關鍵核心技術國家競爭的實踐反思：現狀與未來
——以中美半導體產業發展為例

陳光

（西南交通大學，四川 成都 610031）

1 引言

觀察世界知識產權組織（WIPO）發布的“全球創新指數”（GII）中國排名的變化，可以直觀感受到世界創新版圖正在經歷的格局變遷。在這個榜單中，2013年中國位列全球35名，2018年位列全球17名，2020年位列全球14名，2021年位列全球12名，2022年位列全球11名，且中國擁有21個區域性科技集群（Science&Technology Clusters），科技集群數量首次趕上美國，并列世界第一。在中國和美國之后，德國排名第三，有10個科技集群，日本有5個科技集群，法國、加拿大、印度和韓國各有3個科技集群①。國家和區域之間的技術差異和變動，朝著競爭大于合作的方向演進。技術與創新日益成為現代化程度較高國家和地區發展的“內生變量”［1］。地緣政治沖突、產業鏈斷裂、供應鏈國內化、持續跌宕的新冠肺炎疫情影響等，都在強化和加劇國際技術競爭的激烈程度。

一項專業調查表明，我國科技創新綜合能力雖然不斷提高，部分領域已經處于世界領先水平，但大多數技術領域依然處于“并跑”和“跟跑”狀態②。隨著中美經貿摩擦的爆發，我國在關鍵基礎材料、核心基礎元器件、精加工生產制造及檢測設備、高端通用芯片等領域關鍵核心技術“卡脖子”問題凸顯，形勢十分嚴峻［2］。

2022年以來，美國等國率先強化關鍵和新興技術清單管理，加大芯片和新能源技術等領域的法律保護力度。2022年8月9日，美國總統簽署《芯片與科學法案》（以下簡稱《芯片法案》），旨在擴大美國高科技行業投資，重點包括芯片和電信、半導體生產、基礎研究、新能源研發、宇航局人類登陸計劃等，涵蓋科技競爭的重要前沿領域，也包含貿易、科技、教育、文化交流的政策走向。尤其需要關注的是，這是美國歷史上罕見的針對某一特定國家的導向性一攬子法案，預示著美國從法律層面開啟了全方位、系統性國際技術競爭的時代。

“關鍵核心技術是要不來、買不來、討不來的。只有把關鍵核心技術掌握在自己手中，才能從根本上保障國家經濟安全、國防安全和其他安全”③。面向2035年和2050年，在我國奮力實現現代化的進程中，堅定創新自信，緊抓創新機遇，加快實現高水平科技自立自強④，發揮新型舉國體制優勢，加強原創性、引領性科技攻關，堅決打贏關鍵核心技術攻堅戰⑤等是不容猶豫的國家戰略選擇。

日益復雜的國際技術競爭將如何演變？在崛起國和守成國不可避免的技術競爭中，如何堅定選擇自立、自強、開放、合作的關鍵核心技術發展道路？這些都是需要我們深入研討的重大課題。

2 關鍵核心技術國家競爭的理論邏輯

競爭的焦點是關鍵核心技術。關鍵核心技術是指在生產系統或技術系統中起關鍵或核心作用的技術［3］。事實上，關鍵核心技術可以體現在企業、產業和國家3個層次中。國家層次的關鍵核心技術是指，在國際競爭環境下，對贏得特定的國家經濟科技國際競爭優勢、維護國家安全產生重大影響的戰略高科技，是競爭國家之間傾力攻防拼爭主導權、獲取長期競爭優勢的高技術領域。不同時期，競爭領域會發生相應變化和調整，總體趨勢是向前沿性、戰略性、復合性、安全性的底層技術領域拓展和聚焦。

2022年2月8日，美國政府發布了一份更新版的《關鍵和新興技術清單（“CET清單”）》（Critical and Emerging Technologies List，CET List）。該CET清單以美國2020年10月15日發布的《關鍵和新興技術國家戰略》（National Strategy for Critical and Emerging Technology）文件為基礎。在文件中，美國為保持全球領導力而明確了包含20項“關鍵和新興技術”的清單。與2020版相比，新版CET清單刪除了“先進常規武器技術、農業技術、化學/生物/輻射和核減弱技術、醫療核公共衛生技術”，增加了“先進的燃氣輪機技術、先進核能技術、金融科技、超高音速技術、量子信息技術、可再生能源的生產和存儲技術”等；此外，還修訂了“自主技術與機器人、先進的網絡傳感技術、空間技術與系統”等⑥。哈佛大學肯尼迪學院貝爾弗科學與國際事務中心發布的《偉大的科技競爭：21世紀的中國與美國的較量》認為，當前中美科技競爭主要集中在人工智能、5G、量子計算、半導體、生物技術和綠色技術等六大領域［4］，均具有前沿性、戰略性、復合性、安全性的底層技術特點。

關鍵核心技術的國家競爭現象并不是孤立存在的。發生在國家之間的技術合作與競爭，是由技術應用擴散機制和國家制度約束機制雙向作用的結果。在資源優化、成本降低和效益最大化機制的推動下，技術傾向于通過貿易、許可、轉讓等手段從技術“供給方”向技術“吸納方”轉移，國家之間技術合作的效果取決于合適的技術差距（Technological Gap）、“供給方”的技術溢出收益預期和“吸納方”產業技術系統性的接納能力。當技術“供給方”和技術“吸納方”的技術差距縮小，甚至可能出現“反超”和“取代”時，國家制度約束機制開始發揮決定性作用，表現為技術“供給方”和技術“吸納方”的人為剝離、貿易限制、技術壁壘等。當以技術應用擴散機制為主時，合作大于競爭；當以國家制度約束機制為主時，競爭大于合作。中國和美國之間的技術發展狀態也許正好處在雙向作用的轉換時期。

在國家制度約束機制超越技術應用擴散機制并發揮作用的時期，關鍵核心技術對競爭國家雙方都很關鍵。理論上，亟須有如何辨識究竟什么是“關鍵核心技術”的方法論，因為現有研究只是說“關鍵核心技術是指在生產系統或技術系統中起關鍵或核心作用的技術”，并沒有提供可以操作的新的工具性認知。最好有一種“工具”，可以幫助國家相關部門明確關鍵核心技術的領域邊界在哪里？其又關鍵到什么程度？

基于相關文獻［5］，本文嘗試歸納適用于當前國家競爭形勢的關鍵核心技術的識別工具。

2.1 瓶頸性技術（Choke Points）

瓶頸性技術是指如果不掌握它將導致廣泛的經濟領域失敗的一類技術。這類技術具有明顯的戰略性和底層性。如包括系統級芯片（SoC）以及三維芯片的微處理器技術，人工智能（AI）和機器學習技術，先進計算技術，數據分析技術，量子信息和傳感技術，生物技術等。瓶頸性技術的通俗表現是，不擁有它的國家將陷入被動和不利局面。

2.2 加速器技術（Ability to Accelerate Other Technologies）

加速器技術是指能為其他技術賦能并促使其他技術發明總量增加的一類技術。這類技術具有明顯的帶動性和支撐性。例如，半導體技術直接影響5G、量子計算、人工智能的發展水平和規模。加速器技術的通俗表現是，擁有它的國家會處于主導地位。

2.3 保護帶技術（Competitive Moats）

保護帶技術是指維持一個國家某種技術優勢、保持高度防御的競爭優勢的一類技術。該類技術均以系統的方式存在，一般包括核心技術層和外圍保護層。當一個主體獲得某種技術優勢時，一定會有其他主體通過包括“反向工程”在內的各種手段進行模仿或學習。為核心技術加增保護作用的技術如防偽溯源技術、通信和混淆技術、數字加密技術、先進區塊鏈技術等，日益受到重視。

2.4 安全性技術（Security Risks）

安全性技術是指保障國家安全、保護重大利益免受直接風險影響的一類技術，包括先進的網絡技術（網絡攻擊溯源技術）、監控技術等等。比較而言，保護帶技術是對特定關鍵核心技術起保護作用的技術類型；安全性技術是確保經濟安全、社會安全和國家安全的技術類型。

國家關鍵核心技術系統的結構如圖1所示。

圖1 關鍵核心技術系統結構圖

基于關鍵核心技術的識別方法，如圖1所示，缺少上述任何部分或層次的技術，都將造成關鍵核心技術缺失；缺少的部分或層次越多，越接近“瓶頸性技術”層次，關鍵核心技術缺失越嚴重。進一步地，可以嘗試在特定國家技術競爭條件下，建立關鍵核心技術診斷的定量模型。

關鍵核心技術（KCT）的能力大小與瓶頸性技術（C）缺失造成的經濟損失成反比，與加速器技術（A）、保護帶技術（M）和安全性技術（S）強度成正比，即

其中：KCT表示診斷期一國相對于競爭國的關鍵核心技術能力數值；C表示瓶頸性技術缺失造成的經濟損失，可以在一個特定技術領域，假設同等技術研發投入，通過比較兩個國家的產業規模差值而確定；A表示加速技術進步的水平和速率，可以由診斷期關鍵技術突破帶動相關領域發明專利申請數增加量而確定；M表示保持技術競爭優勢的能力，可以由核心專利的外圍專利申請數量而確定；S表示保障國家安全、保護重大利益免受直接風險影響的技術能力，可以由國家網絡安全、預警技術和快速應急處置技術能力綜合確定。根據4項指標反映的關鍵核心技術能力數值，可以定量判斷一個國家的相對技術水平。

3 關鍵核心技術中美競爭的現狀分析：以芯片為例

“小院高墻”是美國對華科技政策的主要策略。2018年 10月，“新美國”（New America）智庫高級研究員薩姆·薩克斯首次將其運用到對華科技防御中，主張篩選與美國國家安全直接相關的特定技術和研究領域（即“小院”），同時采取更嚴密、更大力度的對華科技封鎖（即“高墻”），而在非關鍵技術領域可以與中國合作。在美國重點智庫的影響下，拜登政府的對華科技戰略從“新冷戰”轉向“競爭性共存”，在所謂“不脫鉤”“不冷戰”的基調下，形成了“選擇性接觸、選擇性競爭、選擇性對抗”的基本態勢。其中，芯片就是美方明確選定的具有競爭性、對抗性的特定技術和研究領域（即“小院”）。

芯片是中美科技競爭的焦點領域。在2021年美國參眾兩院討論《美國創新與競爭法案》時，美方研判：近幾十年美國半導體和微電子領域的本土制造在全球占比大幅下滑，以半導體為例，從1990年的占比37%降至目前的12%；而包括中國在內的競爭者在此領域大量投入并占據主導地位，中國不斷增長的國內需求推動了其半導體行業市場的擴張，中國在半導體制造領域所占份額從1990年的不到1%上升到目前的15%，已超過美國。他們評估中國在半導體制造業的投資達1 500億美元。

經過兩年多的激烈辯論后，2022年8月9日，美國總統拜登正式簽署《芯片與科學法案》。《芯片法案》是由3項法案合并而成的一個大法案：A部分是“2022年CHIPS法案”；B部分是《研發、競爭和創新法》；C部分是“2022年最高法院安全資金法案”。其中，A部分和B部分最為關鍵。《芯片法案》確定未來5年內將投資2 800億美元，為美國半導體研發、制造以及勞動力發展提供527億美元的政府補貼，其中390億美元將用于半導體制造業的激勵措施，20億美元用于汽車和國防系統所使用的傳統芯片的研發、制造，在美國建立芯片工廠的企業將享受25%的減稅政策。此外，該法案還將為科學研究提供約2 000億美元的資金，投資目標領域包括人工智能、量子計算、無線通信和精準農業等⑦。

需要注意的是，《芯片法案》體現了美國在關鍵核心技術領域布局競爭政策的新趨勢。一是政府直接補貼。5年內撥款約520億美元，補貼芯片企業。二是明確稅收減免。為期四年的25%的稅收減免政策，鼓勵企業在美建廠制造芯片，共將減免稅收240億美元左右。三是排除中國因素。《芯片法案》明確指出，如果企業在中國大陸投資半導體制造，則其無法獲得美國政府補貼；如果企業在美國建廠獲得補貼，那么10年內不能擴大對中國先進制程芯片（14nm及以下）的投資，但對于成熟制程芯片的投資沒有限制。

目前，中國臺灣地區的臺積電和韓國三星在中國大陸有投資。英特爾在大連的晶圓廠已經出售給了SK海力士，目前僅在中國的成都設有芯片封測中心。2021年，英特爾曾表示希望擴大在成都的硅晶片生產，但遭到白宮拒絕。《芯片法案》對中國先進制程芯片的影響可見一斑。要清醒地認識到，《芯片法案》也只是美國競爭組合拳中的一部分。同時，美國、日本、韓國、中國臺灣組成的所謂“芯片四方聯盟”（CHIPS4）正在談判中。2022年8月12日，美國商務部工業和安全局（BIS）宣布，將4項“新興和基礎技術”加入出口管制清單，其中3項涉及半導體，并包括芯片設計中最上游、最高端的產業EDA。2022年10月，美國進一步宣布對出口中國的芯片技術實施新限制，包括正式限制先進半導體生產技術的出口，以及禁止在中國銷售用于邏輯和存儲芯片生產的工具，并限制中國獲得用于超級計算和人工智能的芯片。

中國芯片技術和產業取得了長足發展，但也存在明顯短板。在美國不斷對中國芯片加增競爭性“高墻”的同時，也從側面印證了近年來中國芯片技術和產業取得了長足發展。在半導體制造領域，中國的領軍企業——中芯國際在過去十年間一直名列全球前五，2020年更是突破N+1工藝節點/7nm工藝。在芯片設計領域，華為海思在芯片研發上不斷突破，2020年成為第一家進入前十大半導體公司的中國企業，取代美國高通成為中國最大的智能手機處理器供應商。總體上，盡管中國85%的半導體需求仍依賴于進口，但近幾年的快速發展，使中國半導體行業與全球前沿技術的差距正在縮小。

而在半導體邏輯器件和存儲器芯片基礎研究領域，差距依然十分明顯。如表1所示，通過對中美半導體產業鏈進行對比，可以發現：在半導體產業價值鏈上，越往價值鏈高端走，美國擁有的技術優勢越明顯；越往價值鏈中低端走，中國擁有的技術優勢越明顯。

表1 中美半導體產業鏈對比

根據圖1所示的關鍵核心技術識別工具以及關鍵核心技術診斷模型，可以評估出中國在高端通用芯片上距離世界先進水平差距在10～15年之間。

2020年，中國國內芯片總銷售額為398億美元，占全球市場的比重不到10%，而美國和韓國的芯片產值合計超過全球市場的60%。根據預測，2024年中國芯片產業年收入將達到1 160億美元，全球市場的占有率超過17.4%，僅次于美國和韓國。有數據顯示，2021年全球半導體銷量為1.15萬億個，銷售額達5 559億美元，年增長率為26.2%。其中，中國市場的半導體銷售額達1 925億美元，增長27.1%，成為名副其實的全球第一大市場。

4 自立、自強、開放、合作的關鍵核心技術發展道路

根據世界銀行測算，2021年，我國人均GDP達到了12 556.3美元，處在跨越“中等收入陷阱”的關鍵時期，同時又交匯疊加中國現代化進程中戰略調整的緊迫性。面向2050年，堅決打贏關鍵核心技術攻堅戰，是實現國家現代化目標的基礎和前提。

4.1 制定實施面向2050年的“科技自立自強戰略”

回顧評估《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006—2020年）》的實施效果，該戰略規劃是成功的［6］。當我們面臨愈發復雜的國際技術競爭環境和發展任務時，更加需要科技創新的“大戰略”。

未來30年中美關系的基本態勢很可能是長期處于“強沖突弱合作”狀態，中美是世界上最大的競爭對手（Colliding Competitors）⑧。必須認真研判到21世紀中葉國家發展的各種可能狀態，爭取和平崛起的最大可能性。

與過去跨度12年或15年的科學規劃不同，當前需要跨度30年以上的國家“科技自立自強戰略”，從戰略目標、戰略任務、戰略資源、策略安排等方面，實現新競爭條件下的高水平科技自立自強，全面支撐國家現代化發展。

4.2 制定實施基礎科學研究的“中國諾貝爾計劃”

之所以出現關鍵核心技術受制于人的局面，根本原因是基礎研究的薄弱和落后。一方面，要選定量子科學、腦科學、納米科學、空天科學、干細胞、合成生物學、發育編程、全球變化及應對、蛋白質機器、大科學裝置前沿研究等重點領域，加強應用數學和交叉研究，搶占前沿科學研究制高點；另一方面，要靜下心來、放長眼光，加大對原創性研究的激勵力度，制定實施基礎科學研究的“中國諾貝爾計劃”，努力在未來30年內培養15位諾貝爾科學獎獲得者。“可能嗎”？21世紀初日本曾制定50年培育30位諾貝爾科學獎獲得者的計劃，當時也有人問，“可能嗎”？截至2018年，已有26名日本人獲得了諾貝爾科學獎。如今，我們應該問，“日本為什么可能”？基礎研究需要更加自信從容，需要有長遠堅定的戰略思維，需要營造更為寬松自由的創新環境，讓科學家“無干擾專注、非共識探索、無障礙閱讀、無約束思考”。

4.3 完善支撐重大科技創新突破發展的新型舉國體制

新型舉國體制就是建立在社會主義市場經濟基礎上的新時代舉國體制。相關研究表明［7］，我國取得科技突破的關鍵要素及其貢獻度分別是技術突破（T）（31.5%）、政府作用（P）（29.0%）、市場需求（M）（22.8%）和企業組織（O）（16.7%）。2022年9月6日，在中央全面深化改革委員會第二十七次會議上習近平總書記強調，“健全關鍵核心技術攻關新型舉國體制，形成關鍵核心技術攻關強大合力”⑨。有必要建立中國科技突破性創新理論模式（P-TMO理論模型）［8］，將舉國體制優勢、政策引領發展、市場決定作用、創新策源培育和企業組織優化結合起來，尤其要充分發揮市場和企業家在創新發展中的重要作用。

4.4 實施關鍵核心技術10年攻關行動

聚焦半導體、人工智能、5G、量子計算、生物技術和綠色技術等技術領域，按照關鍵核心技術（KCT）能力評估結果，明確現有基礎和短板，分類、分級制定瓶頸性技術（C）、加速器技術（A）、保護帶技術（M）和安全性技術（S）的“卡脖子”技術清單，實施關鍵核心技術10年攻關行動，爭取在2032年以前扭轉關鍵核心技術受制于人的被動局面。

在芯片技術和產業發展領域，總結、調整“國家集成電路產業投資基金”實施計劃，在邏輯器件（包括微處理器、微控制器、通用邏輯器件以及連接器件）、半導體設備（刻蝕機、薄膜設備、測試設備和清洗設備等）和半導體材料（硅片、光掩模、電子特氣、CMP拋光材料、光刻膠、濕制程化學品以及靶材）等領域集中攻關，爭取更大突破。

4.5 積極探索開放合作的關鍵核心技術發展新道路

沒有一個國家可以在自我封閉中實現現代化。中國今天取得科學技術發展重大成就的根本原因是改革開放。高水平科技自立自強與高水平開放合作互為基礎和條件。面對日益嚴峻的國際技術環境，要有更加堅定和靈活的發展策略，要積極探索新的歷史條件下提升關鍵核心技術能力的開放合作發展新道路。

按照技術的安全敏感性和經濟成長性，在高敏感高成長、高成長低敏感、低敏感低成長、高敏感低成長等4個技術區域制定不同的競爭—合作組合策略（見圖2）。形成特定國家技術競爭和風險管理舉措，盡量擴大合作領域、減少競爭影響。

圖2 競爭—合作組合策略

在技術—產業的不同鏈條上，沒有哪個國家可以完整擁有產業鏈價值鏈的全部環節。以芯片為例，2021年，中國消費全球36.5%的芯片，是名副其實的全球第一大市場。相關國家對中國實施技術出口管制，同時也失去了難得的市場機會。2021年，韓國芯片出口總額為1 280億美元，其中對華出口（包括中國內地與中國香港）份額高達60%，以至于韓國在參加“芯片四方聯盟”（CHIPS4）談判時多有顧慮。現代技術產業的發展特點是開源、生態，先進制程芯片也只有在操作系統、數據庫和廣大用戶等的使用生態中才能彰顯其價值。而我國在市場、制造、封裝和測試等領域有著不可替代的作用。揚長避短、以長補短需要時間，也考驗國家的毅力和智慧。一是堅持改革開放的基本國策；二是將競爭壓力轉化為技術突破的動力；三是強化價值鏈環節的相互支撐；四是加強國家技術競爭的風險管控；五是靈活實施不同的競爭—合作組合策略。

注釋：

①https://www.wipo.int/pressroom/zh/articles/2022/article_0011.html.

②第五次國家技術預測對1 346項技術的評價結果為：處于“領跑”領域的占比16.3%，處于“并跑”和“跟跑”領域的分別占比30.0%和53.7%。

③習近平總書記在兩院院士大會上的講話，2018年5月28日。

④習近平總書記在兩院院士大會上的講話，2021年5月28日。

⑤習近平總書記在參觀“十三五”科技創新成就展時講話，2021年10月26日。

⑥美國國家科學技術委員會（NSTC），關鍵和新興技術（Critical and Emerging Technologies，CETs），2022年2月。

⑦The CHIPS Act of 2022.

⑧ China's Grand Strategy：Trends,Trajectories,and Long-Term Competition.

⑨習近平總書記在中央全面深化改革委員會第二十七次會議上的講話，2022年9月6日。