对当前全球科技创新形势的研判——基于美国《科学与工程指标》的分析

郭 铁 成

(中国科学技术信息研究所, 北京 100038)

美国《科学与工程指标》报告是在美国国家科学理事会指导下，由美国国家科学和工程统计中心编写的，数据质量很高。根据美国法案，美国国家科学理事会每偶数年(间隔一年)，向总统和国会提交年度报告。2020年1月，美国国家科学理事会(NSB)发布了最新一期《科学与工程指标2020》报告。《科学与工程指标2020》和《科学与工程指标2018》两份报告，提供了最近的美国创新数据和全球创新数据，基本能够反映当前全球创新形势。

根据上述两份报告提供的数据，结合对我国及其他相关创新数据的分析，可对本世纪20年代初期全球科技创新形势做出判断。

一、全球研发经费突破2万亿美元大关 表明人类经济处于转型加速期

2017年，全球研发经费达到2.2万亿美元(购买力平价 PPP。下同)，按增长率推算，实际上在2016年就已经突破2万亿美元大关(1)除参考文献外,本文所用数据均出自美国《科学与工程指标2020》、《科学与工程指标2018》。获取网址 https://www.nsf.gov/statistics/seind/。考虑到购买力平价对中国等发展中国家研发经费的高估因素，最迟也在2017年突破了2万亿美元大关。突破2万亿美元大关对人类来说，是个重大的历史事件，表明工业社会向智能社会的转型进入了加速期。

全球研发经费突破一万亿美元大关，是2007年，达到1.07万亿美元[1]。如果从1760年工业革命算起，不考虑通货膨胀因素，人类研发经费达到1 万亿美元用时近250年。然而，从1万亿美元到2万亿美元，仅仅用了9年时间，呈现出爆发性增长的特征。这9年，全球研发经费年均增长速度达到7.5%左右，大大高于GDP增长速度。如果从2000年(7220亿美元)算起，到2017年(2.2万亿美元)，翻了三番。

研发经费在万亿美元的高起点9年倍增，反映了人类社会转型加速，正在从物质资本主导的经济，快速进入知识和技术密集型的经济，人力资本、智权资本、数字资本等无形资本成为主导的生产要素。美国是研发投入最大的国家，2017年研发投入为5 480亿美元，占全球研发投入四分之一的份额。2018年，全球研发最密集产业的增加值超过3.2亿美元，其中美国占三分之一，达1.04万亿美元；全球中高研发产业的增加值近5.8万亿美元，其中美国占五分之一强，达1.25万亿美元。

中国是全球加速转型的最强力量，14亿人口迅速进入工业化中后期，同时迈向智能社会。就在全球研发经费突破2万亿美元两年之后，中国的研发经费于2019年突破了2万亿人民币大关，达到2.17万亿人民币[2]。2005年，中国全社会研发经费仅为2 450亿元人民币(现价。下同)，从2006年开始实施自主创新战略，到2019年,全社会研发经费超过2万亿人民币，居世界第二位，增长了7倍多，年均增速接近18%。2000—2017年，按购买力平价计算，中国占全球研发经费增长的近三分之一。2005年前后，由于研发投入有限，中国基本上还是以劳动密集型产业为主，知识和技术密集型产业体量较小；但到2018年，知识和技术密集型产业已经占全球26%的份额。

在中国创新能力大幅度提高的同时，亚洲的新兴国家和潜力国家创新活跃，东亚-东南亚-南亚经济体已经成为全球研发最密集的创新大区。

二、未来人才储备集中度接近70%表明未来创新竞争将在印度 中国 美国 欧盟四个经济体之间展开

科学与工程领域学位授予数量，反映一个国家未来人才的储备规模。获得科学与工程领域的第一个大学学位(学士学位)的青年，近70%集中在印度、中国、美国和欧盟。欧盟科学与工程领域的第一个大学学位授予数量的70%，集中在英国、德国、法国等六个国家。根据2018年报告的数据，在全球范围内，科学与工程领域的第一个大学学位授予数量超过750万。其中，印度占25%，中国占22%，中印两国占比接近全球的一半(47%)；欧盟占10%，美国占10%，印、中、美和欧盟合计占比67%。根据2020年报告的数据，美国、中国和欧洲科学与工程领域的第一个大学学位授予数量又有所增长，但集中在印度、中国、美国和欧盟的局面没有改变。博士学位获得者也主要集中在上述国家，2016年，美国科学与工程领域博士学位授予数量4万名，欧盟国家共授予7.7万名，2015年，中国授予3.4万名。

就中国而言，大学学位授予数量的增速全球最高，从2000年到2014年，中国科学与工程学士学位授予数量的增长超过350%，表明中国人才强国、科教兴国、自主创新战略和创新驱动发展战略取得成效，消失的人口红利在很大程度上被人才红利抵消。

国际学生数量及其停留率，反映了一个国家的未来人才质量和未来人才结构。国际学生热门国家是美国、英国、澳大利亚、法国、德国和俄罗斯等六个国家。美国是国际学生最多、停留率最高的国家，2016年，美国国际学生占全球留学生人数的19%；从2014年至2017年，美国科学与工程博士学位授予临时签证者的人数，占总授予人数的比例，稳定在三分之一左右。自2000年以来，获得美国博士学位的国际学生，来自中国、印度和韩国的合计占54%。2003至2017年，在美获得博士学位者的停留率(获得博士学位五年后留在美国的比率)保持在64—71%之间，来自中国移民的停留率2013—2017年稳定在90%。中国近年来国际学生数量增多，但来自发达国家的学生比例不高。

创新驱动就是人才驱动，未来的创新竞争取决于未来人才的数量和质量。科学与工程学位获得者是未来人才的来源，因此，如果不考虑其他因素，从上述数据看，未来国际创新竞争将主要在美国、中国、印度和欧盟四个经济体之间展开。根据美国战略家布热津斯基的理论[3-4]，美国、中国、印度和欧盟的德国、法国五个国家都是有梦想、有量级、有后劲的“地缘棋手”国家，而英国、日本、澳大利亚、加拿大等西方国家是美国的盟友，但不是“地缘棋手”国家，因此，未来创新竞争将更集中在美国、中国、印度、德国、法国五国之间。

三、论文大国的论文国际合作率一般超过50%表明知识融通正在开辟新的学科增长点

衡量一国学术论文的影响和水平，长期以来通用的标准是论文被引频次，被引频次最高的1%论文称为高被引论文。全球高被引论文国别份额，除以全球出版物的国别份额，称为国别论文指数。2016年，美国论文指数为1.9，欧盟为1.3，中国为1.1。但近年来，论文的国际合作率成为衡量一国论文水平的又一重要指标。

本国作者与其他国家作者合作发表论文的数量，占本国国际论文总数的比例，称为论文的国际合作率。全球论文的国际合作率2000年是14%，到2018年提高了9个百分点，达到23%。而论文大国的国际合作率则更高，除美国外都超过50%，2018年的论文国际合作率，按从高到低的顺序，依次是：英国62%，澳大利亚60%，法国59%，加拿大56%，德国53%，西班牙53%，意大利50%。美国作为全球论文的最大产出国，国际合作率也接近40%，2018年为39%，其中26%是同中国作者的合作论文。中国论文的国际合作率不断提高，但与其他论文大国相比偏低，根据中国科学技术信息研究所发布的数据，2018年，中国论文的国际合作率为26.5%[5]。与中国合作论文的作者，大多来自美国、英国、德国、澳大利亚、日本和加拿大。据日本科学技术与学术政策研究所(NISTEP)《科学研究基准2019——从论文分析看全球的研究活动变化与日本的情况》的计算，2017年，中国与美国合著的论文占中国全部国际合著论文的47.2%，在临床医学领域，这一比例高达63.0%[6]。

论文国际合作率的大幅度提高，从一个方面表明科研活动全球化和学科交叉融合趋势的深入发展。论文的国际合作发生在不同学科或同一学科的不同研究领域，包括诺贝尔奖成果在内的重大发现、发明和重大创新，都出现在多学科、多领域的交集；知识融通也产生了一系列新兴学科，如信息科学、材料科学、能源科学、环境科学、空间科学等。

四、美国专利60%以上分布在三大领域表明美国等创新大国在信息通信 生命健康高端制造领域的主导地位没有改变

每个国家或经济体的专利分布各有特点，但从总体上看，2018年，电气和机械工程相关的专利家族占全部发明专利的一半以上，达56%。而2016年授权的美国专利商标局(USPTO)专利，60%以上分布在信息和通信技术(ICT)，测试、测量和控制，以及化学和健康三大领域。测试、测量和控制是国际通用的专利分类，映射的是高端装备制造、精密仪器制造等产业。其中，信息和通信技术(ICT)领域占比37%，化学和健康领域占比16%，测试、测量和控制领域占比11%。此外，材料和纳米技术领域占比2%。欧盟的发明专利也大多分布在测试、测量和控制领域(如生物材料的分析)，以及化学和健康领域(如生物技术和制药)。

日本、韩国、中国发明人也很重视信息和通信技术(ICT)，包括基础通信过程、半导体和电信；也重视测试、测量和控制领域的激光器和光学切换技术。日本在美国授权的光学专利较多，韩国、中国在美国授权的纳米技术专利较多。但从总体来看，在欧美国家授权的专利，以发达国家为主。美国专利商标局向全球发明人授予专利，2018年，在该局授权的专利中，47%为美国专利，16%为日本专利，15%为欧盟专利，6%为韩国专利，5%为中国专利。

全球专利分布的状态表明，信息通信、生命健康、高端制造三大领域知识和技术最为密集，欧美国家主要是美国居于主导地位。中国的发明专利、PCT专利数量都已经居于全球首位，但从专利领域来看，知识和技术密集产业的关键核心专利较少，三方专利、标准必要专利占比不高。

五、新兴技术公司的创新率一般超过40%表明创新最活跃的是未来产业

2014—2016年，美国公司的创新率为17%，即至少引进一种新的或改进的产品或流程的公司，占拥有5名及5名以上员工的公司的17%。但数字技术等新兴技术公司的创新率大大高于全部公司的平均水平，一般都超过40%，很多行业都超过60%。例如，软件出版公司达61%，计算机和电子产品行业类别下生产导航、医疗和其他仪器的公司达60%，计算机和电子产品制造公司达53%，数据处理和托管公司达47%，化学制品企业达45%，医疗设备和用品企业达44%，科学研发服务业达43%。

以创新率衡量的产业创新，与以研发密集度衡量的产业创新，具有很大的一致性。从研发强度看，高研发强度的行业是飞机制造、制药、计算机、电子和光学产品、计算机软件发布以及科学研发。中高研发强度的行业，包括化学制品、运输设备、电气和其他机械设备、信息技术服务和科学仪器。从研发经费看，根据美国《研发杂志》发布的《2018年全球研发资金预测报告》[7]，2016年、2017年、2018年三年累计排行：研发资金最多的行业是信息通信产业(ICT)，其次是生命科学产业，第三位是汽车产业，第四位是化学与先进材料产业。

从创新率和研发密集度来看，未来产业是创新活动最活跃的产业。2020年1月，美国参议院《未来产业法案》把人工智能、量子信息科学、先进制造、无线通信和合成生物学五大产业确定为未来产业，并在总统2021财年联邦研发预算申请中做了优先安排[8]。其他创新大国也都加强了人工智能、量子技术等领域的研发布局。

六、全球风险投资的80%由美国和中国获得表明全球经济的成长性主要来自美国和中国

研发直接产生发现和发明，但将发现和发明变成现实的生产能力还需要风险投资。风险投资促进了研发成果的产品化和产业化。2018年，全球风险投资大部分都被美国(44%)和中国(36%)获得，两国合计占比80%。在美国，风险投资主要集中在依赖软件的领域，包括移动技术、人工智能、大数据、工业和金融技术。其中，人工智能投资是自2013年以来增长最快的。在中国，包括软件在内的信息通信技术超过总投资的一半。长期以来，美国一直都是风险投资最活跃的国家。2006年以后，中国风险投资稳步增长，到2013年占全球的5%，之后出现爆发性增长，5年间增长了6倍多，到2018年已经占到全球的36%。

从风险投资捕获的独角兽企业数量来看，中美两国也是最多的。根据德勤与投中信息联合发布的《2019科创独角兽研究报告》，截至2019年6月，全球累计有独角兽企业452家，其中，中国180家，占比39.8%；美国179家，占比39.6%，中美两国合计占比刚好也是80%[9]。

风险投资的发生，是因为投资者看到了新兴领域潜在的商业场景，投资额的多少代表投资家对未来成长性的预期和信心。风险投资向美国和中国聚集的事实表明，全球经济成长性将主要来自这两个国家。

综上所述，人类的科技创新已经站在了新的历史起点。展望全球未来，随着人类经济和社会智能化步伐加快，学科新的增长点和新兴学科将不断涌现，未来产业突破性创新空前活跃，全球经济的成长性将主要来自中国和美国。同时，美国、中国、欧盟和印度四大经济体的创新竞争将更加激烈。

中国是全球的一部分，而且是重要的一部分，全球创新形势的变化与中国的发展密切相关。从研发数据来看，中国已经是全球研发第二大国，研发强度超过欧洲平均水平，必须不失时机地选择少数优势领域，面向新科技革命场景，积极开展未来技术创新，引领局部率先跃升。从专利等创新要素来看，中国在信息、生物、高端装备制造等战略性新兴产业，高质量知识产权不多，关键核心技术对外依存度过高，必须通过科技要素为产业发展赋予新的动能，加快形成新的发展方式。从学科数据来看，为了保证自主创新后劲，争取为人类知识创造做出重要贡献，必须把繁荣科学置于基础地位，注重原始创新、融通创新，开辟新兴学科和学科新的增长点，把科学精神作为民族精神的基本内容加以弘扬，促进公民理解科学和参与科学。从人才数据来看，中国人口红利虽然已经消失，但科技人力资源红利期并未结束，仍将是全球科技人力资源增长的主力，必须加大科技体制改革和经济、社会体制改革力度，激发科技人员的积极性和创造性，充分释放科技人才的创新活力。从风险投资等创新活动数据来看，中国创业活跃，创业企业融资能力强、成长性高，必须把科技创业置于高质量发展的先导地位，为创业活动提供系统化支持政策和系列化公共服务，大幅度提高科技创业率和创业成功率，积极培育未来增长动力。

在未来三十年里，只要坚持中国特色自主创新道路不动摇，引领跃升，赋能发展，繁荣科学，融通创新，中国就一定能够高质量完成第二个一百年奋斗目标，实现中华民族伟大复兴。