對當前全球科技創(chuàng)新形勢的研判
——基于美國《科學與工程指標》的分析

郭 鐵 成

(中國科學技術信息研究所, 北京 100038)

美國《科學與工程指標》報告是在美國國家科學理事會指導下，由美國國家科學和工程統(tǒng)計中心編寫的，數(shù)據(jù)質量很高。根據(jù)美國法案，美國國家科學理事會每偶數(shù)年(間隔一年)，向總統(tǒng)和國會提交年度報告。2020年1月，美國國家科學理事會(NSB)發(fā)布了最新一期《科學與工程指標2020》報告?！犊茖W與工程指標2020》和《科學與工程指標2018》兩份報告，提供了最近的美國創(chuàng)新數(shù)據(jù)和全球創(chuàng)新數(shù)據(jù)，基本能夠反映當前全球創(chuàng)新形勢。

根據(jù)上述兩份報告提供的數(shù)據(jù)，結合對我國及其他相關創(chuàng)新數(shù)據(jù)的分析，可對本世紀20年代初期全球科技創(chuàng)新形勢做出判斷。

一、全球研發(fā)經費突破2萬億美元大關 表明人類經濟處于轉型加速期

2017年，全球研發(fā)經費達到2.2萬億美元(購買力平價 PPP。下同)，按增長率推算，實際上在2016年就已經突破2萬億美元大關(1)除參考文獻外,本文所用數(shù)據(jù)均出自美國《科學與工程指標2020》、《科學與工程指標2018》。獲取網址 https://www.nsf.gov/statistics/seind/?？紤]到購買力平價對中國等發(fā)展中國家研發(fā)經費的高估因素，最遲也在2017年突破了2萬億美元大關。突破2萬億美元大關對人類來說，是個重大的歷史事件，表明工業(yè)社會向智能社會的轉型進入了加速期。

全球研發(fā)經費突破一萬億美元大關，是2007年，達到1.07萬億美元[1]。如果從1760年工業(yè)革命算起，不考慮通貨膨脹因素，人類研發(fā)經費達到1 萬億美元用時近250年。然而，從1萬億美元到2萬億美元，僅僅用了9年時間，呈現(xiàn)出爆發(fā)性增長的特征。這9年，全球研發(fā)經費年均增長速度達到7.5%左右，大大高于GDP增長速度。如果從2000年(7220億美元)算起，到2017年(2.2萬億美元)，翻了三番。

研發(fā)經費在萬億美元的高起點9年倍增，反映了人類社會轉型加速，正在從物質資本主導的經濟，快速進入知識和技術密集型的經濟，人力資本、智權資本、數(shù)字資本等無形資本成為主導的生產要素。美國是研發(fā)投入最大的國家，2017年研發(fā)投入為5 480億美元，占全球研發(fā)投入四分之一的份額。2018年，全球研發(fā)最密集產業(yè)的增加值超過3.2億美元，其中美國占三分之一，達1.04萬億美元；全球中高研發(fā)產業(yè)的增加值近5.8萬億美元，其中美國占五分之一強，達1.25萬億美元。

中國是全球加速轉型的最強力量，14億人口迅速進入工業(yè)化中后期，同時邁向智能社會。就在全球研發(fā)經費突破2萬億美元兩年之后，中國的研發(fā)經費于2019年突破了2萬億人民幣大關，達到2.17萬億人民幣[2]。2005年，中國全社會研發(fā)經費僅為2 450億元人民幣(現(xiàn)價。下同)，從2006年開始實施自主創(chuàng)新戰(zhàn)略，到2019年,全社會研發(fā)經費超過2萬億人民幣，居世界第二位，增長了7倍多，年均增速接近18%。2000—2017年，按購買力平價計算，中國占全球研發(fā)經費增長的近三分之一。2005年前后，由于研發(fā)投入有限，中國基本上還是以勞動密集型產業(yè)為主，知識和技術密集型產業(yè)體量較?。坏?018年，知識和技術密集型產業(yè)已經占全球26%的份額。

在中國創(chuàng)新能力大幅度提高的同時，亞洲的新興國家和潛力國家創(chuàng)新活躍，東亞-東南亞-南亞經濟體已經成為全球研發(fā)最密集的創(chuàng)新大區(qū)。

二、未來人才儲備集中度接近70%表明未來創(chuàng)新競爭將在印度 中國 美國 歐盟四個經濟體之間展開

科學與工程領域學位授予數(shù)量，反映一個國家未來人才的儲備規(guī)模。獲得科學與工程領域的第一個大學學位(學士學位)的青年，近70%集中在印度、中國、美國和歐盟。歐盟科學與工程領域的第一個大學學位授予數(shù)量的70%，集中在英國、德國、法國等六個國家。根據(jù)2018年報告的數(shù)據(jù)，在全球范圍內，科學與工程領域的第一個大學學位授予數(shù)量超過750萬。其中，印度占25%，中國占22%，中印兩國占比接近全球的一半(47%)；歐盟占10%，美國占10%，印、中、美和歐盟合計占比67%。根據(jù)2020年報告的數(shù)據(jù)，美國、中國和歐洲科學與工程領域的第一個大學學位授予數(shù)量又有所增長，但集中在印度、中國、美國和歐盟的局面沒有改變。博士學位獲得者也主要集中在上述國家，2016年，美國科學與工程領域博士學位授予數(shù)量4萬名，歐盟國家共授予7.7萬名，2015年，中國授予3.4萬名。

就中國而言，大學學位授予數(shù)量的增速全球最高，從2000年到2014年，中國科學與工程學士學位授予數(shù)量的增長超過350%，表明中國人才強國、科教興國、自主創(chuàng)新戰(zhàn)略和創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略取得成效，消失的人口紅利在很大程度上被人才紅利抵消。

國際學生數(shù)量及其停留率，反映了一個國家的未來人才質量和未來人才結構。國際學生熱門國家是美國、英國、澳大利亞、法國、德國和俄羅斯等六個國家。美國是國際學生最多、停留率最高的國家，2016年，美國國際學生占全球留學生人數(shù)的19%；從2014年至2017年，美國科學與工程博士學位授予臨時簽證者的人數(shù)，占總授予人數(shù)的比例，穩(wěn)定在三分之一左右。自2000年以來，獲得美國博士學位的國際學生，來自中國、印度和韓國的合計占54%。2003至2017年，在美獲得博士學位者的停留率(獲得博士學位五年后留在美國的比率)保持在64—71%之間，來自中國移民的停留率2013—2017年穩(wěn)定在90%。中國近年來國際學生數(shù)量增多，但來自發(fā)達國家的學生比例不高。

創(chuàng)新驅動就是人才驅動，未來的創(chuàng)新競爭取決于未來人才的數(shù)量和質量?？茖W與工程學位獲得者是未來人才的來源，因此，如果不考慮其他因素，從上述數(shù)據(jù)看，未來國際創(chuàng)新競爭將主要在美國、中國、印度和歐盟四個經濟體之間展開。根據(jù)美國戰(zhàn)略家布熱津斯基的理論[3-4]，美國、中國、印度和歐盟的德國、法國五個國家都是有夢想、有量級、有后勁的“地緣棋手”國家，而英國、日本、澳大利亞、加拿大等西方國家是美國的盟友，但不是“地緣棋手”國家，因此，未來創(chuàng)新競爭將更集中在美國、中國、印度、德國、法國五國之間。

三、論文大國的論文國際合作率一般超過50%表明知識融通正在開辟新的學科增長點

衡量一國學術論文的影響和水平，長期以來通用的標準是論文被引頻次，被引頻次最高的1%論文稱為高被引論文。全球高被引論文國別份額，除以全球出版物的國別份額，稱為國別論文指數(shù)。2016年，美國論文指數(shù)為1.9，歐盟為1.3，中國為1.1。但近年來，論文的國際合作率成為衡量一國論文水平的又一重要指標。

本國作者與其他國家作者合作發(fā)表論文的數(shù)量，占本國國際論文總數(shù)的比例，稱為論文的國際合作率。全球論文的國際合作率2000年是14%，到2018年提高了9個百分點，達到23%。而論文大國的國際合作率則更高，除美國外都超過50%，2018年的論文國際合作率，按從高到低的順序，依次是：英國62%，澳大利亞60%，法國59%，加拿大56%，德國53%，西班牙53%，意大利50%。美國作為全球論文的最大產出國，國際合作率也接近40%，2018年為39%，其中26%是同中國作者的合作論文。中國論文的國際合作率不斷提高，但與其他論文大國相比偏低，根據(jù)中國科學技術信息研究所發(fā)布的數(shù)據(jù)，2018年，中國論文的國際合作率為26.5%[5]。與中國合作論文的作者，大多來自美國、英國、德國、澳大利亞、日本和加拿大。據(jù)日本科學技術與學術政策研究所(NISTEP)《科學研究基準2019——從論文分析看全球的研究活動變化與日本的情況》的計算，2017年，中國與美國合著的論文占中國全部國際合著論文的47.2%，在臨床醫(yī)學領域，這一比例高達63.0%[6]。

論文國際合作率的大幅度提高，從一個方面表明科研活動全球化和學科交叉融合趨勢的深入發(fā)展。論文的國際合作發(fā)生在不同學科或同一學科的不同研究領域，包括諾貝爾獎成果在內的重大發(fā)現(xiàn)、發(fā)明和重大創(chuàng)新，都出現(xiàn)在多學科、多領域的交集；知識融通也產生了一系列新興學科，如信息科學、材料科學、能源科學、環(huán)境科學、空間科學等。

四、美國專利60%以上分布在三大領域表明美國等創(chuàng)新大國在信息通信 生命健康高端制造領域的主導地位沒有改變

每個國家或經濟體的專利分布各有特點，但從總體上看，2018年，電氣和機械工程相關的專利家族占全部發(fā)明專利的一半以上，達56%。而2016年授權的美國專利商標局(USPTO)專利，60%以上分布在信息和通信技術(ICT)，測試、測量和控制，以及化學和健康三大領域。測試、測量和控制是國際通用的專利分類，映射的是高端裝備制造、精密儀器制造等產業(yè)。其中，信息和通信技術(ICT)領域占比37%，化學和健康領域占比16%，測試、測量和控制領域占比11%。此外，材料和納米技術領域占比2%。歐盟的發(fā)明專利也大多分布在測試、測量和控制領域(如生物材料的分析)，以及化學和健康領域(如生物技術和制藥)。

日本、韓國、中國發(fā)明人也很重視信息和通信技術(ICT)，包括基礎通信過程、半導體和電信；也重視測試、測量和控制領域的激光器和光學切換技術。日本在美國授權的光學專利較多，韓國、中國在美國授權的納米技術專利較多。但從總體來看，在歐美國家授權的專利，以發(fā)達國家為主。美國專利商標局向全球發(fā)明人授予專利，2018年，在該局授權的專利中，47%為美國專利，16%為日本專利，15%為歐盟專利，6%為韓國專利，5%為中國專利。

全球專利分布的狀態(tài)表明，信息通信、生命健康、高端制造三大領域知識和技術最為密集，歐美國家主要是美國居于主導地位。中國的發(fā)明專利、PCT專利數(shù)量都已經居于全球首位，但從專利領域來看，知識和技術密集產業(yè)的關鍵核心專利較少，三方專利、標準必要專利占比不高。

五、新興技術公司的創(chuàng)新率一般超過40%表明創(chuàng)新最活躍的是未來產業(yè)

2014—2016年，美國公司的創(chuàng)新率為17%，即至少引進一種新的或改進的產品或流程的公司，占擁有5名及5名以上員工的公司的17%。但數(shù)字技術等新興技術公司的創(chuàng)新率大大高于全部公司的平均水平，一般都超過40%，很多行業(yè)都超過60%。例如，軟件出版公司達61%，計算機和電子產品行業(yè)類別下生產導航、醫(yī)療和其他儀器的公司達60%，計算機和電子產品制造公司達53%，數(shù)據(jù)處理和托管公司達47%，化學制品企業(yè)達45%，醫(yī)療設備和用品企業(yè)達44%，科學研發(fā)服務業(yè)達43%。

以創(chuàng)新率衡量的產業(yè)創(chuàng)新，與以研發(fā)密集度衡量的產業(yè)創(chuàng)新，具有很大的一致性。從研發(fā)強度看，高研發(fā)強度的行業(yè)是飛機制造、制藥、計算機、電子和光學產品、計算機軟件發(fā)布以及科學研發(fā)。中高研發(fā)強度的行業(yè)，包括化學制品、運輸設備、電氣和其他機械設備、信息技術服務和科學儀器。從研發(fā)經費看，根據(jù)美國《研發(fā)雜志》發(fā)布的《2018年全球研發(fā)資金預測報告》[7]，2016年、2017年、2018年三年累計排行：研發(fā)資金最多的行業(yè)是信息通信產業(yè)(ICT)，其次是生命科學產業(yè)，第三位是汽車產業(yè)，第四位是化學與先進材料產業(yè)。

從創(chuàng)新率和研發(fā)密集度來看，未來產業(yè)是創(chuàng)新活動最活躍的產業(yè)。2020年1月，美國參議院《未來產業(yè)法案》把人工智能、量子信息科學、先進制造、無線通信和合成生物學五大產業(yè)確定為未來產業(yè)，并在總統(tǒng)2021財年聯(lián)邦研發(fā)預算申請中做了優(yōu)先安排[8]。其他創(chuàng)新大國也都加強了人工智能、量子技術等領域的研發(fā)布局。

六、全球風險投資的80%由美國和中國獲得表明全球經濟的成長性主要來自美國和中國

研發(fā)直接產生發(fā)現(xiàn)和發(fā)明，但將發(fā)現(xiàn)和發(fā)明變成現(xiàn)實的生產能力還需要風險投資。風險投資促進了研發(fā)成果的產品化和產業(yè)化。2018年，全球風險投資大部分都被美國(44%)和中國(36%)獲得，兩國合計占比80%。在美國，風險投資主要集中在依賴軟件的領域，包括移動技術、人工智能、大數(shù)據(jù)、工業(yè)和金融技術。其中，人工智能投資是自2013年以來增長最快的。在中國，包括軟件在內的信息通信技術超過總投資的一半。長期以來，美國一直都是風險投資最活躍的國家。2006年以后，中國風險投資穩(wěn)步增長，到2013年占全球的5%，之后出現(xiàn)爆發(fā)性增長，5年間增長了6倍多，到2018年已經占到全球的36%。

從風險投資捕獲的獨角獸企業(yè)數(shù)量來看，中美兩國也是最多的。根據(jù)德勤與投中信息聯(lián)合發(fā)布的《2019科創(chuàng)獨角獸研究報告》，截至2019年6月，全球累計有獨角獸企業(yè)452家，其中，中國180家，占比39.8%；美國179家，占比39.6%，中美兩國合計占比剛好也是80%[9]。

風險投資的發(fā)生，是因為投資者看到了新興領域潛在的商業(yè)場景，投資額的多少代表投資家對未來成長性的預期和信心。風險投資向美國和中國聚集的事實表明，全球經濟成長性將主要來自這兩個國家。

綜上所述，人類的科技創(chuàng)新已經站在了新的歷史起點。展望全球未來，隨著人類經濟和社會智能化步伐加快，學科新的增長點和新興學科將不斷涌現(xiàn)，未來產業(yè)突破性創(chuàng)新空前活躍，全球經濟的成長性將主要來自中國和美國。同時，美國、中國、歐盟和印度四大經濟體的創(chuàng)新競爭將更加激烈。

中國是全球的一部分，而且是重要的一部分，全球創(chuàng)新形勢的變化與中國的發(fā)展密切相關。從研發(fā)數(shù)據(jù)來看，中國已經是全球研發(fā)第二大國，研發(fā)強度超過歐洲平均水平，必須不失時機地選擇少數(shù)優(yōu)勢領域，面向新科技革命場景，積極開展未來技術創(chuàng)新，引領局部率先躍升。從專利等創(chuàng)新要素來看，中國在信息、生物、高端裝備制造等戰(zhàn)略性新興產業(yè)，高質量知識產權不多，關鍵核心技術對外依存度過高，必須通過科技要素為產業(yè)發(fā)展賦予新的動能，加快形成新的發(fā)展方式。從學科數(shù)據(jù)來看，為了保證自主創(chuàng)新后勁，爭取為人類知識創(chuàng)造做出重要貢獻，必須把繁榮科學置于基礎地位，注重原始創(chuàng)新、融通創(chuàng)新，開辟新興學科和學科新的增長點，把科學精神作為民族精神的基本內容加以弘揚，促進公民理解科學和參與科學。從人才數(shù)據(jù)來看，中國人口紅利雖然已經消失，但科技人力資源紅利期并未結束，仍將是全球科技人力資源增長的主力，必須加大科技體制改革和經濟、社會體制改革力度，激發(fā)科技人員的積極性和創(chuàng)造性，充分釋放科技人才的創(chuàng)新活力。從風險投資等創(chuàng)新活動數(shù)據(jù)來看，中國創(chuàng)業(yè)活躍，創(chuàng)業(yè)企業(yè)融資能力強、成長性高，必須把科技創(chuàng)業(yè)置于高質量發(fā)展的先導地位，為創(chuàng)業(yè)活動提供系統(tǒng)化支持政策和系列化公共服務，大幅度提高科技創(chuàng)業(yè)率和創(chuàng)業(yè)成功率，積極培育未來增長動力。

在未來三十年里，只要堅持中國特色自主創(chuàng)新道路不動搖，引領躍升，賦能發(fā)展，繁榮科學，融通創(chuàng)新，中國就一定能夠高質量完成第二個一百年奮斗目標，實現(xiàn)中華民族偉大復興。