美国对华竞争背景下的6G“边疆拓展”战略研究*

王辛未 李军凯 张 添

(1.北京市科学技术研究院 北京 100089;2.北京大学区域与国别研究院 北京 100871)

0 引 言

作为国际体系的主导国和科技强国,美国自二战结束后制定了边疆战略,这一战略的基本逻辑是在前沿科技领域持续推进国家战略科技力量协同研发实现技术优势。与此同时,美国还设定竞争对手进行积极打压,双管齐下维持美国体系主导地位。随着科技变革态势,美国边疆战略不断得到拓展。

作为有着重要价值的前沿科技领域,6G被视为《下一个边疆》(6G: The Next Frontier)[1]。6G是指第六代移动通信系统(the 6th Generation Mobile Communication System),其可能是下一代5G技术,也可能是实现新技术路线的新一代通信系统。6G对社会治理和经济收益有重要促进作用,其研发和标准制定也已经提上各科技强国的研究议程。《2022研究前沿热度指数》报告显示,在信息科学领域热点前沿中,“深度学习方法在6G通信技术中的应用研究”位居第一。在2015-2020年发表的核心论文中,有45篇重点讨论该议题,其中被引频次为3657次。随着研发推进,2018年开始,这一议题受到研究者的高度关注,平均出版年为前十大研究前沿中最新[2]。

在此背景下,本文主要关注的是,在美国升级对华战略竞争的背景下,其国内6G战略的布局、实施以及针对中国的联盟组建。观察和总结美国在该领域的动向及其对中国采取的措施,有助于我国进行针对性应对,亦对推进我国6G战略的规划布局有着一定价值。

1 美国“边疆拓展”战略:制定与发展

美国为了维持其体系霸权,对“边疆拓展”--前沿科学研究有着执着追求。1945年,布什向时任美国总统杜鲁门提交了报告《科学:无限的边疆》(Science, the Endless Frontier: A Report to the President)。他在报告中指出,传统边疆正在消失,美国需要开拓科学研究这一无限的边疆[3]。在此背景下,美国持续展现出对科技战略制定的高度重视,并在具体实施过程中,不断确定竞争对手进行针对性博弈,这也构成了美国战略科技力量开展前沿技术研发并进行协同的基本动因。

冷战时期,美苏进行争霸。美国能源部国家实验室成为美国研制核武器的重大科研机构,此后其又在二十世纪七十年代美国应对能源危机和里根政府时期发起和推进战略性防御倡议(即“星球大战计划”)中发挥了重要作用。在此时期,基于技术优势,美国在实施科技战略时,主要考虑的是防止关键技术流动、知识产权流动和储备人才流动,要求核心技术不能流向主要竞争者,拒绝“搭便车者”,并实施人才本土化。美国政策实施的一个重点,就是防止美国技术通过国际科技合作流向苏联[4]。

至20世纪80年代末,美国又开始对日本经济和科技实力的快速发展产生关切。面对竞争对手的技术赶超,美国开始整合资源进行应对。例如,美国国防部在1987年组织成立了由14 家半导体公司组成的半导体制造技术公司(SEMATECH),其为美国夺回全球半导体市场的领先位置作出了巨大贡献[5]。冷战结束后,美国建立起单极霸权。美国政府开始对国家实验室进行审查和改革并建立起新的使命,其主要目的还是要保持美国科技优势地位。

2008年金融危机后,随着中国的快速发展和新兴国家的群体崛起,出现了G20成立、IMF份额调整等一系列新机制变化,都表明国际秩序正发生深刻转型[6]。当前,新技术变革方兴未艾,大国积极争夺前沿科技优势。目前,在包括信息科学领域在内的十一大学科领域整体层面的研究前沿热度指数中,美国和中国位居前两位[7]。尽管美国仍具有全球领先的科技实力,但随着中国的快速发展,中美之间的科技差距正在逐渐缩小,中国被认为会在4～6年左右开始赶超美国[8]。

为应对这一局面,美国已经开始更新战略规划。特朗普上台后,美国升级对华战略竞争,在诸多领域对华采取了对抗行为,而科技脱钩被认为是所有脱钩行为的核心内容[9]。美国在2017年正式提出“国家安全创新基地”概念。国家安全创新基地是一种新的大安全概念,致力于制定宏观的战略规划,主要涉及科学与技术的创新以及相关的理念创新和方式创新,其本质上就是美国式“举国体制”战略概念,而内涵体现出强烈的技术民族主义和技术安全化倾向[10]。美国国会在2020年又推出《无限边疆法案》(The Endless Frontier Act),列出前沿科技的重点清单,要求提升美国科技实力。

在此背景下,美国前沿科技战略形成了以提升自身核心竞争力与组建战略联盟打压对手双管齐下的基本策略。在提升竞争力方面,美国政府根据白宫科技政策办公室、美国总统科技顾问委员会等决策咨询机构的建议,进行整体战略规划,通过运转国家机器展开具体实施,发挥国防部、能源部、航天局等政府部门的组织协调能力,加强具体领域R&D投入,统筹国家实验室、高校科研院所、龙头企业等国家战略科技力量的研发重点,进而依托核心技术研发、战略人才储备和国家战略科技力量协同等多维度举措实现“自强”。在战略联盟组建方面,美国采取针对性的联盟组建策略,通过国际标准制定等方式对竞争对手进行高强度“打压”。美国国内战略实施与外部联盟组建形成了动态结合,美国根据实力评估选定竞争对手,并根据竞争对手产生的外部压力对国内前沿科技战略制定进行调整。美国正是通过综合这两方面手段维持其科技优势(见图1)。

图1 美国“边疆拓展”战略的基本框架与操作路径

2 美国国内6G领域战略

美国在6G领域战略方面要求以发展自身核心竞争力为主,针对前沿研发进行政策推进,并积极调动国家战略科技力量开展技术攻关。

2.1 6G技术价值和研发进程

当前5G技术正在实现商业化,数字海洋、元宇宙、远程医疗等重要科技概念已经形成,但部分应用场景也并未达到完美预期。6G技术则可能实现相关设想,相比于5G约10Gbps的网络速率,6G可以达到1TGbps,同时还具有低于0.1ms的低延迟,在远程通讯方面具有多项优势(见表1)。6G的研发应用在推进社会治理的同时可以带来可观收益。

表1 5G与6G的情况对比[1]

6G技术攻关涉及多项核心技术研发,主要用于通讯的性能需求和安全保障,包括物联网、增强型无线空口技术、内生智能、新物理维度无线传输技术等[11]。其中,太赫兹(Thz)可能成为实现技术突破的路线。Thz的频段范围为0.1 Thz到10 Thz,波段介于微波和红外波之间。尽管目前其稳定性和可靠性不及微波和红外波,但Thz具备的优势使6G技术可能应用于该频段。其一,宽频谱和超高峰值频率。Thz频段的工作频率比5G毫米波的带宽高50倍,可达到高容量的前传和回传需求[12]。其二,强穿透性。Thz成为突破“黑障区”通讯问题的重要技术。其三,强抗干扰能力。由于其波长短不易衍射,因此相较于红外波或可见波,Thz面对不同天气状况下的稳定性较强[13]。

正是基于以上优势,Thz技术应用下的6G可以在诸多领域带来优化。例如,6G的高传输速率和低延时可以有效应用于远程医疗、自动驾驶、虚拟现实、海洋治理领域。同时相比于5G,由于6G可能不需要基站,在一定区域内,各通信节点可以感知周围环境和其他节点情况,因此可以实现“海陆空天”互联。值得注意的是,Thz技术在军事方面有着重要用途。Thz雷达拥有更高精度,从而具有更强的反导反隐身能力。通过更强更具适应性的通信能力,还可以开展6G通信的电子战[13]。作为未来可以广泛应用的重要通信技术,6G具有高科技价值和重要军事用途。

2.2 美国6G战略规划与政策推进

整体而言,美国还未形成体系化的6G战略规划。特朗普将“建立全国高速无线互联网”成为竞选总统连任的51项纲领之一,但特朗普政府的电信政策被认为缺乏连贯性,主要体现在基本监管问题和政策优先事项上的分歧[14]。拜登上台后,似乎也没有明确且具体的6G实施方案。尽管如此,美国展现出对包括5G、6G在内的先进通信网络的重视。2019年,美国白宫科技政策办公室(OSTP)将人工智能、先进制造、量子信息和5G通讯界定为未来产业的四大方向[15]。美国总统科技顾问委员会(PCAST)在2021年1月向美国总统提供了名为《未来产业研究所:美国科学与技术领导力的新模式》的重要咨询报告。报告将人工智能、量子信息科学、先进制造、生物技术和先进通信网络五方面前沿科技统称为“未来产业”[16]。目前,基于在无线通讯领域的研究基础,美国在6G的研究水平仍保持前沿。美国政府近年来也从三方面进行相关政策推进。

第一,频谱使用。特朗普政府高度重视频谱使用和通信基础设施建设,制定了《国家频谱战略》,并简化了美国国内通信基础设施的许可程序。2020年,美国一些参议员提出“击败中国5G法案(Beat CHINA for 5G Act)”,该法案要求美国联邦通讯委员会(FCC)在2021年12月之前拍卖3.45-3.55GHz频段,以维持美国在5G领域的领导地位。此外,FCC一致投票通过开放“太赫兹波”频谱的决定,以期其有朝一日用于6G技术。

第二,标准制定。2021年7月,众议院通过《促进美国在无线领域的领导地位法案》,要求美国商务部协助“受信任公司”和利益相关者参与到制定电信、无线设备和相关设备标准的组织,强化美国在通信标准制定方面的领导地位。同年12月,美国众议院又通过《未来网络法案》,其中要求FCC组建新6G工作组,提供关于6G的全面报告,并将标准制定列为6G工作组报告的首要内容。

第三,基金支持。美国国家科学基金会发起新的公私合作伙伴关系(PPP)--富有韧性和智能的下一代系统(RINGS),专注于促进下一代电信网络的安全性、适应性和自主性,为可能的技术路线探索研究进行资助[17]。与此前资助5G研究项目相比,美国国家科学基金会希望此次与产业界实现更紧密的合作[18]。

2.3 美国国家战略科技力量6G举措

美国政府支持国家实验室、高校科研院所和龙头企业针对6G研发开展内外部协同,发挥美国在通信系统领域积累的优势进行研发推进。

2.3.1 产学研建立6G联合工厂,开展前沿布局和探索研究

作为探索性研究的关键主体,美国高校科研院所成立针对6G技术研发的联合工厂,与科技龙头企业合作开展6G支柱技术的前沿研究。2021年7月,美国德克萨斯大学奥斯汀分校宣布与三星(Samsung)、英伟达(NVIDIA)等企业合作成立新6G研究中心6G@UT,该联合工厂的重要研究方向是被视为6G技术支柱的无线特定机器学习算法、先进传感技术和核心网络创新[19]。

2.3.2 确定应用场景重点难点,以需求导向进行技术论证

作为美国重要的战略科技力量,美国国家实验室以需求导向开展了针对性研究。在先进通信技术方面,美国能源部布鲁克海文国家实验室与石溪大学开展合作,论证了一个三节点量子网络原型,运用量子纠缠原理通过商业电信光纤连接了实验室到大学,扩展未来量子通信系统的范围和潜力[20]。同时,美国开始研究建设针对前沿科技的新型研发机构--未来产业研究所,设定社会治理应用场景的重点,锚定前沿技术进行协同攻关。其中,先进通信系统研究主要应用于多模式运输和自研先进通信网络领域[18]。

2.3.3 支持科技企业商业研发拓展,部署多种推进选项

调动科技企业参与技术研发是美国促进技术创新的重要手段。就通讯技术而言,其发展及商业化应用对美国经济起到重要推动作用。在苹果、高通等美国大型科技公司的带头助力下,美国从2011年开始在全球4G领域取得并保持领先地位,为美国积累了经济收益。据估计,至2016年该领域为美国年GDP带来了1000亿美元的增长[21]。目前,美国科技企业已经针对先进通信系统领域实施布局。例如,美国太空探索公司Space X的低轨卫星互联网项目“星链”(Starlink),通过低轨卫星互联网技术高带宽、低延迟特点,既可以为偏远地区、航空海事提供宽带服务,还具有很强军事应用潜力[22]。星链和5G理论带宽大致相同,均为1Gbps-2Gbps。目前,5G实际带宽约为200-500Mbps,星链的最高带宽为203.74Mbps。美国的意图是将发展“太空互联网”作为美国弯道超车率先进入 6G 时代的战略选项之一[23]。

3 美国与盟国6G战略联盟组建

随着中国经济的快速发展和科技实力的不断攀升,美国对华产生地位焦虑。2017年特朗普上台后,美国将中国视为战略竞争对手,2018年对华开打贸易战,并持续在前沿科技领域对华展开激烈竞争,乃至实施科技脱钩战略。拜登执政后,美国在将中国视为严峻对手(most serious competitor)的同时,还重视盟友关系的修复。在此背景下,除了自身与中国开展全面竞争外,美国还积极联合盟友对抗打压中国,这也成为拜登政府对华政策的基调,反映在美国6G技术战略上。美国积极打造重叠式的联盟网络,并非“简单的”将中国排斥在外,而是通过多维度策略--在中国优势领域进行捆绑,在美国优势和双方激烈领域对中国大陆进行排斥,而在未形成具有具体应用方向的基础性研究中采取兼容措施。

3.1 美国技术优势/激烈竞争领域,主要采取排斥性联盟

在6G研发竞争中,美国寄希望于龙头企业带动技术突破。2020年10月,美国电信行业解决方案联盟(ATIS)组建了Next G联盟。通过主导Next G 联盟,美国积极打造6G“精英俱乐部”。这一联盟由美国移动运营商美国电话电报公司(AT&T)和爱立信牵头,以美国企业为主组成,将北美地区作为主要区域,但也汇集了来自加拿大、芬兰、德国、韩国和中国台湾地区的30多家ICT公司,包括高通、英特尔、贝尔、诺基亚、三星和联发科等行业巨头,实际上将中国大陆企业排斥在外。该联盟制定了科技研发、产品生产、标准制定、市场筹备和价值实现等6G推进路径,其组建目的就是“确保北美在无线技术领域各个关键领域的领导地位,加强该地区的全球经济利益[24]。”可见,Next G在区域内汇集科技龙头企业,组建排斥性联盟,通过6G研发应用的全链条作业,寻求科技优势地位。同时,美国还与盟友开展6G技术合作。美日推动共同开发下一代5G通信技术或6G技术,其中美、日各承诺提供25亿美元和20亿美元。2021年12月,在韩美高层经济对话(SED)中,双方表示加强开展5G和6G、人工智能、生物技术等核心新兴技术的共同研究。

3.2 中国技术优势领域,主要采取优势性联盟

目前,中国5G技术处于世界领先水平。截至2022年底,中国累计建成并开通5G基站超过231.2万个,较上一年新增88.7万个[25]。5G基础设施建设为中国通信技术发展和6G建设奠定了良好基础。面对中国企业在5G基础设施等方面显现出的技术优势,美国提出所谓“开源”,积极推行整体设备部件(包括基站和天线)可替换,借此削弱华为、中兴等中国企业的市场占有率。同时,美国还企图获取在技术标准制定多边机制中的优势地位。例如,ORAN联盟于2018年成立,是3GPPP标准的补充,有44家中国企业在联盟中。但从2020年开始,美国积极推动无线电接入网络(Open-RAN)的试点推广,以所谓“安全开放”为由,通过小多边联盟积极部署Open-RAN。2022年5月,美日印澳四国达成在Open-RAN方面的合作。美国希望通过在该领域多边机制中建立优势地位主导标准制定。

3.3 探索性前沿领域,主要采取包容性联盟

在前沿探索性的6G研究中,美国目前并未完全排斥中国企业。在国际秩序加速转型和科技革命方兴未艾之际,美国基本保持了在前沿探索方面的开放科学态度,希望通过国际合作掌握前沿科技动态,拓展研究思路和实践,进而利用美国在成果转化方面的资金、人才、系统优势,实现更好、更快的技术应用。例如,美国斯坦福大学开放网络研究中心(Open Networking Research Center)拥有包括思科、爱立信、谷歌、英特尔以及中国华为等多家行业赞助商[26]。此外,通过web of science数据检索显示,2017-2021年,中美科研人员针对6G相关技术(搜索词条为“6G网络”、“6G移动”、“6G通信”和“超越5G”)开展联合研究,共发表124篇论文,展现出两国在6G技术领域的科研合作[18]。可见,尽管目前美国已经开始收紧高校科研院所的对华合作管理,但是对此类基础性研究的合作并未进行明显设限。

4 我国的应对之策

美国重视6G的协同研发,在国内展开了系统布局,并开始组建重叠式联盟网络。我国高度重视下一代通信技术研发,已经开始6G研发的前沿布局和相关科研,在太赫兹通信领域也取得技术突破[27]。中国工信部表示“将前瞻布局下一代互联网等前沿领域,全面推进6G技术研发[28]。”针对美国在6G领域的边疆拓展以及对华科技竞争升级态势,我国可进行整体布局加以应对。

4.1 保持战略定力和自主规划,以需求导向推进研发进程

面对美国对华针对性打压举措,我国应在强力应对的同时,按照国家需求和市场需求制定6G战略,持续开展核心技术研发,“以我为主”保持自身研发节奏。就美国积极推行的Open-RAN而言,其受到替换成本、技术支持、市场化阻力等因素影响并不会在短时间内实现。根据研究公司Dell'Oro Group预测,到2027年,Open-RAN的市场份额也仅将增长到15%-20%,对整个RAN供应商动态的影响很小[29]。在前沿技术研发进程中,我国可基于自主规划设立多选项研发路线。在此前提下,保持与美国等西方国家正常的科研合作态势,了解探索性研究中的国际前沿动态。

4.2 加强国际合作引领标准制定,掌握制度博弈主动权

美国对华机制博弈是其对华科技竞争的重要手段。针对美国在6G领域积极争夺国际标准制定的主导地位,我国可从两方面进行应对。其一,推动既有制度合理化。加强在3GPPP等机制中的国际合作,推动机制内部协调和国际协作,实施合理有效的制度安排,获得更广泛参与方的支持,打破美国及其联盟的限制。其二,推动新机制建设。可针对具体技术领域,特别是我国技术优势领域,由国内高水平研发机构牵头成立国际标准项目组,吸纳国际标准化专家,积极参与和引领国际标准制定。

4.3 发挥新型举国体制优势,助力我国科技“边疆拓展”

应对美国对华战略竞争和科技脱钩,关键在于实现我国科技高水平自立自强。整体上,我国可发挥新型举国体制优势,根据适度超前、“有所为有所不为”策略,在先进通信领域持续加强基础研究投入,推动产学研高效融合,实现专业人才拓展、核心技术拓展以及研发能力和效率拓展。实施上,把握目标导向和自主研究两个抓手,充分调动国家实验室、新型研发机构等国家战略科技力量资源,打造跨平台联络和研发协同机制,解决6G等领域卡脖子问题。此外,针对技术治理层面,对6G时代可能出现的信息过剩和数据储存问题开展研究论证,提前部署大数据保护等技术的研发应用,重点做好国家信息安全的技术保障工作。