从科学到市场需跨越两个“死亡之谷”硬科技要面对未知的从0到1的颠覆

何艳

弯道超车在避开了一些研发过程的同时，也避开了从0到1的研发经验。而这样的研发经验有一些是卡住我们脖子的原因，远的例子如汽车发动机，近的例子如芯片。硬科技要面对未知的从0到1的颠覆，这要依靠人的创造性。

科技创新概念一直是股市资金追逐的热点，近期，坚守硬科技定位的科创板获得市场青睐，比如，科创50指数备受追捧，大模型训练上游的数据、算力相关的CPO概念热度不减，同时，ChatGPT概念再度升温，6G概念也得到提振，等等。不过，在市场异常火爆的同时，当下硬科技领域的相关技术研发及应用与实际投资之间却出现碰撞，甚至脱节。

对此，中国科学院北京纳米能源与系统研究所PI研究员魏迪博士在接受《红周刊》专访时表示，硬科技需要大量时间和试错来潜心发展，而资本讲究的是有限时间内的最大收益，如果把有限时间的维度缩短在几个月或者几年，硬科技和资本之间可能是存在一定矛盾的。在他看来，无论是最近市场一度爆火的“钙钛矿”，还是石墨烯新能源电池、芯片、人形机器人等，其还未能够谈及基于真正硬科技突破的产业发展。对于国家硬科技战略也绝对不只是发展这些技术本身，其最核心的地方还在于教育以及基于此的整个科技创新体系的构建。只有真正意识到从0到1的硬科技竞争是综合国力的较量，我们的硬科技才有可能成功。

“钙钛矿”们在实验室中的科学突破从科学到市场需跨越两个“死亡之谷”

《红周刊》：当下硬科技领域相关技术研发及应用与实际的投资之间出现碰撞。比如最近A股市场上一度火爆的“钙钛矿”部分相关公司就遭遇“打假”。“钙钛矿”当前的技术研发情况究竟如何？

魏迪：历史里没有新鲜事，总是在换装重演，如今在资本市场被爆炒的“钙钛矿”跟过去火热的石墨烯、量子计算等都是类似的。“钙钛矿”是一项非常好的太阳能转换技术，其发展前景是毋庸置疑的。我自己从事有机太阳能电池研究已经二三十年了，曾跟“钙钛矿”类似，在欧美引起资本关注的一种太阳能电池叫做色素增感太阳能电池（DSSC），早在十几年前就非常火爆；二十几年前也有一种有机太阳能电池（OPV），当时发展也很火热，甚至在欧洲已经出现了几家初具规模的公司，但最后全都破产了。不是说这些技术不原创，而是在那个历史维度下，因为中国无机硅太阳能电池的大批量产，大大降低了全球太阳能电池的成本，让这些技术的市场不足以支撑它们。

创新需要经历原始创新（基础科学）、技术转化创新（技术应用研发）、将转化成果变成大规模产品销售能力（市场化）三个阶段。在“科学-技术-市场”之间有两个“死亡之谷”。从科学到技术的转化是第一个“死亡之谷”；从技术到市场的商业化转化是第二个“死亡之谷”。事实上，所有的硬科技，“钙钛矿”也好，石墨烯、量子技术也罢，都要跨越这两个死亡之谷的壁垒。

就“钙钛矿”而言，它只是在从实验室到量产的阶段让大家看到了希望，但资本市场却预期已有大量的市场需求，发展得非常火爆。而真实情况可能并非如此。犹如昨天的DSSC和OPV，其在技术成熟阶段时的市场需求是其商业化成功的关键。硬科技需要时间和试错来潜心发展，无论是材料、软件还是装备都是如此，而资本讲究的是有限时间内的最大收益，如果把有限时间的维度缩短在几个月或者几年，硬科技和资本之间可能是存在一定矛盾的。资本的过度炒作，可能会让老百姓不相信一些技术的真实性。当有一天这项技术突破需要支持的时候，大家反而会质疑。从硬科技长远发展来看，这是不健康的，犹如李逵和李鬼的故事。

《红周刊》：石墨烯也是您的一大研究方向。作为“新材料之王”，其也一度备受市场关注，但近期热度有所减退。也是因为您刚才提到的矛盾吗？

魏迪：是的。石墨烯作为“新材料之王”，需要时间和试错来潜心发展。资本的过度炒作，不利于任何一项前沿技术的探索。如果说市场上热度有所减退，这其实对于技术发展来说不一定是坏事，因为在Gartner技术发展曲线中，这正是为真正的技术突破蓄力的过程。不论国内还是国外都有潜心做石墨烯研发的团队，对于其杀手锏级别的应用我们是有所期待的。和中国一样，欧盟在10年前也是矢志找到杀手锏级的应用。截至今年9月，欧盟石墨烯旗艦计划中11个先锋项目将结题。这里面包括不会产生废水的超滤膜；自动驾驶汽车用的传感器；电动汽车锂离子高储能电池；用于治疗帕金森、癫痫和其他脑部疾病的植入式诊疗；以及光电子探测器等。同时在纯材料领域，也有包括橡胶、塑料和碳纤维等用途的石墨烯增强型材料。

新能源车续航“鱼与熊掌”不可兼得碳基电路要在利基市场先突破

《红周刊》：新能源也是目前石墨烯研发创新的热点方向。对于加入石墨烯的新能源电池“充电10分钟续航千公里”这一说法，依据充足吗？

魏迪：是否有科学依据，我们可以用第一性原理验证。举一个例子，算一道难度不超过小学能力的数学题。以特斯拉ModelX电动汽车为例，其电池容量是100千瓦时，理论续航500公里，实际续航大概也就300公里。我们目前按照理论续航看，要达到“续航千公里”的要求，电池的容量是2倍特斯拉电池，即200千瓦时。然后充电10分钟（六分之一小时）要达到这个能量的话，我们需要1200千瓦的功率去给这样的电池充电。

居民家的插座，比如功率要求最高的空调插座，大概是4千瓦。1200千瓦vs.4千瓦，前者是后者的300倍。目前电动汽车充电桩的最大功率也才200千瓦左右，也根本达不到1200千瓦的功率。假设真的有这样“充电10分钟续航千公里”的电池，那么该到哪里去实现这样的速度充电呢？

储能器件一般分功率密度和能量密度，能量密度好比一个桶里面可以装多少水，如果装水量多，证明能量密度高，而功率密度相当于给这个桶注水和出水的速度，单位体积内速度越快，功率密度越高。储能领域一直面临着鱼和熊掌不可兼得的问题，即那些能量密度高的，普遍功率密度就相对较低，反之亦然。

目前，我的课题组通过打印电子方案，利用纳米空间限域作用对离子动力学的影响，确实可以实现一些可同时满足高功率密度和高能量密度的储能技术。但都处于实验室阶段，也就是处于跨越第一个“死亡之谷”的阶段，还没有跨越到产业化阶段，更没有跨越到市场化阶段。

《红周刊》：在电子信息领域，石墨烯能否真正替代半导体硅的材料，成为下一代超快集成电路和信息产业的基石？

魏迪：以支撑我们目前电子信息产业这么多年的硅基半导体体系为例：实际贝尔实验室制造的晶体管最初是由元素锗制成的，后来大量开发和使用的是硅，从而奠定了现在半导体产业的基础。从对未来的展望看，可以联想到化学元素周期表里的碳、硅、锗同一族元素的变迁路径。大家会觉得这是否预示着可以从硅基变成碳基，从而实现另一个迭代，毕竟当年从锗基迭代到硅基就只花了10年左右的时间。

从目前硅基半导体的实际情况来看，我们一些中国企业已经可以做出超纯硅的硅片，并实现了量产，已经跨过“死亡之谷”的第一阶段，来到了第二阶段，但很多还是卡在了从规模化到大批量市场化这个阶段。究其原因，就在于整个系统的融入，比如从硅片-半导体芯片制程-电子元器件，这个产业链已经非常成熟而且根深蒂固。如果一家公司经常从一家上游厂商进货，那它就会知道本公司产品良品率大概是多少，如果规模做得足够大，成本也会降低，这会使整个产业链高效协同。这时候，如果突然有另一家全新的上游厂商说它也能供货，而且纯度更高，但由于规模比较小，那么必然价格会贵一些。单从价格上考虑，这家公司一般不愿意更换上游厂商进行采购的。进一步假设，新的上游厂商有政府补贴，价格甚至可能会更便宜，那么这家公司可能也不会采购，因为它并不知道新产品放量后，它产品良品率到底有多少，公司一般不会拿商业信誉在既有产业链中冒险的。

一般颠覆性技术产业化，并不是依靠单一的技术突破去引领产业革新，它需要建立或者依靠一个生态和系统。这就是为什么半导体产业发展对我们比较难的原因之一。因为上下游产业链很多都在欧美西方，除非我们重建一个体系，否则就面临着融入的竞争和挑战，尤其是现在美国对我们技术封锁的情况下，未来有没有可能石墨烯替代一部分硅基呢？我认为比较接近现实的展望是，如果未来有这样的产业化技术，它可能先要在利基市场中发挥其独有的优势，建立或者融入基于这个独特市场的产业链体系，先找到一点突破。

硬科技要面对未知的从0到1的颠覆车载芯片仍是我国新能源车短板

《红周刊》：我们再来聊聊资本市场上火热的芯片相关话题。举国体制对于发展芯片的好处是什么？该如何利用好政府和市场两方面力量？

魏迪：一方面，举国体制有大优势，集中力量办大事很有效，只要方向找对且有足够的资源，有重点扶持的行业，就可以迅速形成体系。另一方面，我们也要从唯物主义出发，认识到事物发展有其客观发展规律，很多的时候科学技术是要厚积薄发的。

首先，我们的科技教育体系使我们有很大的优势迅速消化西方的技术，甚至在一些领域可以迅速弯道超车。弯道超车的优势在于可以在西方已经探究好的路径上，规避那些不需要探究的已经落后的技术，直接进入迭代后的技术。比如从旋转拨号盘式自动电话机到手机的研发，我们可以避开前面几代的技术，去直接研发手机，这促进了我们这些年快速发展。但是我们避开了这些痛苦研发过程的同时，也避开了从0到1的研发经验。而这样的研发经验有一些是卡住我们脖子的原因，远的例子如汽车发动机，近的例子如芯片。硬科技要面对未知的从0到1的颠覆，这要依靠人的创造性。

新型举国体制在我国技术发展中有很好的优势体现。比如2003年我们和欧盟达成协议，要加入到欧洲的伽利略（GALILEO）计划，重构全球定位导航系统。各种限制使我们最终退出了伽利略计划，在举国体制和勤奋的科研工作者努力下，我国最终自行研制成功了北斗全球卫星导航系统。打造出了继美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟GALILEO之后的全球第四个卫星导航系统，成为了联合国卫星导航委员会已认定的供应商。

《红周刊》：在國产替代和自主可控方面，哪些细分领域有望率先实现突破？

魏迪：中国是制造业大国，所以当年国外企业，包括半导体企业，将生产制造放在了中国，但是，要看到它们的核心技术研发部门并不在中国。这就导致在半导体产业链中，一些工艺相关的内容，比如光刻胶和封装工艺我们都非常擅长，具有优势，这是世界半导体产业分工所决定的。同时我们在资本市场可以看到，前几年光刻胶概念相对火爆，当然，最近光刻胶又有所表现。这是当年我们可以发力的地方，虽然并不是核心技术，但却可以形成自主可控。另外，我们在功率器件的IGBT（绝缘栅双极型晶体管）领域的突破也是很快的，在和世界巨头的较量中，在功率器件上，我们是可以有一些替代品的，这也是目前封锁情况下的一些突破。

《红周刊》：我国新能源汽车产量已经连续8年居世界第一。就举国体制而言，我国新能源车如何才能制胜长远？

魏迪：制胜长远考验的是战略，是一个企业建立的核心系统是什么。我记得特斯拉刚开始出现时，我还是在剑桥看的它们的车展，印象很深刻，因为它们的每一辆车都是终身联网的。当时我就意识到特斯拉的电动车做的是物联网，每部车都是它们获取数据的节点，做的是完整的系统，以及这套系统对应的算法和芯片的处理等。特斯拉的核心战略不是在做汽车本身，也不是做电池。不久之后咱们中国也开始做电动汽车。我们去国内一些地方考察当时国内的电动车，大多数本质上就是安装了锂电池的电瓶车。我们企业在开始做电动车时，可能战略层面首先想到的是电池，而锂电是整个电动车产业链里污染最严重的行业，同时这里现在也是一片红海。当然，现在国内也出现一些电动车企业，在仿照特斯拉的思路在做。

全产业链补齐非常重要，如果没有系统的设计或者强工业支撑背景，那么一旦在某些领域比如车载芯片上被断供，那就会被“卡脖子”。当然，在IGBT的功率器件上，我们国产替代已经做得不错，但在更精密的芯片上，则面临困难。事实上，我们在新能源汽车方面也做了很多努力，但努力的方向最初可能是用在了电池上，而不是车载芯片研发这样难啃的硬骨头上，如果举国体制能够真正倾斜到难啃的骨头上，相信还是能够有所突破。

“互联网+”和“机器人+”存在不同提高硬科技实力核心在教育

《红周刊》：有机构认为“机器人+”类比此前的“互联网+”。加之最近特斯拉的人形机器人再现进展，您又怎么看人形机器人的产业化？

魏迪：个人认为“互联网+”和“机器人+”存在不同，我国的“互联网+”之所以能够成功，在于基于海量消费人口的电商崛起，以及无数的外卖、快递小哥，但它依靠的并不是硬科技。如果把算法和基础内核去掉，那么它不存在什么科技上的东西。

而机器人本身涉及三个核心的领域。一是芯片，这个无需多说。二是软件，也就是如何控制它，包括ChatGPT，机器学习的算法和数据库的大小决定了它回答的准确度。三是材料，不但极端情况下需要用到特殊材料，在一些传感上也需要用到特有的材料。所以，机器人被称为“制造业皇冠顶端的明珠”。说到特斯拉的人形机器人，我认为所展示的恰恰是一家公司建立系统后降维打击的优势。正如我刚才所说，特斯拉从开始就是建立整个系统，并不是单独地造车，也不是单独地造机器人，特斯拉无人驾驶打造出了能源管理、光学传感器、雷达等复合系统，这些系统放在机器人身上，本身就是可以轻松实现各种功能的。另一方面，我们也要尊重研发本身的积累过程。我认为世界最好的机器人技术公司不是特斯拉而是波士顿动力公司（BostonDynamics），其成立时间是1992年，至今已30余年，经历了多次迭代，其间虽经历了谷歌、软银的收购，后又被韩国现代收购，但是技术是一直积淀和精进的。

如果达到同一既定战略目标，有一条简单的路和一条复杂的路都有可能实现战略，我个人会去选择那条相对难走的路，去啃难啃的骨头。因为天下没有免费的午餐，而低水平的重复不会实现成长。我认为的“机器人+”是用在外太空探索、深海监测、极限环境取样、工业自动化控制、精准手术的机器人等等，而不是在饭店或者银行看到的送菜或者代步机器人。

《红周刊》：硬科技真正的竞争体现在什么方面？怎样提高硬科技实力？

魏迪：只有真正意識到硬科技的竞争是综合国力的抗争，我们的硬科技才有可能成功。如果一个人一直在一些零碎的事情上忙得不可开交，是不可能再有时间做战略性思考的。个人如此，国家也是如此。

个人认为，硬科技绝对不只是什么半导体、新材料等等，其最核心的地方在于教育。对于国家硬科技战略也绝对不只是发展这些技术本身，其最核心的地方还在于教育以及基于此的整个科技创新体系构建，是综合国力的较量。在我讲到的跨越两个“死亡之谷”的三个阶段，每个阶段都需要极其优秀的人才。第一，从最开始的科研领域，需要好的科学家，这些人需要对科学有极大的兴趣，能够潜心做前沿的基础科学研究。第二，从科学到技术，需要极好的工程师，他们的设计和工程能力能够迅速地将科技得以放大。第三，从技术到市场阶段，需要极优秀的科技产品经理，当然并不是我们现在市场上的产品经理。极优秀的科技产品经理必须对整个产业和技术发展有深邃的洞察力，对商业的本质有很强的理解，而这一切都来自教育。在引领全球硬科技市场的硅谷，科技企业中很多科学家和科研人员都容易陷入技术陷阱，认为技术为大，只要产品在技术上有非常大的突破，当它走向市场的时候，就假设它一定会成功，事实上，这是不太可能的。比如被誉为“现代电力之父”的尼古拉·特斯拉，为全世界带来了交流电、无线电等一系列重大创新，但这并未使得他个人从经济上受益，而是常年生活拮据，穷困而死。他不是孤例，再比如，查尔斯·固特异，作为“硫化橡胶”的发明者，这项耗费了其无数精力的发明并未帮他致富，反而是别人将其技术进行产业化，才成就了世界上最大的轮胎生产公司固特异轮胎橡胶公司。所以，对于国家硬科技战略实现，科学家、工程师、科技产品经理三者都不可或缺，而教育是补充或者强化该人才梯队的源泉。（