DOI: https://doi.org/10.1057/s41599-024-03253-5
تاريخ النشر: 2024-06-12
المؤلف: Suhua Ou وآخرون
الموضوع الرئيسي: الابتكار الاقتصادي والتكنولوجي
نظرة عامة
تقدم هذه الفقرة من ورقة البحث نظرة عامة على ديناميات التجارة العالمية في صناعة أشباه الموصلات من 2001 إلى 2019، باستخدام تحليل الشبكات الاجتماعية لتوضيح الروابط المعقدة بين الاقتصادات المشاركة في سلسلة توريد أشباه الموصلات. تحدد الدراسة اتجاهات مهمة، بما في ذلك تحول في أنماط التجارة يتميز بـ “الارتفاع في الشرق والانخفاض في الغرب”، مع تباين ملحوظ عبر السلع. على وجه الخصوص، شهدت تجارة الدوائر المتكاملة زيادة كبيرة، حيث تمثل الاقتصادات الآسيوية الآن أكثر من 80% من هذه التجارة. تكشف التحليلات أنه بينما زادت اتصالات التجارة بشكل عام، فإن المنتجات العليا مثل الرقائق والمعدات تظهر سيولة تجارية أقل مقارنة بمواد التعبئة والدوائر المتكاملة، التي تتمتع بروابط تجارية أقوى.
تسلط النتائج الضوء أيضًا على تحول في هيكل “المركز-الهامش” لشبكة تجارة أشباه الموصلات، حيث ارتفعت اقتصادات مثل الصين وسنغافورة إلى مواقع مركزية في تجارة المواد الأساسية، بينما تم تهميش ماليزيا إلى وضع شبه هامشي. تتأثر تشكيلات هذه الشبكات التجارية بعوامل مثل التنظيم الذاتي للشبكة، وخصائص الهبات الخارجية، ووجود الشبكة الخارجية. تختتم الدراسة بأن التنمية الاقتصادية وحجم العمالة تؤثر بشكل إيجابي على التجارة، لكن آثار الابتكار التكنولوجي تختلف بشكل كبير عبر السلع المختلفة، مما يؤثر سلبًا على تصدير معدات الإنتاج. بالإضافة إلى ذلك، تعزز الروابط التاريخية واللغات المشتركة العلاقات التجارية، بينما تشكل المسافة الجغرافية عائقًا.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على الدور الحاسم لأشباه الموصلات في الاقتصاديات العالمية، مشددة على أهميتها في التنمية الصناعية والأمن الوطني. مع وصول مبيعات أشباه الموصلات العالمية إلى 574 مليار دولار في عام 2022، أصبحت أشباه الموصلات رابع أكبر منتج تجاري على مستوى العالم. تناقش الورقة التحديات التي تطرحها الاحتكاكات التجارية وجائحة COVID-19، التي كشفت عن نقاط الضعف في سلسلة توريد أشباه الموصلات العالمية. مع سعي الدول لتحقيق استقلالية أكبر في إنتاج أشباه الموصلات، انتقلت الصناعة من نموذج تصنيع الأجهزة المتكاملة (IDM) إلى هيكل أكثر تجزئة يتميز بتقسيم العمل بين التصميم والتصنيع والاختبار.
يشير المؤلفون إلى أن صناعة أشباه الموصلات تتأثر بالسياسات الوطنية وديناميات السوق العالمية، مما يؤدي إلى توزيع غير متساوٍ للقيمة بين مختلف الفاعلين. على الرغم من الحواجز العالية للدخول ومتطلبات رأس المال، تحافظ الاقتصادات المتقدمة على ميزة المتقدمين، وغالبًا ما تستخدم استراتيجيات متنوعة لتأمين مواقعها في سلسلة القيمة. تحدد الورقة فجوة في الأدبيات المتعلقة بالتحليل الكمي لشبكات تجارة أشباه الموصلات، والتي تهدف هذه الدراسة إلى معالجتها. تقترح استكشاف تطور أنماط التجارة، وهياكل الشبكات، وديناميات المركز-الهامش داخل صناعة أشباه الموصلات، مع فحص العوامل المؤثرة في تشكيل الشبكات التجارية. ستفصل الأقسام التالية مصادر البيانات، والمنهجية، والنتائج الخاصة بالدراسة.
الطرق
تحدد فقرة ورقة البحث المنهجية المستخدمة في تحليل صناعة تصنيع أشباه الموصلات، مع التركيز على هيكل سلسلة الصناعة لأشباه الموصلات. تتكون هذه السلسلة من قسم تصنيع أساسي، يشمل تصميم الدوائر المتكاملة (IC) وتصنيع الرقائق والتعبئة والاختبار، إلى جانب قسم داعم يشمل المواد الأساسية ومعدات الإنتاج. من الجدير بالذكر أن المواد الأساسية، وخاصة الرقائق السيليكونية، تمثل جزءًا كبيرًا من سوق مواد أشباه الموصلات، حيث تمثل حوالي 37% من قيمتها. تهيمن الدوائر المتكاملة على فئة المنتجات النهائية، حيث تساهم في 82% من إجمالي القيمة الصناعية للصناعة.
لتحقيق في تطور التجارة العالمية في قطاع أشباه الموصلات، تركز الدراسة على أربعة أنواع من السلع: المواد الأساسية، ومواد التعبئة، ومعدات الإنتاج، والدوائر المتكاملة. تستخدم التحليلات بيانات التجارة التي تمتد من 2001 إلى 2019، مع الأخذ في الاعتبار انضمام الصين إلى منظمة التجارة العالمية والاضطرابات التي caused by COVID-19 على التجارة الدولية. تم الحصول على البيانات من قاعدة بيانات إحصاءات تجارة السلع التابعة للأمم المتحدة، مما يسمح بفحص مفصل من خلال رموز النظام المنسق (HS). بالإضافة إلى ذلك، تم الحصول على متغيرات العوامل المؤثرة لتحليل نموذج الرسم العشوائي الأسي (ERGM) من قواعد بيانات البنك الدولي وCEPII.
النتائج
تكشف نتائج الدراسة عن تحولات كبيرة في أنماط التجارة للسلع الرئيسية داخل سلسلة صناعة أشباه الموصلات على مدى العقدين الماضيين. من الجدير بالذكر أن هناك اتجاهًا بارزًا يتمثل في “الارتفاع في الشرق والانخفاض في الغرب”، حيث زادت الاقتصادات الآسيوية من حصتها في كل من الواردات والصادرات. على وجه الخصوص، ارتفعت نسبة المصدرين الآسيويين من 54% في 2001 إلى 73% في 2019، بينما زادت نسبة المستوردين الآسيويين من 57% إلى 71%. لقد حولت اليابان، التي كانت تاريخيًا أكبر مصدر للمواد الأساسية، تركيز تجارتها من الاقتصادات الغربية إلى الشركاء الآسيويين، حيث أصبحت الصين ثاني أكبر مصدر، وزادت حصتها من 0.47% إلى 18.51%. على النقيض من ذلك، شهدت الولايات المتحدة انخفاضًا كبيرًا في حصتها التجارية، حيث تم التعرف على تايوان الآن كأكبر مستورد للمواد الأساسية.
فيما يتعلق بمواد التعبئة، ظلت ديناميات التجارة مستقرة نسبيًا، تتركز بشكل أساسي في أوروبا والولايات المتحدة، على الرغم من أن التجمع الصناعي قد ضعف. انخفضت حصة الاقتصادات الأوروبية والأمريكية في أكبر 10 أسواق تصدير من 77.1% إلى 64.5% بين 2001 و2019. يظهر قطاع معدات الإنتاج تركيزًا عاليًا، حيث تهيمن اليابان وهولندا والولايات المتحدة على الصادرات، على الرغم من أن سنغافورة وكوريا الجنوبية قد زادت بشكل ملحوظ من قدراتهما التصديرية. بحلول عام 2019، تجاوزت الصين الولايات المتحدة كأكبر مستورد لمعدات الإنتاج، حيث تمثل ما يقرب من 30% من الواردات العالمية. شهدت تجارة الدوائر المتكاملة أكبر تغيير في نمط الفضاء، حيث ارتفعت حصة صادرات الاقتصادات الآسيوية من 54.02% إلى 83.4%، بينما انخفضت الحصة من أوروبا والولايات المتحدة بشكل كبير. يبرز هذا التحول الدور المحوري للصين كمستهلك رئيسي في سوق الدوائر المتكاملة، مدفوعًا بالطلب الكبير والدعم الحكومي، مما أدى إلى ازدهار الشركات المحلية وزيادة الاستثمار الأجنبي في المنطقة.
المناقشة
في هذا القسم، يناقش المؤلفون بناء وتحليل شبكة تجارة السلع داخل سلسلة صناعة أشباه الموصلات، باستخدام نظرية الرسوم البيانية لنمذجة الشبكة كـ \( G = (V, E) \)، حيث يمثل \( N = |V| \) الاقتصادات (العقد) و \( M = |E| \) يشير إلى العلاقات التجارية (الحواف). تعكس قاعدة الوزن الموجهة \( W \) أحجام التجارة، مع عتبة قدرها 1,000 دولار تضمن تضمين أكثر من 99.99% من إجمالي قيمة التجارة، وبالتالي الحفاظ على سلامة هيكل الشبكة. تم تحليل الخصائص الرئيسية للشبكة، مثل الدرجة المتوسطة والكثافة ومعامل التجميع، لتقييم اتصالات التجارة وهيكل المركز-الهامش، مما يكشف أن الاقتصادات المشاركة في إنتاج أشباه الموصلات عالية التقنية غالبًا ما تكون في المركز، بينما تلك المشاركة في الأنشطة ذات القيمة المنخفضة، مثل التجميع، تحتل مواقع هامشية.
تم استخدام نموذج الرسم العشوائي الأسي (ERGM) لاستكشاف العوامل المؤثرة في تشكيل الشبكة التجارية، مع تضمين المتغيرات الهيكلية الذاتية، وخصائص العقد، وعوامل الشبكة الخارجية. أشارت النتائج إلى أن الشبكات التجارية ليست عشوائية، مع ملاحظة تفاعل كبير، خاصة في تجارة المعدات. ظهرت التنمية الاقتصادية وحجم القوة العاملة كعوامل رئيسية تؤثر على التجارة، بينما أثرت المسافة الجغرافية والتاريخ الاستعماري بشكل كبير على العلاقات التجارية. تؤكد النتائج على التفاعل المعقد بين العوامل الداخلية والخارجية التي تشكل شبكة تجارة أشباه الموصلات، مما يبرز أهمية السياقات الجغرافية والتاريخية في ديناميات التجارة الدولية. تختتم الدراسة بأنه بينما حولت العولمة أنماط التجارة، لا تزال القرب الجغرافي والروابط التاريخية مؤثرة في علاقات التجارة في صناعة أشباه الموصلات.
DOI: https://doi.org/10.1057/s41599-024-03253-5
Publication Date: 2024-06-12
Author(s): Suhua Ou et al.
Primary Topic: Economic and Technological Innovation
Overview
This research paper section provides an overview of the semiconductor industry’s global trade dynamics from 2001 to 2019, utilizing social network analysis to elucidate the complex interconnections among economies involved in the semiconductor supply chain. The study identifies significant trends, including a shift in trade patterns characterized by “rising in the east and decreasing in the west,” with notable heterogeneity across commodities. Specifically, the trade of integrated circuits has surged, with Asian economies now accounting for over 80% of this trade. The analysis reveals that while trade connectivity has generally increased, upstream products like wafers and equipment exhibit lower trade liquidity compared to packaging materials and integrated circuits, which have stronger trade connections.
The findings also highlight a transformation in the “core-periphery” structure of the semiconductor trade network, where economies such as China and Singapore have ascended to core positions in the base materials trade, while Malaysia has been relegated to a semi-peripheral status. The formation of these trade networks is influenced by factors such as network self-organization, exogenous endowment attributes, and exogenous network embeddedness. The study concludes that economic development and labor scale positively impact trade, but the effects of technological innovation vary significantly across different commodities, particularly negatively affecting the export of production equipment. Additionally, historical ties and common languages enhance trade relations, whereas geographical distance poses a barrier.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the critical role of semiconductors in global economies, emphasizing their significance in industrial development and national security. With global semiconductor sales reaching $574 billion in 2022, semiconductors have become the fourth largest trade product worldwide. The paper discusses the challenges posed by trade frictions and the COVID-19 pandemic, which have exposed vulnerabilities in the global semiconductor supply chain. As nations seek greater autonomy in semiconductor production, the industry has transitioned from an integrated device manufacturing (IDM) model to a more fragmented structure characterized by a division of labor among design, manufacturing, and testing.
The authors note that the semiconductor industry is influenced by national policies and global market dynamics, leading to uneven value distribution among different actors. Despite the high entry barriers and capital requirements, advanced economies maintain a first-mover advantage, often employing various strategies to secure their positions in the value chain. The paper identifies a gap in the literature regarding the quantitative analysis of semiconductor trade networks, which this study aims to address. It proposes to explore the evolution of trade patterns, network structures, and core-periphery dynamics within the semiconductor industry, while also examining the factors influencing trade network formation. The subsequent sections will detail the data sources, methodology, and findings of the study.
Methods
The research paper section outlines the methodology employed in analyzing the semiconductor manufacturing industry, emphasizing the structure of the semiconductor industrial chain. This chain comprises a core manufacturing segment, which includes integrated circuit (IC) design, wafer manufacturing, packaging, and testing, alongside a supporting segment that encompasses essential materials and production equipment. Notably, base materials, particularly silicon wafers, represent a significant portion of the semiconductor materials market, accounting for approximately 37% of its value. Integrated circuits dominate the final product category, contributing to 82% of the industry’s total industrial value.
To investigate the evolution of global trade in the semiconductor sector, the study focuses on four commodity types: base materials, packaging materials, production equipment, and integrated circuits. The analysis utilizes trade data spanning from 2001 to 2019, considering China’s accession to the WTO and the disruptions caused by COVID-19 on international trade. Data were sourced from the United Nations Commodity Trade Statistics Database, allowing for detailed examination through harmonized system (HS) codes. Additionally, influencing factor variables for Exponential Random Graph Model (ERGM) analysis were obtained from the World Bank and CEPII databases.
Results
The results of the study reveal significant shifts in the trade patterns of key commodities within the semiconductor industrial chain over the past two decades. Notably, there has been a pronounced trend of “rising in the east and decreasing in the west,” with Asian economies increasing their share of both imports and exports. Specifically, the proportion of Asian exporters rose from 54% in 2001 to 73% in 2019, while Asian importers increased from 57% to 71%. Japan, historically the largest exporter of base materials, has shifted its trade focus from Western economies to Asian partners, with China emerging as the second-largest exporter, increasing its share from 0.47% to 18.51%. Conversely, the United States has seen a significant decline in its trade share, with Taiwan now recognized as the largest importer of base materials.
In terms of packaging materials, the trade dynamics have remained relatively stable, primarily concentrated in Europe and the United States, although the industrial agglomeration has weakened. The share of European and American economies in the top 10 export markets decreased from 77.1% to 64.5% between 2001 and 2019. The production equipment sector exhibits high concentration, with Japan, the Netherlands, and the United States dominating exports, though Singapore and South Korea have notably increased their export capacities. By 2019, China had overtaken the United States as the largest importer of production equipment, accounting for nearly 30% of global imports. The integrated circuit trade has experienced the most significant spatial pattern change, with Asian economies’ export share rising from 54.02% to 83.4%, while the share from Europe and the United States dropped dramatically. This shift underscores China’s pivotal role as a major consumer in the integrated circuit market, driven by substantial demand and government support, leading to a flourishing of local enterprises and increased foreign investment in the region.
Discussion
In this section, the authors discuss the construction and analysis of a commodity trade network within the semiconductor industrial chain, employing graph theory to model the network as \( G = (V, E) \), where \( N = |V| \) represents the economies (nodes) and \( M = |E| \) denotes the trade relationships (edges). The directed weighted base \( W \) reflects trade volumes, with a threshold of $1,000 ensuring the inclusion of over 99.99% of total trade value, thus preserving the network’s structural integrity. Key network characteristics, such as average degree, density, and clustering coefficient, were analyzed to assess trade connectivity and the core-periphery structure, revealing that economies engaged in high-tech semiconductor production are often at the core, while those involved in lower-value activities, like assembly, occupy peripheral positions.
The Exponential Random Graph Model (ERGM) was utilized to explore factors influencing trade network formation, incorporating endogenous structural variables, node attributes, and exogenous network factors. Results indicated that trade networks are not random, with significant reciprocity observed, particularly in equipment trade. Economic development and labor force size emerged as critical drivers of trade, while geographical distance and colonial history significantly impacted trade relationships. The findings underscore the complex interplay of internal and external factors shaping the semiconductor trade network, highlighting the importance of geographical and historical contexts in international trade dynamics. The study concludes that while globalization has transformed trade patterns, geographical proximity and historical ties remain influential in the semiconductor industry’s trade relationships.