關于創新和專利的11個事實

編譯 許林玉

在本文提到的11個事實中，我們探索了創新體系的核心特征，包括專利、研發投資以及科學、技術、工程和數學（STEM）教育。通過分析可知，我們必須重視提高創新制度有效性的機會，從而促進技術進步和經濟增長。

人們的生活水平并不一定會隨著時間的推移而得到提高，也不會自發得到改善。更重要的是，生活水平的提高有賴于物質和人力資本投入的增加、可能需要投入大量資金的技術進步和精心設置的機構等。在本文提到的11個事實中，我們探索了創新體系的核心特征，包括專利、研發投資以及科學、技術、工程和數學（STEM）教育。通過分析可知，我們必須重視提高創新制度有效性的機會，從而促進技術進步和經濟增長。

我們很難夸大技術進步對提高生活水平的重要性。正如圖A所示，阿根廷和奧地利就是這樣的例子。這兩個國家的人均投入（勞動力和資本）水平大致相同，但其經濟產出卻大相徑庭：奧地利的人均收入是阿根廷的兩倍多。在經濟產出方面，勞動力和資本發揮著重要作用，并且可解釋國民收入存在差異的原因，但人均國民收入（換句話說，即國民生活水平）的巨大差異緣于各經濟體利用資源的方式存在差異，而不僅僅是因為可用資源的數量。

圖A 2014年各經濟體全要素生產率與人均實際GDP

在增長核算領域，全要素生產率（TFP）是衡量一個經濟體以給定投入獲得經濟產出的有效方法。發達國家和發展中國家人均收入差異的主要原因是全要素生產率存在差異。換句話說，大多數人均收入的差異并不能用可用資本和勞動力的差異來解釋。此外，隨著時間的推移，人均收入的持續增長有賴于全要素生產率的增長。如果技術未能取得進步，勞動力和資本的增加對于提高人均收入的潛力會受到限制。

圖A顯示，全要素生產率對于理解人均收入非常重要。在該范圍的一端，德國和美國等國的全要素生產率相對較高。這表明在人力和物質資本利用方面，這些國家的效率較高。而在另一端，印度和印度尼西亞等國的全要素生產率較低，這表明它們的勞動力和資本的結合方式效率較低。

在一定程度上，全要素生產率反映了政策和制度的差異。即使兩個國家采用同樣的技術，如果其中一個國家有更好的支持其增長的機構，它們的經濟產出將會有所不同。不過，盡管機構和制度構成了經濟的基礎，并形成了激勵機制，但在商業實踐中，全要素生產率的變化很大程度上反映了技術和創新的可用性和效率的差異。

在第二次世界大戰結束后的10年里，美國的全要素生產率增長迅速，但在1973年左右放緩。從20世紀90年代中期開始，美國的全要素生產率又出現了短暫增長，但后來增速也有所放緩，而美國最近的生產率增長速度同樣令人失望。考慮到生產率增長在提高生活水平方面的核心作用，近年來美國全要素生產率的有限增長成為一個嚴重的問題。值得注意的是，盡管全要素生產率和國民生產總值增長并未得到全面測量，但測量不夠精確并不能成為最近生產率增長放緩的原因。

生產率增長放緩既是因為技術進步的步伐放緩，也是因為缺乏采用現有技術所必需的技能。美國最近之所以出現衰退，其中的一個原因是，與前幾代的進步（如電力和內燃機等）相比，新技術創新的數量和對其的利用都受到限制，而且集中在娛樂、通信和信息處理方面。一些研究人員認為，2008的金融危機減緩了創新活動的實施，而且不斷變化的人口結構降低了全要素生產率的增長。著名的生產率研究學者約翰·弗納爾德（John Fernald）發現，生產率增長的放緩始于2004年，因為20世紀90年代末科技繁榮的影響已經消退，而它對后來的金融危機的作用有限。

圖B 20世紀30年代至21世紀前10年全要素生產率和有效研究人員數量的變化

創新投入的增長使生產率增長速度放緩的難題變得復雜。布魯姆（Bloom）、瓊斯（Jones）、范·雷南（Van Reenen）和韋伯（Webb）對全要素生產率和研發投入進行了對比（見圖B）。到了21世紀，全要素生產率增長速度從20世紀60年代的2.1%下降至1.0%（深色條柱），研究人員的有效數量——被定義為用每10年研究經費支出聘請的研究人員的數量——實現了穩步增長（淺色條柱）。布魯姆與其合著者將這一模式描述為研究生產率下降的結果，而新技術的進步需要數額更大的研究投入。

這一分析意味著，當談到創新時，即使生產率的增長速度下降，也需要更多投資。這可能是由于一些綜合因素導致的，這些因素將更簡單的技術進步機會消耗殆盡，而且創新的效率低下。前者可能是技術進步一個不可避免的特征，但創新的低效問題可以得到解決。

專利和專利制度是消除這種低效并促進創新的主要焦點。專利制度的設計必須仔細進行調整，以實現成本與收益的平衡：一方面，專利幫助創新者從工作中獲得更多回報，從而增加進行昂貴投資的動力。另一方面，專利會限制競爭，可以成為臨時壟斷權力的源頭。例如，一個競爭者可能被阻止設計一個基于專利發明的新產品。專利訴訟或簡單的訴訟威脅的成本也很高，專利的密集積累同樣如此，它們都可能通過至關重要但難以量化的方式給創新設置障礙。

因此，只有當它們達到一定的新穎性、非顯著性和實用性時才會被授予專利，這一點非常重要。在這些情況下，專利的社會效益更有可能超過社會成本。當專利不符合這些標準時，它們只會使專利接收者受益，同時損害其他公司和消費者的利益。在一項新的漢密爾頓項目政策提案中，邁克爾·弗雷克斯（Michael Frakes）和梅麗莎·沃瑟曼（Melissa Wasserman）對不允許無效專利授予的美國專利制度推出的改革進行了探討。

只有在創新的決定因素被充分理解的情況下，創新中的無效專利和其他挑戰才能被克服。本文首先考察了創新的過程以及一些關鍵投入，包括研發投資、STEM教育以及將創新者帶到美國的移民潮。進而論述了一些挑戰，包括創新的地域集中性、女性在STEM領域的有限參與度、無效專利的社會成本以及創新的長期滯后，這些都可能使新技術進入市場變得困難。通過應對這些挑戰推進漢密爾頓項目的核心目標，即促進廣泛的共享經濟的增長。

事實1：美國專利局收到的申請數量是1980年的6倍

專利數量是衡量創新的一個指標。然而，這是一個不完美的衡量標準，因為不同專利的重要性不盡相同，有些可能質量低劣。在專利標準、市場規模和何種創新可授予專利方面，各國情況并不一致。由于標準各不相同，因此難以進行跨國比較和長期比較。但是，這種比較可以讓我們了解不同國家專利制度的創新和差異。

圖1顯示了三邊專利局（即美國專利商標局、日本專利局和歐洲專利局）的專利申請趨勢。自2006年以來，美國在專利申請方面已經超過了日本和歐洲。最近之所以出現增長，部分原因是由于美國的外國專利活動更加活躍所致。在美國專利商標局，由于數量增加而導致目前積壓的申請超過50萬份。

幾十年來，美國憑借其國民所提交的國際專利申請，一直是該領域的領導者。當一項專利由美國專利商標局授權，并向三邊專利局的三個成員均提出申請時（此類專利被稱為三邊專利族），該專利不太可能會無效或授權不當，尤其是考慮到與美國專利商標局相比，日本專利局和歐洲專利局對于專利申請的審查更為嚴格。

圖1 1980—2015年各國專利局受理的專利申請總量

專利申請數量的增加也可能產生誤導。如中國的專利數量（未在圖1中列出）自21世紀前10年中期以來一路飆升，不過很少屬于三邊專利。此外，中國國際專利申請的引用比例僅占34%，這進一步表明中國的專利質量較低。

事實2：專利申請與其他創新活動的措施密切相關

盡管許多專利對擁有這些專利的個人和企業來說極具價值，但專利與創新之間是否存在密切關系可能并不明顯。衡量這一聯系對于了解專利制度的社會效益和基于專利分析創新的方法的有效性至關重要。

圖2是各行業每1 000名員工所產出的專利數量和本行業中參與創新活動（產品、服務或經營方法得到改進）的企業所占比例的關系圖。在沒有專利活動的行業中，企業是否參與創新活動方面存在極大差異。相比之下，那些專利活動司空見慣的行業，包括半導體和基礎化學品等行業，創新活動總是居高不下。

重要的是，這項創新措施獨立于有關的專利信息，來源于對收集創新活動相關數據的企業開展的一項調查。圖2顯示的結果與發現專利與創新密切相關的研究保持一致，專利數量是最常用的創新手段之一。

圖2 各行業每1 000名員工授予的專利數量和參與創新活動的企業所占比例關系

事實3：研發投入更多的國家產生的專利往往質量更高

研發投入——即用于創新的關鍵投入——與高質量專利（定義為至少向兩個專利局提出申請的專利）的高產出有關。這種關系在國家內部非常明顯（參見事實8），而在對不同國家進行對比時同樣顯而易見，如圖3所示。

研發支出相對較低的國家（根據研發支出在購買力平價調整的GDP中所占比例），如意大利和土耳其，很少產出高質量專利。研發支出高的國家，如日本和韓國，往往能夠產出更多高質量專利。有趣的是，一些國家的表現會低于或高于其研發支出的預期，中國和新西蘭就是典型的例子。在研發支出方面，中國正逐漸趕上美國，前者目前占全球研發支出的20%，而美國所占的比例為30%（根據聯合國教科文組織2016年數據），但中國的高質量專利數量并不多。

圖3 各國的總研發支出與申請的高質量專利

當然，研發可以在不產出專利的情況下產出創新成果。如果兩個國家的企業對申請國際專利的興趣不同時更是如此，它們在圖3中所處的位置將會有所不同。

此外，各國在分配研發支出時通常也存在很大差異。例如，美國有超過2/3的研發支出投入于生物制藥、軟件和技術硬件領域。而相比之下，歐盟和日本的研發支出更多地集中在汽車行業。

事實4：企業研發支出上升的同時，聯邦研發支出有所下降

從基礎研究到試驗開發并將新產品推向市場，技術進步的成本越來越高。盡管美國研發支出占GDP的比例從1953年的1.3%上升至2015年的2.8%，但自20世紀80年代初以來，這一比例幾乎沒有增加，這意味著研發支出的美元價值在近幾十年隨著GDP的增長而提高。

然而，研發支出的構成已經發生了變化。聯邦政府資助的研發支出并未與GDP的增長保持同步，企業研發支出卻在增長。1953年，聯邦資金占所有研發支出的54%，企業貢獻了44%。到2015年，聯邦政府和企業的研發支出所占比重已經分別調整至22%和69%。

由大學和其他非營利組織資助的研發活動只占總投資的一小部分。2015年，大約有55%的大學研發活動由聯邦政府提供資助。然而，就像事實10所顯示的那樣，許多創新活動都在大學或大學周邊地區開展。

鑒于此類投資的社會效益巨大，而聯邦政府在研發方面發揮的作用卻日益下降，這種狀況令人吃驚。通常情況下，企業無法從研發支出中獲得所有的回報，其中一些將會更廣泛地溢出到其他企業和社會。為了使研發支出達到合理水平（即與社會成本和福利相稱的水平），聯邦政府的作用通常被認為恰到好處。重要的是，聯邦投資傾向于增加其他來源的研究支出，而不是排斥他們。

圖4 1953—2015年美國不同來源的研發支出

事實5：近3/4的高質量專利申請者擁有研究生學歷

除了研發支出，影響專利的另一個關鍵因素是教育。與大學輟學企業家的固有形象相反，至少以高質量的專利活動衡量，創新幾乎完全是由擁有高學歷的人完成的。大多數情況下，這需要在本科學位之后再進行一些深造：45%的三邊專利持有者擁有博士學位、醫學博士學位或同等學歷，70%的人至少擁有碩士學位，只有23%的人僅獲得學士學位，7%的人沒有完成4年的本科教育。

專利持有者的受教育程度遠遠高于其他人群。只有3%的美國成年人擁有博士學位，但45%的專利持有者擁有博士學位。而且，盡管90%以上的專利持有者至少擁有學士學位，但其中只有27%是美國人。教育在創新活動中的重要性凸顯了受過良好教育的勞動力對經濟的溢出效應。隨著時間的推移，創新者的受教育程度似乎有所提高。對這一趨勢的一種解釋是“知識負擔”在不斷增加，這就要求新研究人員在開始作出貢獻之前，將更多時間投入到前沿研究。隨著技術的進步，創新需要更高程度的專業化和團隊合作。

圖5 美國三邊專利持有者的受教育程度

事實6：聘請更多STEM員工的行業產出的專利更多

雖然專利可以在所有領域產出，但專利由科學家或工程師產出的印象基本上是正確的，且擁有更多STEM員工的行業往往會產出更多專利。在各行業，STEM員工的分布極不均衡。例如，在食品和紡織行業，只有不到2%的員工被勞工統計局認定為STEM員工；而在通訊設備行業則有超過40%的員工被認定是STEM員工。

這種截然不同的情況意味著在一個行業中，每1 000名員工擁有的專利情況迥然不同——食品和紡織行業擁有的專利為0到2項不等，而通信設備行業則為135項。

擁有眾多STEM員工的行業獲得的專利也越來越多。從1975年到2007年，計算機和電子行業的專利產出不斷增加。相比之下，在STEM員工所占比例低得多的化學品和制藥行業，獲得的專利則幾乎未見增長。然而，其中一些模式可能是由軟件和商業方法的專利性規則發生變化所驅動，而非創新活動的變化所驅動。

圖6 各行業STEM人員比例與專利授權量

事實7：超過1/4的高質量專利被授予移民

創新通常由人才、教育和資金推動。移民是美國創新人才的主要來源之一，他們對研究和創新作出了突出貢獻，但與其人口數量卻極不相稱。圖7顯示了美國移民在勞動力、STEM勞動力、擁有博士學位人數、高質量專利持有者以及諾貝爾獎獲得者中所占的比例。在美國25歲以上的勞動力中，移民僅占18%，但在STEM勞動力和高質量專利持有者中，這一比例達到26%和28%。他們在獲取專利人群中所占的高比例并不令人意外，因為他們當中擁有博士學位的人太多了。事實上，美國有31%的博士是移民。

除了直接促進創新外，高技能移民為創新體系引發了積極的溢出效應：亨特（Hunt）和高蒂爾-洛伊塞勒（Gauthier-Loiselle）發現，將上述溢出效應考慮在內時，大學畢業生移民人口每增加1%，人均專利增加9%至18%。1880年至1940年移民發明家相對活躍的具有典型特征的技術類型在1940年至2000年間獲得了更多的專利權和引用數。

創新成果可以在世界各地傳播，美國經濟也得益于其他國家的技術進步，但移民流入美國似乎增強了這個國家作為全球創新中心的能力。

圖7 移民參與工作、教育和創新的比例

事實8：研發投資可帶來新技術，但通常需要數年時間

創新需要投入大量的研發和高技能勞動力。這些投資可能難以實現貨幣化，因為它們對整體經濟產生了巨大的溢出效應。此外，這些投資往往在數年后才會產生效益，這可能會使投資的組織和融資過程變得復雜。

圖8摘自波普（Popp）的研究成果，揭示了三種可再生能源技術不同時期研究投資的回報。對專利引文而不是對專利授予日期的關注使我們對發明新技術之前的時間有了更好的認識。圖8顯示，在專利申請中，專利引用可為非專利文獻提供參考，這是衡量知識從公共研究流動至后期發明的極好方法。

對于這三種技術，滯后時間很長，引用的最大概率出現在初始投資的10到12年后。在最初研究階段和最終商業化階段之間的這段滯后時間，可能會給美國的創新體系帶來困難。在漢密爾頓項目政策建議中，安娜·戈爾茨坦（Anna-Goldstein）、皮埃爾·阿祖萊（Pierre Azoulay）、約書亞·格拉夫·茲文（Joshua Graff Zivin）和弗拉基米爾·布洛維奇（Vladimir Bulovi）考慮如何改善能源技術的創新，他們的建議對提高企業家將新技術推向市場的能力的改革予以了考慮，因此可解決投資和技術部署之間長期滯后的問題。

圖8 額外增加100萬美元能源研發經費后專利引用的年度概率

事實9：女性在整個創新中代表性不足

隨著生產率增長速度放緩，研發活動變得更加困難，創新的效率低下可能比以往任何時候都更具破壞性。解決這些低效問題可能會帶來巨大的社會效益。有數據表明，有改善潛力的一個重要領域是女性對STEM工作的貢獻。

減少女性創新的障礙，改善人才分配，從而使整體經濟實現增長。類似地，在STEM工作中，更好地利用女性以及來自低收入家庭的少數族裔和個人的才能，都有助于建立一個更完善的創新體系。女性受教育的程度越來越高于男性，但她們在STEM領域和獲取專利方面的作用卻落后于男性。

圖9顯示，在STEM各階段中女性參與度呈急劇下降趨勢。盡管有57%的學士學位獲得者為女性，但只有35%的女性獲得了STEM學士學位。參與創新活動的女性人數甚至更少——僅占STEM勞動力總數的22%，而她們所獲得的專利只占16%。在很大程度上，這些比例逐漸降低似乎反映了來自STEM領域和創新的消耗，而不是年輕和年長的女性群體之間的差異。例如，在過去的20年里，女性獲得STEM學士學位的比例僅增長了約4%，這表明女性在STEM方面的表現一直相對穩定。

圖9 選定領域中女性的比重

在STEM領域，女性的代表性不足尤其體現在計算機科學與工程等數學密集型領域，這些工作中的性別差距在大學畢業之前就已經顯現。到了后期項目中，女性很可能會退出STEM創新活動中。大學畢業后，擁有STEM學位的女性比男性更有可能在教育或醫療保健行業工作，而不是進入STEM領域。所有這些差異導致女性在科學探索和專利申請工作中代表性嚴重不足，因而可能使經濟失去重要的創新機會。

事實10：專利申請高度集中于都市區和研究型大學周邊地區

即使在對人口密度進行調整后，創新活動在全美各地仍然分布不均。在2000年至2015年間，美國59%的專利權授予了居住在20個城市地區的申請者，而這些地區的人口只占美國人口的36%。

圖10顯示了大都市統計區域的專利授予數量，圓圈的大小表示該地區專利數量所占的比重，大的圓圈表示比重高；菱形表示該地區擁有一流的研究型大學。這份地圖的一個顯著特征是在一流研究型大學或這些大學的附近地區，往往都會有專利。阿格（Aghion）等人發現，對于技術更先進的州來說，在4年制大學人均投資1 000美元，則平均每人可多產出0.06項專利。當大學位于城市內部時，商業成果尤其顯著。

在一個相關模式中，城區內受過STEM教育的大學畢業生的比例與獲得專利的水平成正比。研究表明，除了美國之外，這種模式在其他國家同樣如此。例如，托伊瓦寧（Toivanen）和瓦瓦阿納寧（Vnen）發現，通過新建三所技術大學，美國專利商標局授予芬蘭發明者的專利數量增加了20%。

自21世紀90年代初以來，專利申請的空間集中度有所增加。為了促進全美各地生活水平的提高，需要采取措施以確保創新活動的傳播，或者轉移到更廣泛的地區。

圖10 各大都市統計區專利授權量與一流研究型大學

事實11：專利訴訟雖昂貴但很常見

專利既是促進創新的工具，也是衡量創新的有用指標。然而，即使是有效的專利也會帶來巨大的成本。其中一項成本是以專利訴訟的形式出現的，這類訴訟既昂貴又耗時。據估計，2015年非專利運營實體（NPE）的專利訴訟讓企業產生了74億美元的直接成本。NPE是那些積累專利權但不使用這些專利生產商品或提供服務的個人或公司，其中有一些被稱為“專利流氓”。相比之下，運營公司則是生產依賴于專利的產品或服務的公司。

圖11 不同原告在2005—2016年間專利訴訟中起訴的被告人數

圖11顯示了每年在專利訴訟中分別被非專利運營實體和運營公司起訴的被告數量。從2005年到2011年，非專利運營實體在專利訴訟中所占的比例不斷上升，同時整個訴訟案件也在不斷增加。這類訴訟可能會使創新速度放緩。

為了應對日益增長的法律成本，美國國會頒布了《2011年美國發明法》（AIA），該法案對每個案件中被允許的被告數量設置了上限。因此，盡管圖11顯示在2010年至2013年間，被告的訴訟數量相對穩定，但在此期間，案件的數量增加了146%。通過引入成本更低的專利效度審查程序，AIA可能也降低了非專利運營實體的整體訴訟成本。根據2017年美國知識產權法協會（AIPLA）對專利訴訟成本的調查，在2015年至2017年間，侵權訴訟費用的中值成本下降了47%。