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2024 , Vol. 44 >Issue 3: 108 - 117

DOI: https://doi.org/10.15957/j.cnki.jjdl.2024.03.011

区域经济与理论方法

中国半导体产业的空间集聚识别与集聚分区

  • 蒋小荣 , 1 ,
  • 刘清 , 2, 3, ※
展开
  • 1.湖北文理学院 资源环境与旅游学院，中国湖北 襄阳 441053
  • 2.中山大学 地理科学与规划学院，中国广东 广州 510006
  • 3.新加坡国立大学 地理系，新加坡 117570
※刘清（1995—），女，博士研究生，研究方向为全球价值链、城市网络。E-mail：

蒋小荣（1984—），男，博士，副教授，硕士生导师，研究方向为全球化与区域转型。E-mail：

收稿日期: 2023-08-03

  修回日期: 2024-03-12

  网络出版日期: 2024-09-12

基金资助

国家自然科学基金青年项目(42201187)

湖北省自然科学基金创新发展联合基金项目(2023AFD058)

湖北省自然科学基金青年项目(2022CFB783)

国家留学基金项目(202306380174)

收起

Spatial Agglomeration Identification and Agglomeration Zoning of Semiconductor Industry in China

  • JIANG Xiaorong , 1 ,
  • LIU Qing , 2, 3, ※
Expand
  • 1. College of Resource Environment and Tourism，Hubei University of Arts and Science，Xiangyang 441053，Hubei，China
  • 2. School of Geography and Planning，Sun Yat-sen University，Guangzhou 510006，Guangdong，China
  • 3. Department of Geography，National University of Singapore，Singapore 117570，Singapore

Received date: 2023-08-03

  Revised date: 2024-03-12

  Online published: 2024-09-12

Fold

摘要

文章基于中国半导体企业—分支的投资关系，运用区位商、最小跨度树与模块度等复杂网络的图分割技术，构建涵盖256个地级及以上城市的中国半导体产业网络，并在分析其空间集聚特征和联系强度的基础上划分出一个可供参考的中国半导体集聚区分区方案。研究发现：①中国半导体产业呈现集聚为主的空间分布模式，集聚水平呈现出东高西低、南高北低非均衡发展态势。②全局对外投资网络的地理分布呈现为钻石结构与菱形模式。全局本地投资集聚区表现为显著的东西差异，东部本地集聚区为双核或多核牵引型，西部本地集聚区表现为单核牵引型。③在全国6大区域集聚区中，长三角的区域一体化水平最高，珠三角域内联系强度密集但珠江东岸的极化现象显著，京津冀表现为梯度双核驱动模式，山东半岛依托济南与青岛都市圈形成横向联系，关中与成渝地区表现为双核增长极集聚区模式。④中国半导体产业的空间集聚区可划分为南方、东部、北方和西部4个一级分区和20个二级分区。

关键词： 集聚分区; 半导体产业; 关系数据; 网络社区; 创新; 发明专利

本文引用格式

蒋小荣 , 刘清 . 中国半导体产业的空间集聚识别与集聚分区[J]. 经济地理, 2024 , 44(3) : 108 -117 . DOI: 10.15957/j.cnki.jjdl.2024.03.011

Abstract

Based on the investment relationship between Chinese semiconductor enterprises and their branches,this paper constructs China semiconductor industry network covering 256 prefecture-level cities using the methods of locational quotient,minimum spanning tree,and modularity,and analyzes its spatial agglomeration characteristics and connection degree. According to the above,it proposes a reference scheme for the agglomeration zoning of China's semiconductor industry. The findings include that: 1) China semiconductor industry shows the characteristics of agglomeration distribution. The agglomeration level presents an uneven development trend,which is high in the east of China and low in the west of China,high in the south of China and low in the north of China. 2) The global outward investment network exhibits a geographical distribution resembling a diamond structure and rhombus pattern. Local investment agglomeration areas show significant differences between the east of China and west of China,with the east of China having a dual-core or multi-core traction type,and the west of China displaying a single-core traction type. 3) Among the six agglomeration areas,it demonstrates the highest level of regional integration in the Yangtze River Delta. It exhibits intensive connectivity within the region in the Pearl River Delta,but significant polarization is observed on the east bank of the Pearl River. The Beijing-Tianjin-Hebei region shows a gradient dual-core driving pattern,while the Shandong Peninsula relying on the Jinan-Qingdao metropolitan area forms horizontal connections. It presents a dual-core growth pole agglomeration pattern in the Central Shaanxi Plain and Chengdu-Chongqing area. 4) The spatial agglomeration area of China's semiconductor industry can be divided into Ultimately,China is roughly divided into four primary zones (the southern zone of China,the eastern zone of China,the northern zone of China,the western zone of China) and 20 secondary zones.

Key words： agglomeration zone; semiconductor industry; relationship data; network community; innovation; patent invention

半导体产业是电子信息产业的基石和核心、第四次工业革命的引擎，是地缘经济、地缘政治与军事等国力较量的基础，也是支撑中国社会经济发展，保障国家安全的基础性、战略性和先导性产业。但是，与发达国家相比，中国半导体研发创新和技术水平较为落后[1]，近年来，美国又对华实施制裁措施，如将华为、中兴等企业列入“实体清单”，凸显了半导体对中国产业升级与国运的关键意义，使其在国内迅速升温并引发热议[2]。国际政治压力下的严峻现实，迫使中国加快自主研发与生产半导体的步伐。种种残酷现实说明“大国精器”对中国未来阶段的发展至关重要[3-4]。
半导体产业的空间集聚研究在国内外学术界和政策制定者中引起了广泛重视，研究成果丰富且不断深化。国外相关研究主要聚焦于借鉴新经济地理学、创新集群理论等，阐述了产业集群形成和发展过程中知识溢出、技术创新网络、供应链协同效应的重要性[5-6]。通过深入剖析全球典型半导体产业集群如硅谷[7]、韩国京畿道[8]、中国台湾[9]和大陆地区[10]等，探讨全球半导体产业链上下游的关联性以及各环节的空间布局。近年来国内相关研究也取得显著进展，主要结合中国国情与产业特点，深化对半导体产业集群的形成机制、演化路径以及空间组织规律的研究。学者们通过大量实证数据和案例分析，揭示了我国长三角、珠三角、京津冀等重点区域半导体产业的空间集聚特征及其驱动因素[11-13]。此外，国内学者还特别关注在全球半导体产业链重构及贸易摩擦背景下，探讨中美在半导体产业非对称的相互依赖关系，以及像台积电此类半导体企业在中美博弈背景下的立场选择与应对[14-15]。
然而，当前半导体产业研究主要聚焦于全球生产的地理格局、向中国的半导体产业转移和价值链重构、中美贸易战视角下中国半导体产业的地位升级、集聚区间合作网络、嵌入全球技术网络的地方芯片企业演化等[5,10,16-18]。相较之下，关于中国半导体产业的集聚分区规划与布局研究尚处于初步阶段，这是一个基础性和先导性工作。因此，通过对半导体产业空间分布规律的深度挖掘及合理分区，有助于揭示中国半导体产业内部各区域间的资源禀赋、技术特征以及产业链条分布的独特性，形成互补合作的科技创新联盟，强化产业链上下游的协同效应，从而为制定精准化的产业发展战略和优化资源配置提供决策依据。
传统区划研究已经转向自然与社会经济相互作用的综合区划研究，如中国陆域综合功能区划[19]、中国城市经济区划[20]、中国人文综合区划等主体功能区划[21]。通过对已有文献的梳理发现，区划方法主要基于统计属性数据这类独立的空间单元进行区划识别与分区[22]，本质还是基于空间孤立而非联系的基础上进行区划；同时，基于地域属性数据的区划则偏向静态、区域孤立和描述性，很难表征出区域间的社会经济人文联系。但是，随着交通通信技术与企业投资行为的普遍，区域之间兴起了各种“流”，并被作为纽带将区域紧密联系起来。特别需要注意的是，半导体企业大多为多区位投资型和总部—分支生产型，绝不仅限于在区域行政边界内的本地投资与联系，跨界投资与区域间生产联系十分密切，总体上呈现围绕不同中心城市形成区域化网络的趋势[23]。因此，本文主要结合属性数据和关系数据，引入流分割的方法，从区域间联系视角探索中国半导体集聚区识别与分区方案，以期从更加全面的关系空间维度分析中国半导体产业网络空间特征及其分区规划。

1 研究数据与方法

1.1 数据来源与处理

本文的数据来源有2部分：①半导体产业链相关企业数据。参考任亚文等人[24]的划分标准，将半导体产业链分为3个环节：上游以芯片设计业务为主；中游以集成电路、分立器件及光电子元件制造及封测为主；下游则是面向企业和个人消费者的数字终端设备的生产。因此，本文的半导体产业属于广义的半导体产业，涉及到的企业包括上游的半导体设计企业；中游的晶圆制造及封测企业、分立器件及光电子元件制造企业以及下游的消费电子、汽车电子、工业电子、移动通信及智能电子设备制造企业等。企业数据主要来自于天眼查、企查查等工商企业数据库，其中企业类型主要参考数据库中搜索出的相关企业的主营业务来进行划分。2022年中国半导体产业相关企业共15757家，其投资的分支公司为10066家（表1）。这是本文的核心研究数据，包括数据字条为在城市级尺度上分布的各企业：a.经营范围、成立时间与经纬度空间信息；b.企业人员情况（从业人员数量、管理人员和企业高管）；c.企业专利数据（发明专利、实用型专利、软件著作权和商标）；d.各省份半导体企业接受投资情况（投资地、接收地、投资企业数和投资额）。企业清单来自于《中国集成电路产业年鉴》、市场调研报告《参照系》、国泰安数据库、企查查和天眼查数据库。②2022年《中国统计年鉴》与《中国城市统计年鉴》的电子产业从业人员与发明专利申请数据。
表1 中国半导体企业与投资分支企业数据

Tab.1 Data on Chinese semiconductor enterprises and their investment branches

企业类型 芯片设计 晶圆材料 封测材料 封装测试 半导体制造 终端设备生产 总量
半导体企业数量（家） 3837 1767 2165 1841 3020 3127 15757
投资分支企业数量（家） 2141 2022 1300 1526 1671 1406 10066

1.2 半导体产业的集聚分区思路

本文主要基于关系数据从半导体产业网络视角进行集聚区划分，划分的核心是流分区手段和图分割方法。流分区手段指利用最小跨度树自下而上地对城市尺度单元进行相似合并，其本质是空间邻接约束下的层次聚类法。图分割方法指利用模块度近似最大值对最小跨度树自上而下进行空间集聚划分。集聚区分区思路主要归纳为3步，涵盖了从点数据到关系数据的集聚区范围识别和边界确定过程（图1）。
图1 中国半导体产业集聚分区的思路框架和技术流程

Fig.1 Framework and technological roadmap of agglomeration zone of China’s semiconductor industry

第一步为基于区位商识别城市热点斑块。该步骤主要基于2022年城市尺度的半导体企业属性数据，从空间集聚视角，采用区位商方法构建指标体系测度空间集聚热点、识别集聚区斑块。参考李佳洺等人[25]做法，选取2022年该城市和全国半导体企业数量、从业人员与发明专利数据3个指标，分别测算该城市半导体产业的企业区位商、就业区位商和创新区位商。第二步为基于投资关系数据识别城际集聚区网络[26]。该步骤主要基于2022年半导体企业总部—分支投资关系数据，利用社会网络分析方法从节点中心性和连通性视角，测度城际集聚区联系强度，识别跨城市的全局集聚区网络与分区域集聚区网络。第三步为基于复杂网络的半导体集聚区分区。该步骤是在前两步识别的热点集聚斑块与城际联系集聚区的范围基础上，构建空间连通图的最小跨度树[27]，然后利用最小跨度树的层次聚类合并毗邻和相似度高的地区（相似值），最后利用模块度最大化分割最小跨度树，最终形成在中国地级市尺度上的半导体集聚区二级分区方案。

1.3 分区方法

1.3.1 最小生成树

最小跨度树是建立在网络连通图基础上的，指的是连通图的所有生成树中路径最小的一个生成树。本文所采用的划分算法是由Brain等提出的Kernighan-Lin算法[28]。算法思路和实施过程如下：在满足空间邻接矩阵的基础上构建半导体投资集聚区网络，每个城市节点为独立组。第一步，在聚类初期，先按全序平均连接法将城市节点按预先设定规模分为两大群组。第二步，对每一个分属两个群组的节点i与j组成的节点对（i，j）交换位置，接着计算交换前后两群组间割集规模的变化量①。第三步，在所有节点对（i，j）中遍历寻找使割集规模减少最多或增加最少的节点对，然后将这些节点两两交换，但约束条件是保证网络中每个城市节点只能移动一次。第四步，进入下一轮循环，迭代上述查找计算过程，每一轮循环都交换使得最大程度减少或最小程度增加群组间边数的节点对，直至没有可交换的节点对和割集不再出现改善。至此，所有节点的循环遍历已经跑完，最后选择割集规模最小的状态，此刻生成的生成树就是连通图的最小跨度树。
Δ = K i o h t e r - K i s a m e + K j o h t e r - K j s a m e - 2 A i j
式中：Δ为节点从一个群组移动到另一个群组后对割集规模带来的变化量；Kisame为在一个群组中与节点i直接相连的边；Kiother为节点i与另一群组中节点直接相连的边；同理，Kjsame和Kjother分别为节点j与上述节点i类似表征；Aij为节点i与节点j直接相连的边。

1.3.2 模块度

为了得到最终的半导体集聚区分区结果，需要选择分区指标分割最小跨度树。在复杂网络科学理论中，分割最小跨度树最常用的有效方法是模块度近似最大化，用以衡量群组内部对象的联系紧密程度、产业投资协作和科技创新强度。Newman最早提出模块度（Modularity）概念，是衡量网络社团划分质量的指标，也是测度复杂网络社团结构强度的有效方法[29]。模块度的数理含义是网络社区划分方式下，社区内部节点联系的实际值和期望值之差。具体计算公式为：
Q = 1 2 m ∙ ∑ i , j A i j - k i - k j 2 m δ C i , C j
式中：Q为模块度； m = 1 2 ∙ ∑ i , j A i j为网络中所有权重总和；Aij表示节点i和j之间边的数量；δ（Ci，Cj）为复杂网络的社团划分情况；Ci为节点i划分到的社团；Cj为节点j划分到的社团。若节点i、j被划分为同一社团，δ（Ci，Cj）=1，否则为0。Q越高，说明网络的社区结构越显著，其取值范围为[-0.5，1.0]，其值越接近1，代表集聚区分区方法在区分内部紧密联系的集聚区效果上越理想。

2 集聚区识别结果

2.1 基于区位商的城市集聚区斑块识别

通过3个维度的区位商计算结果，可知中国半导体产业呈现集聚为主的空间分布模式。其中，高度集聚地区与中国城市群分布总体一致，且发明专利相比于从业人员与企业数量维度，更加倾向于高度集聚在少数集聚区区域。为了筛选潜在集聚区斑块，选取区位商大于1的城市斑块，并根据周灿等[30]的阈值设置方法，以第80个百分位数的数值作为发明专利、从业人员与企业数量的下限，排除未达到阈值的城市斑块。
首先，由区位商的集聚规模发现，创新集聚斑块上，创新区位商大于1的城市斑块有41个，其中有8个城市斑块不满足创新集聚阈值条件，剩余保留33个创新集聚区斑块（图2a）；就业集聚斑块上，就业区位商大于1的城市斑块有45个，其中有15个城市斑块不满足就业集聚阈值条件，剩余保留30个创新集聚区斑块（图2b）；企业集聚斑块上，企业区位商大于1的城市斑块有36个，其中有10个城市斑块不满足企业集聚阈值条件，剩余保留26个企业集聚区斑块（图2c）。为了进一步更加客观和综合地识别总体的半导体集聚区热点斑块，本文对3类区位商进行加权叠加分析，加权系数为0.33，最终计算的叠加分析结果如图2d所示，总体上，有21个区域是同时满足半导体创新、企业与就业的集聚区。同时筛选创新、企业和就业区位商数值之一大于1且达到规模阈值的城市斑块，将其视为潜在集聚区斑块保留，最终识别31个集聚区斑块（图2e）。
图2 基于区位商的中国半导体产业热点斑块识别

注：基于自然资源部地图技术审查中心标准地图服务网站的标准地图（审图号：GS（2019）1676号）制作，底图边界无修改。图3~图7同。

Fig.2 Hotspot identification of China semiconductor industry based on the locational quotient

其次，由区位商的地理分布发现，中国半导体产业集聚水平在城市尺度呈现出非均衡发展状态。区位商大于1的城市主要集中于东部地区的城市群，西部、中部和东北区域中大部分省份的半导体产业区位商整体水平不高。从分维度区位商来看，创新区位商最大值前3位的依次分布在深圳、上海与北京，总体高值集聚在京津冀、长三角、江淮、珠三角、长江中游城市群与川渝城市群；就业区位商最大值前3位的依次分布在深圳、苏州与北京，总体上高值区集聚在京津冀、山东半岛、关中—天水、长三角、珠三角、长江中游城市群、川渝、海峡西岸城市群，分布范围最为广泛；企业区位商最大值前3位的依次分布在深圳、苏州和上海，长三角与珠三角也是中国半导体企业最为集中的热点区域，其余的区位商总体高值集聚在辽中南、京津冀、川渝与环鄱阳湖城市群。最终叠加分析的结果中，整体区位商高值聚焦的区域出现在京津冀、长三角、珠三角、长江中游城市群和川渝城市群。

2.2 基于中国半导体总部—分支投资关系的网络集聚区识别

本节通过ArcGIS从关系数据视角可视化中国半导体产业的城际间集聚区，联系强度是基于半导体企业的总部—分支机构的投资金额和企业数量表征的，最终刻画了中国半导体城际投资联系的对外与本地整体网络格局以及区域分异。

2.2.1 全局网络

图3刻画了中国半导体集聚区对外与本地投资联系的总体格局，31个半导体热点斑块的投资联系在对外与本地尺度上呈现总体一致的发展态势。
图3 基于企业对外与本地投资联系的中国半导体产业集聚的全局网络

Fig.3 Overall network pattern of China’s semiconductor industry agglomeration based on outward and local investment of semiconductor enterprises

从半导体产业的对外城际集聚区联系看（图3a），根据总体的网络指标分布表明，城际半导体集聚区网络为“富人俱乐部”特点显著的无标度网络①，大额投资和总度值出现在少数核心热点城市。具体地，中国半导体投资网络集聚区的网络密度为0.092，投资联系强度小于12119万元的联系在全部城际间联系的占比为85.3%，表明绝大部分城市间以总部—分支大额投资关系为纽带的集聚区联系还并不突出。联系强度的平均值为45478万元，但联系强度小于平均值的联系在全部城市的联系占比为93.3%，最大的联系强度热点出现在深圳、上海、北京、苏州、无锡、杭州、东莞、西安、成都，投资的企业数量均超过500家，投资金额超过102340万元。这些核心热点城市构成了中国半导体城际集聚区网络的总体网络骨架，呈现为一种菱形结构。投资联系强度显著的城际集聚区主要分布在京津冀、长三角、珠三角、成渝、福厦沿海、长江中游、山东半岛、关中城市群，这也更加反映出这些地区依托上述核心龙头城市形成雁型结构的半导体集聚区网络，雁首为长三角，雁两翼为京津冀与珠三角，雁尾为长江中游城市群、川渝与关中地区。
从半导体产业的本地集聚区分布看（图3b），本地投资企业数量与投资金额的平均值分别为26家和191798万元，总体投资联系水平较高，但本地投资联系在企业数量与投资金额上又出现显著的东西分异。以胡焕庸线为界，半导体产业的本地投资在东西半壁的企业数量的平均值分别42家和19家，投资金额平均值分别为302257万元和16597万元，东部地区的本地企业数量与投资金额显著高于全国平均水平，西部地区略低于全国平均值。本地投资企业数量显著与大额投资的城市斑块为北京、上海、苏州、无锡、杭州、深圳、东莞、广州、武汉、西安、重庆、成都。对应地，本地投资联系强度显著的集聚区也主要分布在长三角、珠三角、京津冀、川渝，形成高度一体化的本地联系核心—腹地区，也是国家电子信息产业基地、集成电路设计产业化基地、科技产业园区以及半导体龙头企业的集聚分布区域。相比来说，东部的核心本地投资集聚区已经孵化出多个域内龙头城市，总体的本地投资溢出水平与一体化水平较高，为双核或者多核牵引型。但是，西部本地集聚区地区不仅在本地企业数量规模与投资额度上远低于东部地区集聚区，而且核心的本地集聚区往往依托一个省会城市发育，半导企业投资资源和意向更加倾向于集聚在行政等级最高的城市，表现为单核心驱动型。

2.2.2 区域网络

本节在全部城市间联系中筛选出端点城市处于同一省份或同一城市群内的总度值与连通值，并基于此可视化出半导体集聚区局部投资集聚区网络，以揭示被大量高强度、长距离的核心城际间联系所掩盖的投资信息，更清晰直观地展示中国半导体投资网络集聚区的局部空间分布（图4）。结果发现：东部沿海区域已建立起高度密切和稳固的半导体内部投资联系，孵化出了较为典型的多个城市协同发展的域内半导体集聚区；西部城市主要还是与东部城市建立了跨区域的大额联系，区域内部联系则较为稀疏，多数省份的投资网络以省会城市为增长极的核心—边缘结构，总体一体化的域内半导体集聚区尚未发育成熟。
图4 基于企业投资联系的中国半导体产业集聚的区域网络

Fig.4 Regional network of China’s semiconductor industry agglomeration based on investment linkages of semiconductor enterprises

从城市群层面看，长三角、京津冀、珠三角和山东半岛城市群的半导体集聚区表现出高度紧凑的内部联系，且区域内部存在较多短距离的高强度联系。尤其是长三角城市群形成了区域一体化水平最高的半导体集聚区联系地域，域内形成了上海、苏州、无锡、常州、南京、杭州、宁波、合肥等多个核心集聚区热点城市，区域内的投资联系强度在苏南、苏北与江淮一带均趋向均衡化发展，同时区域内投资关系数最为密集，大额投资体量也最为显著。珠三角城市群半导体集聚区的区域一体化水平仅次于长三角城市群，域内也围绕深圳、东莞、广州、珠海、惠州等核心聚居区形成了高度紧凑密集的集聚区联系地域，但是区域内投资联系强度出现极化现象，大规模的半导体投资规模依旧集中在珠江东岸，而珠江西岸、粤东、粤西、粤北地区的半导体集聚区投资联系稀疏。京津冀城市群半导体域内集聚区表现为一种梯度双核驱动模式，北京是域内集聚区绝对的核心引擎，天津形成了在企业数量与投资次于北京的第二极核，石家庄在投资关系和企业数量上也表现突出，其余的域内城市集聚区也主要围绕着这两个核心城市进行投资结网。山东半岛城市群的域内集聚区表现为东西向的投资联系，主要围绕着鲁西的济南都市圈和鲁东的青岛都市圈形成横向的网络联系骨架，但鲁西的投资强度与企业规模总体大于鲁东地区，表现为鲁东地区的部分城市也远距离与鲁东城市结网，如烟台—济南、青岛—济南、威海—济南等。西部主要在关中城市群和成渝城市群，形成包含少量强度联系的局部集聚区网络，这2个区域城市主要围绕西安—天水、成都—重庆这些双核增长极城市结网发育，网络极化现象显著。

2.3 中国半导体集聚区网络分区

2.3.1 最小跨度树连接与模块度分割

以中国半导体城际投资联系和邻域关系为基础，通过动态空间邻接约束下的层次聚类构建了包含全国256个城市节点及255条边的连通图的最小跨度树（图5）。实现最小跨度树的第一步是构建城市空间连通图。连通图由独立顶点和独立路径组成，每一个独立顶点代表一个城市空间对象，并且除了起点和终点外，不共享任何其他顶点；每一条独立路径为连接两个顶点有且只有一条相连的路径，顶点之间没有共享边，满足边非相交（edge-disjoint）或者顶点非相交（vertex-disjoint），也称为非相交路径（disjoint path）。独立路径出现在地域毗邻的城市单元，表征城市空间对象的邻接关系。本文以半导体产业所在的城市行政单元区划为空间对象，根据全序（Full-Order）的空间邻接约束方式构建空间连通图，作为识别最小跨度树的基础骨架。接着，是识别连通子图的最小跨度树，即连通图的所有生成树中路径最小的生成树。在基于全序平均连接法建立空间邻接关系后，从半导投资联系强度对空间对象进行层次聚类，生成连通的、无向的、无闭合循环的最小树状结构，它本质是顶点割集（vertex cut set）和边割集（edge cut set）的集合，移除这顶点和边后，两个顶点间的最小路径就会断开，所以移除最小跨度树中的任意一边将形成两个独立区域[28]。这种空间邻接连接关系，映射在实际城市空间上，表现为一定规模的地表联系区域，形成半导体产业集聚网络的初步划分骨架。
图5 基于空间连通图的最小跨度树路径分布

Fig.5 Pathway distribution of minimum weight spanning tree based on the spatial contiguity graph

2.3.2 模块度近似最大化的分区结果

图6是基于二值网络的模块度最大化切割结果，以二值网络模块度为依据的分区结果包含了8个社区，由25个区域单元组成。其中，规模较大的区域有5个，分别为社区1、2、3、4、6，其包含的城市单元总量占全部城市单元数量的87%。具体来说，社区1涉及长三角和江淮集聚区，社区2涉及华北与东部集聚区，社区3涉及珠三角、长江中游与海峡西岸集聚区，社区4涉及西南集聚区，社区6涉及关中集聚区。上述大规模的集聚区社区边界与省级行政区总体一致，并且与中国的经济中心、科技中心城市、科技产业园区、集成电路产业基地部署较为吻合，体现出行政级别、经济与科技资源、产业政策规划对于中国半导体产业布局与投资导向的显著影响。剩余3个小规模的社区主要分布在山东半岛、中原地区和西北地区，这些社区更多表现为相对离散的城市独立节点，其内部城际投资联系相对稀疏，并未与所处地域范围内的其他城市构成紧密联系的半导体产业集聚区。
图6 模块度近似最大化的半导体集聚区网络分区结果

Fig.6 The results of semiconductor agglomeration area network partitioning with approximately maximized modularity

上述基于二值网络的模块度近似最大化分区结果较为客观地反映中国半导体集聚区投资网络地理集聚模式。其宏观特征能够为中国半导体产业空间集聚的基本范围确定提供参考，也能够指导区域集聚区内具体城市范围的构成。

2.4 中国半导体集聚区的二级分区方案

本文以中国半导体产业在城市尺度的地理分布与网络关系为基础，基于全局模块度近似最大值对中国半导体产业进行集聚区识别与分区，最终划定各个半导体集聚区的两级分区具体范围、组成城市与详细边界（图7）。一级区划与省级行政边界总体一致，以符合国家对各省级行政主体开展协同规划与行政管理；二级区划主要基于中国地级行政单元，囊括256个城市节点，在半导体产业对外投资联系的网络关系基础上进行流分割，所以会出现部分二级分区边界与其他省域城市联系强度显著，从而跨越省级行政区边界分区的情况。
图7 中国半导体产业空间集聚的二级分区方案

Fig.7 Second-level zoning scheme for the spatial agglomeration of China semiconductor industry

就二值网络的集聚区划分结果而言，一级分区包含4个大的区域板块，分别囊括中国北方、东部（长三角及山东半岛）、南方和西部地区。以一级分区单元为基础进行二级分区，进一步挖掘中国半导体产业空间集聚的细部结构。二级分区有20个，其地域范围往往囊括1~3个省级行政区范围，但半导体集聚区分区打破省级行政边界的情况也明显增多，在北方、中西部等局部区域形成了与主要城市群更为一致的空间组合模式，而在东部与南部除了与城市群空间范围分布符合外，还出现城市群之间紧密联系的分布模式。具体地，北方半导体集聚区囊括5个二级分区，分别是蒙西、东北、辽中南、京津冀、晋中中原地区；东部半导体集聚区囊括4个二级分区，分别是山东半岛、苏北、江淮、长三角地区；南方半导体集聚区囊括5个二级分区，分别是珠三角、海峡西岸、湖北、北部湾与琼州地区；西部半导体集聚区囊括6个二级分区，分别是关中、河西—新疆、宁夏沿黄、川渝、黔中与滇中地区。
各分区的基本内容、网络指标和半导体产业指标统计分析见表2。统计发现：①从基本囊括范围看，南方半导体集聚区包含的城市节点数最多，涉及的行政区范围最大；北方半导体集聚区与东部半导体集聚区在囊括的二级区域单元、城市节点数量相当；西部半导体集聚区虽然涉及的二级分区单元和行政范围也较大，但承接半导体产业布局的城市数量最少。②从网络指标看，东部半导体集聚区的网络最为密集，集聚区发育特征也最为显著；南方半导体集聚区在网络直径、密度、与模块度方面略低于东部集聚区；西部半导体集聚区网络关系最为稀疏，集聚区发育不甚明显。③从半导体产业指标看，南方半导体集聚区在专利申请、A级纳税人企业数量规模最大；东部半导体集聚区在这两个方面略低于南方半导体集聚区，但在销售过亿企业数量、市场规模、晶圆产能达到区域最高值，尤其是晶圆产能指标远高于其他区域产值。整个华东地区的半导体晶圆铸造领域可以占中国产值的一半以上，并且各个细分环节都处于国内顶尖和领军水平，形成了非常典型的半导体产业带，并在上下游延伸出完整的产业链；北方半导体集聚区的各半导体产业集集聚指标介于东部与南方半导体集聚指标；西部半导体集聚区的各半导体集聚区指标都显著低于其他区域集聚区，但晶圆产相比其他3个集聚区分区差距相对较小。最后，在生产项目方面，4个区域集聚区都侧重于存储芯片、传感器与功率半导体产品环节，尤其是内存与NAND Flash是整个生产项目的主要领域。
表2 中国半导体产业空间集聚的二级分区指标统计

Tab.2 Indicators statistics of second-level zoning for the spatial agglomeration of the Chinese semiconductor industry

一级集聚区名称 北方Ⅰ 东部Ⅱ 南方Ⅲ 西部Ⅳ
名称与范围 二级区域单元数量 5 4 5 6
城市节点数量 63 61 74 58
行政区范围 京、津、冀、蒙、晋、豫、黑、吉、辽 苏、浙、沪、皖、鲁 闽、鄂、湘、赣、粤、港、澳、桂、琼 陕、陇、宁、新、川、渝、云、黔
网络指标 网络直径 4 6 5 2
网络密度 0.128 0.483 0.339 0.063
网络模块度 0.098 0.186 0.122 0.077
半导体产业指标 国内专利申请量（项） 139312 292575 422655 4713
销售过亿企业（家） 102 376 244 79
A级纳税人企业（家） 1237 5073 8087 916
市场规模（亿元） 1023.2 3086.1 2688.9 765.5
晶圆产能（万片/月） 266 686 385 170
生产项目 计算机套片，3D NAND Flash COMS，DRAM，MRAM，FinFET，LCD驱动芯片，逻辑芯片 3D NAND Flash，CMOS，DRAM 功率半导体MOSFET，CMOS，3D NAND Flash

注：部分数据来源于《集成电路产业发展报告》《半导体专题数据库统计数据》。

3 结论与建议

本文基于2022年中国半导体企业的属性数据和总部—分支投资数据，主要从网络（流量）和关系数据视角探讨中国半导体集聚区分区方法，这打破了以往基于统计属性数据所形成的孤立节点的划分方式，将节点间联系也引入分区考量，并得出了一个可供参考的中国半导体集聚区分区方案。主要结论如下：
①基于区位商识别的城市热点斑块表现为以集聚为主的空间分布模式，集聚水平在城市尺度呈现非均衡发展态势。区位商值总体表现为东高西低、南高北低，高值聚集的区域主要分布在京津冀、长三角、江淮、珠三角、长江中游城市群、川渝城市群。深圳在企业、就业、创新区位商值最大，是中国半导体产业最显著集聚的热点斑块。通过叠加分析最终识别了31个城市集聚区斑块。
②基于企业总部—分支投资关系数据识别城际集聚区网络，关注了半导体企业投资联系所产生的城市间集聚现象。第一，全局网络集聚区表现为显著的“富人俱乐部”与无标度性，核心热点城市构成了中国半导体城际集聚区网络的总体网络骨架，呈现为一种菱形布局模式。第二，全局的本地投资集聚区在企业规模、投资金额、联系强度上表现出显著的东西地理分异，东部本地集聚区为双核或多核牵引型，西部本地集聚区往往依托省会城市，表现为单核牵引型。第三，在区域网络集聚区中，长三角是区域一体化水平最高的半导体集聚区联系地域，珠三角域内联系强度密集但珠江东岸的极化现象显著，京津冀表现为梯度双核驱动模式，山东半岛依托鲁东与鲁西都市圈形成横向联系，关中与成渝地区表现为双核增长极集聚区模式。
③在上述区位商与社会网络分析所构建识别的集聚区域基础上，本文划分出半导体集聚区二级分区。一级分区包含4个大的区域板块，分别囊括中国北方、华东（长三角及山东半岛）、南方和西部内陆地区。二级分区有20个，地域范围往往囊括1~3个省级行政区范围。在集聚区分区特征中，南方半导体集聚区包含的城市节点数最多，涉及的行政区范围、专利申请、A级纳税人企业数量规模最大；东部半导体集聚区的网络最为密集，集聚区发育特征最显著，并在销售过亿企业数量、市场规模、晶圆产能达到区域最高值，尤其是晶圆产能指标远高于其他区域产值。
根据上述识别与分区结果，本文针对未来中国半导体产业布局与规划提出以下对策建议：
①加快梯次型产业环节转移。在中国半导体产业梯次型转移中，应注意东中西区不同地域间的技术势差，基于扁平化和网络化机遇，有序推动半导体产业环节的国内转移[31]。利用东部地区在晶圆材料领域的先发优势，注重知识溢出和技术创新，推动该区域的产业链扩散。同时，在封测材料与封测环节逐步从东部的长三角核心向中西部低劳动成本或资源型城市转移，实施有序置换产能和精简瘦身策略。这有助于先发区域聚焦高端研发，同时鼓励后进区域参与半导体价值链分工。
②构建生产环节跨城联系的流动空间体系。在产业投资布局规划中，构建生产环节跨城联系的流动空间体系是关键[32]。培育半导体产业基于城市价值链的分工联系，特别关注省会等高行政级别且地理邻近的城市，形成一主一辅的产业布局，如东部分区的上海—苏州、南方分区的深圳—东莞、北方分区的北京—天津、西部分区的西安—天水等。通过建立紧密的城市网络，实现协同发展，加强城市之间的功能联系，提高半导体产业的整体效益。
③注重产学研基础研发与技术创新。应通过深化高校与半导体产业的产学研合作、构建创新基地和孵化中心、加强跨学科研究团队建设等策略，以促进知识溢出和技术创新，同时政府可通过制定支持产学研合作的政策、设立专项资金支持科研成果的转化、建立技术转移平台。特别在四大分区的龙头城市如北京、上海、深圳和西安的高水平大学和科研院所，应着重关注半导体产业中的价值链上游环节，如芯片设计和基础研究，建立起更加完善的基础研发体系，实现从价值链上游环节的自主创新，从而解决中国芯片产业面临的基础研发问题，提高产业的整体竞争力。
④推进高行政级别城市的协同发展。在中国半导体产业集聚及区划布局中，应强调高行政级别城市之间的协同联系是至关重要的。国家部门在政策制定和资源配置中应促使这些城市形成更为紧密的半导体产业协同网络。通过强化跨区域的技术协同合作，特别是在芯片等半导体产业中，可促使高水平城市共享资源、共同推动创新。这一协同模式有助于构建全国半导体产业创新地理网络，提升整体科技水平，促进半导体产业在高行政级别城市间的有机协同发展。

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