動態視角下集成電路產業創新網絡演化特征分析

劉曉燕,李金鵬,單曉紅,楊 娟，魏云鳳

(北京工業大學經濟與管理學院,北京 100124)

0 引言

當前，中國正處于經濟發展的轉型期，傳統的資源配置方式已經不能滿足企業日漸增長的發展需求[1]。在大環境壓力下，創新成為企業獲取競爭優勢的重要途徑，創新網絡成為創新的重要組織形態。這種組織形態可以有效緩解單個企業在創新活動中技術知識等資源的不足，降低由技術和市場的不確定帶來的研發風險，有效促進組織的知識績效和經濟績效[2-3]。然而與戰略聯盟相比，創新網絡的松散程度更高，網絡演化不明確、不穩定的問題突出[4]，網絡演化的不確定性和不穩定性成為創新網絡的一大困擾，嚴重削弱了網絡的創新輸出，致使創新合作關系提前解體，導致創新網絡的失敗。在此背景下，從動態視角進行創新網絡的演化分析，有助于掌握創新網絡演化的規律及趨勢，為網絡組織的進一步協調及治理提供依據。

集成電路產業是最能反映知識經濟特征的高新技術產業。集成電路的不斷完善，促進了計算機等產品的升級換代，也促進了整個信息產業的蓬勃發展。2014年，國家頒布 《集成電路產業發展綱要》，加大產業投資，加快產業建設總體部署。2015年5月印發的 《中國制造2025》，將集成電路置于發展新一代信息技術產業的前沿。在技術發展和國家政策支持的環境下，2016年中國集成電路產業銷售額為4335.5億元，比上年增長20.1%。中國集成電路產業發展迅速，取得了令人矚目的成就。但據海關統計，2016年中國集成電路進口額為2270.7億美元，而出口額為613.8億美元,集成電路產業仍面臨著自主創新能力不足的困境。從總體上來看，中國集成電路行業關鍵技術自給率低，核心技術掌握量少，產業鏈多集中于下游的封裝測試階段。其中最主要的原因是企業創新能力不足，行業創新績效低下。對集成電路產業的創新網絡演化進行分析，有助于把握集成電路產業的創新網絡的演化形態及特征，為政府制定集成電路產業創新政策、優化產業結構提供支撐，為引導該產業的創新網絡未來發展提供支持。

1 文獻綜述

網絡演化最早出現在復雜網絡的研究中，它描述了網絡拓撲結構、資源流量、信息擴散等系統狀態 (整體形態和行為方式)沿時間軌跡的變化[5]。網絡演化在創新網絡中體現為節點的進退及節點間關系的變化。

目前，學者們對創新網絡演化的研究主要分為關系、結構和動力三個視角。在關系視角下，主要研究了網絡中合作關系的變化和對網絡演化的影響。以Granovetter為代表的學者強調組織間的凝聚力，認為組織間的強聯系可以促進合作，促進組織獲得異質性知識[6]。部分社會學家從節點屬性出發，認為個體傾向于選擇熟悉或具有相似性[7]的主體進行合作，常見的友誼網絡研究中指出相同性別的個體之間更有可能建立友誼關系[8]；經濟地理學家從地理鄰近、認知鄰近、組織鄰近等多種鄰近關系出發[9]，認為當企業之間位于同一地理區域、具有相似的規范和價值觀、具有相似的知識庫時，這些鄰近性在一定程度上降低了協作成本或風險，他們之間更有可能建立合作關系。此外，這種關系是可傳遞的[10]，兩個沒有合作關系的公司可以通過 “第三方”建立聯系[11]，它們都與第三方有合作關系，從而形成一個封閉的三角形，實現更穩定的資源交換。Granovetter認為，關系傳播中的 “中間人”可以在跨越社會邊界獲取資源和信息的過程中起到促進新關系聯結的橋梁作用，從而形成企業的關系嵌入[12]。結構視角下，主要分析了合作創新網絡整體的結構特征變化。Zheng等[13]利用網絡密度和節點度數中心度指標，描繪了納米技術研發國家間合作網絡的變化；Milojev[14]、Zhang 等[15]從優先連接角度分析網絡演化的內部驅動機制，研究表明，度數中心度高的節點對新進入節點更有吸引力；劉鳳朝等[16]從網絡結構特征出發，使用度數中心度、中間中心度和接近中心度三個指標分析不同節點在網絡中的位置和功能特征，發現節點所處的網絡位置對其創新績效有顯著影響，且隨著網絡的演變這一影響更加明顯。動力視角下，主要研究創新網絡為什么演化？如何演化？劉國巍等[5]從網絡的時空特征出發，引入最優分割理論從時間演化和空間演化進行分析，明確了網絡結構的時空協同演化路徑。陳文婕等[17]通過對全球低碳汽車技術合作創新網絡的演化路徑進行研究發現，在創新網絡演化過程中，網絡密度逐漸提升、核心組織逐漸凸顯；阮平南等[18]結合Feature Selection方法分析IBM專利合作網絡的數據，挖掘了創新網絡不同階段的演化動力。

目前，學者對創新網絡的演化研究或基于關系嵌入視角下對創新網絡合作特征變化進行探索，或基于結構嵌入視角下對創新網絡的結構特征變化以及對網絡演化的路徑和動因進行探索，為本文的研究提供了豐富的理論基礎。但是存在以下問題：①研究主要聚焦在技術創新網絡，沒有結合具體的產業特征，不同的產業發展階段，其創新背景存在差異，如何從產業創新網絡的視角，同時結合網絡的穩定性特征進行研究成為產業優化和治理的重要問題；②研究基本是在靜態的視角下研究關系嵌入和結構嵌入[19-20]，這種組織間關系層面的靜態性[21]，不利于網絡對復雜市場變化和行業激烈競爭做出響應；③由于不同產業背景下創新網絡的發展階段不同[22]，其研究成果存在不一致。本文從動態視角，結合集成電路產業生命周期特征，分析網絡關系、結構、穩定性的演化趨勢，進一步深化創新網絡演化的理論研究，并為引導產業創新網絡的發展提供參考。

2 數據來源與相關理論概念

2.1 數據來源及處理

集成電路是一種微型電子設備或組件，是集知識、科技、資本、人才于一體的高科技產業。而專利作為知識密集型產業的重要知識輸出[23]，其聯合應用信息被廣泛用于研究合作創新[24-26]。根據集成電路產業年度報告可知其專利申請以主分類號H01L為主，又因發明專利在專利申請中的難度和技術價值含量最高，因此，選用集成電路產業中H01L下發明專利聯合申請來表示創新網絡中的合作關系。

集成電路產業發明專利申請最早出現于1985年，2000年開始形成有價值的合作申請網絡，參照IPC國際專利分類，對國家知識產權局重點產業數據庫中集成電路產業2000—2017年內的發明專利進行檢索，得到專利數據41274條，其中主分類號H01L下專利數據29785條，篩選出其專利中聯合申請數據，同時將個人與個人、個人與企業的聯合申請進行剔除，作為本文數據樣本。

2.2 集成電路創新網絡穩定性演化模型

在集成電路創新網絡中，可以通過節點之間的合作關系表示相互影響的傾向，建立基于離散時間的n個主體節點組成的n×n的0～1合作矩陣，并在不同的時間觀測點借助SIENA模型對創新網絡狀態進行模擬。SIENA 模型為集成電路產業中每個行為主體定義了其目標效用函數，主體都期望目標函數能夠最大化，因此，這個函數決定了未來網絡的結構[27]。當組織存在關系改變的條件，組織將根據偏好和組織特征對合作關系做出選擇，網絡中的節點關系發生變化，而模型中的目標函數正決定了網絡變化的概率，它代表了節點的行為規則。當節點從一組網絡轉移到另一組網絡中時，該節點移動的概率隨著此狀態下的目標函數的增高而增高，目標函數被假定為效用分量的線性組合：

fi(β,x)=∑kβkski(x)

(1)

其中，fi(β,x)是指節點i的目標函數值，它取決于網絡狀態x；ski(x)是基于理論和實際選擇的網絡功能、效果，βk是目標函數中影響要素的權重參數。若βk=0，相應的網絡功能ski(x)在網絡動態中不起任何作用；若βk為正，說明此節點將有更高的概率移動到與節點有一樣高的目標函數值的方向；反之，若βk為負，則此節點將不會有高概率移動到跟節點有相類似目標函數值的地方。本文用模型中基本參數速率λ來表示網絡中合作主體改變他們關系的機會，即網絡演變的穩定性。而對于SIENA模型，網絡速率函數λ被定義為分別取決于周期m、主體協變量和主體對網絡依賴性的因子乘積[28]。

(2)

3 對集成電路產業創新網絡的實證分析

3.1 集成電路創新網絡總體趨勢

為了便于對集成電路產業創新網絡演化過程和特征進行分析，本文以2000—2017年專利申請為基礎，結合中國集成電路產業發展布局和國家政策，將集成電路創新網絡演化分為起步、成熟、調整、再生四個階段 (見圖1)。

圖1 集成電路產業專利申請趨勢

(1)起步階段 (2000—2005年)：2000年6月24日，國務院發布了 《鼓勵軟件業和集成電路業發展的若干政策》 (18號文件)，自此，中國集成電路打開了對外交流合作的渠道，大批優秀外國企業和人才得以進入中國市場，同時對 《中華人民共和國專利法》進行了再次修訂，賦予了非國有企業與國有企業、集體企業同等的地位，極大地促進了企業創新活力。以2000年為起點，集成電路產業發展態勢良好，專利申請數量不斷增長，至2005年專利申請量達到1787個，產業處于創新起步時期。

(2)成熟階段 (2006—2010年)：2007年年末開始的經濟下滑進而導致全球性的經濟危機，由于中國主要從事集成電路基礎性器件和設備的生產銷售，因此，整個產業受到較大沖擊，專利申請出現負增長。同時，中國在2006年加入世界半導體理事會，與世界半導體市場的對接極大促進了國內集成電路產業發展的成熟化，并在 《國家中長期科學和技術發展規劃綱要 (2006—2010)》等一系列政策扶持下，集成電路產業在經濟危機中保持平穩并較快恢復增長。這個階段的專利申請數量呈現平穩的狀態。

(3)調整階段 (2011—2014年)：2011年，國務院發布了 《進一步鼓勵軟件產業和集成電路產業發展的若干政策》，旨在通過調整投資、融資、進出口、人才、知識產權等推動集成電路產業結構優化，同時期傳統電子產品的衰落和智能產品的迅速崛起促使中國集成電路產業更加注重自主研發和協同創新。此階段在政策調整和市場經濟復蘇的影響下主要表現為產業規模迅速擴大，資源得到更加有效合理配置，專利申請數量持續增加。

(4)再生階段 (2015—2017年)：2014年，集成電路最大應用領域電腦市場逐漸趨于飽和，集成電路產業發展放緩，同時 AI、云計算、物聯網等成為集成電路發展的新方向，并在2015年引發了世界集成電路企業間并購的狂潮。在此背景下，2015年，國家發布 《中國制造2025》著重強調制造強國戰略實施；2016年， “十三五規劃”將發展智能制造、加快突破新一代信息通信等核心技術作為重點推進，集成電路產業作為政策扶持的重要產業，其創新主體不斷增多，合作網絡中焦點公司占據結構洞優勢與其他節點進行持續合作，網絡穩定性增加，行業體系在原有水平上實現 “再次創新”。

3.2 集成電路創新網絡結構演化

集成電路產業中企業創新合作表現為共同申請專利，所以本文選取2000—2017年集成電路產業不同階段內的創新合作網絡進行可視化分析 (見圖2)，并通過計算階段內每一年的結構特征指標可以更清楚地考察網絡結構的演化情況 (見表1)。

圖2 集成電路產業創新合作網絡形態

年份中心勢(%)網絡密度平均路徑年份中心勢(%)網絡密度平均路徑20009.310.10461.29420093.430.05921.23720017.640.20001.00020102.340.04041.539200213.070.09941.54820112.130.02561.23720034.600.05831.60720123.130.04901.47020044.450.08712.00720132.590.05331.32920052.160.06541.13820145.860.11471.42120061.040.05931.14120156.040.11721.71820073.980.09521.27120162.610.17631.54520081.230.04321.16120176.080.16041.489

(1)起步階段 (2000—2005年)：在起步階段初期，集成電路創新合作網絡中節點和邊的數量都較少，合作規模較小，中心節點為美國、日本企業，中國企業在創新研發中處于邊緣地位，并未參與合作網絡中，可以看出大多節點都處于分散合作的狀態。這一時期，網絡中心化程度由于更多創新主體的加入而總體上呈下降趨勢，合作網絡凝聚力降低，其中2002年由于日本企業株式日立制作所的加入，并吸引了多個節點合作，造成中心勢指數暫時增加。同時，網絡隨著創新主體合作增加，網絡整體連通性降低，相對于整個合作網絡，主體間的合作仍舊松散。

(2)成熟階段 (2006—2010年)：在集成電路產業的成熟階段，從圖2可以看出網絡規模較起步階段明顯增加且保持穩定，但此階段網絡中的主體節點進入、退出網絡頻繁，網絡中心勢、網絡密度和平均路徑長度指標都呈現不規律的變化。表明整個網絡未能形成一個穩定的合作關系，其中多為在市場不穩定需求下，企業之間以短期利益為導向，以獲取異質類資源為目標開展合作，二次合作創新較少，導致網絡演化趨向無序。但由于產業在這一階段已經成熟，并沒有因市場大環境的影響迅速衰退，而是在認識到市場飽和及未來前景的事實下，加快產業轉型，促進機制改革和新產品開發，使產業進入下一階段。

(3)調整階段 (2011—2014年)：在集成電路產業的調整階段網絡規模達到最大值，合作網絡由前一階段獨立、分散的節點合作逐漸演變為以某一節點為中心互相合作的模式，在網絡結構指標計算中，中心勢和網絡密度整體不斷增加表明這一時期網絡逐漸趨于穩定，網絡中逐漸形成新的中心節點，凝聚力漸強。平均路徑長度趨向于1.4較成熟階段增加，結合實際合作情況發現，這是由于各節點由最開始的分散合作轉變為依附中心節點合作，增加了信息傳遞的距離。節點間的合作更加穩定、緊密，節點與網絡中心節點的聯系增加，推動合作網絡朝向穩定、有序發展。

(4)再生階段 (2015—2017年)：在集成電路產業的再生階段，可以看到網絡規模縮小，集中、合作緊密的群體開始涌現，網絡中出現明顯的中心節點，以京東方科技集團、天馬微電子、中芯國際集成電路制造為中心，形成較為緊密的合作網絡，為促進網絡內的資源協調與交換奠定了重要基礎。

3.3 集成電路創新網絡主體及合作關系演化

(1)集成電路創新網絡主體演化。由于不同創新主體在資金來源、合作環境、產業鏈合作方式等方面存在不同程度的差別，導致創新主體在創新伙伴選擇時對合作網絡的趨向產生很大影響。根據創新主體的類型將其分為企業、外企、高校和科研院所三種，對創新主體的演化進行統計 (見圖3)。

圖3 2000—2017年集成電路產業創新合作主體演化

從圖3可以看出，2006年之前集成電路產業創新合作申請主體以外企為主，這一時期中國集成電路處在創新起步階段，中國企業參與度很低，企業間協同創新網絡較為封閉。2006年之后在市場需求和政策鼓勵下，中國企業占比逐漸增加并超過外企成為集成電路產業創新主力軍，近三年外企占比有所增加，這與中國集成電路產業體系更加成熟和外企為爭奪中國市場的戰略布局有關。其中高校、科研院所一直處于一個較低的地位，這表明集成電路產業創新合作主要以企業為主，本身具有科技創新資源優勢的學研機構未能和企業形成相互信任的穩定合作關系。此外，統計發現，企業之間的合作異質性不明顯，同類型企業之間合作較為密切，外企和中國企業的聯合創新較少，可以看出中國集成電路產業仍處于創新主體合作分布不均勻的困境。

(2)集成電路創新網絡主體間合作關系演化。為了進一步對集成電路產業主體間合作關系進行探究，對2000—2017年集成電路產業主體間的平均合作頻次進行統計 (見圖4)。

圖4 2000—2017年集成電路產業主體間平均合作頻次

主體間的合作頻次是測量網絡關系強度的重要指標，是影響合作創新的重要因素，刻畫了主體間的合作緊密程度。由圖4可以看出，主體間平均合作頻次呈波動上升趨勢，整體上反映了集成電路產業內主體間合作越來越緊密。這表明，雖然網絡規模不斷擴大，但隨著創新型經濟的驅動，主體對合作創新依賴性逐漸增強，一個穩定的合作關系是創新產出的重要保障，因此，創新合作網絡主體間趨向更密切的合作關系。

3.4 集成電路創新網絡穩定性演化

SIENA模型是一個以行為主體為導向的統計學網絡模型，要求網絡必須是連續動態變化的，故本文剔除因日本企業產業布局規模涌入和規模退出導致網絡變化不連續的2004年和2005年 (可以視為網絡速率變化無限大),集成電路創新網絡變化速率如表2所示。

表2 基于SIENA的網絡變化速率估計結果

為了使參數的估計值更加穩定，本文采取SIENA中條件矩估計法。所有變量T值在P<0.1下顯著，且每一階段的總最大收斂比 (t-ratios)小于0.1，模型具有良好的收斂度。由運行結果中速率λ的值可看出，集成電路產業技術專利申請合作網絡雖然變化不穩定，但是在2008年后整體呈現一種變化速率越來越小的趨勢，說明合作網絡也越來越趨于穩定。

結合集成電路產業網絡主體、結構演化和專利申請可以得出網絡穩定性變化與合作網絡績效的關系。2000—2005年起步階段網絡速率不斷增大，網絡中心勢逐年降低，專利申請逐漸增加，主要是由于這一時期合作網絡不穩定且不斷吸收新的主體增加規模，創新主體為外企，外企以短期效益為目標并未形成穩定的合作關系，此階段的專利申請量增加反映的是規模增加帶來的效益和企業對短期效益的追求。2006年進入成熟階段，合作網絡主體逐漸演變為中國企業，其中2006—2007年網絡變化速率為28.9707，專利申請量出現了負增長，表明期間網絡合作關系變化頻繁，網絡穩定性很差，并對創新合作績效產出產生了負面影響，并且可以看出，在成熟階段網絡速率的起伏變化與網絡結構和專利申請的起伏密切相關。2011—2014年調整階段，穩定的合作關系和良好的政策市場環境促進了主體間聯合創新意愿，專利申請數量持續增加。2015年進入再生階段，由于京東方等節點在新一輪產業研發中不斷擴大合作規模、增加創新投入、提升創新能力，擁有更多的網絡權,核心優勢逐步形成,集成電路網絡演化變動趨勢明顯減小。同時，結合再生階段專利申請增長速率可以看出，合作網絡的穩定發展有效地促進了合作績效的產出。

綜上可以得出，隨著創新網絡的不斷發展成熟，合作網絡逐漸趨于穩定，組織期望拓展關系和創造條件改變關系的概率降低，創新網絡的演化發展隨著時間的推移趨于緩慢。隨著合作網絡逐漸趨于穩定，集成電路產業創新合作績效的增長越來越高，組織之間也傾向以合作方式進行創新研究。經過長時間的合作，組織之間也將存在穩定的合作關系，長此以往，組織會優先選擇已經有合作歷史的組織進行再次合作。

4 研究結論與對策建議

創新網絡隨著時間推移不斷進行演進，這種演進過程也是一個產業積累不可或缺的部分。本文借助SIENA構建創新網絡演化模型，并對集成電路產業的創新網絡演化進行實證分析，得出以下結論：

(1)從創新網絡結構演化來看，網絡規模經過一段時間的擴張逐漸趨于穩定，網絡中心化特征越來越明顯，網絡呈現以重要節點為中心，向外發散的核型結構。同時，產業中的核心企業掌控著整個產業的信息流和合作導向，造成創新合作集中于核心企業進行，在一定程度上阻礙了創新的擴散。

(2)從主體合作關系演化來看，企業始終是最主要的創新主體，學研機構和高校在創新網絡中地位較弱，創新合作網絡從以外企為主逐漸演變為以中國企業為首，外企占據一定地位的態勢。創新主體間平均合作頻次逐漸增加，合作關系越來越密切，更加有利于合作網絡的穩定，但主體合作關系異質性明顯，往往是具有強實力的企業之間的合作密切，且主體合作類型異質性差，多為同類型企業間的合作，這種情況不利于異質資源的傳遞，影響深度創新。

(3)從網絡速率演化來看，集成電路產業創新網絡雖然每個階段都在不斷變化，但是網絡演化速率隨著時間推移逐漸變慢，網絡逐漸趨于穩定。同時，網絡演化速率減慢有利于創新績效的產出。因而在產業治理過程中要保障網絡整體的穩定性，避免網絡動蕩，是產業創新績效提升的前提和保障。

結合本文的研究結論，對集成電路產業提出如下建議：第一，鼓勵創新企業進入合作網絡，加快網絡中有效信息的擴散，不斷將外部創新成果和創新要素引入合作網絡，高校和科研院所要充分發揮科技資源優勢，提高自身在創新網絡中的主體地位，與企業建立相互信任的合作關系，促進科技成果有效轉化，防止合作網絡陷入創新困境；第二，合作網絡中主體要積極尋找新的合作伙伴，中外企業需要建立更多的合作路徑促進異質性資源有效利用，企業和企業、企業和學研機構間要建立穩定的合作，增加合作頻次；第三，政府制定集成電路產業發展政策時應該要保證政策的長久和有效貫徹，營造一個穩定的創新合作環境，完善創新成果保護機制，實現集成電路產業發展重心向核心技術的轉移。