中國集成電路產業專利產出與績效的關系

王曉川，李 昱，周國華，孫理軍

（中國地質大學經濟管理學院， 湖北武漢 430074）

戰略性新興產業是中國經濟增長、轉型升級、建設創新型國家的戰略驅動力。集成電路（integrated circuit，IC）產業作為整個信息技術產業鏈的上游產業，是培育發展國家戰略性新興產業、推動中國信息化和工業化深度融合的基礎，是《中國制造2025》的重要組成部分和中國制造由大變強的重要技術及產業支撐。據中國半導體行業協會（CSIA）數據統計［1］，2017 年中國IC 產業的銷售額達到5 411.3 億元，同比增長24.8%，產量達到1 564.9 億塊，同比增長18.2%；中國已經成為全球最大的IC市場，IC 產業規模在全球占比已由2011 年約10%上升到2017 年的約20%，且增速領先全球市場。另據2018 年海關總署公布的全國進出口重點商品量值表顯示［2］，2017 年，中國IC 產品進口量為3 769.9億塊，其中70%屬于高端芯片，出口量僅為2 013.5億塊，大多為中低端產品，進出口貿易逆差達到1 932.6 億美元，同比增長率為16.6%。整體上，中國IC 產業發展迅猛，但是與先進國家相比仍然存在較大的差距，國內市場供給不足的矛盾依然十分突出，IC 市場自給率不足20%，大量高端產品依靠進口本質上阻礙了產業的轉型升級，難以對國家產業核心競爭力和信息安全提供強有力的支撐［3］。2018 年4 月16 日，美國商務部發布公告，稱美國政府將禁止中國的中興通訊股份有限公司在未來7 年內從美國企業購買敏感產品?！爸信d事件”的深層次原因是，中國IC 產業專利技術產出的嚴重不足，核心技術特別是設計類技術上對外依賴性高，因而國內許多相關企業缺乏國際競爭力，導致面對國外禁運時應對策略有限，迫切需要提高產業自身的技術水平，開發和創造新的專利和專有技術，并將其迅速地轉化為產品投向市場，以自主知識產權在全球的競爭市場中立足。正如習近平［4］總書記在中國科學院第十九次院士大會、中國工程院第十四次院士大會上的講話所說：“關鍵核心技術是要不來、買不來、討不來的。只有掌握關鍵核心技術，才能從根本上保障國家經濟安全、國防安全和其他安全。”

1 相關文獻綜述

專利是衡量一個產業、地區甚至是國家創新程度的重要指標［5］。在全球IC 產業的發展過程中，所有IC 產業發達的國家，如美國、德國、日本等，均是老牌的專利大國。研究發現，專利活動確實能夠促進經濟發展，對此，Enge 等［6］提出協整理論并首先使用該理論分析了專利產出與經濟增長之間的關系；鞠樹成［7］運用計量經濟學相關方法分析了中國專利產出與經濟增長的關系，發現專利產出在經濟增長中起到了一定的作用，但其作用有限；一些學者基于中國省際面板數據分析發現，專利產出與地區和產業經濟增長之間存在著一定的聯系［8-10］。然而，與傳統制造業行業以及其他新興產業不同，IC 產業可以細分為技術密集的設計業、資本密集的制造業以及勞動密集的封測業3 個子行業，且不同子行業間的技術含量差異較大，不同子行業對整個IC 產業發展的影響也不一樣。認識中國IC 產業這一特殊戰略性新興產業的專利產出與產業自身發展的關系，對于提升中國IC 產業的國際競爭力和國家安全，促進國民經濟的持續增長具有重要的現實意義。

以專利為典型代表的知識產權的新興生產要素，對于經濟的持續增長、IC 產業價值鏈高端轉型以及產業生態系統的構建有著非常重要的作用。Solow［11］、Romer［12］先后提出了外生經濟增長模型與內生經濟增長模型，認為技術進步以及知識和技術研發是經濟增長的源泉，但并沒有涉及專利產出與經濟增長的關系。de Solla Price［13］認為科學研究的產出與整個國家經濟體量之間存在著一定的相關關系，但是科學研究的產出不僅包括專利，還有著作、學術論文、成果獎勵等許多方面，不同類型的科研產出對于產業績效的影響也不一樣的。國外學者分別從企業、產業以及國家的層面，將專利活動作為衡量技術進步的重要指標研究了專利產出對經濟增長的作用，結果表明專利產出對于經濟增長具有顯著的推動作用［14-16］。

近年來，中國學者開始對專利產出與產業或地區經濟發展進行了相關的實證分析，研究結果表明專利產出與產業績效或經濟發展之間存在著一定相關關系。如，曾昭法等［17］采用1995—2005 年的中國相關數據，利用協整和誤差修正模型來實證研究專利對中國經濟增長的影響，發現專利制度自引入中國20 多年來，對在國經濟增長具有顯著的促進作用，但由于中國的幅員遼闊，各個地區之間技術條件、資源配置和產業結構等方面都存在著較大的差異，各地區的專利產出對于產業績效或經濟增長的方式、程度呈現出不同的特點，并且同一地區不同時期專利產出和產業績效或經濟增長之間的相關性也可能不同；張愛華［18］選取河北省同時期的樣本數據，運用計量經濟學方法實證研究專利產出與經濟增長的長期動態均衡關系，卻發現河北省專利產出對區域經濟增長的作用和效果不是很明顯。

產業的差異同樣會造成研究結果的不同。近年來，從產業層面研究專利產出與產業績效之間關系的問題引起了不少學者的關注和討論，如唐毅［19］整理了中國主要汽車企業專利申請情況和銷售額，實證分析汽車產業銷售額與專利產出之間的相關關系，結果發現在汽車行業的各個專利類型之間，專利產出與銷售額之間都存在強的相關性；徐巧玲［20］依據《中國統計年鑒》和《中國科技統計年鑒》中1995—2010 年的高技術產業專利數據和產業增加值，利用協整理論和格蘭杰因果檢驗得出，專利開發與產業增加值之間沒有形成良性的互動關系，專利產出對于傳統的汽車制造業與當前的高技術產業的發展存在著差異。因此，有針對性地探索專利產出對于產業績效或經濟增長是非常重要的。

一些學者分析發明專利、實用新型、外觀設計3類不同專利類型對產業績效或經濟增長的影響，如，吳軒［21］利用1996—2015 年中國31 個省、自治區、直轄市的面板數據分析了國內專利，使用R 軟件構建面板數據模型評估中國專利產出對經濟增長的貢獻，研究發現3 種不同類型的專利對于不同階段的經濟增長有不同的影響，以發明專利為代表的原創性技術在中國現階段經濟增長方式轉變過程中發揮著重要作用；郭迎迎等［22］基于《中國高技術產業統計年鑒》收集了1995—2010 年間的專利數據與面板數據，分析中國高技術產業五大典型行業的專利產出與經濟增長之間的關系，發現高技術產業的專利產出與經濟增長之間存在著顯著的長期均衡關系，兩者互為格蘭杰原因且互動效應明顯，但是5 個行業的效率卻并不相同，而朱月仙等［23］通過相關性分析及因果關系檢驗發現，這五大產業的專利與產業主營收入均成高度正向相關關系，但只有兩個產業存在單向因果關系，這兩位學者將高技術產業分開進行研究，并未解釋任一典型產業的專利產出對于該區域整體經濟發展的影響。

對于IC 產業來說，不同子行業的技術含量并不相同，分析產業的全部專利產出對產業發展的影響不很精確，而且影響結果的應用價值，這是因為技術含量較高的子行業的專利產出可能會更加明顯地促進產業發展，而技術含量較低的子行業的專利產出相對較低，對產業發展的影響可能也不大。因此，本文試圖將IC 產業細分為不同子行業來研究其對產業整體發展的影響。在前人研究的基礎上，本文主要研究中國IC 產業的3 個子行業的專利產出與其各自銷售額增長之間的關系，并引入了出口量這一指標進行討論，確定專利申請是否對產業競爭力產生影響。

2 相關數據收集與整理

2.1 專利產出

在知識經濟時代，技術創新是IC 產業發展的重要驅動力，專利產出成為衡量IC 產業技術創新能力的重要指標。本文的專利產出指標是基于IC 產業的專利申請數而非專利授權數，主要原因是因為專利申請數在很大程度上已經涵蓋了專利授權數的信息，并且專利從申請到授權之間存在著一定的周期，以專利授權數進行分析在時間上會存在一定的滯后性，很容易造成信息失真，這將對研究結果產生一定的影響；其次，由于本文的研究立足于產業層面，并非是某一企業在該產業中的壟斷地位。因此，鑒于專利申請數與專利授權數之間的一定線性關系以及專利數據的可獲得性，本文選擇專利申請數作為專利產出進行研究。利用中國專利信息中心的專利數據庫，結合《國際專利分類表》和中國半導體行業協會知識產權工作部發布的《中國集成電路產業知識產權年度報告》，將新一代信息技術中的IC 產業細分為3 個子產業：IC 設計業、晶圓制造業與芯片封測業（以下分別簡稱設計業、制造業和封測業）。根據關鍵詞、IPC 分類號等字段生成檢索式，依次搜索并統計了相關專利申請量于2001—2017 年間的變化趨勢，如圖1 所示。

圖1 2001—2017 年中國IC 產業專利申請數量變化趨勢

由圖1 可知，在2001—2017 年期間中國IC產業專利申請數在不斷增加，雖然略有波動，但總體而言一直保持著上升趨勢，平均增長率達到18.59%。其中，2006—2008 年間，隨著全球經濟發展減緩以及中國加入WTO 后部分產業5 年延緩期結束等影響，IC產業專利申請量增速停滯；2009年以后，雖然受到金融危機的不利影響，但由于電子產品的興起以及政府逐步加大對IC 產業的支持以及對專利等知識產權的重視，IC 產業的專利申請總量又快速增長。中國IC 產業經過多年的技術創新能力積累與專利基礎積累，部分企業已經具備了與國際企業競爭合作的知識產權基礎，IC 技術創新水平進一步提升。

2.2 產業發展績效

衡量IC 產業績效的指標有很多，如資產總額、產業增加值、銷售額、利潤以及產量等，由于IC 產業屬于高技術制造業，而產業銷售額可以用來衡量高技術產業的規模以及成長狀況，出口量數據可以用以衡量產業的國際競爭力，因此本文選擇IC 產業銷售額、IC 產業3 個子行業的銷售額以及出口量來衡量IC 產業的發展績效。根據中國半導體行業協會發布的《中國半導體產業發展狀況報告》（2001—2017 年）收集相關數據進行分析。

2 .2.1 IC 產業銷售額

在國家加快發展IC 產業政策支持下，IC 的市場銷售額快速增長。從表1 可以看出，2001—2017年中國IC 產業的銷售額幾乎一直保持逐年增長，平均增長率為23.91%。其中在3 個子行業中，設計業銷售額的平均增長速度居首位，比IC 產業平均水平高17.47%，這表明近年來設計業發展迅速，行業規模不斷擴大；制造業的平均增長率為33.35%，比IC產業平均水平高9.44%；增長率最低的是封測業，平均增長率僅為17.88%，低于IC 產業的平均水平。

表1 2001—2017 年中國IC 產業銷售額

表1 （續）

為了消除物價變動對于IC 產業銷售額的影響，本文后面的研究利用以2001 年為基期的價格指數對IC 產業銷售額進行平減，得到相應的實際變量。

2.2.2 IC 產業3 個子產業銷售額占比

由圖2 可以發現，近年來中國IC 產業在規模持續擴張的同時，產業內部結構得到一定程度的優化，因為封測業的技術在短期內難實現突破性創新，設計業與制造業在IC 產業的銷售額占比逐漸提高。中國半導體行業協會數據顯示［1］，2017 年，中國IC 設計業的銷售額達到2 073.5 億元，同比增長26.10%；制造業的銷售額為1 448.1 億元，同比增長28.50%；封測業的銷售額為1 889.7 億元，同比增長20.80%；制造業的銷售收入占比仍大幅度低于設計業，只占到全國同業總值的26.76%，設計業為38.32%、封測業為34.92%，與國際巨頭相比仍較為薄弱，需要更大的發展。一方面，按照世界IC 產業3 個子行業占比3 ∶4 ∶3 為均衡發展慣例，中國現階段IC 產業的3 個子行業比例處于失衡狀態；另一方面，中國IC 設計業的銷售額在2016 年首次超越了封測業的銷售額，成為IC 產業中銷售額最多的子行業，表明中國IC 產業持續多年向專利密集型產業的轉變已取得了重要的突破。

圖2 2001—2017 年中國IC 產業各子產業的銷售額比例

2.2.3 IC 產業出口量

如圖3 所示，2001—2017 年間中國IC 產業的產品出口量整體呈現逐年遞增的趨勢，從2001 年的63.4 億塊增加至2017 年的2 043.5 億塊，增長近32倍，出口產品數量名列世界前茅。值得注意的是，雖然中國IC 產品的出口量大幅度增加，但是進出口貿易逆差也在進一步增長。IC 產品出口量增加說明國內產業發展較快，但是進出口貿易差的增加也說明了中國IC 產業越來越依賴進口，缺“芯”之痛還在繼續上演。

圖3 2001—2017 年中國IC 產業年出口量走勢

3 IC 產業專利產出與績效的關系

通過上文可以看到，中國IC 產業的專利產出與產業發展是同步增長的，二者之間可能存在著一定的關聯?，F階段，研究專利產出與產業績效之間關系的方法有許多，如陳永清等［24］利用灰色關聯分析法判斷地區生產總值與專利產出之間的相關性強度，但是卻并沒有有效說明它們之間的因果關系。利用時間序列數據，采用格蘭杰協整理論，可以從時間序列的非平穩性入手，探求非平穩變量間蘊含的長期均衡關系，在驗證均衡關系的基礎上，通過格蘭杰因果檢驗來探尋其因果關系，是一種較為合理的做法。本文驗證中國IC 產業專利申請總數與總銷售額以及出口量之間的協整關系、IC 產業3 個子產業各自的專利申請與其銷售額的協整關系以及3個子產業分別與IC 產業總銷售額的協整關系。為消除數據中所存在的異方差，分別對各實際變量取自然對數，取消除異方差后的變量進行分析。本文運用EViews8.0 軟件對上述數據進行分析，變量設計如表2 所示。

表2 研究變量設計

表2 （續）

3.1 相關性分析

為了驗證變量之間的關系，首先對這些處理過的變量進行相關分析，判斷其是否相互關聯，若具有較強的相關性則可進行協整分析。通過EViews8.0軟件計算，可以看到各變量之間的相關系數均在0.91以上（如表3），這些數值可以證明這些變量之間具有較強的相關性，因此可以建立計量經濟模型來進一步解釋它們之間的關系。

表3 研究變量之間的相關性

3.2 平穩性檢驗

通常情況下，進行相關分析的方法是基于已有的數據建立計量模型，計算出相應的回歸方程，但是因為本文所選取的數據均為時間序列數據，若時間序列是趨勢序列或者非平穩時間序列時，可能會產生偽回歸問題。為了避免偽回歸的估計結果問題，本文采用ADF 方法進行序列的單位根檢驗來檢驗本研究變量數據序列的平穩性，以確保估計結果的真實性和有效性。在進行ADF 單位根檢驗的過程中，若原序列不平穩，則進行一階差分或二階差分使其達到平穩。對上述9 個變量進行檢驗的結果表明（如表4）：在10%的顯著性水平下，lnx0、lnx1、lnx2、lnx3、lny0、lny1、lny2、lny3、lnz 均 不 平 穩，對 其 進行二階差分以后均變得平穩。根據協整理論，可以對單整階數相同的序列進行協整。

表4 研究變量二階差分后的ADF 平穩性檢驗結果

表4 （續）

3.3 協整關系檢驗

采用EG 兩步檢驗法對于兩變量進行協整檢驗。首先分別對lny 1 與lnx1、lny 2 與lnx2、lny 3 與lnx 3 進行協整檢驗，然后再對被解釋變量lny 0 分別與解釋變量lnx0、lnx1、lnx2、lnx 3 之間進行檢驗，最后再對lnz 與lnx 0 進行協整檢驗，得到8 個協整方程。分別對這8 個回歸的殘差進行平穩性檢驗，得到如表5 所示的殘差項ADF 檢驗結果，可知僅有lny 2 與lnx2、lny 3 與lnx 3 的協整方程殘差項ADF 檢驗在10%的顯著性水平上平穩，說明變量間存在協整關系，即存在正向相關的長期均衡關系；其余6 個回歸的殘差項ADF 檢驗是非平穩的，不能說明其存在協整關系。通過計量分析發現：制造業的專利申請數與銷售額之間存在正相關關系，專利申請量每增加1%，行業總銷售額將上升1.330 1%；封測業的專利申請數與銷售額之間存在正相關關系，專利申請量每增加1%，行業總銷售額將上升0.556 6%。

表5 研究變量兩兩之間協整方程及其殘差項ADF 檢驗結果

3.4 格蘭杰因果關系檢驗

協整檢驗只能說明兩個變量間存在長期均衡關系，但兩個變量之間是否存在因果關系，以及因果性的方向需要進一步的驗證，因此，為了進一步說明具有協整關系的lny 2 與lnx2、lny 3 與lnx 3 之間的因果關系，本文對其進行格蘭杰因果檢驗。格蘭杰因果檢驗對滯后期長短非常敏感，不同的滯后期可以得到不同的檢驗結果，因此基于IC 產業應用新技術的快速性，本文選擇滯后期為1 ～4 年進行研究。從表6 以看出，當滯后期為1 ～3 年時，在10%的顯著性水平上lnx 2 不是引起lny 2 的格蘭杰原因與lnx 3不是引起lny 3 的格蘭杰原因拒絕原假設，即制造業和封測業的銷售額與它們的專利申請數之間存在單向的格蘭杰因果關系，即制造業、封測業的專利申請能夠帶動各自產業銷售額的增長，但是產業銷售額的增長并不能帶動專利申請的增加；而當滯后期為4 年時，這種單向的格蘭杰因果關系便不存在了。

表6 研究變量間格蘭杰因果關系檢驗結果

4 結論與建議

4.1 研究結論

本文基于2001—2017 年中國IC 產業的時間序列數據，利用協整理論以及格蘭杰因果檢驗，對中國IC 產業3 個子產業的專利產出與其各自的產業績效以及整個IC 產業績效之間的關系進行了實證檢驗。研究結果表明：首先，中國IC 產業中制造業和封測業專利產出與其各自的銷售額存在長期的均衡關系，制造業專利申請量每增加1%，其銷售額將上升1.330 1%，專利申請能夠帶動銷售額增長，而封測業的專利申請量每增加1%，其銷售額將上升0.556 6%，專利申請也能夠帶動銷售額增長；其次，中國IC 產業所有子產業的專利產出以及總專利產出均未與IC 產業總銷售額形成長期的均衡關系；最后，中國IC 產業的專利產出并未與出口量形成長期的均衡關系。

4.2 政策建議

隨著市場經濟體制的不斷完善和經濟全球化進程的加快，知識產權對技術創新和IC 產業的發展變得越來越重要，專利產出是IC 產業創新研究投入的重要體現，提高專利產出數量和IC 產業創新能力是當前經濟發展、產業轉型升級的重點。IC 產業是信息技術產業快速發展的基，鑒于此，本文提出以下建議：

（1）提高IC 設計業的技術水平。由本文的實證結果可知，IC 產業的3 個子產業中制造業與封測業的專利產出與其產業銷售額的增長形成了長期均衡關系，且專利產出均能夠促進銷售額的增長。由于中國的芯片封測業占IC 產業的結構比例恰當，體量已經進入了世界前3 位，基本不存在技術代差，發展速度顯著高于其他競爭對手，擁有先進技術的封測業專利產出就有效推動了封測業的發展；設計業作為IC 產業的龍頭產業，為技術和產品創新的主要環節，在產業發展中承擔重要責任，但是中國IC設計業與世界先進水平存在技術代差，由本文的實證結果也可發現其并沒有推動行業和產業發展。因此，加快自主研發，努力縮小與世界一流水平的技術代差以及提高專利轉化為成果的效率是當今中國IC 設計業發展的關鍵。

（2）加快晶圓代工廠的建設布局。IC 產業的進步取決于IC 制造商能否可以持續提供更多先進節點的服務。隨著IC 設計業的快速發展，中國晶圓制造業已經不足以支撐設計業的發展，因而導致IC 產業中僅有設計業的專利產出未能與其銷售額形成長期均衡關系，快速增加的設計業專利申請并沒有轉化為成果，在當今快速的技術變革下，不能及時應用于市場的技術可能迅速遭到淘汰。因此，要推動建設晶圓代工廠，加快晶圓生產線布局與建設，使國內的生產線產能得到快速增長。

（3）加快專利成果的轉化應用。由本文的實證結可知，IC 產業中制造業與封測業與其銷售額之間的格蘭杰因果關系的滯后期為1 ～3 年，因此政府應不斷完善相關知識產權法律，有效運用專利等知識產權，當出現新的專利時，使其盡快轉化為科技生產力。

（4）合理分配資源。由本文的實證結果可以看到，IC 產業總銷售額的增長并未促進任何IC 子產業的專利申請增加，可能是政府在制定IC 產業的發展戰略時沒有充分考慮專利產出與產業發展的關系。因此在加大研發投入的同時，根據IC 產業各子產業自身發展的特點來合理安排，而不是片面地追求科技投入在產業分布上的均衡性，應該考慮非技術投入，做到資源的優化配置，例如在現階段應加大對技術含量較高的設計業的科技投入，對制造業增加資金投入、設備投入等，使封測業能夠繼續保持世界領先水平。

（5）鼓勵企業自主研發關鍵核心技術。本文的研究尚未證明專利產出與IC 產業出口量之間的關系，但是向征等［25］通過對中國上市公司數據的研究發現，專利產出與產品出口之間存在長期穩定關系，專利能夠促進企業出口，增強企業的國際競爭力。隨著中國IC 產業的規模越來越大，進出口貿易逆差也在不斷擴大，中國仍處于缺“芯”之痛的困境之中?，F階段，要提高IC 產業的競爭力，必須積極推動專利產出對于出口的帶動作用，重要的就是出口高端的產品，降低對外依賴程度，從而縮小進出口貿易逆差，因此政府要加強對國內企業的扶持力度，重點是在核心技術上加強，避免“中興事件”的再次發生。