美國科技實力有多強大？中國如何崛起？

科技是第一生產(chǎn)力，是國家實力的關(guān)鍵。縱觀近現(xiàn)代科技史與經(jīng)濟史，16-18世紀(jì)，英國首先憑借牛頓的經(jīng)典力學(xué)理論與瓦特的蒸汽機發(fā)明成為世界科技中心；而后隨著西門子發(fā)明發(fā)電機、愛因斯坦提出相對論、普朗克奠定量子力學(xué)，德國一舉成為19世紀(jì)末20世紀(jì)初的頭號科技強國；二戰(zhàn)前后，愛因斯坦移民美國、1945年世界上首顆原子彈在美國爆炸、1947年貝爾實驗室的肖克利研究小組成功研制出晶體管，美國取代德國成為世界科技中心并保持至今。

科技是歷史的杠桿。從日不落帝國到美元霸權(quán)，從機械革命到信息革命，兩次科學(xué)革命、三次技術(shù)與工業(yè)革命，不論英國、法國、德國、日本、美國，無一不是依靠抓住某次關(guān)鍵的產(chǎn)業(yè)革命機遇而成功崛起，最終成為世界的科技與經(jīng)濟中心。

世界科學(xué)中心轉(zhuǎn)移也被稱為“湯淺現(xiàn)象”。日本科學(xué)史學(xué)家湯淺光朝提出當(dāng)一個國家的科學(xué)成果數(shù)量占世界科學(xué)成果總量的25%，就可以稱之為世界科學(xué)中心，并依此將歷史上的世界科學(xué)中心轉(zhuǎn)移分為5個階段：意大利（1540-1610年）、英國（1660-1730年）、法國（1770-1830年）、德國（1810-1920年）、美國（1920年之后），平均維持時間為80年。按照這一總結(jié)預(yù)測，2000年前后美國的世界科技中心地位將受到新興勢力的挑戰(zhàn)，這一角色正是中國。

美國已經(jīng)清晰地意識到這一威脅。此次中美貿(mào)易戰(zhàn)，實質(zhì)是美國打著貿(mào)易的旗號試圖對“中國制造2025”為代表的高科技領(lǐng)域進行打壓與遏制。那么，中國科技實力在過去幾十年中到底取得了怎樣的發(fā)展？美國為何對中國的科技進步如此警惕？中美兩國目前在全球科技版圖中的地位和優(yōu)劣究竟如何？

1 全球視角之一：研發(fā)經(jīng)費與人力投入

當(dāng)今世界的前沿科技研究，越來越離不開科研基礎(chǔ)設(shè)施與高端精密設(shè)備的大量投入，以物理學(xué)研究為例，如果沒有造價近3億美元的LIGO（激光干涉引力波天文臺），2016年引力波的成功探測也就成了“無米之炊”。國家在研發(fā)方面的資金投入是科研成果的前提保證。

2016年美國R&D國內(nèi)支出達到5103億美元，位于世界第一；中國R&D國內(nèi)支出達到2378億美元，位于第二，但不及美國的一半；其次為日本、德國、韓國等。2000年至2016年，中國R&D國內(nèi)支出增長超過20倍，年均復(fù)合增速達到21.3%，同期美國R&D國內(nèi)支出增長不到2倍，年均復(fù)合增速僅為4.1%。按照2010年以來中美R&D國內(nèi)支出的復(fù)合增速測算，到2024年前后中國在研發(fā)的整體資金投入就將超越美國，成為世界第一。

從研發(fā)強度（R&D支出/GDP）來看，2016年R&D支出排名靠前國家的研發(fā)強度普遍維持在3%左右，其中韓國（4.24%）、日本（3.14%）、德國（2.94%）、美國（2.74%）處于前列。中國2016年研發(fā)強度達到2.12%，相較于2000年0.89%的強度水平明顯提升，目前已經(jīng)接近法國（2.25%）并且超過英國（1.69%）等發(fā)達國家，但距離美日德韓等國仍有一定差距。

從R&D支出的投向結(jié)構(gòu)來看，中國目前的R&D活動主要側(cè)重于試驗發(fā)展（Experimental Development）階段（2015年占比達到84%），基礎(chǔ)研究（Basic Research）和應(yīng)用研究（Applied Research）投入比例合計僅16%。而美國則在基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究領(lǐng)域相對投入更多資源，合計占比達到36%。尤其在聯(lián)邦政府層面，除了國防部外其他部門（包括能源部、NASA等）基本以資助基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究為主，即使國防部資助的試驗發(fā)展也是以先進技術(shù)與重要系統(tǒng)開發(fā)為導(dǎo)向，并且孕育了ARPANET（阿帕網(wǎng)，因特網(wǎng)的前身）、GPS（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）等重要發(fā)明。

除了研發(fā)經(jīng)費的支持，各類科研成果離不開一支強大的工程師與科學(xué)家隊伍。2014年自然科學(xué)與工程學(xué)學(xué)士學(xué)位獲得人數(shù)排名靠前的國家與地區(qū)分別為中國（145萬）、歐盟8國（57萬）、美國（38萬）、日本（12萬）、韓國（11萬），中國已經(jīng)成為世界第一；而博士學(xué)位獲得人數(shù)的國家與地區(qū)排名為歐盟8國（4.92萬）、中國（3.18萬）、美國（2.98萬）、日本（0.59萬）、韓國（0.55萬）。可見在高學(xué)歷人才供給方面，相對歐美來說中國并沒有顯著的人數(shù)優(yōu)勢。

從科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域全職研究人員數(shù)量來看，2015年排名分別為中國（162萬）、美國（138萬）、日本（66萬）、德國（38萬）、韓國（36萬）。盡管在總量上已經(jīng)超過美國，中國每千人勞動力中研究人員比重僅2.02，遠(yuǎn)低于美國、日本、韓國等發(fā)達國家。

2 全球視角之二：高等教育

古人云，“大學(xué)之道，在明明德”。古代教育機構(gòu)最主要的理念在于“培養(yǎng)人”，側(cè)重于精神層面的提升。近代以來，大學(xué)的研究職能與社會服務(wù)職能得到越來越多的重視，尤其是進入20世紀(jì)后，以美國斯坦福大學(xué)的崛起為代表，大學(xué)實際上成為人類科技創(chuàng)新的橋頭堡。

當(dāng)前國際四大權(quán)威的大學(xué)排名（QS/US News/THE/ARWU）中，THE（泰晤士高等教育世界大學(xué)排名）和ARWU（世界大學(xué)學(xué)術(shù)排名）更偏重教學(xué)與研究能力。2017年泰晤士高等教育世界大學(xué)排名前100榜單中，美國大學(xué)占到43所，其次為英國12所、德國10所，中國共5所上榜。其中排名前10的大學(xué)基本都來自美國和英國，中國排名最靠前的清華北大仍在20名開外。2011年以來，美國前100名大學(xué)數(shù)量有所下降，但仍占到總數(shù)的近一半；中國前100名大學(xué)數(shù)量略有提升，但相比美國差距較大。

另一份更加注重科研與學(xué)術(shù)的ARWU榜單中，2017年排名前100大學(xué)美國仍然以48所占到近一半，中國僅清華北大兩所上榜。榜單排名前10的大學(xué)中，哈佛大學(xué)、斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院等美國大學(xué)占據(jù)了8位，而清華北大則排到了40名之外。

3 全球視角之三：論文與期刊發(fā)表

論文是基礎(chǔ)研究成果的精華，最頂尖的論文往往能夠改變甚至開創(chuàng)一個新的研究領(lǐng)域，例如圖靈在《論數(shù)字計算在決斷難題中的應(yīng)用》中首次提出“圖靈機”的設(shè)想并由此奠定了現(xiàn)代計算機的理論基礎(chǔ)；香農(nóng)的《通信的數(shù)學(xué)原理》直接創(chuàng)建了信息論并成為現(xiàn)代通信技術(shù)的基石。因此，高質(zhì)量的論文實質(zhì)上代表了對人類知識邊界的探索能力，更代表國家在基礎(chǔ)科研領(lǐng)域的實力。

從科學(xué)與工程（S&E）領(lǐng)域發(fā)表的論文數(shù)量來看，2016年排名靠前的國家或地區(qū)分別為歐盟（61.4萬）、中國（42.6萬）、美國（40.9萬）、印度（11萬）、日本（9.7萬），中國首次在數(shù)量上超過美國。當(dāng)然，論文的質(zhì)量比數(shù)量更加重要。2016年科學(xué)與工程領(lǐng)域發(fā)表的引用率位于前1%的高質(zhì)量論文中，美國相對比例指數(shù)為1.9、歐盟為1.28、中國為1.01，中國近幾年高引用率論文的比例有所提升，但相對美國、歐盟來說差距仍然不小。（注：相對比例指數(shù)=某國前1%引用率論文數(shù)量/論文總數(shù)）

能否發(fā)表于頂級刊物是檢驗論文質(zhì)量的另一有力證據(jù)。為了衡量基礎(chǔ)科研產(chǎn)出，《自然》的發(fā)行者自然出版集團挑選了82本自然科學(xué)領(lǐng)域的頂級期刊（數(shù)量不到總體的1%但引用率占總引文數(shù)30%），并基于文章合作者的情況計算出了自然指數(shù)，考慮文章作者的所屬國家與機構(gòu)情況后得到的自然指數(shù)稱之為分?jǐn)?shù)計數(shù)（FC）。從2017年各國分?jǐn)?shù)計數(shù)FC的排名來看，美國（19579）超出第二名中國（9088）兩倍多，其次為德國（4363）、英國（3608）、日本（3053）。與S&E論文指標(biāo)得出的結(jié)論類似，中國近年來在基礎(chǔ)科研領(lǐng)域的進步較快，但距離美國仍有較大差距。

諾貝爾獎是對最頂尖基礎(chǔ)科研成果的肯定。從各國諾貝爾獎的獲得情況來看，二戰(zhàn)前德國、英國、美國處于第一方陣，二戰(zhàn)后美國實力大幅提升，不論在物理、化學(xué)及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，美國的獲獎數(shù)量都占到全球總數(shù)的半壁江山。而中國目前除了2015年屠呦呦獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎之外，在物理學(xué)與化學(xué)領(lǐng)域尚未實現(xiàn)零的突破。

4 全球視角之四：發(fā)明專利

專利可以分為發(fā)明專利（patent for invention）、實用新型專利（utility model）、外觀設(shè)計專利（industrial design）。其中，發(fā)明專利最能代表科技創(chuàng)新水平，并在全球范圍內(nèi)都被認(rèn)作是衡量創(chuàng)新行為的有用指標(biāo)。美國專利密集度居前的幾大行業(yè)——計算機、通信設(shè)備、半導(dǎo)體均是典型的高科技行業(yè)，美國無線通信巨頭高通更是憑借在CDMA領(lǐng)域的研發(fā)布局在3G/4G時代大發(fā)橫財，高通依靠核心專利授權(quán)收取的費用甚至被稱為“高通稅”。

根據(jù)世界知識產(chǎn)權(quán)組織（WIPO）統(tǒng)計，截止2016年底全球共有972萬件有效發(fā)明專利，其中保有量排名前五分別為日本（266萬）、美國（219萬）、中國（124萬）、韓國（95萬）、德國（60萬）。從增量角度，2016年各國發(fā)明專利申請量排名分別為中國（126萬）、美國（52萬）、日本（46萬）、韓國（23萬）、德國（18萬），而專利授權(quán)量排名分別為中國（32萬）、日本（29萬）、美國（28萬）、韓國（12萬）、德國（10萬）。中國近年來在專利方面發(fā)力明顯，在申請數(shù)量上已經(jīng)大幅超越美國、日本，授權(quán)數(shù)量略超美、日，在專利的授權(quán)率與實際轉(zhuǎn)化方面中國仍有較長的路要走。

從2013-2015年主要國家已公示專利申請（published patent applications）的行業(yè)分布情況來看，美國和日本在通信、計算機技術(shù)與半導(dǎo)體領(lǐng)域布局了大量專利，其中美國（18.82萬）、日本（16.71萬）接近中國的兩倍（9.58萬）。日本在機床、發(fā)動機、機械零件、光學(xué)以及測量等領(lǐng)域布局的專利數(shù)量顯著多于美國和中國；美國除了在ICT領(lǐng)域布局了大量專利，在生物技術(shù)、醫(yī)學(xué)技術(shù)與藥物領(lǐng)域更是一枝獨秀，公示階段專利申請數(shù)量超過日本與中國之和；相對來說，中國在基礎(chǔ)材料化學(xué)、精細(xì)材料化學(xué)、食品化學(xué)等領(lǐng)域布局更多。（注：專利申請18個月后進入公示階段，通過實質(zhì)審查后才會被授予專利）

5 全球視角之五：經(jīng)濟活動

5.1 高科技領(lǐng)域的國際貿(mào)易活動

高科技領(lǐng)域的國際貿(mào)易活動可以從一定程度反映一國在國際產(chǎn)業(yè)鏈中的相對位置與實力。在聯(lián)合國國際貿(mào)易標(biāo)準(zhǔn)分類方法（SITC）四位數(shù)分組標(biāo)準(zhǔn)下，當(dāng)前國際貿(mào)易金額較大的高科技商品包括集成電路、通訊設(shè)備、飛機與航天器等。

電子集成電路領(lǐng)域，2016年中國是最大的凈進口國（出口608.8億美元、進口2269.3億美元），目前電子集成電路已經(jīng)超過原油成為中國進口金額最大的商品。韓國凈出口221.9億美元（出口520.6億美元、進口298.6億美元），具有較強的競爭力；美國、日本則保持小額順差，德國基本持平。值得一提的是商品貿(mào)易并不能反映產(chǎn)業(yè)競爭力的全貌，對于集成電路這類高科技行業(yè)，上游的專利授權(quán)等高附加值活動屬于服務(wù)貿(mào)易并不包含在商品進出口數(shù)據(jù)中，因此結(jié)合更具體的價值鏈構(gòu)成進行分析是必要的，對于集成電路產(chǎn)業(yè)的國際比較我們將在第二章作進一步探討。

通信設(shè)備領(lǐng)域，2016年中國是最大的凈出口國（出口2013.6億美元，進口459億美元），除了韓國保持小幅順差外，美國、日本、德國均存在逆差。中國在通信設(shè)備領(lǐng)域的順差金額基本與在集成電路領(lǐng)域的逆差金額接近，作為全球電子設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈的“組裝工廠”，中國每年看似出口金額巨大，實際上由于核心的集成電路大量依賴進口，利潤十分單薄。盡管美國在通訊設(shè)備領(lǐng)域存在巨額逆差，但是以移動通訊設(shè)備領(lǐng)域為例，單單一家蘋果每年的凈利潤就超過其余所有手機廠商之和。中國在通訊設(shè)備領(lǐng)域的貿(mào)易順差難掩不均衡的產(chǎn)業(yè)鏈利潤分配。

飛機、航天器及相關(guān)設(shè)備領(lǐng)域，2016年美國順差超過1000億美元（出口1347億美元、進口310億美元），傳統(tǒng)工業(yè)強國德國也存在較大順差（出口444億美元、進口197億美元）。中國在此領(lǐng)域存在較大逆差（出口34億美元、進口228億美元）。相比于2010年，2016年中國在航空航天領(lǐng)域的逆差金額接近增長一倍，美國的順差同時大幅增加。航空航天及集成電路已經(jīng)成為中國邁向科技強國急需提升的技術(shù)領(lǐng)域。

風(fēng)險投資（VC）是初創(chuàng)企業(yè)的重要融資渠道之一，風(fēng)險投資的活躍程度可以側(cè)面反映新經(jīng)濟的活力。風(fēng)險投資可以分為三個階段——種子期、早期與后期。根據(jù)PitchBook的統(tǒng)計，2016年全球種子期VC規(guī)模達58億美元、早期與后期規(guī)模總計達1250億美元。

2016年全球種子期VC規(guī)模中，美國達33億美元、占比超過一半，歐盟（9億美元）和以色列（7億美元）其次。美國種子輪VC投向的新興領(lǐng)域中，機器人與無人機、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、無人駕駛受到熱捧，從絕對金額來看，人工智能成為當(dāng)下VC最看好的方向。

2016全球早期與后期VC規(guī)模中，美國達650億美元仍然占到一半份額，其次為中國（340億美元）、歐盟（110億美元）。中國早期與后期VC活動顯然比種子期VC活動更加活躍，近幾年來規(guī)模由2013年30億美元快速上升至2016年340億美元，發(fā)展速度也遠(yuǎn)超過其他國家?？傮w來看，美國和中國已經(jīng)成為全世界新經(jīng)濟最具活力的國家。