科技“新冷战”下我国关键核心技术突破路径

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关键词：突破

资讯来源：创新温州

发布时间： 2020-08-23

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一、科技“新冷战”：急迫而现实的挑战

“新冷战”（ New Cold War ）不是新词汇，早在2018年中美贸易战初始时就被使用。2019年1月，由亨廷顿等人创办的《外交政策》（Foreign Policy）刊发题为《新冷战已开始》（A New Cold War Has Begun）的文章。从学术与民间智库角度说明不同于发生在上个世纪以意识形态和军事对抗为特征的冷战，“新冷战”具有贸易、金融、技术、产业、信息、国际规则等更加广泛的内涵。2020年5月20日美国首次公布《美国对中华人民共和国的战略方针》（United States Strategic Approach to The People’s Republic of China）。报告“承认”美国过去几十年的对华接触政策“失败”，并表示将采取全面施压的方式，“遏制中国。”这是继2017年《美国国家安全战略》之后最重要的文件。这份文件的重要性在于，在经过贸易摩擦、技术限制、产业壁垒的纷争之后，第一次以正式官方确认的方式，将“新冷战”国家制度化和政策化。2020年6月10日美国国会共和党研究委员会发布一份国家安全战略报告《强化美国以及应对全球威胁》（Strengthening America & Countering Global Threats），明确把中国作为美国的三大“威胁”之一。

“新冷战”对中国发展的挑战是现实而紧迫的。在2000年，中国经济占全球经济的4%，美国占31%。2020年，中国经济占全球经济的15%，美国的份额已经下降到24%。过去判断中美关系，人们用“好也好不到哪里去，坏也坏不到哪里去”。今天情况已经发生了根本变化。美中关系“疏远”（Disengagement）和“脱钩”（Decoupling）已经发生，需要判断的是“脱钩”到什么程度？

现实中，中美在高科技领域的“脱钩”是彻底的。一方面美国制订了《国家量子倡议法》（2018）、《维护美国在人工智能时代的领导地位》（即《美国人工智能发展倡议》（2019），通过《出口管制改革法案（Export Control Reform Act）》（2018），限制AI技术、AI芯片、机器人、量子计算、脑-机接口、先进材料等14类新兴和基础技术出口。另一方面，通过改组“中兴” 、起诉“华为” 、制裁“晋华”，先后将200多家中国高新技术企业和研究机构（包括大学）列为“管制清单”，随时出现类似MATLAB软件“授权许可无效”的情况。改革开放以来中国高新技术的发展面临最严峻的挑战。任何不改变已有“技术轨道”发展中国科学技术幻想都是不切实际的。

理性判断“新冷战”条件下我国外部环境的重大变化，是制订未来科技发展规划的前提。中美关系是我国对外科技合作关系中主要关系。一方面，中美关系已经不可能回到过去，另一方面，中美之间“完全脱钩”也是小概率事件（小概率也是概率）。客观上，中美之间的相互依存关系的存在也是事实。2018年，中美双边贸易额超过6300亿美元。双向投资存量超过2400亿美元，中国是美国飞机、农产品、汽车、集成电路的重要出口市场。2017年美国出口的57%的大豆、25%的飞机、14%的集成电路、17%的棉花销往中国。在新冠病毒疫情发生之前，中美之间每年人员往来500万人次。平均每天有1.7万人往来于中美之间，美17分钟就有一架航班起飞。在可以预见的未来，中美之间的发展“依存度”呈递减趋势。“依存度”减少以至“脱钩”变化最大的是在科技领域，竞争最激烈、挑战最大的领域也是在科技领域。

二、我国科技创新的发展的重要节点

2020年是我国科技发展重要时间节点。我国将在2020年跨越世界创新型国家的“门槛”，开启新的科技发展中长期规划。

迈克尔·波特于1990年提出创新型国家的概念，认为创新导向型经济是一国经济发展的重要阶段，处在创新导向型经济发展阶段的国家就是创新型国家。从实践上归纳世界上创新能力最强的国家有四个特点，即创新投入多（可用“R&D经费投入强度”等指标衡量）、创新能力强（可用“对外技术依存度”等指标衡量）、创新绩效好（可用“科技进步贡献率”、“本国人发明专利年度授权量”、“国际科学论文被引用数”等指标衡量）和创新竞争优（可用“三方专利占世界比值”、“PCT专利申请量”指标衡量）等。

参照2005年世界创新型国家平均水平，《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006━2020年）》确定，“到2020年，进入创新型国家行列，全社会研究开发投入占国内生产总值的比重提高到2.5％以上，力争科技进步贡献率达到60％以上，对外技术依存度降低到30％以下，本国人发明专利年度授权量和国际科学论文被引用数均进入世界前5位”。

过去15年，在“自主创新，重点跨越，支撑发展，引领未来”方针指引下，我国科技创新跨越发展，综合创新能力从全球25位进位到15位，世界知识产权组织（WIPO）评估显示，2019年我国创新指数位居世界第14位，总体上，2020年我国进入创新型国家行列目标能够实现。在具体指标上，如表1所示，到2020年，标志创新型国家门槛的“R&D经费投入强度”、“科技进步贡献率”、“对外技术依存度”、“本国人发明专利年度授权量”、“国际科学论文被引用数”等达到、接近或超过原定目标值。

表1 上一轮中长期规划主要目标实现情况

指标	2006年基础	2020年目标	实现情况
综合创新能力	综合创新能力25位	综合创新能力15位左右，进入创新型国家行列	综合创新能力列世界第17位（2018）/世界知识产权组织（WIPO）评估显示，我国创新指数位居世界第14位（2019）/中国科学技术发展战略研究院国家综合创新能力指数，我国排在第15位
R&D经费投入强度	1.41%	2.5％以上	2.1%（2015），2.19%（2018）
科技进步贡献率		60％以上	55.3%（2015），58.5%（2018） 59.5%（2019）
对外技术依存度	50%	30％以下	41.1%（2009），34.8%（2015），33.4%（2020）
本国人发明专利年度授权量		前5位	前三（2016），第一（2018）
国际科学论文被引用数	13位	前5位	5位（2013），4位（2015），2位（2017），2位（2019）

资料来源：《中国科技统计年鉴》、《专利统计简报》、《全国十三五科技规划中期评估报告》、中国科学技术发展战略研究院《国家综合创新能力指数》、《THE GLOBAL INNOVATION INDEX 2019》、《2017 年世界五大知识产权局统计报告》

同期，以5G移动通讯、超级计算机、量子通信科技、人工智能、高铁技术、基建工程技术、超高压输出技术、太阳能发电技术、风力发电技术、核电清洁能源技术、中国天眼等为标志，形成了一批拥有自主知识产权和核心技术的世界级技术和品牌，强有力地支撑了全面小康社会的建设，也根本改变了世界产业版图和创新版图。

三、清醒认识我国科技创新面临的“短板”

面向世界科技发展新前沿、面向建设科技强国战略新需求、面向日益复杂的全球科技竞争新态势，我们必须清醒意识到，我国目前技术水平处于世界“领跑”位置的还不多，绝大多数技术依然处于“并跑”和“跟跑”的阶段。2014年第五次国家技术预测对1346项技术评价显示：处于“领跑”的技术领域、占比16.3%；处于“并跑”的技术领域占比30.0%；处于“跟跑”的技术领域占比53.7%。

关键核心技术受制于人的状态尚未根本转变，我国目前关键零部件、元器件的自给率只有三分之一；32％的关键材料在中国仍为空白，52％的关键材料依赖进口。其中，最大的短板是缺少“从0到1”原创性成果，我国至少有35项“卡脖子”技术和尚未掌控的60余项核心技术（表2），这些关键核心技术必须突破但又不是短时间可以突破的。

表2 目前“掐脖子”的关键核心技术一览

标号	项目名称	技术差距	技术类别
1	制造芯片的光刻机	中国生产的最好的光刻机，加工精度是90纳米。国外已经做到了十几纳米。	电子信息
2	芯片	低速光芯片和电芯片已实现国产，但高速仍全部依赖进口。国外最先进芯片量产精度为10纳米，我国只有28纳米，差距两代。在计算机系统、通用电子系统、通信设备、内存设备和显示及视频系统中的多个领域中，我国国产芯片占有率为很低。	电子信息
3	操作系统	3家美国公司垄断手机和个人电脑的操作系统。数据显示，2017年安卓系统市场占有率达85.9%，苹果IOS为14%。其他系统仅有0.1%。这0.1%，基本也是美国的微软的Windows和黑莓	电子信息
4	航空发动机短舱	航空推进系统最重要的核心部件之一，我国尚无自主研制短舱的专门机	装备制造
5	触觉传感器	工业机器人核心部件，中国100多家企业的行业中，几乎没有传感器制造商进行触觉传感器的生产。日本阵列式传感器能在10厘米×10厘米大小的基质中分布100个敏感元件	装备制造
6	真空蒸镀机	OLED面板制程的“心脏”。日本Canon Tokki独占高端市场，Canon Tokki能把有机发光材料蒸镀到基板上的误差控制在5微米内。目前我国还没有生产蒸镀机的企业	装备制造
7	手机射频器件	信号发送和接收的基础零件。高端市场基本被Skyworks、Qorvo和博通3家垄断	电子信息
8	iCLIP技术	一种新兴的实验技术，是研发创新药的最关键的技术之一，国内实验室却极少有成熟经验	生物技术
9	重型燃气轮机	我国具备轻型燃机自主化能力；但重燃仍基本依赖引进。国际上主要是美国GE、日本三菱、德国西门子、意大利安萨尔多4家掌握。与中国合作都附带苛刻条件：设计技术不转让，核心的热端部件制造技术也不转让，仅以许可证方式许可本土制造非核心部件	装备制造
10	激光雷达	一种自带光源的传感器，是自动驾驶汽车的必备组件。目前几乎都是美国Velodyne的产品，占八成以上市场份额，国产没有话语权。	装备制造
11	适航标准	航空发动机的标准体系，国际上，以FAA和欧洲航空安全局（EASA）的适航审定	航空技术
12	高端电容电阻	中国是最大的基础电子元件市场，国内企业的产品多属于中低端，在工艺、材料、质量管控上，相对薄弱	电子信息
13	核心工业软件	国产EDA与美国主流EDA工具相较，设计原理上并无差异，但软件性能却存在差距，主要表现在对先进技术和工艺支持不足，和国外先进EDA工具之间存在“代差”。国外EDA三大巨头公司Cadence、Synopsys及Mentor，占据了全球该行业每年总收入的70%	工业软件
14	ITO靶材	国外可以做宽1200毫米、长近3000毫米的单块靶材，国内只能制造不超过800毫米宽的。日式装备月产量可达30吨至50吨，我们年产量只有30吨	智能制造
15	核心算法	中国是世界第一大机器人应用市场，但高端机器人仍然依赖进口。由于没有掌握核心算法，国产工业机器人稳定性、故障率、易用性等关键指标远不如工业机器人“四大家族”发那科（日本）、ABB（瑞士）、安川（日本）、库卡（德国）的产品	机器人
16	航空钢材	起落架依靠特种钢材。目前使用范围最广的是美国的300M钢，国内用于制作起落架的国产超强度钢材有时会出现点状缺陷、硫化物夹杂、粗晶、内部裂纹、热处理渗氢等问题	基础材料
17	铣刀	铣磨车最核心部件铣刀仍需从国外进口。	基础部件
18	高端轴承钢	高端轴承用钢的研发、制造与销售基本上被世界轴承巨头美国铁姆肯、瑞典SKF所垄断。前几年，他们分别在山东烟台、济南建立基地，采购中国的低端材质，运用他们的核心技术做成高端轴承，以十倍的价格卖给中国市场	关键部件
19	高压柱塞泵	中国液压工业的规模在2017年已经成为世界第二，但产业大而不强，尤其是额定压力35MPa以上高压柱塞泵，90%以上依赖进口	关键部件
20	航空设计软件	设计一架飞机至少需要十几种专业软件，全是欧美国家产品。国内设计单位要投入巨资购买软件	工业软件
21	光刻胶	我国已成为世界半导体生产大国，但面板产业整体产业链仍较为落后。目前，LCD用光刻胶几乎全部依赖进口，核心技术至今被TOK、JSR、住友化学、信越化学等日本企业所垄断	关键材料
22	高压共轨系统	中国是全球柴油发动机的主要市场和生产国家，而在国内的电控柴油机高压共轨系统市场，德国、美国和日本等企业占据了绝大份额。和国外先进公司的产品相比，国产高压共轨系统在性能、功能、质量及一致性上还存在一定的差距，成本上的优势也不明显	关键部件
23	透射式电镜	目前世界上生产透射电镜的厂商只有3家，分别是日本电子、日立、FEI，国内没有一家企业生产透射式电镜。	基础部件
24	掘进机主轴承	国产掘进机已接近世界最先进水平，但最关键的主轴承全部依赖进口。德国的罗特艾德、IMO、FAG和瑞典的SKF占据市场	关键部件
25	微球	2017年中国大陆的液晶面板出货量达到全球的33%，产业规模约千亿美元，位居全球第一。但这面板中的关键材料——间隔物微球，以及导电金球，全世界只有日本一两家公司可以提供	关键部件
26	水下连接器	目前我国水下连接器市场基本被外国垄断。一旦该连接器成为禁运品，整个海底观测网的建设和运行将被迫中断	关键部件
27	燃料电池关键材料	国外的燃料电池车已实现量产，但我国车用燃料电池还处在技术验证阶段	基础材料
28	高端焊接电源	我国是全球最大焊接电源制造基地，年产能已超1000万台套，但高端焊接电源基本上仍被国外垄断。我国水下机器人焊接技术一直难以提升，原因是高端焊接电源技术受制于人。国外焊接电源全数字化控制技术已相对成熟，国内的仍以模拟控制技术为主	核心技术
29	锂电池隔膜	电池四大核心材料中，正负极材料、电解液都已实现了国产化，高端隔膜目前依然大量依赖进口	基础材料
30	医学影像设备元器件	目前国产医学影像设备的大部分元器件依赖进口，中国最早的专利比美国平均晚20年。在专利数量上，美国是我国的10倍。所有的原创成果，所有的科研积累都在国外，中国只占很少的一部分	关键部件
31	超精密抛光工艺	美日牢牢把握全球市场主动权	核心技术
32	环氧树脂	目前国内生产的高端碳纤维，所使用的环氧树脂全部都是进口的。目前，我国已能生产T800等较高端的碳纤维，但日本东丽掌握这一技术的时间是上世纪90年代。相比于碳纤维，我国高端环氧树脂产业落后于国际的情况更为严重	基础材料
33	高强度不锈钢	用于火箭发动机的特种钢材。完全依靠材料自身实现高强度和防锈性能兼备，这是世界性难题。现在，我国航天材料大多用的是国外上世纪六七十年代用的材料	基础材料
34	数据库管理系统	目前全世界最流行的两种数据库管理系统是Oracle和MySQL，都是甲骨文公司旗下的产品。竞争者还有IBM公司以及微软公司的产品等。甲骨文、IBM、微软和Teradata几家美国公司，占了大部分市场份额。国产数据库管理系统国货市场份额只是个零头，其稳定性、性能都无法让市场信服	软件系统
35	扫描电镜	每年我国花费超过1亿美元采购的几百台扫描电镜中，主要产自美、日、德和捷克等国。国产扫描电镜只占约5%—10%	关键部件

（根据《科技日报》报道的35项“卡脖子”技术和中国尚未掌控的60余项核心技术资料整理）

三、新时期我国科技创新的战略方向和路径选择

（一）自主创新进入2.0版本

在2020年起点上，我国必须适时推动创新范式（Innovation paradigm）的转变。进一步明确科技创新的战略方向，坚持把依靠自己力量解决“卡脖子”技术作为基本立足点，推动“十四五”暨中长期科技创新发展的战略转型。

“自主创新”是我国上一轮科学技术规划期（2006-2020）制定并实施的重要方针。“自主创新”内涵有三，一是原始性创新，即前所未有的重大科学发现、技术发明、原理性主导技术等创新成果；二是集成创新，即通过对各种现有技术的有效集成，形成有市场竞争力的产品或者新兴产业。三是引进技术消化吸收再创新。即在引进国内外先进技术的基础上，学习、分析、借鉴，进行再创新，形成具有自主知识产权的新技术。在我国过去15年的科学技术与产业发展实践中，更多的时候是集成创新和引进技术消化吸收再创新。目前，中美科技“脱钩”已成现实，科学技术面临的能源资源、产业结构、农业现代化、人口健康与老龄化、生态环境与城市化、空天海洋拓展、新安全等一系列前所未有的新问题，在2020年起点上，我国科学技术发展战略与政策迫切需要“战略转向”：

（1）从引进技术到更加重视核心技术自主研发；

（2）从技术组合集成到更加重视核心关键技术研发体系建设；

（3）从提升具有市场竞争力的产品和产业到更加重视发展战略科技和新兴未来产业；

（4）从渐进性创新（Incremental innovation）、二次创新到更加重视突破性创新（breakthrough innovation）、根本性创新和从“0”到“1”的原始性创新（Original innovation）。

新时期的“自主创新”其关键内涵是，从主要依靠现有技术的引进、集成、组合、应用到新技术基础理论的自主发展，实现从“0”到“1”的突破。包括基础科学原创性突破和在应用技术的突破性创新。21世纪20年代起，中国科技战略演变进入“自主创新2.0版本”。

（二）关键核心技术突破路径

一是确定关键核心技术创新突破的战略方向。 研判美国最新对华战略以及美国出口管制法案涉及领域，调整科技对外合作的方向与策略。根据我国战略产业亟需和发展基础，遴选确定量子科学、脑科学、纳米科学、空天科学、干细胞、合成生物学、发育编程、全球变化及应对、蛋白质机器、大科学装置前沿研究等重点领域，加强应用数学和交叉研究，加强引力波、极端制造、催化科学、物态调控、地球系统科学、人类疾病动物模型等领域部署，抢占前沿科学研究制高点。

二是针对技术短板制订突破创新的技术路线。 必须克服习惯跟踪模仿、较少从经济社会需求中凝炼重大科学问题和核心技术问题、较少自主提出科学思想、研究方向的“路径依赖”，系统研究政府决策、市场结构、技术属性以及组织模式四个角度构成的“中国情境”，构建中国情境下以政策驱动为核心的中国突破性创新的理论模式，在核心基础零部件和元器件、先进基础工艺、关键基础材料、产业技术基础领域，加快制定重要领域科技发展路线图、制定产业和技术发展路线图、制定新兴技术和产业发展路线图，以突破瓶颈制约，从根本上改变关键核心技术受制于人的局面。

三是协同各方实现关键核心技术的联合攻关。 国际技术环境变化和中美技术“脱钩”的加速，已经不允许我们按部就班地推进关键领域的“从0到1”原创性突破创新工作和从1到N关键基础材料、关键部件的创新工作，要重构新型举国科技体制，在新一代信息技术、高端芯片设计、装备制造、工业软件、新能源等战略领域，依托大科学装置、大工程建设等，凝聚国家意志，突破系统边界，实施关键核心技术基础研究专项行动，设定目标，分解任务，挂图作战，协同攻关。力争在“十四五”计划期间取得明显突破。

来源：战略前沿技术

资料：《创新科技》2020年第5期

作者：陈光教授