全球半导体贸易网络中的动态风险传播与韧性：一种双重调制SIR模型

《RELIABILITY ENGINEERING & SYSTEM SAFETY》：Dynamic risk propagation and resilience in the global semiconductor trade network: A dual-modulated SIR model

　　本文明确提出三项研究问题，层层递进：（1）四类关键半导体材料网络的拓扑特征如何随时间演变，又如何据此追踪主要经济体的时变重要性？（2）在层内节点影响力与层间嵌入性共同治理下，扰动如何在四个层级材料层内扩散并在层间级联传播？（3）脆弱性—韧性错配在各经济体间如何分布，哪些节点由此在结构重要性与4R韧性框架联合评估下成为长期的系统性瓶颈？回答这些问题，本研究构建了2018—2024年四层半导体商品的多层网络，并连接三个分析阶段。时间衰减TOPSIS追踪"谁在何时重要"；双调制SIR模型刻画扰动在层内与层间的传播路径；重复运行的4R评估将轨迹转化为可比的韧性画像。多年份、多原点、参数—情景联合检验进一步区分了持续结构信号与过程随机性、模型设置不确定性。结果推翻了常见直觉：世界最中心的经济体往往也是最受暴露的。东亚一段连续八经济体的狭带浮现为无平行替代的长期瓶颈区，光刻胶贸易到2024年已分化为四个地缘政治集团，而关键性与韧性恰在全球系统最无法承受失去的节点上拉开差距。本文其余部分结构如下：第2节回顾文献；第3节详述数据、网络构建与韧性评估框架；第4节依次呈现三个问题的实证发现；第5节讨论理论与政策含义；第6节总结。2 相关工作2.1 全球半导体供应网络的结构特殊性全球半导体供应链以极端的功能专业化与复杂的国际分工为特征，构成下游脆弱性的结构基础；因此战略网络设计与供应链仿真已成为应对这一复杂性的必要工具。专业化表现为显著的空间失衡：制造能力集中在区域枢纽，而高端设备集中在少数国家与区域。3 数据来源与方法图1展示了研究框架，分为数据预处理、方法建模与结果分析三个递进阶段。第一阶段基于联合国商品贸易统计数据库2018—2024年数据，构建四类关键半导体商品的加权有向贸易网络。时间窗口选择有两方面考量：其一是捕捉硅晶圆与光刻胶片贸易的关键演变期。4.1.1 关键拓扑指标的演变图6展示R1—R4网络（2018—2024）的拓扑演变，为后续重要性与韧性评估奠定结构基础。在幂律符合度方面，感光材料呈现最显著的无标度特征，度分布拟合R2持续高于0.7，表明少数主导经济体垄断了感光乳剂贸易，枢纽—边缘极化在结构上保持稳定。5.1 理论贡献双调制修正因子 p? = p?? × p?? 将风险传播分解为层内心度加权影响与层间层级嵌入，扩展了经典依存网络理论。由此放宽了许多耦合网络与多层传播公式中保留的均匀速率假设。将该机制与时间变TOPSIS重要性和4R评估结合，也改变了分析目标——从静态枢纽度量转向动态瓶颈诊断。6 结论网络拓扑、扰动传播与韧性能力常被分开分析，其关键相互作用长期未被刻画。本研究整合时变TOPSIS重要性、双调制SIR传播与动态4R评估，将问题从"哪些节点居中"转向"哪些节点虽居中仍脆弱"。全球半导体网络呈现持续的关键性—韧性错配：系统重要性与吸收能力并不对齐。作者贡献声明张冲豪：起草初稿、可视化、软件、项目管理、方法、调查、数据整理、概念化。陈显浩：起草初稿、可视化、软件、方法、调查、数据整理。黄宗生：可视化、方法、调查、数据整理。方紫贤：软件、调查、数据整理。于浩：资源、调查、数据整理。朱星怡：指导、调查、数据整理。罗晓。利益冲突声明作者声明不存在可能影响本文研究成果的已知竞争性经济利益或个人关系。致谢本研究受国家重点研发计划（编号2023YFB2604600）、国家自然科学基金（项目编号52372340）、国家自然科学基金（项目编号72061137071）以及中国铁建股份有限公司科技研发计划"既有大型公共建筑机电系统节能改造与低碳运维关键技术"资助。张冲豪|陈显浩|黄宗生|方紫贤|于浩|朱星怡|罗晓