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作为关键核心技术,芯片技术的国际依赖与网络结构是如何演化的?

万物科技说 24

前言:

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前言

我国关键核心技术领域对欧美日等发达国家存在严重的依赖,逆全球化和全球疫情危机等大变局冲击下,部分技术深陷“卡脖子”困境、相当部分技术面临潜在的安全风险。

迫切需要基于科学的评价方法,对我国关键核心技术进行全面评估,识别潜在的“卡脖子”技术。技术安全风险的根源在于技术依赖,潜在“卡脖子”技术的识别本质上是技术依赖的评价。

分析技术依赖的理论内涵和维度结构,进而开发技术依赖测度方法,构建国家之间形成的国际技术依赖网络,有助于明晰各国之间的技术依赖关系、预测可能面临的技术安全风险,对开展科技战略部署、国际技术形势研判等工作具有重要意义。

现有研究对技术依赖内涵的界定多从技术获取角度出发,即当组织无法通过自身创造技术,只能长期依赖技术引进以满足技术需求的状态。

技术获取是技术依赖的表现形式及结果,结合技术差距理论和资源依赖理论看,由于技术差异和技术差距的存在,产生了组织对互补性资源的需求,技术价值和可替代性进一步影响技术依赖程度。故从影响因素角度对技术依赖内涵进行外延。

技术依赖是指在开放性条件下,由于存在技术结构差异与水平差距,后发国家(或地区)只能长期依赖少数技术领先国家以满足技术需求的状态。

一、技术模块层面国际依赖网络结构

如图1所示,图中数值“0.00”为四舍五入后的结果。材料模块中,日本的对外依赖关系数量为0,且中韩欧三国/地区对日本表现出强依赖性,其点入度为80.20,说明日本在材料模块拥有绝对的主动权。

图1制造模块国际技术单向依赖网络

设计模块中,美国的对外依赖关系数量为0,其他四国/地区对美国均表现出强依赖性,其点入度为220.52。

制造模块中,中国和韩国的对外依赖程度较强,点出度分别为45.41和33.65,且主要依赖于日本和美国。

相较于其他三个模块,封测模块中各主体之间的依赖程度较小。对中国而言,在材料、设计、制造模块强依赖于日本和美国,封测模块的对外依赖程度较小。

二、技术模块层面双向依赖测度结果及网络结构分析

制造模块国际技术双向依赖网络如图2所示。中日、中欧及韩欧之间存在强双向依赖关系,中美、日韩的依赖程度次之,美欧之间的双向依赖程度最小。

材料模块环节,中国与四个主体之间的双向依赖程度均较强,接近中心性为11.71,欧韩、欧日次之,其余双向依赖强度则较小。

设计模块环节,日本与各主体之间的双向依赖程度均较强,与中国的双向依赖程度最强。制造模块环节,只有日本、美国和欧洲三者之间的双向依赖程度较小,其余均呈现出强依赖状态。

封测模块环节,各主体之间的依赖程度较小且差距不大,说明各国封测模块的技术结构较为相似。技术模块层面技术威胁指数计算结果及分析通过网络指标测算得到模块层面技术威胁指数。

其中,中国在材料、制造模块面临的技术威胁最大,韩国和欧洲次之,日本和美国较小。中日韩欧四个主体在设计模块均存在较大的技术威胁。各主体在封测模块面临的技术威胁则较小且分布均匀。

图2制造模块国际技术双向依赖网络

依赖网络如图3所示。日本和美国在芯片技术领域占据优势地位,点入度分别为53.87和52.49。中国对日本和美国的依赖性最强。

中国在技术整体层面的点入度为0.42,分别来自韩国和欧洲,但仍处于依赖劣势。这种强对外依赖和依赖劣势,极易陷入“卡脖子”困境。

技术整体层面双向依赖测度结果及网络结构分析整体层面的双向依赖测度结果如图4所示。

其中,中国、韩国与其他各国之间均存在较强的双向依赖,依赖程度分布在7~11之间,其中,韩欧之间的双向依赖最强。美日欧三国之间的双向依赖较弱,分布在4~7之间。

图3技术整体层面国际技术单向依赖网络

图4技术整体层面国际技术双向依赖网络

技术整体层面技术威胁指数测度结果及分析整体层面技术威胁指数。中国在芯片技术领域面临的技术威胁最大,威胁指数为51.16,韩国次之,为44.01。

欧洲面临的技术威胁中等,为30.05;美国与日本的威胁指数较低,且二者相差不远,分别为-42.63和-41.61。

该测度结果与中国芯片产业陷入“卡脖子”困境的现实背景相符合,验证了测度方法及模型的科学性和可行性。

芯片技术国际依赖网络结构演化为探究芯片技术依赖演化情况,将检索区间划分为三个阶段:1990—2000年、2000—2010年、2010—2020年。

构建芯片技术在模块层面、整体层面的多阶段国际技术依赖网络,分析技术依赖网络结构及技术威胁演化规律。

技术模块层面国际依赖网络结构演化,技术模块层面单向依赖测度结果及网络结构演化分析模块层面各阶段的单向依赖测度绘制,制造模块单向依赖网络演化图,如图5所示。

图5制造模块国际技术单向依赖网络演化图

各模块的国际技术依赖网络密度逐渐变大,深层原因是各主体在不同技术单体环节有所成就,导致主体之间的依赖关系增多。

材料模块方面,美国在第一阶段中占最主要的网络位置,点入度为67.87,第三阶段时,下降至11.96。

此时日本开始在该领域有所建树,点入度超过美国达到88.06,说明日本在材料模块占据优势地位。

设计模块方面,其他主体长期强依赖于美国,第三阶段时美国的点入度高达182.30,此时中国对美国的依赖程度较韩日欧更小,且点入度为28.67。

制造模块方面,第一阶段,日本和美国均处主要位势,但第二阶段网络结构开始变化,到第三阶段日本点入度为53.24大于美国的37.72。

封测模块方面,美国一直处于主要地位,中国的技术水平则在第三阶段时得到大幅提高,拥有一定的依赖入度。

对于中国来说,对外依赖强度在逐渐减小,点入度不断增强,但仍处于依赖劣势。以制造模块为例,第一阶段和第二阶段,中国均处于全面对外依赖的状态,点出度分别为43.81、49.19,并强依赖于日本和美国。

第三阶段,中国对日本和美国的依赖程度分别减少了47.38%和23.45%,且点入度为2.49,主要来自韩国和欧洲,虽不足以形成依赖优势,但适当减少了由技术依赖带来的潜在技术威胁。

技术模块层面双向依赖测度结果及网络结构演化分析技术模块层面。绘制制造模块双向依赖网络演化图,如图6所示。

图6制造模块国际技术双向依赖网络演化图

材料模块方面,中国与其他四个主体的双向依赖均较强,但程度有所减少。设计模块方面,各二元主体之间的依赖程度趋于相似,指数分布在10左右。

制造模块方面,中国与各主体之间的依赖程度有所减少,日、美、欧之间的双向依赖程度均为各阶段最小。封测模块方面,各二元主体之间的依赖程度呈波动式变化。

技术模块层面技术威胁指数测度演化结果及分析模块层面各阶段技术威胁指数测度所示。材料模块方面,中国和日本的风险指数在逐渐下降,韩国的风险指数先下降后上升,美国、欧洲则呈上升趋势。

设计模块方面,美国面临的技术威胁始终最低,中国的技术威胁指数在逐渐下降,且在第三阶段时,威胁指数仅次于美国,日本和韩国则始终存在较大技术威胁。

制造模块方面,中国和日本的技术威胁指数在下降,欧洲、韩国较为平稳,美国的风险指数虽较小,但呈上升趋势。封测模块方面,各主体的威胁指数差距较小,其原因是各主体在该模块的结构差异和水平差距不大,且测试技术的技术价值较低。中国在各模块中的威胁指数呈下降趋势,在第三阶段时,均不是各模块中威胁指数最大主体。

三、技术整体层面国际依赖网络结构演化

据此绘制整体层面单向依赖网络演化图,如图7所示。

图7技术整体层面国际技术单向依赖网络演化图

芯片整体层面依赖网络的网络密度在逐渐增大,第一阶段中个别发达国家占据主要网络位势的局面有所改善,向各国/地区不对称依赖网络结构发展,但美国和日本依然是主要的被依赖对象。

在第三阶段,中国在芯片技术领域得到一定发展,点入度从1.25上升至10.30,对外依赖程度仍较强但逐渐减少,点出度为24.35,主要依赖于日本和美国。

技术整体层面双向依赖测度结果及网络结构演化分析国际技术双向依赖网络演化图如图8所示。

图8技术整体层面国际技术双向依赖网络演化图

中国与日韩美欧四国/地区的双向依赖一直较强,但有逐渐减少趋势,接近中心性从16.81下降至8.90。韩国与美国的双向依赖则较大幅度减少。日本、欧洲与美国之间的双向依赖则相对稳定。

技术整体层面技术威胁指数测度演化结果及分析整体层面各阶段的。其中,中国、日本的技术威胁指数逐渐下降,欧洲较为平缓,韩国则在第三阶段出现上升反弹,美国的威胁指数虽较小,但呈上升趋势。

对中国来说,第一阶段为技术起步阶段,由于本土基础研究落后,技术自主能力严重不足等原因,只能通过技术引进以满足国内需求,此时的芯片技术严重依赖发达国家,面临的技术威胁最大。

随着国内技术进步和应用市场发展,自主能力较第一阶段明显提高,整体层面技术威胁指数由61.24下降至22.95,且较韩国、欧洲更小。

总结

基于资源依赖理论、从双边依赖视角,提出技术依赖的四维度结构,并据此构建技术依赖测度模型,采用5个主要国家/地区的发明专利数据作为分析对象,分析了1990年至2020年的国际技术依赖网络整体情况及演化规律,并基于国际依赖网络分析,测算了五个国家/地区的技术威胁指数,得到以下结论。

第一,从全时间段的依赖网络看,日本和美国在依赖网络中处于主要地位。中国有一定的依赖入度,但程度较小,处于依赖劣势,说明中国在芯片技术领域有一定的技术发展,但目前难以形成反制能力。

第二,从依赖网络结构的演化状态看,不难发现国际技术依赖网络愈显复杂,说明各国/地区都在一些技术单体环节有所发展,一方占据主要地位的形势有所减弱,但依赖差距仍较明显。美国在各阶段均占据主要地位,日本在材料、制造模块呈现后来居上的态势,中国虽处相对边缘位置,但对外依赖程度逐渐减少,技术能力经历了“从无到有”的蜕变。

第三,从威胁指数看,日本和美国所面临的技术威胁较小,但在个别模块中呈现上升趋势;中国在各模块的技术威胁指数均呈下降趋势,但对外技术依赖带来的技术威胁依然较大,技术自主性亟须提高。

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