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研究成果RESEARCH

美国科技创新调研报告

2021年06月17日

我国经济已由高速增长阶段转向高质量发展阶段,经济增长方式也正在由传统的要素驱动向创新驱动转变,提升创新能力成为促进经济增长的重要措施。


早在2015年,盘古智库理事长易鹏就带领调研组前往英美两国开展创新驱动调研行,调研组前往伦敦、剑桥、波士顿、纽约、旧金山、洛杉矶、硅谷等地,走访多家高校、科研机构、科技企业,深入研究英美创新驱动路径与模式。盘古智库一直以来深耕于经济转型升级与高质量发展,深刻认识到科技创新是大国崛起的基石,从引进模仿到自主创新是建设创新型国家的必经之路,有益的制度和文化是科技创新的根本保证。


美国科技强国之路是建立在激励创新的制度环境和社会文化的基础之上,在科技创新方面积累了丰富的经验,对我国建设科技强国具有重要的借鉴意义。盘古智库课题组特此整理《美国科技创新调研报告》,旨在通过系统梳理美国科技创新发展历程,探究其科技发展成的外部条件和核心要素,总结硅谷模式的成功经验和竞争优势,为推动我国科技强国建设提供参考。


一、美国科技创新发展回溯


战争给人类带来灾难的同时,也对科技进步产生着深远的影响。南北战争、两次世界大战、“冷战”等战争都不同程度推动了美国科技的发展,第二次世界大战成为美国科技发展的分水岭,至今美国科技依然保持着快速发展的态势。结合美国科技的发展速度、外部环境、核心要素等变化,将其发展历程大致划分为以下四个阶段。


(一)美国独立到19世纪中期


建国初期,美国科学处于自由发展状态,仍依附于欧洲科学,政府不基本不直接介入科技活动,为实现国家和社会发展目标,仅将科技作为国防、资源、农业和健康等领域的附属来支持,这一时期,美国通过国家立法鼓励科技创新,相继颁布了专利保护法、莫尔法案、等,为科技发展创造了有利条件,但由于科研成果和荣誉未得到社会的尊重,科学从业者一直处于松散、业余的状态。进入19世纪,美国政府更加侧重应用科学的发展,并成立了第一批政府科学机构,公立大学也开始发展,但大部分是面向实际需要建立的,科学研究水平还是比较落后的。直到19世纪中期,随着大学的科学教育受到重视,职业化的科学研究组织开始出现,1848年美国科学促进会(AAAS)成立,成为美国第一个全国性科学学会,1862年美国农业部的成立,标志着美国政府对科学研究的支持达到了新的高度,政府科学机构雇用了第一批职业科学家,推动全国的科学事业发展。至此,美国科学共同体初步构建,美国科学逐步走向独立,形成了美国科研体系雏形。


(二)19世纪后期到第二次世界大战前


到19世纪后期,随着美国国力日益强盛,讲究实用主义的美国人才开始重新认识理论研究的真正价值,政府开始重视科学研究,并加强了对全国科研力量的统一领导与资助,大学进一步加强科学教育,鼓励开创性的研究,基础科学的地位逐步确立。1907年物理学家迈克尔逊(Michelson)成为第一位获得诺贝尔奖的美国人,标志着独立于欧洲科学的美国科学初步确立。这一时期,美国人对科学研究的态度发生了根本转变,且更加强调本土化,美国本土培养的博士人数快速增长,赴欧洲攻读博士学位的人则逐渐减少,大财团对大学教育和科学研究的关注度不断提高,产业界企业开始为科学家提供职位,政府对科技创新的支持集中在农业领域,企业成为科技创新的主体。到20世纪二三十年代,美国已形成了由政府实验室、企业研究所、高等院校和私人基金会的科研机构组成的全国科研体系,美国科技创新能力明显提高,接近甚至超越了欧洲,为美国完成工业化和科技进一步发展奠定了基础。建国以来的100多年里,美国政府不断完善科技政策和法律保障,科研能力不断提升,实现了美国从农业经济向工业经济的转型,先于英国完成了工业革命,二战前,美国科学基本实现了自立和赶超。


(三)第二次世界大战和“冷战”时期


第二次世界大战期间,美国科技和经济实力进一步增强,是美国科技迅猛发展的黄金时期。政府对科技的领导和支持显著增强,科学技术研究体系逐步建制化,在政府的引领下,启动了“曼哈顿计划”,政府成为科技创新的主导者,与二战前相比,政府拨款占全国科研经费的比例由18%提升到83%。在战争刺激之下,美国科技创新尤其是在军事领域取得重大进展,原子能、火箭、雷达、生化武器等技术得到进一步开发,1945年美国研制的世界第一颗原子弹爆炸成功,1952年美国第一艘核潜艇下水,氢弹试验成功,1958年美国建成第一座民用核电站,信息技术获得明显突破,1946年美国科学家发明了第一台计算机,1952年第一台电子计算机诞生于美国,随着晶体管、集成电路等核心元器件出现,计算机向小型化、实用化发展,应用范围不断扩大。二战后,美国政府进一步加大了对科技的支持力度,陆续成立原子能委员会、国家科学基金会、联邦科学技术委员会、国家科学委员会等领导和资助科学研究的专门机构,这些政府研究机构从自己的使命和任务出发,支持大学科研的发展,也对应用研究、工程学、空间学、医学等领域提供支持,大学和企业研究体系快速扩张,逐步形成了政府科研机构、研究型大学和企业研究所三足鼎立之势。“冷战”时期,美国与苏联展开了空间技术的争锋,在太空科研开发中投入了大量资金,投资总额持续快速增长,1957—1969年间,美国政府研究经费支出几乎增长6倍多,达到了256亿美元,远超同期联邦德国、英国、法国、日本科研经费总和。继苏联成功发射第一个人造卫星之后,1958年美国也成功发射了卫星“探测者一号”,1962年美国人约翰·格伦成功环绕地球飞行,1968年成功完成“阿波罗登月计划”,1973年美国向水星发射了“水手10号”探测器,确立了美国在航空航天事业上的领先地位。这一时期,美国在信息技术、激光技术、生物技术、海洋技术、新能源、新材料等领域也取得了长足的进步,1971年美国Intel公司研制出第一台微型计算机,1977年美国苹果公司研制出第二代个人计算机,1973年美国研制生产出首批激素。这是美国科技史上的又一个“黄金时期”,美国就此成为世界科技的领先者。


(四)20世纪末至今


20世纪80年代起,美国政府对科研的支持重心从军事领域转向基础研究和公益性研究,提出了“星球大战计划”,这项计划涉及信息、通讯、光传感、激光、新材料、火箭推进系统等高新技术,带动了传统工业的技术改造,发展形成了世界领先的高新技术产业,包括计算机、半导体、互联网、生物技术与医药等,成为国家竞争新优势。1981年美国设计制造的航天飞机首飞成功,标志着航天技术的新突破,继70年代个人计算机广泛使用之后,1986年美国全面开放Internet,之后Internet渗透到美国社会的方方面面,1988年美国贝尔实验室研制成功体积更小、速度更快、能耗更低的纳米级电子器件,给微电子技术带来重大突破,同年美国发明制造了世界第一台能自己行走的机器人,1989年美国研制出世界上运算速度最快的第五代计算机,各种高性能的复合材料、合金材料、工程塑料在美国相继出现,美国通过实施人类基因组计划,催生了大量生物工程企业。20世纪90年代开始,美国计算机产业迅速发展,带动了全球信息产业的发展,引发了新一代产业革命,这些高新技术领域的突破和发展,是由政府、大学与企业的相互作用带来的,企业研究力量发挥了更重要的作用,多元化、相互促进的创新体系也给予了充分的支撑。1990年美国研制出世界第一台数学光学处理器,为制造光学计算机奠定了基础,基于互联网的广泛应用,1992年美国提出了“信息高速公路计划”,1996年又提出“新一代因特网计划”,加速了计算机网络的更新换代。新世纪以来,科技创新逐步成为美国发展的重要动力,美国政府把科技创新作为国家竞争力的重要组成部分,并把科技创新上升为国家战略,美国政府继续加大政府科研投入,鼓励产业、学术和各种社会力量共同参与科技发展,大力支持自主创新,同时加强了政府对企业研发活动的干预,科技创新的战略地位日益突显,在太空技术、生物技术、纳米技术等领域取得了更大的突破。美国陆续研制出最小的纳米晶体管、世界上最小的纳米电动机、世界上最小的纳米发电机,发布硅纳米光子芯片技术,建成第一台纳米管计算机,培育出世界首只基因猴,首次对人类胚胎干细胞完成基因工程操作,成功发射“勇气号”“机遇号”“好奇号”登陆火星,首次向国际空间站发射商业飞船,成功研发利用核反应堆大规模制氢技术,研制出世界第一束生物激光。近几十年来,美国各届政府都非常重视科技创新活动,将科技实力作为美国竞争力的核心,不断增加科研和教育预算经费,保障了美国在科学、科技、教育等科技创新相关领域长期居于领先地位。


二、美国科技创新环境分析


科技创新的实质是科技创新主体与社会、政治、经济、文化等相互作用、相互影响的过程,科技创新环境包含了一切影响科技创新过程和结果的各种社会因素,大体可以分为政治环境、经济环境和人文环境三个方面。从美国科技强国的演变历程来看,美国科学从无到有,再到世界领先,激励创新的外部环境发挥了极其重要的作用。


(一)政治环境是美国科技创新的基本保障


政治制度是影响科技创新的根本因素,完善的法律体系和政府高效的组织管理对科技创新具有重要的意义。美国建国后完全奉行自由资本主义,在英国资本主义的经验上,建立了比较完备的民主政治体制,这是美国科技发展的制度基础。美国地理位置远离欧洲,政治环境安全稳定,为吸纳世界各地人才创造了条件,二战期间一大批世界顶尖科学家避难来到美国,为美国科技快速赶超积蓄了人才力量,后来也一直凭借优越的政治环境吸引着全球的科技人才。建国之初,美国将保护知识产权写入宪法,并颁布专利法,保障发明创造者的利益,随着政府对科技发展日益重视,陆续颁布科技创新相关的制度法案,建立完善法律保障体系,实现了美国科学的独立。二战后,美国政府加快科研体系建制化,设立促进科技发展的专门机构,加强科研机构的组织管理,保障科技创新机制稳定运行,国家科技创新体系取得了重要成就。“冷战”期间,美国已完全成为世界科技强国,美国政府及时调整科技战略,将科技创新由军事、国防领域转向全面引领军用、民用、商用等领域协调发展格局,逐步形成了现代的官产学研高效协同的创新体系。美国政府自始至终全面参与科技创新,为美国科技发展创造了良好的制度环境,在美国科技创新体系中,政府通过立法和制定相关政策为科技创新提供保障和支持,又保证科技创新的独立和自由,是美国科技发展取得巨大成就的关键。


(二)经济环境是美国科技创新的重要基础


经济环境对科技创新的影响主要体现在三个方面,一是全社会对科研的投入取决于国家的整体经济实力,20世纪五六十年代,美国对科研投入不断加大,甚至超过了德、英、法、日等国的总和,加速了美国实现科技领先的步伐,二是经济发展水平与产业体系的完善程度高度相关,而高水平的产业基础是科技创新的必要前提,没有高新产业的支持,就无法保证科研成果及时转化,三是成熟灵活的资本市场一定程度增强科技创新的活力,资本推动了世界范围内科学研究的合作,提高了美国配置全球科技资源的规模与能力。从经济体制来看,美国经济体制是在以私有企业为主、以市场为导向的经济基础上建立起来的,政府虽然对科研活动给予了大力资助,学术机构和产业界仅作为政府的合作伙伴,科研选择仍由科学家单独判断,保证了科学研究的自主性,在这种模式下,形成了政府、产业、大学之间复杂而有活力的伙伴关系。从经济政策来看,美国通过实施研发税收优惠政策、拓宽研发融资渠道等措施,激励企业加强科技创新领域投资,促进了科技创新能力不断提高。经济实力是支撑科技发展最直接的要素,19世纪末,美国成为世界第一经济体保持至今,保障了美国政府对科技活动资助持续增长。优越的经济环境为企业科研主体不断壮大提供了支撑,20世纪80年代起,企业对科技活动的投入迅速增加,成为科研资金的最大来源。经济发展与科技创新是相互作用、相互促进的,美国经济的繁荣支撑了科技创新,科技创新促进了经济发展。


(三)文化环境是美国科技创新的内在源泉


人是从事科技活动的主体,价值观念和思维方式直接影响着科技创新的进程与结果。美国是个移民国家,美国文化由不同的文化在开放、自由的环境融合而成,塑造了美国人包容多元、敢于冒险、敢于创新的精神,多元、开放、自由、推崇创造力的社会文化对于科技创新十分重要。美国推崇“个人主义”文化,非常重视个人的独立思考,对创新力的追求和尊重已成为美国文化的重要部分,创造性思维渗透于美国人生活的各个方面,逐步成为了美国人的一种行为方式。此外,美国一直坚守普遍主义原则,“人人机会平等”的观念根深蒂固,强调一个人的成就和贡献只取决于他做了什么,而不在于他的阶层地位,他们勇于挑战传统和权威,正是在不断地挑战中形成了创新的原动力。美国社会还认为,每个个体都能因为个人的创新,改善和增进公众福利,因此每个人希望取得成就而获得大众的尊重和认可,创新成为每个人的价值取向。科学的三个特征——普遍主义、重视创新、致力于增进公众福利与美国文化相互契合,也是每个美国人的价值观,两者的完美契合孕育了强大的科学创造力。美国文化是推动科技创新的软实力,是美国科学拥有的最宝贵财富。


三、美国科技创新要素分析


(一)企业作为创新主体增强了科技创新活力


美国科技创新主体主要由私营部门和公共部门组成。私营部门的灵活性和适应性较强,对于促进创新及经济增长的因素相对敏感,善于利用市场机制驱动科技创新,能够在较短时间内应对科技创新带来的变化,在推动科技创新过程中发挥着更加显著的作用,企业通过引入新观念和新技术,精准掌握产品生命周期,将科技创新快速资本化,加快企业研发速度以提升自身竞争力,效率高和反应快是企业科技创新的特点,私营部门发挥着促进新技术应用和新市场开发的双重作用,并通过资本运作实现跨国、跨学科、跨公司更广范围的合作,是美国科技创新活动中的主要力量。公共部门也是美国科技活动的重要力量,主要是通过直接或间接地对科技创新给予帮助,支持美国科研活动正常运行和基础设施建设,包括资助私营部门科研活动,保护著作权、专利、商标等知识产权,完善科技创新体系,制定规则保证创新体系运转良好,主导基础研究领域的投资,等等,公共部门在美国科技创新体系中发挥着协调、领导、支持的作用,是科技创新活动的领导者。


(二)高效的成果转化机制增强了科技创新能力


科学技术与生产紧密结合是美国科技创新取得重大成就的重要原因,这就需要有强大的产业基础做支撑。一直以来,美国把科技成果产业化和商业化作为基本国策,坚持科技必须为经济社会发展服务的发展思想,科学技术推动了美国工业持续向高精尖领域发展,而领先的工业水平和能力又拓展了科技成果的应用空间,形成了科技与生产相互促进的良性循环。美国科技成果转化率是在发展中逐步提高的,在《拜杜法案》颁布之前,美国仅有不足5%的科研成果被商业化,随着《拜杜法案》的颁布修订,确立了政府、科研机构、产业界三方利益分配机制,加快了美国技术创新成果产业化的步伐,成果转化率迅速提升至45%。另一个原因是完整的产业基础和成熟的企业生态为高新技术成果转化提供了土壤,以硅谷为例,硅谷企业多为中小企业,无法凭借企业内部完成研发、生产、营销一体化操作,因此形成了强大的外包服务网络,从而能够将科研成果及时地转化为工业化生产。 


(三)汇聚世界顶尖人才是美国科技创新的原动力


二战前,美国已经发展成为工业强国,但基础研究水平还与英、法、德等欧洲国家有差距,科技成果还需要从外国引进。二战期间,大批科技人才为躲避战乱逃到美国,战后美国军队又把一批德国科学家转移到美国,因战争引进了大量优秀的科技人才。近半个多世纪以来,美国科研环境进一步转好,又具备世界最先进的实验室,吸引着世界各国的科学家,此外,美国一直不遗余力从海外进口人才,以最优越的条件吸引他国人才,美国因此成为世界顶尖科学家的聚集地,为美国科学技术的腾飞积累了人力资本。更重要的是,美国科技创新与教育理念和教育制度有很大关系,美国政府非常重视教育,拥有世界一流、最先进的教育制度,在基础教育阶段,学生可以根据自己的爱好和专长自由选择课程,基本没有家庭作业,重视动手能力和创造力的培养,大学阶段则可以跟随世界一流的科学家教授学习,目前美国共有4000多所高等院校,每年培养出数以万计的人才,众多优秀的一流大学是美国科技创新的根基。


四、美国硅谷科技创新模式


硅谷位于美国加利福尼亚州北部高技术公司云集的圣塔克拉拉谷,因生产以硅为材料的半导体而得名,是世界第一个高技术工业园区,现已发展成为世界高技术中心。硅谷模式的成功,引发了世界各国的效仿,虽无法完全复制,但可以从中获得启示。下文将介绍硅谷的形成与发展,阐释其成功的外部因素和竞争优势。


(一)硅谷的形成与发展


20世纪50年代,被誉为“硅谷之父”的弗里德里克·特曼教授创建了世界上第一个高技术园区——斯坦福工业园,也就是硅谷的原型。因斯坦福大学土地不能出售,所以就通过出租的形式为入园企业提供便利,较早地实现了产学研融合发展。随着入园企业不断增多,且全部是高技术企业,斯坦福工业园逐步成为高技术企业创业的聚集地,为硅谷成为高技术中心奠定了基础。


斯坦福工业园与斯坦福大学紧密的联系,推动了大学实验室与企业之间的技术转移,加速了科研成果的商品化,教授、大学生与企业的结合,促进了高技术企业的发展,高技术产业在大学与企业的相互作用下不断向周围扩张,最终形成了如今的硅谷。


(二)硅谷模式成功因素分析


一是硅谷汇聚了来自世界各地人,极具冒险、包容等美国文化特征。其中有美国东部地区来淘金的人,敢于冒险和挑战,中国人、印度人聪明勤奋,还有东欧的一些人,使得硅谷地区的国际化程度比较高,形成了宽容开放的硅谷文化,敢于创新创业、宽容失败、能者至上、竞争中合作、人才自由等特质与高技术产业发展特点十分吻合,二者相互促进,共同发展,形成了硅谷创业文化。


二是旧金山地区远离美国的政治中心,远离政治就有足够的时间进行经济、研发等活动,创业者有了更大的自由度,硅谷的形成与发展更多的是市场化行为,没有政府的指令性计划,只是在园区制定的指导性规划下自由、开放地发展,崇尚企业间的集体学习和变革,公司之间相互配合,企业间交流渠道通畅多样,实现了高效的信息交换,形成了独特的硅谷企业生态。


三是硅谷以斯坦福大学为邻,大学直接向硅谷输送优秀毕业生,为硅谷的科技创新活动提供人力、智力支持,还为硅谷从业人员提供在职培训和深造机会,使工程师们的知识更新能够紧跟科技前沿,始终保持创新的活力。更重要的是,大学科研与产业界形成了紧密的联系,使得科研活动能够快速反馈市场需求,科研成果也能快速实现商业化,同时,很多大学教授和学生通过兼职或创业直接参与到商业活动,大学实验室与企业形成了科技创新的良好互动,硅谷模式成为大学与产业界积极有效合作的榜样。


四是硅谷集聚了一批优秀的风险投资公司,是硅谷模式走向成功的重要推手。硅谷特有的文化背景下,这里所有的企业都极具冒险精神,这些投资公司十分青睐高风险、高投入、高回报的高技术产业,而且绝大部分风险投资公司是由退休的工程师或成功的企业家创办,具有很强的专业背景,这些风险投资公司能为初创公司提供专业咨询、关键人员招聘、市场资源对接等多样化的帮助,大大增加了创业成功的机会。


五是早期硅谷创业具有极大的成本优势,硅谷是一个长约100公里狭长地带,当时的土地成本和商务成本都比较低,使得怀揣梦想又没有资金积累的学子们能够聚集在这里,为梦想而奋斗。现在硅谷已经形成品牌了,全世界的科研人员、各种最优质的资源进一步在硅谷集聚,硅谷的创业成本已不可同日而语,有一部分产业不断转移到硅谷周边。但在早期阶段,硅谷较低的创业成本能够集聚一大批中小型创业企业,是硅谷发展壮大的重要因素。


(三)硅谷核心竞争力分析


硅谷在几十年的发展过程中汇聚了大量优势资源,获得了长期的竞争优势,硅谷的核心竞争力主要体现在以下三个方面,一是中小企业集群,硅谷绝大部分是中小型企业,易于形成竞合关系的企业生态,助推了硅谷创新;二是独特的硅谷文化,宽容失败、讲求合作、鼓励裂变等文化特质,激发了员工探索创新的热情,形成了知识交流、共同解决难题的氛围,培养了众多经验丰富的企业家;三是网络型组织结构,硅谷的企业组织遵循适者生存的规律,公司更强调人员的功能而不是职务,形成了相互交织的人员组织生态。这些因素都有力地推动了硅谷整体竞争力的形成,但这种竞争力是硅谷特有的,很难复制或模仿。



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