledge Map; International Business

内容精要


、研究背景与意义

近年来,国际商务领域的一个主要观点认为,世界已经进入了一个科技地缘政治不确定性的时代,甚至是一个由新技术民族主义主导的“科技冷战”时代。这种新形式的技术民族主义由美国政府发起并以中国为最主要的限制对象,特征是将中国的技术发展与美国的国家安全和地缘政治利益直接联系起来。在这种逻辑下,部分西方国家开始放弃贸易自由主义承诺,转向偏保护主义的做法,并试图采用关税与实体清单等手段直接打压中国的技术发展。

前沿研究已经展开针对美对华技术限制的研究,包括美对华技术限制对于跨国企业的影响、跨国企业对美国政策的适应,其中与创新相关的部分研究,还具体关注了受到美对华技术限制影响的中国高科技企业的应对办法。

尽管现有观点充分认识到,美对华技术限制已经成为解释当前中国高科技企业行为与绩效的最重要外部因素之一,但其中大多数研究仅将其视为发生在行业(产品类别)或企业层面的单一时点事件,这种认识存在两方面的问题。一方面,本轮美对华限制的最突出特点是将技术领域作为政策的瞄准层次。另一方面,现有研究主要将美对华技术限制理论化为发生在单一时点的“事件”,但实际上,美对华技术限制策略并非一次性形成的,而是一个时变的、动态的过程。

本研究的意义在于,通过探讨美对华技术限制的动态演变过程,能够为理解中美技术博弈中的政策演化提供新的视角,帮助学界更全面地理解两国支持/限制策略的共同演化趋势及其对技术领域的长期影响。


二、主要内容

1. 建模情况

本研究采用基于专利的知识图谱方法,对全球芯片设备行业进行了映射。首先,通过知识图谱方法,使用从学术出版物或专利中提取的关键词作为知识的代表,构建了一个多关键词的共现网络。在此基础上,使用社区检测技术(Louvain算法)将关键词总结为科学或技术领域,并对每个技术主题进行命名和领域划分,最终确定了88个技术主题,涵盖11个不同技术领域。

2. 数据说明

(1)识别芯片设备领域相关专利。本研究通过搜索全球主要芯片制造公司报告,识别相关企业,并从Derwent全球专利数据库下载其专利。随机抽取1,000项专利,邀请4位专家评估与半导体设备的相关性,432项被认为“相关”,566项被认为“非相关”,2项不确定。

(2)制定芯片设备领域专利检索方式。制定专利检索策略,最大化相关样本(查全率84%)并最小化非相关样本(查准率77%)。考虑查全率和查准率的权衡,选择容忍较低精确度,后续步骤删除词频为1的关键词排除错误专利。最终,全面搜索获取1,260,477项有效专利。

(3)关键词抽取。采用六种算法随机抽取1,000篇半导体设备相关论文,使用YAKE算法进行关键词抽取。结果显示YAKE优于其他算法,得到1,861,437个关键词,剔除频次为1和高频词后,得到379,199个关键词。
(4)共现网络构建。采用多词共现分析方法构建关键词共现网络(见图1),节点大小表示关键词频率,连接线粗细表示共现频率。使用Louvain算法进行社区检测,得分为0.46,超过0.3的可靠性阈值,表明聚类质量合意。共划分出290个技术主题,保留前102个规模不小于233的主题作为重点研究内容。

图1 关键词共现网络图 (左图: 网络全局; 右图: 网络局部图)

随后,统计每个技术主题中词频最高的 50 个关键词, 并为每个技术主题命名和划分领域类别, 并将其中与芯片设备无关或含义不明确的主题剔除, 最终保留有实际含义的技术主题共计88 个, 分别属于 11 个不同的技术领域(见图2)。

图2 芯片设备技术主题分布

3. 研究方法

本研究采用了知识图谱方法,具体通过共词网络分析技术构建全球芯片制造行业的技术领域图谱。首先,通过从Derwent全球专利数据库提取相关专利信息,并应用专利检索策略以确保数据的准确性。接着,使用YAKE算法从1,000篇相关文献中提取关键词,构建关键词共现网络。随后,应用Louvain算法进行社区检测,发现并划分出290个技术主题,并进一步筛选出88个重点技术主题。通过这些技术主题的分析,本文揭示了中美两国在技术领域中的政策互动和演变过程。

4. 研究思路

本研究从中美芯片设备行业的科技竞争入手,利用知识图谱方法追踪和分析两国在芯片领域的支持与限制政策演变。研究采用的主要思路是:一方面,通过专利数据与技术领域的动态分析,揭示两国技术政策的共同演化与差异性;另一方面,通过对技术领域的异质性分析,探讨科学、市场和政治因素如何交织影响两国政策的实施。最后,基于这些技术领域的知识网络,进一步探讨了中美科技博弈的长期趋势和动态。


三、主要结论与政策建议

1. 中美半导体行业竞争概述

研究发现自2010年以来,中国加大了对半导体行业的投资,推动了技术进步,尤其是在2015年以后,中国主导的技术领域数量持续增长(见图3)。

图3 中国和美国主导的技术领域数量

2. 中美政策的连续性与共同演化:是否“针锋相对”

如图4所示, 基于余弦相似度的测量,发现从2016至2022年,中国的产业支持政策保持稳定,而美国的制裁政策在2018至2020年逐渐表现出连续性,但在2020至2022年间又显现出不连续性,反映出政治周期对政策连续性的影响。2020年两国的政策呈现“针锋相对”趋势,但随后有所下降。中美政策相似度较低,表明两国政策制定偏好存在差异。

图4 中国和美国的政策连续性及其共同演变

3. 中美对技术领域中心性的不同考量

中国的产业支持政策明显倾向于高中心性的技术领域(见图5b和图5d)。而美国的制裁政策也倾向于高中心性的领域,但制裁强度远低于中国的支持力度。通过居间中心性和临近中心性分析,发现中国的政策偏好在高居间中心度和高临近中心度领域表现得尤为明显。

图5 高中心性领域和低中心性领域的制裁/支持强度

(1)竞争性与科学活跃度。美国和中国的政策更多针对高竞争性(低赫芬达尔指数)领域,并在这些领域表现出更强的制裁和支持力度(见图6a和6b)。在科学活跃度方面,美国在高科学活跃度领域表现出显著的制裁偏好,而中国的支持政策未表现出类似偏好(见图6c和图6d)。

图6 高/低竞争性领域以及高/低科学活跃度领域的制裁/支持强度

(2)中美在各领域的相对实力。计算每个领域年份中美国持有专利数与中国持有专利数的比率, 作为各个领域双方相对实力变量, 见图7。发现美国的制裁政策更多集中在中国主导的领域,而中国的支持政策则更倾向于自己主导的领域,支持强度大约是美国主导领域的4倍。对政策目标和投资方向的差异,提出了识别困难和投资激励的两种解释。

图7 美国和中国主导领域的制裁/支持强度

综上,本研究表明,在中美技术民族主义背景下,仅以行业为单位的分析难以揭示政策制定和实施的实际动态。相反,从技术领域的层面入手,更能捕捉政策制定的异质性特征与国家关注点。政策制定者应意识到,不同技术领域在芯片产业链中的地位和重要性差异,针对高中心性领域的政策投入可能更具战略意义。此外,研究发现美国的制裁政策具有不连续性,而中国的支持政策表现出更高的连续性。因此,企业应注重技术布局的多样化和灵活性,以应对政策变化带来的冲击与挑战。

四、边际贡献与未来展望

本文的边际贡献在于使用知识图谱方法细致描绘了中美两国在芯片领域的技术民族主义背景下的科技竞争与政策演变。具体来说,本文揭示了中美两国的支持和限制策略在技术领域上的动态演化,尤其是针对高中心性领域的政策倾向。此外,本文还为理解中美“脱钩”现象提供了新的视角,强调了技术领域作为政策目标的重要性,并进一步探讨了政策的连续性及“针锋相对”行为。
本研究存在一定的局限性,特别是结果尚需更多实证检验。未来的研究可以从以下几个方面进一步探索:

(1)国家支持或限制政策的动态选择。未来研究应考虑政策目标的识别难度、政策的成本和不确定性,以及政策的收益。例如,如何识别特定政策所针对的技术领域的难度,以及技术不确定性如何影响“脱钩”政策的选择。

(2)企业对政策的动态响应。企业的响应模式和策略可能会对技术领域的未来演化产生不同影响。未来研究应深入分析企业如何在面对来自技术领先国的制裁和国内支持政策时做出应对,并研究企业如何通过“解耦”缓解政策冲突。

(3)脱钩现象的微观基础。尽管“脱钩”作为宏观现象已得到认可,但其微观基础尚不清晰。未来研究应探索企业如何通过策略性响应促进技术网络的差异化发展,进一步加速“脱钩”过程的发生。




Summary


In this study,we investigate the evolution of Sino-U.S. competition in the chip equipment industry,focusing on the dynamic interplay of technological nationalism policies. We aim to understand how the United States’ restrictive measures and China’s support strategies interact over time and impact technological development in this strategically critical sector. We observe that the world has entered an era characterized by technological geopolitical uncertainty,where a “tech cold war” is reshaping global competition. The United States employs technological nationalism to restrict China’s access to key technologies,leveraging tools such as the “entity list.” Meanwhile,China counters with policies like the National Integrated Circuit Industry Investment Fund (the “Big Fund”) to strengthen its domestic capabilities. Our study critiques existing research that treats U.S. restrictions as static,one-time events. Instead,we adopt a dynamic perspective,analyzing the evolution of these policies and their long-term implications for both nations. Using the semiconductor industry as a case study,we examine this interplay at the level of specific technological fields.


To achieve our goals,we use a knowledge graph approach. We decompose global semiconductor manufacturing patents into 88 technological fields,mapped based on their co-occurrence relationships. This allows us to explore how U.S. restrictions and Chinese support policies target specific technologies. By comparing the patent knowledge networks of U.S. entity list firms and Chinese firms supported by the Big Fund,we identify patterns of co-evolution. This analysis provides insights into the overlap and divergence between the two countries’ strategies.

We find that U.S. and Chinese policies are not static but evolve over time. The United States has adopted  increasingly specific restrictions,particularly during 2018—2020. However,these measures showed reduced continuity post-2020,influenced by shifts in political leadership. In contrast,China’s support policies through the Big Fund are remarkably consistent,focusing on building self-reliance in semiconductor design,manufacturing,and packaging. We also observe that the “needle-for-needle” adversarial strategy between the two countries peaked in 2020 and subsequently declined,suggesting adjustments in both nations’ approaches.

Our findings reveal that both countries prioritize policies targeting high-centrality technologies:Primarily targeting fields with high technological importance,particularly those critical to national security. Emphasize commercially promising technologies rather than exclusively addressing “choke-point” areas. Despite rhetoric about tackling weaknesses,we find that China invests more heavily in areas where it already has competitive strength.

Our analysis highlights that technological,market,and political factors shape policy decisions differently:Policies from both nations strongly focus on high-centrality fields in the knowledge network. Competitive fields attract more intervention from both countries. However,U.S. policies exhibit a greater focus on restricting scientific innovation,while China emphasizes supporting areas with immediate market potential. While U.S. measures show discontinuities influenced by political cycles,China maintains a steady trajectory of support,reflecting its centralized approach to industrial policy.

We find that U.S. and Chinese strategies exhibit a moderate degree of co-evolution. While both countries target similar technological areas,their approaches reflect different priorities. The United States emphasizes maintaining its dominance in critical areas,while China seeks to reduce its dependence on foreign technologies. Our results suggest that while the term “decoupling” implies complete separation,the reality is more nuanced. Both nations exhibit overlapping interests,leading to a complex dynamic rather than outright divergence.

We propose several avenues for future investigation:①Policy Drivers: Understanding the factors that influence countries’ choices of target technologies. ②Firm-Level Responses: Examining how firms navigate conflicting pressures from domestic support and foreign restrictions. ③ Micro-foundations of Decoupling: Analyzing how firm strategies and technological developments contribute to broader patterns of decoupling.

In conclusion,we have shown that Sino-U.S. technological competition is a dynamic and evolving process. We provide evidence of co-evolution in their policies,with both nations targeting high-centrality and competitive fields. While the United States demonstrates fluctuations in its restrictions,China maintains a consistent trajectory of support. This interplay shapes the global semiconductor industry and has far-reaching implications for technological development. Our findings highlight the importance of understanding these dynamics at the level of technological fields rather than industries. By doing so,we reveal the subtleties in how policies are formulated and their impacts on innovation. We believe this approach can provide valuable insights for policymakers and researchers alike. We invite future studies to build on our methodology and findings to deepen the understanding of technological nationalism and its role in shaping global technological landscapes.


原文引用:张闫龙, 闵亦杰, 侯万方, 史大譞. 中美芯片设备行业的科技竞争演变[J]. 经济管理学刊, 2024, 3(4): 94-118.

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