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美智库分析中美科技竞争 聚焦6大领域


2022/1/12 9:41:34


在上世纪末,美国国家研究委员会在预测21世纪的《利用科学技术促进美国经济未来:国家和区域优先事项》报告中称,创新将是21世纪的最大决定因素,但当时的报告认为中国不可能成长为工业巨头。如今,中国迅速崛起,成为世界制造工厂,甚至美国认为在一些技术领域中国威胁到了美国的主导地位,这引起了美国的警惕。



日前,哈佛大学肯尼迪学院贝尔弗科学与国际事务中心发布的《伟大的科技竞争:21世纪的中国与美国的较量》报告中提到,中国已取代美国,成为世界上最大的高科技产品制造商。2020年,中国生产了2.5亿台计算机、2500万辆汽车、15亿部智能手机。报告称,“中国将在未来十年内超过美国”。报告对美中在人工智能、5G、量子计算、半导体、生物技术和绿色技术6领域的科技竞争进行了分析评估,对过去20年来美国和中国在关键技术上的进展进行了分析。


 

6大技术领域美中科技进展分析



1. 人工智能


在未来十年,人工智能可能是对经济和安全产生最大影响的技术。语音技术方面,中国的语音识别公司iFlytek(科大讯飞)拥有7亿用户,是苹果siri用户的2倍。金融科技方面,三分之二的美国人使用信用卡,而90%的中国城市居民已使用移动支付。


? 金融市场:


金融市场的投资正向中国AI公司倾斜。6年前,全球20家最有价值的互联网公司只有2家为中国公司,现在增加至7家。人工智能时代的“七大巨头”分布在美中两国,即,谷歌、亚马逊、脸书、微软、百度、阿里巴巴和腾讯。


? 研发:


中国在AI研发的投资不断飙升并追上美国,研发成果不断积累。2020年,中国AI研究成果被引用的总量已经超过美国,较2019年上升35%。在深度学习领域,中国的专利出版物为美国的6倍。


在国际比赛中,中国的人工智能研究人员展现出强大的实力。斯坦福大学机器阅读理解国际挑战赛上,中国队经常名列前五。


? 未来竞争趋势:


中国庞大的人口带来强大的人才储备与数据储备,同时也带来庞大的内需市场,以及更多的计算机专业学生。在未来5年,中国将拥有更多的STEM(科学、技术、工程、数学)毕业生,而美国本土的AI博士数量自1990年以来并未增加。


美国也有其独特优势,美国聚集了世界上的优秀人才为其工作,未来也将吸引更多的人才进入美国。如果未来的趋势是技术的实际应用,中国的优势将更大;但如果未来十年的AI进步来自于算法和硬件突破,优势则在美国。

 

2. 5G


在电信领域,美国国防创新委员会曾称“中国有望在5G领域复刻美国在4G的成功”。如果成功,中国将在技术上拥有先发优势,并拓展5G技术广阔的商业和军事应用前景。5G大幅提升了网络的速度和可靠性,增加了可连接的设备。美国高通公司预估,未来,5G将在15年间为世界“带来印度大小的经济提升”,中国将占有蛋糕的最大一块。


关键指标


截至2020年底,中国的5G连接占全球的87%。各类关键指标显示,中国在5G的未来发展上占据重大优势。



? 电信设备供应市场:


根据Dell'Oro Group的最新季度报告,2021年第三季度全球电信设备供应商总收入约1000亿元,排名靠前的7家供应商占据全球80%市场份额,分别是:华为(29%)、爱立信(15%)、诺基亚(15%)、中兴(11%)、思科(6%)、三星(3%)和Ciena3%)。



 

5G设备领域,全球排名为:华为、爱立信、诺基亚、中兴和三星。Dell'Oro报告显示,因为美国政府正在努力遏制华为的崛起、促进供应商多元化,中国以外的市场份额正在发生变化,华为的表现相较2020年出现劣势,爱立信、诺基亚和三星是2021年三季度中国以外的三大5G设备供应商。


? 未来竞争趋势


对美中而言,5G基础设施都将是新基建的重中之重。中国的5G网络建设将推动AI和物联网进一步深入日常生活,并开拓尖端5G应用,如智能工厂系统、智慧城市发展等。

 

3. 量子信息科学


传统量子信息科学(QIS)由美国研究人员主导,包括三个子领域:量子计算、量子通信和量子传感。QIS一直被视为科学和技术革命的潜在催化剂,将推动发展更大规模的计算、更快的通信和更精确的测量,可以促进创建更加安全的通信线路、消除对天基定位系统的依赖。哈佛的报告提出,在这些领域,美国正被中国赶上甚至被超越。


? 量子技术研发:


中国在量子技术的研究投资逐步增加,量子相关专利数量逐渐超过美国。2014年,美中的量子相关专利数量相差无几。2018年,中国申请专利数量为美国的两倍,且占所有量子专利的52%。在量子计算软件专利的数量方面,美国公司占前三名,中国的哈尔滨工程大学进入到了前五;硬件方面,美国占主导地位。



 

美中都有着将科学技术快速转化为实践的能力。


(1)量子计算:因为谷歌、IBM、英特尔、微软等私营公司的大量投资,美国长期占据量子计算领域的领导地位。2019年,谷歌发布53个超导比特量子计算机而在一年之后的202012月,中国科技大学创造光子量子计算机,但速度更快。


(2)量子通信和加密技术:中国的信息收集能力推动了量子通信的进步,美国逐渐在量子通信领域失去优势。2003年,美国开发了第一个量子秘钥分发网络,中国2016年发射了世界上第一颗支持量子通信的卫星,并在之后创造了创纪录的量子通信链路,还将建设集成量子通信网络。美国专家认为,量子技术将使中国政府和军队的通信更加安全。


(3)量子传感:量子传感将影响军事领域应用,包括隐身技术和雷达干扰无效能力。在所有关于量子传感的出版物中,引用次数排名依次为:美国、欧洲、中国。然而,加总过去五年的出版物,中国的量子传感论文每篇的引用次数排名第一。


? 量子领域的中美政策


2016年,中国提出科技创新2030重大项目中部署了量子通信和量子计算机。


201812月,美国颁布了《国家量子计划法案》,推动量子技术发展,尤其是量子计算。承诺五年内,为量子信息系统投入12亿美元,20202月,追加8.6亿美元,2021年增加4.92亿美元。


? 未来竞争趋势


美国国家安全委员会的Jason Matheny表示,美国在量子技术的优势是脆弱的。在量子专业知识领域,美国不具备绝对的垄断地位,美国需要与拥有更先进技术的战略盟友和伙伴合作,如,日本等。

 

4. 半导体


美国近半个世纪以来在半导体行业占据全球主导地位,随着国内投资不足和全球竞争加剧,美国半导体制造领域所占的份额已从1990年的37%下跌至如今的12%,但美国对芯片设计和半导体制造的投资依然领先。


中国不断增长的国内需求推动了半导体行业市场的扩张,中国的半导体制造领域所占的份额从1990年的不到1%上升到15%,超过美国。


? 中国发展现状


半导体制造领域,中国的领军企业中芯国际在过去十年中一直名列前五,2020年突破N+1 7纳米工艺。


芯片设计领域,华为海思在芯片研发上不断突破,2020年成为第一家进入前十大半导体公司的中国公司,取代高通成为中国最大的智能手机处理器供应商,美国的出口管制给该公司近期的发展带来一定负面影响。


尽管中国85%的半导体需求仍依赖于进口,但近几年的快速发展,使中国半导体行业与全球前沿技术的差距正在缩小。


? 美国发展现状


半导体制造设备领域,美国占市场份额的55%,中国仅占2%


在芯片设计领域,美国占市场份额的85%


美国作为全球半导体的领导者,前十大半导体公司中,有7家美国公司。美国担忧其研发经费受到债务限制、半导体人才短缺以及来自中国市场的竞争等因素,将长期影响其半导体产业的发展。纵观美国历史上无可争议的芯片制造领先地位,今天仅有44%的美国设计芯片由美国本土生产,英特尔和格芯在下一代芯片的竞争中也发力渐弱。尽管美国担忧其在半导体的优势无法保持,美国在半导体制造投入方面仍然保持强势,而且通过应用材料和林氏研究等公司控制关键供应链的瓶颈位置。


? 未来竞争趋势


美国在短期内仍将保持行业领导者地位。半导体的三个关键领域,半导体制造、芯片设计、半导体制造设备,中国已在半导体制造和芯片设计领域取得强劲发展,半导体行业将会在未来十年快速增长。


美国对中国企业采取制裁和出口管制等措施会减缓中国半导体行业的发展速度,如,对华为进行制裁和将SMIC纳入实体清单。然而,庞大的中国市场使得美国的做法只能是两败俱伤,中国市场占美国芯片总销售额的36%完全切断中国获得先进半导体的渠道也将影响美国的发展。

 

5. 生物技术


生物技术包括基因组学、生物化学、分子生物等。在该领域,未来,美国将是无可争议的领导者,但中国在该技术领域与美国竞争激烈,某些方面中国更占优势。


? 研究成果


2007年到2017年,中国的生物技术出版物每年增长20%,仅次于美国。在CRISPR改性作物和转基因植物领域,中国的研究产出已经超过美国。在发表论文总数上,美国保持领先,但中美差距正在缩小。


? 生物制药和治疗


在生物制药和治疗领域,中国迅速崛起,将实验室成果快速转化为商业产品。中国在全球生物制药生产的份额占22%,仅次于美国。


生物制药的全球产能中,美国第一,为35%,其次是欧盟25%,中国排名第三位15%。中国生物制药的增长主要由仿制药和国内庞大消费群体推动,但创新能力也不断增长。中国生物技术的CAR T细胞疗法领先全球。


? 未来竞争趋势


美国仍然是生物技术的领导者,在创新领域遥遥领先,但中国在生物技术领域的投资规模、改革带来的增长,将挑战美国在生物技术领域的霸权。

 

6. 绿色能源


绿色能源将在21世纪迅速发展,高盛数据显示,2030年,全球清洁能源投资规模将达16万亿美元。过去二十年来,美国一直是新绿色能源技术的主要投资者,但中国在制造和部署新技术方面处于领先。


? 供应链


中国在绿色科技供应链的多个关键环节占主导地位,包括设备制造、原材料和能源储存等。制造业的优势使中国成为全球最大的太阳能和风能生产国,其中,太阳能产能为美国3倍,风能为美国2倍。


中国是可再生能源设备的主要制造商,供应全球70%的太阳能电池板。风力涡轮机生产领域,前十大生产商中有四家中国企业,中国控制40%的全球市场,美国为12%


随着全球绿色化转型向零排放能源过度,一些资源将成为新的关键要素。在太阳能电池板、电池和其他绿色技术所需的关键资源中,中国的产量占绝对优势,包括:化学锂(中国占全球产量50%)、多晶硅(60%)、稀土金属(70%)、天然石墨(70%)、精炼钴(80%)和精炼稀土(90%)。在海外市场中,中国企业也积极投资当地资源。而美国的锂、钴和石墨大量依赖进口。


绿色氢能开发领域,中国和欧盟处于领先地位。


? 未来竞争趋势


在可预见的未来,中国将凭借绿色能源供应链的优势成为该领域的全球领导者,推广和部署绿色技术方面处于领先。尤其在电动汽车领域,中国已成为全球最大的生产国和市场,2020年中国电动汽车销售量为130万辆(占全球40%),而美国为30万辆。


美国在突破性创新方面有着强大的动力。美国在碳捕捉和封存技术(CSS)方面占据优势,拥有全球一半以上的大型CSS设施,在研究成果领域也独占鳌头。


针对气候危机,需要美中两个碳排放大国共同应对。中国是美国、欧盟以及其他国家绿色能源技术的最大生产国、使用国和出口国,因此与中国的合作必不可少。


 

美中科技竞争的宏观因素



报告认为,美中在科技领域的竞争不仅仅表现在特定科技领域的领导力方面的竞争,在科技人才吸引、科研生态系统构建和效率、国家政策等方面也存在竞争,并将决定科技竞争的发展走向。


人才领域,美国一直受益于可从全球吸纳人才,但现在美国正失去前沿科学的人才竞争优势。研发领域,21世纪初,美国研发支出排名第一,为2700亿美元(按当前购买力平价计算),欧盟第二,为1800亿美元,中国为330亿美元,仅为美国12%。而2020年,按购买力评价调整后,美国第一,为6400亿美元,中国达到5800亿美元,为美国的90%


现在,由于美国的制造和工程持续外包,其研发能力受到制约,美国正失去新技术的掌握能力和扩展能力,最终损害到创新能力。然而,美国的优势依然显著,包括:更多顶尖大学;在全球拥有更广泛的技术伙伴;更能吸引高技术移民;在航空、医学、纳米技术等新兴技术领域占领导地位;支持创新等。


哈佛大学报告的分析认为中国有着政策优势,包括领导层与政府的重视,国家宏观目标制定,如投资、人才计划、高科技园区等重点投资、政府支持高新企业等,在促进科技创新发展方面优势明显。


 

美中科技竞争中的博弈



在过去几十年间,美国一直引领全球的技术创新,并仍在许多领域保持优势,但中国的崛起正在挑战美国的领导地位。为了在诸多前沿科技领域保持领先,美国对中国已采取了多种制裁和管制措施。


除了哈佛大学的分析报告外,202111月美中经济与安全审议委员会的2020年度报告中同样关注了美中在新兴技术领域的竞争方向,并提出加强对中国的技术管制,包括,合成生物学、新移动出行技术、云计算和数字货币4个领域,与哈佛大学提出的方向重合。委员会还提出:加强科技保护,避免数据与技术流入中国,限制中国企业在绿色技术领域的准入,限制中国在美的5G运营,同时审查供应链以摆脱对中国在某些供应关系上的依赖。


美国国际战略研究中心在一份分析中美脱钩可能性的报告里建议,在人工智能和生物技术领域,应加强对中国的管制,包括:最终用户管控、单边出口管制(包括视同出口)、多边出口管制、投资审查等。


美国国际战略研究中心在另一份报告中则称,美国在关键技术开发和转化上已经不再具有绝对优势,为此美国在多个前沿科技领域会加强其技术联盟。如:G7牵头的全球人工智能伙伴关系GPAI);美英在20209月签署的《美英关于人工智能研发合作的宣言》;美欧在20216月启动的欧盟-美国贸易和技术委员会,推动人工智能和出口管制的合作等。




(机工智库研究员/樊立辉)