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  • 2022年10月22日04时

    中国科技创新的十年底色


    来源 | 财经十一人

    作者 | 刘以秦 韩舒淋 吴俊宇 柳书琪 陈伊凡


    过去十年,中国的科技创新产业发展迅速,技术创新能力持续提升,已经在多个领域实现技术突破,从依靠技术引入,实现了自主创新。


    十年前,中国高铁依靠的是国外技术引进,今天,我们乘坐全面自主化的“复兴号”,四个多小时就可以从北京到达上海。“华龙一号”全球首堆商用,标志着中国已经掌握自主三代核电技术,目前,“华龙一号”所有核心设备均实现国产化,已经具备批量化生产能力。北斗导航芯片的逐步优化升级,北斗定位精度进一步提升,让中国的卫星导航产业摆脱了GPS的垄断地位。


    此外,包括航空航天、量子计算、合成生物等重要领域,都已经有新的科技创新成果。


    这些我们能看得见、用得上的技术突破,背后是全产业链共同的努力。“科学技术是第一生产力”,从基础技术实力的不断稳固,到细分领域的突破性创新,最后落地到具体的应用上,实现商业化,科技创新正在带动产业升级。


    中国在一些领域的科技创新能力还有待增强,核心人才培养是接下来的重要议题,只有源源不断的人才力量,才能实现科技创新的良性循环。


    01 高端装备自主化


    高铁、核电和北斗卫星导航,是中国高端制造最有代表意义的三张名片。


    它们都经历了从引进国外先进技术,到消化吸收、自主创新的过程。分别诞生了“华龙一号”“国和一号”三代核电技术和“复兴号”中国标准动车组,并在新一代核电技术和高铁技术研发上迈入世界领先行列。


    中国庞大的市场需求,相关市场主体持续技术创新,让高端装备制造业不断进步,实现赶超。


    中国的核电工业起步比高铁早,20世纪80年代,中国引进法国技术建设大亚湾核电站。在三代核电技术之前,中国还引进过加拿大、俄罗斯的核电技术,但都没有法国核电技术的影响大。


    在“十一五”的核电发展黄金周期,中国建设了大量基于法国技术自主改进的“二代加”核电机组。不过,受限引进法方技术条款的约束,中方无法独立出口这些技术。


    2003年,中国计划统一核电技术路线,引进新的三代核电技术。经过三年谈判,最终美国AP1000技术战胜法国EPR技术中标,中国还为此成立国家核电技术公司,负责三代技术的引进消化吸收。而另一方面,在法国技术基础上,中核、中广核分别研发出自己的三代核电技术。


    2012年,福岛事故之后国内核电重启,要求新建核电采用三代安全标准的技术。此后三年,中国核电技术路线的博弈经历了激烈的三代核电技术竞争。这一阶段,竞争的主角从上一轮招标的海外技术,变成了国内三家核电公司自主技术的竞争。

    这一轮竞争奠定后来中国核电产业的发展格局。


    中核、中广核“华龙一号”首期工程当年分别在福建的福清和广西的防城港开工建设,其中中核福清前两台“华龙一号”机组已在2022年初全部投产。而国家核电与电力央企中电投当年合并为国家电投,继续推动AP1000技术的引进创新,并在AP1000首堆投运后,开启了自主三代“国和一号”技术的建设,该机组落地山东荣成,有望在2023年并网发电。


    不仅三代核电技术实现自主化,在四代核电技术和新型核电技术上,中国也在从追赶到领跑。


    华能集团控股开发2012年底开工的高温气冷堆目前已经并网,2017年中核集团开工了快堆示范工程,这两种新堆型都是四代核电技术,四代核电在安全性、经济性、防核扩散、核能可持续利用等方面都提出了更高要求。中国核电技术已经走在世界前列。


    福清核电机组外景。图/新华社


    相比核电的三足鼎立,路线曲折,中国高铁的技术赶超更加迅速,用大约十年的时间就走完了从引进到自主创新的全过程,并不断更新技术指标,持续领跑全球。


    2003年6月,原铁道部提出铁路“跨越式发展”,提出对于高速动车组和时速200公里以上列车,用技贸结合方式,整体引进技术,消化吸收,逐步实现国产化,力争达到国际先进水平。此后,中国展开了铁路史上最大规模的引进消化吸收再创新工程。


    2004年和2005年,加拿大庞巴迪、日本川崎、法国阿尔斯通、德国西门子分别在两轮招标中与各自中方企业组成联合体中标,原南车、北车与这四家合作方分别开发出了第一代的CRH1、CRH2、CRH5和CRH3车型,中国高铁时代的帷幕,最初是利用上述四国的引进技术拉开的。


    列车时速从200公里-250公里到时速300公里-350公里,中国高铁产业经历了“逆向复制”到“正向设计”的过程。一开始只能“依葫芦画瓢”,虽然获得了制造技术,但对原理、核心算法并不掌握。


    2008年,原铁道部与科技部签署《中国高速列车自主创新联合行动计划》,提出研发新一代时速350公里及以上高速列车的目标,首批落地的线路是京沪高铁。


    相比前两轮招标,此次“行动计划”是先确定技术指标,再进行研发设计,中国高铁自此进入自主的“正向设计”阶段。原有的开发平台也不足以支撑新的列车研发,必须进行自主设计。开发阶段,试验列车CRH380AL在京沪线先导段创造了时速486.1公里的世界高铁最高运营试验速度。


    2011年6月,京沪高铁开通运行,CRH380A和CRH380B列车分别从北京和上海开出,中国高铁进入了时速300公里以上的时代。


    在CRH380之后,中国又开启了新一代动车组的自主研发。2015年6月,中国标准动车组试验列车在铁科院环形试验基地下线开始试验工作,下线的标准动车组有两种型号:四方公司生产的CRH-0207和长客公司生产的CRH0503,这一车型就是“复兴号”。


    2017年6月,在首对CRH380列车开出六年后,首对“复兴号”列车(CR400)分别从北京和上海相对开出。中国高铁进入“复兴号”时代。到2020年12月底,时速250公里的CR复兴号投入使用,至此,复兴号系列动车组全部投入使用,覆盖了时速160公里-350公里的多种车型。


    目前,新一代的高铁研发已经启动,中国将在高铁领域继续领跑。2021年1月,国铁集团提出组织实施“CR450科技创新工程”,研发更安全、更环保、更节能、更智能的复兴号新产品。2022年4月,复兴号综合检测列车以435公里的时速“极速会车”,创造了明线交会时速870公里的世界纪录。2022年6月,国机集团与科技部签署《“高铁引领”科技攻关联合行动合作协议》,全面启动CR450国家层面科技攻关。


    核电、高铁之外,中国的卫星导航技术“北斗”也经历了从引进到自主化的过程。


    2020年6月,中国“北斗三号”全球卫星导航系统的30颗组网卫星全部顺利发射、到位,开始全球范围的服务。2021年9月16日,最高领导人指出,当前,全球数字化发展日益加快,时空信息、定位导航服务成为重要的新型基础设施。


    在北斗之前,定位导航服务的主要提供商是美国GPS。1989年,美国发射了第一颗GPS(全球定位系统卫星),此后,GPS成为了全球定位导航的代名词。直到1994年,“北斗一号”工程获批,2000年,中国发射两颗地球静止轨道卫星,“北斗一号”建成系统并投入使用。2007年-2012年,“北斗二号”系统陆续部署。


    北斗的建设是一个长期工程。要实现商业化,需要有足够密集的卫星部署,以及长时间的稳定运行。稳定性靠的是卫星上的每一个零部件,必须实现零缺陷。早期,很多关键零部件都要靠进口,尤其是芯片。


    尽管北斗卫星已经上天,早年间,中国大部分导航设备公司还是主要购买GPS的定位算法,二次开发。GPS一度占据中国导航行业超过90%的市场份额。


    直到2008年,中国公司自主研发的卫星导航基带处理芯片和射频芯片陆续研制成功,不仅符合北斗的需要,成本还大幅下降。为北斗技术突破研发出的各类芯片,不仅用于北斗卫星,也因为成本较低,陆续应用于各类消费电子设备中。产业协同效应显现。


    2020年6月,北斗三号全球卫星导航系统最后一颗组网卫星整装待发。图源:中国航天科技集团一院


    北斗二号和北斗三号部署期间,相关产业政策也在积极支持。自2013年起,各部委联合出台鼓励北斗系统民用落地的相关政策,要求特定车辆加装北斗兼容车载终端。


    有落地应用的场景,以及相关产业链的逐步成熟,2017年11月首次发射的北斗三号卫星,已经实现了所有零部件国产化。


    2021年5月,第12届中国卫星导航年会上,主管部门提到,预计2025年,中国北斗产业总值将达到1万亿元。


    02 新一代信息科技突破


    信息通信技术发展对一个国家科学研究、经济建设、国家安全等方面发展至关重要。超级计算机是衡量一个国家信息技术发展水平的顶级指标。由于常被用于核爆炸模拟、油藏模拟、极端天气预报、天体物理模拟、密码分析、疫病研究与药品开发等重大国计民生场景,几乎所有技术领先国家都在投入超级计算机的研究。


    在过去30年时间里,全球计算机技术得到飞速发展,实现了技术的重大飞跃。现在排名世界第一的超级计算机每秒可以完成10的18次方次运算。用一个形象的表示就是,如果全世界人口每人每秒能完成一次运算,大约4年才能完成超级计算机1秒的工作量。


    高性能计算机(HPC,又称超级计算机)。按照IBM的定义,超级计算机被用来执行高性能计算,价值在于减少计算时间。


    中国国家高技术研究发展计划(863计划)中,曾把“高性能计算机及其核心软件”作为重要突破项目。


    今年5月,第59届ISC2022(国际超算大会)发布最新TOP500榜单。这一榜单由国际组织“TOP500”从1993年开始编制,针对全球已安装的超级计算机进行排名,每半年发布一次。主要目的在于,追踪侦测高性能计算发展趋势。


    这份TOP500榜单中,中国共有173台超算入榜,排名第一,占全球34.6%。其中,中国的神威太湖之光位列第六,天河二号位列第九。美国第二,128台入榜,占比25.6%。日本第三,33台入榜,占比6.6%。德国第四,31台入榜,占比6.2%。法国第五,22台入榜,占比4.4%。


    榜单上前十的超级计算机中,有五台在美国,有两台在中国。


    目前863计划支持的“中国国家网格”已经在八个城市落地了国家超级计算中心,其中包括无锡、天津、济南、深圳、长沙、广州、郑州、昆山。这些超级计算中心正在成为支撑一些国家重要项目的算力基础设施。


    5G基础技术的突破,则是中国通信技术占据全球制高点的关键技术。



    中国5G专利数量在全球瞩目。国家知识产权局知识产权发展研究中心最新报告显示,全球声明的5G标准必要专利共21万余件,涉及4.7万项专利族(一项专利族包括在不同国家申请并享有共同优先权的多件专利)。其中,中国声明1.8万项专利族,全球占比近40%,排名第一。


    过去,中国企业长期需要为诺基亚、爱立信、高通等掌握通信专利的企业支付专利费用。5G技术创新让头部企业逐步取得收获。2021年,华为正式开始实施5G专利许可收费。价格方面,采用了5G手机售价的合理百分比费率,单部许可费上限2.5美元。这让中国企业可以享受到更廉价的专利费用。


    中国5G产业链上下游也是最完整的。既有华为、中兴这样的通信设备企业,也有中国移动、中国联通、中国电信这样的通信运营商。前者承担着技术创新的重责,后者则是承担基础设施普及的任务。工信部最新统计数据显示,截至4月末中国已建成5G基站161.5万个,成为全球首个基于独立组网模式规模建设5G网络的国家。5G基站占移动基站总数的比例为16%。


    完整的5G产业布局对未来的影响是,在消费端,用户可以享受到更快的网速,以及未来5G技术的应用创新。在企业端,智能工厂、自动驾驶等产业数字化的实践将具备网络支撑。


    新一代信息技术与制造业深度融合,正在引发影响深远的产业变革,形成新的生产方式、产业形态、商业模式和经济增长点。


    承载产业数字化的不仅是5G网络,还有云计算基础设施。云计算作为承载数据的基础设施,正在成为国家战略的重要一环。


    今年2月,国家发展改革委、工业和信息化部等部门联合发文,同意在京津冀、长三角、粤港澳大湾区以及六个西部省份启动建设国家算力枢纽节点,并规划了十个国家数据中心集群。至此,全国一体化大数据中心体系完成布局,“东数西算”工程启动。


    按照“东数西算”的规划,国内将构建统一的算力网络体系,东部算力需求将被引导到西部。一批数据中心将在西部建设。在云计算市场,“国家队”和民营企业都在发挥自身优势。


    “国家队”更多是基础设施的建设者。按照政策规划,电信运营商将是国家数字经济的基础设施建设者,统一向全社会提供算力资源、网络资源。2022年,中国移动、中国电信等电信运营商为落实“东数西算”政策,云与数据中心建设相关开支在总支出中的占比已接近50%。


    阿里、腾讯、华为等民营主体则在发挥技术优势。互联网云厂商近年来在金融数字化市场的实践有现实代表性。一批实践案例既符合监管,又因技术、产品优势和创新意识获得了市场认可。


    云计算厂商在金融市场的业务进展就很有代表性。早年,国内金融机构的核心系统几乎都是由IOE(IBM的大型机、小型机、Oracle数据库、EMC存储设备)构成的。以IBM大型机为例,全球市场份额仍高于90%,全球金融机构几乎绕不开采购IBM大型机。


    近两年,阿里云、华为云等云厂商帮助几家国内银行用分布式云平台替代了IBM大型机。既满足了国产替代的诉求,也带来了中国金融机构的业务创新。当然,这只是一个开端。


    人工智能是新一代信息通信技术领域的高地。


    2017年,中国印发《新一代人工智能发展规划》,人工智能正式上升为国家战略,这是中国首个面向2030年的人工智能发展规划。再加上2018年、2019年,连续三年的政府工作报告中均提及加快人工智能产业发展。2020年,人工智能被列入“新基建”范围。在 “新基建”背景下,人工智能将为智能经济的发展和产业数字化转型提供底层支撑,推动人工智能与云计算、大数据、物联网等领域深度融合。


    中国人工智能技术在过去几年逐步渗透到各行各业,涌现出大量AI公司、掌握AI算法的互联网公司、针对行业数字化的技术服务公司等。



    在手机上,算法可以进行个性化推荐;在机场,我们已经可以通过人脸识别进行安检;在工厂里,人工智能技术帮助提升员工操作安全性和效率;语音交互技术不仅可以让家居变得智能,还正在帮助中国多样化的方言留存样本。


    人工智能算法最早由以谷歌为代表的美国公司研发、开源,中国公司大多在此基础上做相关应用。底层技术至关重要,不少科技公司都在致力于突破底层技术的关卡。以百度为例,国际调研机构IDC2021年发布的报告显示,在深度学习平台领域,百度飞桨和谷歌、Meta(Facebook)分列行业前三。


    中国科学技术信息研究所发布的《2021全球人工智能创新指数报告》显示,目前全球人工智能发展呈现中美两国引领、主要国家激烈竞争的总体格局。中国人工智能发展成效显著,人工智能创新水平已经进入世界第一梯队,与美国的差距进一步缩小。


    03产业升级是时代新命题


    科技创新带来的产业升级还在继续,产业智能化、产业绿色化,以及建设人才培养体系,持续提升创新能力,都是接下来产业升级的重要议题。


    以芯片产业为例,芯片技术的突破将会影响大量行业,过去十年,是全球半导体行业结束低谷、进入上行周期的阶段,同时也是中国半导体行业飞速发展的十年。无论是从政策、资本市场、市场规模等方面,都可以称得上是中国半导体发展的“黄金十年”。


    但中国芯片产业依然需要“补课”。


    作为市场竞争极为充分的行业,半导体与高铁这样的大型基础设施截然不同,国家意志之外,还需经过市场的考验。


    中国是全球半导体产业最大的销售市场。根据第三方数据咨询BCG和SIA的数据,中国市场的最终消费占了全球芯片产品的24%,与最大需求方美国市场相当。如果再加上中国购买的芯片制造成产品,然后再出口到全球,这部分的市场规模则是35%。这个广阔的市场,便是中国半导体企业成长的土壤。作为技术创新主体的企业,正在这个土壤之上,通过不同的方式,将这些创新商业化,生根发芽,发展壮大。


    要在半导体领域进行研发和创新,是个苦活——投入大、风险高、回报周期长。国产CPU公司龙芯的创始人胡伟武就曾说过,创业是“九死一生”,而在半导体领域创业,则是“九十九死一生”。


    有赖于这黄金十年,投入半导体行业的资金,远高于前一个十年之和,这为中国半导体企业提供了技术创新的底气。另外,科创板的设立,也给资本一个退出通道,在第一批登陆科创板的企业中,有约六分之一企业属于半导体行业。2014年国家集成电路产业投资基金正式设立,其对于中国半导体产业的发展,起到了重要引导作用。


    2001年,张汝京带领工程师团队,在张江创立了中芯国际。这被视为中国半导体产业的一道分水岭,这对于中国半导体产业生态的建立至关重要。许多芯片设计公司在此时开始建立起来,一些中国芯片设计公司开始和中芯国际共同开发工艺、产线。


    2010年,中芯国际向中国芯片设计公司格科微电子,以CMOS图像传感器加工技术交付了10万片8寸晶圆,并实现了65纳米工艺的量产。2016年上半年,中芯国际满产,产能利用率接近100%,收入、毛利、利润等盈利指标均创历史新高。2017年10月,前台积电研发处前处长梁孟松入职中芯国际,在中芯国际研发28纳米、14纳米先进工艺制程。2018年10月中芯国际宣布14纳米FinFET工艺研发成功。中芯国际也成为中国大陆唯一一家能够自主进行28纳米以下制程芯片生产的晶圆代工厂。



    亲历中国50年半导体行业发展历程的行业观察家莫大康,此前在其文章中分析,中国半导体产业的发展离不开三条路,自主研发、兼并及合资,其中,研发是根本,而人才在半导体行业至关重要。


    在半导体行业,一个有丰富经验、成建制的团队,对于事情的成功起着决定性的作用。如今只有ASML公司的极紫外光刻机能够制造5纳米及以下制程的芯片,而能够操作这台光刻机的工程师,更是寥寥无几。


    过去十年,是中国科技产业转型升级的加速期。科技人才推动中国科技产业的迅猛发展,同时前沿技术、新兴产业、数字化转型等领域又迫切需要更专业、更庞大的科技人才队伍。


    科学家钱学森早在2005年就曾提出过一个问题:“为什么我们的学校总是培养不出杰出人才?”这就是著名的“钱学森之问”。如今17年过去了,在科技创新人才的培养上,中国已初步摸索出一条系统性的解决方案。


    2010年,国务院颁布《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》,这是21世纪中国第一个教育规划,也是今后一个时期指导全国教育改革和发展的纲领性文件。此后,培养数、理、化、生、计算机等基础学科拔尖人才的“珠峰计划”,选拔有志于服务国家重大战略需求人才的“强基计划”,以及为高层次人才提供特殊支持的“万人计划”等重大人才工程项目层出不穷。


    在高等教育人才培养上的力度前所未有。教育部数据显示,自2012年到2021年,高等教育阶段国家财政性教育经费约翻了一番,累计超过5万亿元。


    据美国乔治城大学安全与新兴技术研究中心(CSET)2021年发布的报告,2000年美国STEM领域(理工科)授予博士学位的数量是中国的两倍,但从2007年起,中国反超并持续增长。2016年-2019年,短短四年间,在中国大学攻读理工科博士的学生数量增加了四成。报告认为,到2025年,中国理工科博士的数量将会是美国的两倍。



    各行业科研人才的发展同样迅猛。科技部最新一期发布的《中国科技人才发展报告》数据显示,“十三五”期间(2016年-2020年),中国R&D(基础研究、应用研究和试验发展)人员全时当量(全时加非全时人员按工作量折算为全时人员数的总和)快速增长,从2016年的387.8万人年,增长至2020年的509.2万人年,年均增速超过7%,连续多年居世界第一。


    科技部报告同时指出,在一些重要指标上,中国与国际的差距依然不小。比如科研人员投入强度(每万名就业人员中,R&D人员的全时当量),丹麦、韩国等发达国家的数值是中国的3倍以上。此外,企业R&D人员增速放缓、R&D中的研究人员占比低于世界主要国家、R&D人员区域分布不均等问题,也值得重视。


    除了学界与业界的科研工作者,中国科技人才培养上的另一个短板是高级技工,尤其是在新兴产业领域。人社部中国就业培训技术指导中心2021年发布的《新职业在线学习平台发展报告》显示,未来五年新职业人才需求规模庞大,人才缺口近千万。其中,预计云计算工程技术人员近150万、物联网安装调试员近500万、无人机驾驶员近100万、人工智能人才近500万、工业机器人系统操作员和运维员均达到125万。


    近年来,职业教育在教育改革创新和经济社会发展中的位置愈发突出。2019年以来,高职院校扩招100万人,随后两年再度扩招200万人。去年颁布的《关于推动现代职业教育高质量发展的意见》明确提出,到2025年,职业本科教育招生规模不低于高等职业教育招生规模的10%。这意味着,不仅要让职教生上高职,还要上职业本科,深入培养人才。


    此外,为避免学校培养与企业需求脱钩,产教融合、校企合作在职业教育中变得更加重要。华为、阿里、腾讯、大疆,几乎所有中国头部科技企业都在探索这一模式,让学生毕业后能够学以致用、用以促学、学用相长。


    过去十年是中国科技创新发展的黄金十年,也为接下来的十年奠定了基础。下一个十年中国科技创新体系会呈现出一个什么样的图景,“以企业为主体、市场为导向、政产学研用相结合”的创新体系能完善迭代到什么程度,将是核心要义。


    End.


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