周松兰,伍文中

(广州大学 经济与统计学院,广东 广州 510006)

一、 引 言

党的二十大报告提出,“开辟发展新领域新赛道,不断塑造发展新动能新优势”,指明了响应新科技革命并创造新机会窗口的“非对称”赶超创新跃迁路线。当前,以人工智能、大数据、云计算、物联网、3D打印、智能机器人等为代表的新科技革命先导技术相生融合集成创新,深刻而广泛地改变着人类生产生活方式和科技创新范式,开启发展新领域新赛道和重塑跃迁领跑新动能新优势的机会窗口。

中国经过多年持续努力和实践积累,在新科技革命先导技术诸领域奠定独特优势,并抓住百年未有之大变局对机会窗口期做出积极的战略响应。习近平总书记发表科技强国系列论述,形成了中国科技创新由跟跑向并跑、领跑转型的战略指导思想[1],其中强调,力争实现我国整体科技水平从跟跑向并行、领跑的战略性转变,在重要科技领域成为领跑者[2],并进一步号召,勇于进行理论探索和创新[3]。同时,由跟跑向并跑、领跑转型的战略部署频现于诸如《国家创新驱动发展战略纲要》《国家信息化发展战略纲要》等科技战略纲领性文献,标志着中国创新赶超跃迁领跑战略已经提上日程。有效实施新赶超暨转型跃迁领跑战略,首先要知己知彼,亟须科学监测新科技革命先导技术差距和跟跑、并跑、领跑(简称“三跑”)态势,在实证基础上更需深入研究和优化由跟跑向并跑、领跑转型的战略和策略,增创新动能新优势。

关于“三跑”赶超的学术研究,国外文献以Perez和Soete(1988)[4]及Lee和Malerba(2017)[5]为代表的机会窗口和赶超周期学说主导国际理论前沿,但也存在对技术霸权“盲人摸象”式评解,缺少并跑阶段的理性研究。国内对于科技赶超的研究,一则缺乏对后来者追赶进入与在位者势均力敌、赶超反赶超拉锯持续较量漫长过程——后来者创新能级临界质量跃迁,同时在位者陷入“在位者陷阱”关键阶段即并跑阶段的区分和研究;二则缺乏对于保持领跑地位以及被新领跑取代即领跑阶段的区分和研究,缺乏“三跑”赶超全周期的系统认识,不利于新时代新赶超的科学规律性探索。

综上,本文旨在研究新科技革命下新赶超的理论机制和创新路线优化。理论维度,揭示跟跑、并跑和领跑之间的阶段联系和赶超全周期创新机制。实证维度,建立新科技革命先导技术测度体系并用以计量得出跟踪比较曲线。两者结合,厘清差距,科学解构,着重并跑,提出全周期创新路线优化建议。

本文的贡献在于,为赶超理论研究增添新思维以资后发经济体赶超再创新优势,同时为认识中国新科技革命先导技术进展和应对挑战提供新的整体视角和优化见解,以促进新科技革命先导技术新赶超战略有效实施和打赢关键核心技术反霸权“卡脖子”攻坚战。

二、 文献综述

(一) 关于“三跑”赶超的国外文献综述

国外关于“三跑”的研究,侧重于对领导者、领导地位、追随者、落后者、模仿者的研究。其中涉及领导者、领导战略和领导地位研究,大致归类于中国语境的领跑范畴,这类研究比国内早且丰富系统;其所谓的追随者、落后者、模仿者,与中国语境跟跑者接近,但较少针对并跑范畴的专题研究。相关文献大致可归纳为以下三类。

第一,领跑与跟跑“均衡”论。Smeets和Bosker(2011)[6]及Smrkolj和Wagener(2019)[7]研究认为,领导者喜欢OFDI而落后者通过FDI寻求技术,欧美发达国家企业与东亚发展中国家企业,应通过这种技术溢出与接受的“愿打愿挨”有利于技术扩散,可阻滞赶超并形成与跟跑者利益“纳什均衡”,道破领跑之道保健的秘诀。Blazsek和Escribano(2016)[8]研究美国企业,则认为专利创新领导者到追随者之间存在正向动态溢出效应,主张不分你我的创新可产生更高比例的专利。

第二,领跑者能力和优势劣势论。Sabatier和Chollet(2017)[9]提出,新技术开拓与科学生产有先发优势也有先发劣势,先发更具风险也更有利可图。Tellis和Golder(1996)[10]、Mowery和Nelson(1999)[11]观点：企业保持市场领导地位,原始创新、资源、规范、入市时机和品牌能力都重要;要获得国家领跑地位,资源、制度、市场、技术创新、政府政策等,都要领先和强于竞争对手。Villanueva和Solís(2013)[12]认为,研发者先进入无人区会有回报,但不是多数而是少有成功,即便初始获得优势并不一劳永逸。

第三,追赶周期与机会窗口研究。Lee和Malerba(2017)[5]在系统跟踪基础上,进一步提出追赶周期、技术窗口、需求窗口、制度窗口等理论,指出跟跑者只有发展出高水平创新能力获得研发和生产话语权并利用好机会窗口才可能成为领导者,否则会落入“中等收入陷阱”;领跑者故步自封,不能优化技术创新措施,不进则退即使没犯明显“错误”也会失去领跑地位。Chandy和Tellis(2000)[13]的现任者诅咒论即“在位者陷阱”说指出,处于领跑的大企业,往往固守陈规不重视激进创新,会被创新活跃、小而强的跟跑企业所取代。Giachetti和Marchi(2017)[14]、Kang和Song(2017)[15]、Morrison和Rabellotti(2017)[16]、Vértesy(2017)[17]等学者从手机、相机、葡萄酒、飞机、半导体存储器等行业,用以分析、检证和丰富上述理论,进一步认为机会之窗打开的短暂期间,领导者和追随者及每个竞争者都像“初学者”;领跑者资源、能力优越但资本沉淀,故易进入原技术依赖“陷阱”;技术不是追赶充分条件,机会之窗和战略选择是追赶先决条件;产业出现新技术经济范式、市场变化和新消费兴起、法规政策重大修改,跟跑者则有可能超车。

综上,领跑者的能力来源、优势和领跑者如何保持能力优势“在位诅咒”等理论,领跑者追求的阻止跟跑者形成所谓的利益“均衡”理论,尤其揭示领跑者和跟跑者更迭的追赶周期与机会窗口理论,正是国内研究应急需关注但实际上是十分欠缺的学术短板。

关于适合创新领跑的制度条件,国外文献出现呼应人工智能全球化时代的亮点。Stiglitz(2015)[18]、Korinek和Stiglitz(2021)[19]着眼全球并基于人工智能大势提出,什么样的社会经济制度最有利于创新领跑与跟跑均衡,回答是能够支持促进创新并确保由此增长的利润得到广泛分享的制度;怎样的领跑模式最有利于创新即最受欢迎并可持续,即顾及多数人的利益和民众福祉的模式,而不是领跑的“超级明星”企业和“超级明星”国家通过垄断技术租金和数字殖民而获得超级垄断利润的掠夺性领跑模式。新时代人类命运共同体要求和谐的、新型领跑与跟跑者普遍受惠成为“三跑”研究的前途焦点。

(二) 关于“三跑”科技赶超的国内文献综述

相比国外,国内相关“三跑”科技赶超的研究较零散,本文选择CNKI中国知网学术文献总库期刊文献,利用其输出格式及参考文献管理软件,以“跟跑、并跑、领跑”为检索词,检索截至2021年7月20日共得到4228篇文献。自20世纪90年代有企业技术创新策略方面的文章提及对于国外技术是否跟跑的科技语境以后,至2013年隔年间或出现单篇相关文章。2014年习近平在中国科学院第十七次院士大会、中国工程院第十二次院士大会上的讲话,开启了科技创新从跟跑向并跑、领跑转型战略思想和语境结构科学表征之先河,自2014年开始“跟跑、并跑、领跑”相关文献出现陡然增长,从几十篇至今达千篇及以上,并在连续保持快速上升势头(见图1)。

图1 中国知网学术文献总库与“跟跑、并跑、领跑”科技语境相关文献发展趋势图

相关文献的主题分类显示,最多的是研究习近平科技创新跃迁战略思想的文献126篇,高质量发展123篇、科技创新99篇、新时代86篇、创新驱动47篇、改革开放37篇、人工智能35篇、数字经济33篇、科技强国29篇,均提及“三跑”,见图2。

图2 中国知网学术文献总库“跟跑、并跑、领跑”相关文献主题分类统计

涉及新科技革命先导技术“三跑”的国内文献,一是研究起步较晚,2014年正式提出科技“三跑”战略后相关文献渐有增多;二是内容限于科技领军专家、学者观点或政界、科技界战略层面[20-25],论述多以倡议为主,当然其中不乏洞见,诸如,杨卫(2017)[21]从跟跑到领跑的历史性转身论,提出让一个国家一举成为领跑者的颠覆式技术创新,第一是里程碑式进展,第二是源头式发现,第三是颠覆性发现,第四从理论到技术的新贯穿,从重要性和可能性预测中国从跟跑到领跑的技术领域和历史性跨越;三是学术研究未能跟上政府规划和科技“三跑”战略对理论研究支撑的需求,诸如,刘庆龄和曾立(2022)[26]言及“三跑”并存,但缺乏理论支持,忽视“卡脖子”技术危机在跟跑阶段已经潜在,四是研究较多限于后赶超为止,诸如,窦钱斌(2020)[27]主张后发国家技术赶超分两阶段,一阶段技术进步主要表现为资本流入,技术外溢特征,二阶段技术进步则表现为劳动力要素价格相对抬升倒逼技术进步特征,黄宁和张国胜(2015)[28]的后赶超论说。伴随后发国家对技术前沿知识日益靠近,一方面企业技术学习的边际效应日趋递减,另一方面发达国家不愿意向技术追赶者转移前沿技术与知识,在此背景下后发国家的技术赶超只能依赖自主创新,并呈现出明显放缓的发展趋势,即进入了后赶超时期。前述二者都判断当前中国已经进入赶超第二阶段或后赶超,如图3所示,在时间维度上仅相当于进入并跑阶段,对于赶超从量变跃迁质变的关键并跑阶段及领跑阶段,不仅涉及甚少更是缺乏全周期系统研究。

图3 传统理论与“三跑”创新理论的联系与区别

三、 后发经济体与先发经济体的“三跑”赶超机制

(一) 后发经济体赶超先发经济体的“三跑”阶段演进

后发经济体(LDE)追赶先发经济体(FME),归根结底是LDE通过创新能量的积累和阶段性质量跃迁,不断收敛技术差距,超越FME的过程,其间经过跟跑、并跑阶段的技术创新能级提升和社会技术系统转型,跃迁至领跑阶段。

如图4所示,纵轴代表创新能级和技术水平,A0为基态和初级技术,B0-A0为低能态和溢出技术,C0-B0为高能态和主导技术,CX-C0代表优化高能态和先导技术及新窗口技术;横轴代表T时间段,Ta0至TB时段为跟跑阶段,TB至TC为过渡性技术窗口期,TC至TL为并跑阶段,TL时点后为领跑阶段。

若a为LDE在Ta0时点上所处的初级技术水平即创新能级的基态,a*为FME溢出技术的下限,b为溢出技术的上限,a*和a之间的原始差距为Y0,当LDE在赶超战略的激励下,经过技术培训和技术交流等途径,不断提高学习能力至A点时,即与a*在同一条A0水平线上,则具备了一定的学习技术的条件而达到技术模仿的门槛,此时完成创新能级的初步跃迁,使Y0达到0。在TF至TB的跟跑阶段LDE创新能量处于低能态,而随着其技术水平不断提高,达到B点,与溢出技术的上限b在同一条水平线B0上,即接近模仿临界,也就是并跑的门槛。此时再无可模仿的溢出技术,还会面临FME的打压或技术断供,其中连接B点和bc点的Z线,被称为最后最小差距。这是LDE实现创新能级的第二次重要跃迁时期,尤其在模仿临界B点上,再次面临自主创新还是等待溢出技术再模仿的路线选择,短期行为者极可能落入“跟跑—落后—跟跑”的跟跑陷阱GS而被锁定价值链低端,其赶超周期到此中断;若起始就选择自主创新为主模仿为积累创新能量为辅助的路线,且当出现成熟技术领跑者自囚“在位陷阱”即保守bc技术水平不思激进创新的客观条件,标志出现成熟技术窗口期,新科技革命打开新技术窗口,都有利于自主创新跟跑者跃入新赶超阶段。

对LDE而言,到了并跑阶段值得注意的是,既要克服跟跑技术轨道依赖的惯性,同时又要在合适的条件下以学习外来技术辅助自主创新,既要与并跑对象激烈竞争又要与其双赢合作,由此会出现并跑者的主要技术创新指标和市场指标反复拉据反复换位的现象,导致TB至TC时点的实际界限十分模糊,原后发经济体LDE的跟跑者可能从已有技术的潜在窗口突破至C跃迁点,在原轨道上实现赶超,也可能通过新技术窗口换道超车在C1跃迁点上实现新轨道赶超,通过此次最关键的创新能级跃迁,跃入领跑阶段。如果原先发经济体FME的领跑在位者墨守陈规、不求创新则落入“领跑者陷阱”LS,失去其领跑地位。

领跑作为创新能级周期性演进的高级阶段,不是仅靠届时飞跃就能到达的,在“三跑”全周期中跟跑是基础积累过程,经过并跑反复较量全面提升创新能级从量到质跃迁过程,领跑是多次创新跃迁的结果,“三跑”之间相互促进、紧密关联,其中关键节点是创新跃迁。“三跑”赶超的速度及效率均取决于创新能级跃迁能力的高低。LDE的初期跟跑旨在积累创新能力,在达到模仿临界B点以前就选择自主创新为主模仿为辅的路线,抓住机会窗口突破跟跑的依赖,向并跑转型,且到并跑阶段克服原跟跑的惯性,完成技术系统的生态转型,到领跑阶段能够不断涌现颠覆性创新而保持领跑加力。各阶段相生关联,梯度转型,能级跃迁,螺旋演进,整体构成“三跑”赶超创新生态系统周期演化机制。

(二) 后发经济体赶超先发经济体的“三跑”机制解构

“三跑”机制由各阶段创新机制和各阶段结构影响机制等系统有机构成。

第一,跟跑阶段机制。主要由学习机制、后发优势临界、引导机制或政策窗口、低端锁定或跟跑陷阱、跟跑惯力和未雨绸缪创新机制等诸多影响构成,可归结为不同选择的因果机制。在先进地区的生活水平、消费时尚、优质产品和先进企业的丰厚利润等榜样力量影响下,后进地区、后进企业产生模仿产品、引进技术或外资,形成学习技术的诉求和行动即为学习机制。这种学习在一定阶段和一定程度上有节省研发资金、时间等成本优势,但随着可学技术趋近于零或被断供即达临界优势不再,是为后发优势临界。政府对学习机制提供补贴等“输血”机制的政策和奖励、创新券、政策采购等“造血”机制的政策供给,从而影响企业行为即为引导或政策窗口机制。后进企业能引进和学习到的技术通常是一般技术而沦为加工厂,长期没有自主技术会被锁定“引进、落后、再引进、再落后”的恶性循环,这也正是产业价值链高端霸权者所求的低端锁定机制或称跟跑陷阱机制。长期跟跑惯性沉淀思维底层漫浸于技术政体,消费喜欢“原装进口”,政绩必看“招商引资”,企业偏好“短期行为”,文章热衷“技术溢出”,助推跟跑超期理直气壮,严重冲击跃迁领跑自信,是亟须克服的跟跑惯力机制。所谓“卡脖子技术”、关键核心技术或高端芯片断供等在并跑阶段出现的严重问题,在跟跑的第一天甚至之前就已经存在,诸如政府、研发机构、企业、个人在数字化之始就都采用微软视窗系统,数字创新基础工具受制于人。一个地区或企业进入跟跑,选择只为节省成本和短期赚加工费则可能会囚入跟跑陷阱机制;目标和路线选择始终为有一天实现领跑而学习,不断积累创新能量就有望跃迁并跑进而领跑;跟跑同时就开始“卡脖子技术”和关键核心技术的研发,不断对可能发生的原件断供等危机做出多个应对预案,诸如华为的“红队策略”,即未雨绸缪创新机制。总而言之,跟跑的目标路线选择不同结果也大不相同,所以跟跑阶段覆盖着不同选择的因果机制。

第二,并跑阶段机制。主要由跟踪监测、师夷之长制夷、应对技术霸权打压、大中小企业协同、知识产权创新生态机制、人才高地机制、战略转型优化机制、创新工具国产化、技术创新与社会创新相生机制和举国体制暨并跑冲刺机制等系统有机构成。

针对并跑阶段赶超与反赶超形势反复无常瞬息万变的特点,建立跟踪监测和竞争分析(Competitor analysis-CA)系统,是完善并跑战略策略优化机制重要前提和组成部分。针对并跑阶段霸权领跑者加剧政治打压、经济制裁、技术霸凌等特点,研究和形成分析、学习、对等措施和以牙还牙的路线和方法等师夷之长制夷的应对机制,尤其要以创新应万变暨适时调整形成战略转型优化机制,以“官、民、产、学、研”协同创新系统与技术自主创新战略策略相结合,综合建立应对技术霸权的组合方案和多途径反制的应对机制。并跑阶段关键点跨越往往是通过龙头企业的创新突破和技术能力来率先实现和揭示的,因此培育、保护和发展能够有实力有能力参与国际技术霸权巨头制衡的龙头大企业,同时大力发展大批中小企业,形成大中小企业协同创新集群相生机制,综合提升创新能量。新举国体制是中国集中力量办大事的优良传统和制度优势,是突破“卡脖子技术”和关键核心技术研发,实现并跑阶段向领跑阶段冲刺超车的中国特色机制。并跑阶段战略转型下科研重点转向原始创新。通过优化环境和政策创新育成全球一流教育、宜居、宜创新和魅力度的人才高地机制,集聚举世英才加速新领域新赛道创新。突出原始创新与重大突破,更注重论文质量,同时在产业价值链高端夺取关键核心技术创新主导权,力争专利池、专利家族、专利联盟和国内专利、合作专利、IP5专利、国际专利优化组合全球布局,提高技术标准话语权,加速扩大标准必要专利占比,形成知识产权战略创新生态的优胜机制,汇聚创新动能超越并跑向领跑跃迁的临界质量。

概而言之,并跑阶段系统内在必然联系高度集中体现于技术创新系统与社会系统创新相生机制。技术创新是社会发展驱动力,社会发展尤其是社会技术系统是技术创新的土壤、战场和保障。并跑阶段创新动能数量质量要以超常加速汇聚突破临界跃迁至领跑阶段需要新科技革命先导技术指标大幅超越,同时需要世界一流的综合国力和经济基础、符合人类共同命运的制度创新优势、数字化智慧化社会5.0乃至更高即可持续发展的设施和环境载体,综合形成科技和社会创新优势生态位持续优化演进,才能突破临界质量跃迁领跑。

第三,领跑阶段机制。纵观历次科技革命中赶超跃出的领跑国,创新资源集聚和市场开拓,无不使枪动炮武力开道。技术霸权领跑者遵循丛林法则唯本国本地区本企业核心利益独尊,所有技术规则表现为殖民国家对被殖民国家、发达国家对发展中国家的技术霸权机制,这种机制已尽显衰弊不可持续。技术霸权领跑以资本逐利全球化为背景。当前,人工智能、大数据、云计算、物联网等推动的数字全球化,既要求人类以数字化突破时空樊篱,又要求智能社会化分享数字福祉。美国学者Buccella(2022)[29]也主张人人享有人工智能才是社会正义。数字化智慧化发展新时代人类命运共同要求的新科技革命先导技术创新和谐普惠领跑新机制,正在崛起为未来发展主流。领跑阶段不断涌现颠覆性创新是克服在位陷阱保持领跑的阶段机制,在和谐普惠新型领跑建设人类命运共同体中造福人类是长效机制。中国的机制从来不是超越美国而是超越自我成为更好造福人类的中国。

四、 新科技革命先导技术差距测度与实证分析

(一) 样板选择与数据说明

一是主体样板选择。根据新科技革命主体的先导性、主流性和竞争性的特征和地位,本文选择中国(CN)、美国(US)、欧盟(EU)、日本(JP)和韩国(KR)(或称中美欧日韩)作为主要比较研究对象。在新科技革命先导技术领域,中美欧日韩同处世界创新第一梯队主导新科技革命,五大经济体的相关专利和科研论文占全球80%以上,同时经济体间亦为并跑或竞争领跑关系,作为知己知彼研究具有战略意义。

二是技术样板选择。在新科技革命诸多先导技术中选择人工智能、大数据、云计算、物联网、3D打印、智能机器人(本文简称新科技革命先导技术)一组技术作为本研究数据基源,一是因其创新着创新工具、创新速度、创新优势和创新范式,主导着传统技术升级和未来技术发展;二是因其创新系统相生性,其任一单项技术不能独立发挥作用而需互为条件交集相生协合发力,甚至衍生工业4.0、数字孪生和元宇宙,从而引领着新科技革命集成创新主流方向;三是因其是通往和掌握未来数字新世界的必由之路和先机高地,其先导关系普惠和谐引领人类命运共同体的建设。

三是样板数据说明。综合参照国际标准产业分类(SICRev.4)、国际专利分类(Guide to the IPC,2021)和经合组织(OECD)按照主要技术和国际专利分类(IPC)划分的专利(2021年版),对上述六大技术分别进行细粒度技术分类和专利分类,形成新科技先导技术细粒度分类与主要专利代码选择,用以在中国知识产权局(CNIPA)、美国专利商标局(USPTO)、欧洲专利局(EPO)、日本特许厅(JPO)、韩国特许厅(KIPO)、知识产权组织(WIPO)官网和SCOPUS论文数据库官网,检索1984—2022年中美欧日韩样板技术专利和论文作为技术差距测度基础数据,实证的区间根据数据有无及可比性相应调整,各图表数据来源同上不赘。

(二) 知识产权数据的数量与质量结构分析

第一,数量与结构分析。共检获1984年至2022年人工智能、物联网、大数据、云计算、3D打印、机器人等六大领域研究文献867814篇和技术专利734375件。

研究文献总量首位是欧盟246915篇约占28.45%,其次是美国238661篇约占27.50%,第三是中国203664篇约占23.47%,而其中人工智能研究文献中国最多,如图5所示。技术专利申请数量首位是中国407340件约占世界的78.10%,其次是美国49156件约占世界的9.43%,第三是韩国26559件约占世界的5.10%。

图5 技术研究文献结构与数量比较

图6 技术专利结构与申请数量比较

从研究文献数量和技术专利数量总体结构看,中国在新科技革命先导知识创新方面的赶超较弱于技术创新方面的赶超,但从细分看其中也有强项,诸如中国在人工智能领域研究文献和机器人专利代表的知识创新和技术创新实绩就十分突出,综合政策含义是要加强基础理论研究和补齐技术创新短板,全面提高创新能级以加速达到跃迁领跑的临界质量。

第二,质量与结构分析。研究文献数据的质量性分析主要看被引程度,当今前沿而有效的做法是通过被引的数量进行文献排序,进而重点分析被引数量前1/100位的文献即所谓高被引文献。2012年至2022年高被引文献总量首位是中国4634篇,接下来是美国和欧盟。而从纵向维度动态看,前期中国文献虽多但高被引文献处于低位跟跑,2014年前后实现部分追赶进入并跑,接近2019年开始爆发式高速增长,至2022年呈陡势直线跃迁于高位保持领先地位,具体如图7和图8所示,“三跑”进程有代表性地描述了中国创新质量进步的近年走势。

图7 高被引文献结构与比较

图8 高被引文献“三跑”动态

技术专利数据质量性分析主要看IP5数量、专利家族和国内外结构等。中美欧日韩知识产权五局即IP5是世界上最大的知识产权局,集中代表了全球80%以上专利和专利家族。专利家族是跨知识产权机构和地域保护同一发明的一组相同优先级专利文献集合法权,比非家族专利更具有技术竞争力。国内外专利结构有多角度意义,通常条件下只有本国籍人在本局的国内专利或本国籍人的国外专利太少则缺乏国际化竞争力,本国籍人在本局的国内专利太少或本局外籍人的专利过多则表示缺乏本地自主创新主导力。

综合分析发现,中国专利的基本格局是本国籍人在本局的国内专利占绝对多数而国外专利太少,意味着本地创新主导力较强而国际化竞争力相对不足。诸如表2所示的物联网技术IP5专利,除中国之外其他经济体国外申请专利与国内专利比大致各占50%上下,中国人申请国外专利470件,仅占中国人申请专利总数7496件的6.3%,仅占所有国的国外申请专利8694件的5.4%,而这项指标美国远远超过其他经济体高达41.1%,表明其国际化竞争力强,尤其要强调指出的是在其他先导技术领域大致也都是物联网技术这种结构格局,这就是中国专利总数最多,但还存在技术差距的原因之一,如图6和图10所示。

图10 本国籍申请机器人专利动态

表3 生成式AI领域中分类技术中美研究论文数据比较(2018—2022)

专利竞争重在IP5家族专利,而IP5家族专利高度集中于新科技革命先导技术龙头企业。这些企业既是人工智能的领跑者,又是物联网、大数据、云计算的领跑者,代表着新科技革命先导技术融合趋势,引领新科技革命先导技术前沿集成创新,提供数字时代数字基础创新工具,诸如操作系统及开源软件,掌控构建网络空间命运共同体的核心技术和关键基础资源,由此视角可以说新科技革命先导技术领跑前沿首当其冲是龙头企业的竞争。据全球数据分析公司Statista统计[30],如图9人工智能IP5家族专利世界前10位企业,中国有第一位腾讯、第二位百度、第五位平安保险、第九位华为,四家企业共占到中国人工智能IP5家族专利的65.9%[31],而从纵向维度看,中国企业一直在加速追赶,直到2020年腾讯和百度才在数量上赶上IBM、三星和微软,全程呈现出典型、激烈而精彩的并跑阶段竞争特征。但美国企业掌控操作系统、域名、软件、核心技术和关键资源,市值和国际竞争力都不可同日而语。

上述各类数据和结构指标分析只能观察某些角度和单一侧面,为了全面比较分析、厘清差距、找出问题,本研究应用如下模型和指标体系进行综合测度。

(三) 技术差距测度模型与指标体系

技术测度的模型采用周松兰(2020)[32]的方法,利用科技论文和专利的活动力指数、影响力指数和专利市场力指数,计算中美欧日韩在人工智能、大数据、云计算、物联网、3D打印和智能机器人等六大技术领域的技术水平,并进行比较。

1.论文活动力指数PpAI(Paper Activity Index)

其中,Tij为在i技术领域j国发表论文数;nt为全体评价对象数(下同)。

2.论文影响力指数PpCI(Paper Citation Index)

(2)

其中,CTij为在i技术领域j国发表论文被引用数;Tij为在i技术领域j国发表论文数。

3.专利活动力指数PtAI(Patent Activity Index)

(3)

其中,APij为在i技术领域j国申请专利数。

4.专利影响力指数PtCI(Patent Citation Index)

(4)

其中,CPij为在i技术领域j国登记专利被引用数;RPij为在i技术领域j国登记专利件数。

5.专利市场力指数PtMI(Patent Market-power Index)

(5)

其中,nijk为在i技术领域j国于其专利家族k个国家所申请的专利件数;k为专利家族数;APij为在i技术领域j国申请专利件数;lijk为在i技术领域j国于其专利家族k个国家所登记的专利件数;RPij为在i技术领域j国登记专利件数。综合以上指数构建技术差距测度评分模型(6)。

(6)

以模型(6)计量得出数值参差杂乱不便于一目了然揭示比较结果,所以采取Nelson和Handler(2013)[33]在技术排名评分所用的Gordon评分模型(7),以模型(6)计量结果最高者为百分相对其他样板进行百分比标化,并以10分为年单位比较技术差距。

利用模型(6)—(7),对中美欧日韩在人工智能、大数据、云计算、物联网、3D打印和智能机器人等六大技术评分按时间线分列,最后形成新科技革命六大先导技术各领域的和新科技革命先导技术总体的技术差距曲线(见图11、图12)。

图11 新科技革命六大先导技术差距跟踪曲线图组

图13 中美欧日韩3D打印专利申请数量与分类技术基础优势比较

(四) 新科技革命先导技术各领域与总技术差距跟踪曲线的阶段分析

1.跟跑阶段分析。应用模型测度结果形成技术差距跟踪曲线,具体以2014年为转折点(见图11、图12中线),之前为新科技革命先导技术中国跟跑阶段,而后中国进入与主要经济体并跑阶段。如果中国改革开放后新科技赶超以1978年全国科技大会为起点,至1984年,在人工智能领域,美国有研究论文14256篇和专利244件,欧盟有研究论文3618篇和专利125件,日本有研究论文1275篇和专利659件,韩国有研究论文77篇和专利27件,中国有研究论文80篇和专利4件,由之测度比较样板数据评分美国最高(下同,略),中国最低,同时这种情形在其他5种技术领域亦大同小异,研究文章多为国外进展的评介,具有典型的跟跑阶段特征。至2008年格局(见图11和图12,下同),6种技术领域综合评价中国59.6分,欧盟87.8分,日本88.7分,韩国71.6分,如果10分差距为1年,在静态切面来看中国大约落后美国4年;中国各技术领域,大数据较好66.3分,智能机器人较差52.7分。

2008年至2014年,从各技术领域及其综合曲线看：欧美一直在高位平稳演进,日本在平稳中略显颓势,韩国总在波浪式向上赶超;而中国在波动震荡中增长,但上升幅度小且水涨船高格局下技术水平始终低于欧美日韩,跟跑阶段的特点十分明显。

2.并跑阶段分析。从1978年全国科技大会至2014年中国科学院第十七次院士大会暨中国工程院第十二次院士大会的历史阶段,中国在30多年创新能量积累基础上,出台和实施国家创新驱动发展战略纲要、国家信息化发展战略纲要等系列制度创新,引领科技由跟跑向并跑、领跑转型,推动新科技革命技术创新阶段性跃迁,大体上以2014年为转折进入并跑阶段。

在人工智能技术领域,中国2018年赶上日韩,2019年至2021年在与欧盟持平中上升。物联网技术的赶超动态更加富有并跑阶段特征,中国2018年超越韩国,2019年超越日本,但2019年和2020年又接连被韩国赶超,到2021年中国才与韩国持平。大数据技术竞争中国跃迁突出,2017年超越韩国,2018年超越日本,2019年赶上欧盟并至2021年保持世界第二位。在云计算技术领域,中国2016年超越韩国,2017年超越日本,并以微小差距与韩国形成平行线式上升,至2021年中国以90.2分与欧盟持平。在3D打印技术领域,相对其他领域中国差距较大,引人注目的是2016年至2019年中国一直以微小差距与韩国平行线式演绎并跑,2021年超越日本,但与欧美还有差距。在智能机器人技术领域,相对其他领域中国差距较大,一直没能达到90分,2016年一度与韩国持平,2020年和2021年超越韩国,但与欧美日比较还有不小的差距。

从新科技革命先导技术综合评分看,美国和欧盟仍保持较高水平,中国2017年超越韩国,2019年超越日本,目前排在第三位,但今后并跑动态发展还会有反复和诸多不确定性。

(五) 新科技革命先导技术六大领域竞争格局和优劣势分析

1.人工智能技术。中国在人工智能领域长足发展,研究论文和申请专利总量居世界之首,技术水平由2014年的66.1至2021年的93.3,跃居世界第二,如图11(1)所示,特别是在人脸和语音识别、视觉分析以及自然语言处理等领域已奠定优势,专利集群诸如识别模式(G06K 9/00-G06K9/78)、图像分析(G06T7/00-G06T7/24)、语音识别(G10L15/02-G10L15/28)、使用神经网络模型(G06N3/02-G06N3/08)、自然语言数据技术(G06F17/20-G06F17/28)等居世界创新主流。应用方面中国有世界上最大的互联网用户群超过8.4亿互联网用户的市场优势和技术制度优势。同时中国人工智能发展也存在人工智能理论与伦理研究、人工智能人才、人工智能生态等方面劣势和挑战。

在数字孪生、元宇宙集成创新火热之上,美国企业最近又推出生成式AI新赛道,中国非首创但入道很快,中国发表相关研究论文19362篇居世界第一,美国10435篇居世界第二,而高被引论文美国751篇居世界第一,中国607篇居世界第二,其中图像技术分类中国显现优势,其研究论文数和高被引论文数都远超美国,但中国整体高被引论文数稍逊,进一步研发和应用拭目以待。

2.物联网技术。中国在物联网领域,研究论文和申请专利总量居世界之首,技术差距缩小很快,从2014年的66.9至2021年的93.2,跃居世界第三,见图11(2),特别是在物联网核心技术传感领域、5G和NB-IoT低功耗广域网标准方面奠定基础优势。中国在H04电通信技术、G01测量和G08信号装置等专利申请量远超欧美日韩,居世界之首(见表4)。有国际竞争力的技术标准和专利集成方面,中国龙头企业NB-IoT标准必要专利实力表现突出(见表5)。

表4 物联网领域中分类传感技术主要专利IP5各局申请量比较(2000—2020)

表5 物联网领域中分类NB-IoT低功耗广域网技术标准专利前10位企业(2015—2022)

表6 大数据采集储存处理、监控、安全等中分类技术申请专利数——中美比较(2000—2022)

表8 世界前10位3D打印企业在IP5各局授权专利(2014—2022)

3.大数据技术。中国在大数据技术领域,研究论文和申请专利总量居世界之首,技术差距缩小很快,从2014年的66.4至2021年的95.6,跃居世界第二,见图11(3),特别是在智能配电大数据、大数据采集储存处理、大数据监控识别、系统安全等领域奠定基础优势,并有广大市场和行业应用场景优势,而美国在先进算力、算法创新等关键核心领域持续处于领先地位。

4.云计算技术。中国在云计算技术领域,研究论文和申请专利总量居世界之首,技术差距缩小很快,从2014年的70.0至2021年的92.2,跃居世界第二,见图11(4),特别是在云计算核心技术G06F(电数字数据处理)、H04L(数字信息传输)、G06Q(数据处理系统与方法)、G06N(基于特定计算模型计算机系统)、G06K(数据识别、处理)、H04W(无线通信网络)等领域形成一定优势。

华为云、阿里云、腾讯云、百度云等迅速成长,自立自强并走向世界市场,但实现超越真正成为领跑者还有距离,中国专利申请量最多但授权量远低于美国,有待提高知识产权质量。

5.3D打印技术。中国3D打印技术从2014年的64.7至2021年的88.6,跃居世界第三,见图11(5),技术进步较快,主要在B29(塑性物质加工)、B22(金属粉末及其制品制造)、C08(化合物聚合加工)等传统领域奠定基础优势,主要有塑料打印、内部结构散热、立体成型、聚合物表面处理,而欧美领跑国家在设备数字处理、有机聚合物、成像压缩、感光性树脂和人体器官打印等方面领跑前沿。当今3D打印世界前10位企业多出自欧美,这些巨头在中国申请专利较多,3D打印也是中国知识产权局外国人专利较多的领域,其抢占中国市场的战略意图十分明显。

6.智能机器人技术。中国在智能机器人技术领域,2001年至2022年,CNIPA申请专利总量156767件,居世界之首,是USPTO 20772件的7.5倍之多,按申请人国籍计中国专利149856件居世界之首,是美国13412件的11倍之多,但中国的国外申请率只有3.20%,美国为67.90%,故中国的国际竞争力逊于美国。

在智能机器人技术中分类领域,从前位企业和大学的专利申请数量和所占该分类技术所有申请专利的比重分析来看,发那科在机械手、零件、移动、工作和产业用机器人等5个领域都占居领跑地位。所有分类前3名除了哈尔滨工业大学之外都是日本、美国、韩国企业,中国机器人研发代表性大学,包括哈尔滨工业大学、合肥工业大学、燕山大学、上海交通大学、北京航空航天大学等,表上有名但都靠后,如表9所示,从一定侧面反映出中国智能机器人技术研发专利有数量优势而缺乏质量优势,所以高质量发展是跃迁领跑必由之路。

五、 结论与政策建议

(一) 结论

本文基于知识产权数据和技术差距测度指标,对中美欧日韩新科技革命先导技术差距进行测度和评分,并贯穿“三跑”赶超内在机制系统分析,得出如下结论。

第一,经过长期跟跑过程积累创新能量和创新跃迁条件,以2014年为转折点,中国新科技革命先导技术跟跑“临界”和并跑的特征凸显,一是新科技革命先导技术总体水平已逐渐赶上日韩与欧美接近,二是遭遇技术霸权领跑者全方位的技术封锁、政治打压和经济制裁,三是反复出现超越与反超越的并跑特征,标志着总体上进入与主要经济体并跑阶段。

第二,中国新科技革命先导技术六大领域创新结构不平衡。其一,中国的人工智能技术水平已超过日韩,与欧盟持平,是赶超速度最快也是最有望率先跃迁领跑的领域;其二,大数据、云计算和物联网三个领域均超过日韩,但其中物联网是中日韩竞争最激烈的领域,技术水平指标反复轮回凸显并跑阶段特点;其三,3D打印和智能机器人技术与欧美日差距较大是短板;其四,研究文献与技术专利数量最多但质量不是最高,与国际比较显示,中国技术创新较强、知识创新较弱,本土主导力较强、国际竞争力较弱。

第三,中国新科技革命先导技术龙头企业已经进入世界第一阵营,在部分领域超过日韩,正在并跑中与欧美接近,并具有国内市场和制度优势,但相比领跑巨头短板不可忽视：一是知识产权质量的短板,诸如家族专利、国际专利(PCT)、中日韩欧美五局专利、欧美日三局专利和标准必要专利,总体来看远不及美国,导致国际竞争不够强力;二是数字时代创新基础工具系统短板,美国巨头掌控互联网、计算机、手机的操作和根服务系统,国内企业正在拼搏,但国产化还有距离;三是引领世界集成创新前沿的短板,德国集成创新工业4.0各国跟跑,美国集成创新数字孪生、元宇宙和ChatGPT,中国百度随后推出“文心一言”,中国龙头企业成功引领世界前沿集成创新之时即是中国实现跃迁领跑之始。

(二) 政策建议

1.紧密跟踪和科学监测以适时优化战略策略。针对并跑阶段五大经济体技术动态指标反复换位拉锯激烈竞争特征,专业研究机构及政府相关部门要对赶超和反赶超动态紧密跟踪、科学监测,适时优化科技创新战略和策略。20世纪80年代,日本已打破美国光刻机等技术“卡脖子”局面,成为半导体、计算机和电信等领域的领跑者,但对并跑反复性认识和监测不足,应对战略和策略优化升级不及时,之后任由美国重新赶超,应从此类日本与技术霸权斗争经验教训和现实做法中得到启示。

2.超前思维和“三跑”全周期通盘战略谋化。要未雨绸缪,尽量在跟跑阶段就涉足“无人区”,在新领域谋划新赛道,尽早培育新动能新优势。在跟跑阶段获得溢出技术和配件供应的同时,预测和研究并跑阶段“卡脖子”的应对,诸如采取模拟对手的“红队战略”仿真多种可能以形成扬长避短的预案系列,针对于并跑阶段面对的关键配件断供等手段,制定多种应对战略,培育优势储备实力,以备危机时刻执行出奇制胜。

3.将突破基础工具系统卡脖子作为并跑决胜的战略重点。新科技革命先导技术霸权领跑国家将数字基础工具政治化和武器化。尤其掌握核心技术和数字基础工具霸权的科技巨头富可敌国且凌驾国家和国际道义之上,动辄操控用户电脑黑屏乃至封禁国家总统网络账号或给某国断网。当前中国数字基础创新工具受制于人,形同达摩克利斯之剑悬顶。所以并跑决胜的重中之重,是尽速加强“信创”尤其是数字基础工具系统硬件、软件和核心技术自主可控,首当其冲的是操作系统和开源软件系统的国产化替代,诸如政策扶持和全民支持加速鸿蒙、欧拉、统信UOS、优麒麟、深度Deepin和域名系统国产化自主可控,在并跑阶段打破跟跑阶段形成的工具系统依赖和阻滞跃迁领跑的潜在危机,奠定自主、安全、可控和基础性的、普遍性的和长期性的数字工具系统创新生态。

4.加速技术创新结构和创新路线的优化。并跑阶段创新结构以同赛道竞争、多赛道并轨和新赛道创出等诸多路线互补加快超车。创新路线以现有、近期和未来技术交替滚动式进行研发。秘密技术研发专业化创新路线和专利技术研发市场化创新路线互补。鼓励发表有国内外顶级影响的高质量论文和注重多管道科学评价新发现、新观点、新原理、新机制等标志性创新成果互补。龙头企业研发、独角兽企业研发与官产学研协同创新互补。另辟蹊径开启新技术窗口以颠覆性创新碾压现有技术,诸如量子计算机市场化替代半导体计算机。“无人区”原始技术突破与突破性系统集成创新互补。代表着新科技革命先导技术集成创新最近三次浪潮,德国提出和领跑的工业4.0,美国提出和领跑的数字孪生、元宇宙和Chat GPD,都不是“无人区”单一技术突破,而是已有技术的系统集成创新,中国也应抓住新领域发展新赛道突破关键核心技术,实现数字时代的系统集成创新,跃迁为新型领跑者。

5.促进技术创新和社会创新相生相长。并跑阶段战略重点是提升技术创新的能量,这是胜出并跑,跃迁领跑的关键决定性因素。但要提升技术创新能量,必须与社会创新相生相长。原与技术跟跑相匹配的社会系统有诸多不适应甚至会阻碍并跑阶段的技术创新。教育与培训是历次科技革命中后来者成功赶超的基础条件。尤其当前发展正处于技术数字化的创新范式革命,消减数字鸿沟,建设数字中国,推动数字经济和数字化社会转型,从顶层设计、法律规范、文化自信、教育改革和社会系统方方面面系统优化配置,以新型举国体制塑造发展新动能新优势。