一、世界前沿技术发展趋势与特点

（一）科技创新频现高光时刻，颠覆性变革浪潮加速涌动

2021年，在各国政府和社会需求的双重推动下，全球科技创新取得了一份份亮眼的成绩单。基础研究、数字信息、生物工程、新能源、新材料等领域创新技术成果不断涌现，为恢复经济、推动社会发展提供了新动能。

基础研究获得多项重大突破。基础研究是科技创新的总开关，是一切科学技术的源头。例如，μ子新测量实验分析结果预示了宇宙中可能存在新粒子或力，加强了新物理学证据；重现夸克—胶子等离子体（QGP），揭示了宇宙大爆炸第一个0.000001秒内发生的新细节；首次在粒子加速器内部发现中微子，打开了对亚原子世界研究的窗口；对火星直接进行地震观测，首次绘制远离地球行星的内部结构；首次描述了在宇宙化学进化中起最重要作用的有机分子出现在太空中的过程，所获数据扩展了关于生命起源的概念，并解释了合成有机物“星际工厂”的运行机制；发现宏观物体量子纠缠的直接证据，有助于对量子网络、暗物质及引力波的研究；发现DNA突变不是随机发生的，或将改变对进化论的看法。

技术应用领域取得多个里程碑式成果。基于人工智能（Artificial Intelligence，AI）预测蛋白质结构，改变了未来结构生物学的规则，有望加速生物学领域取得重大突破；英伟达（NVIDIA）公司推出的GauGAN2人工智能系统，可根据文本合成不存在的逼真风景图像；IBM设计出一款127比特的量子芯片，计划在2022年生产出433个量子位的Osprey芯片和1121个量子位的Condor芯片；Neuralink公司展示的最新脑机接口产品，可让猴子用大脑意念玩电子游戏，或帮助瘫痪病人恢复活动能力；美国和西班牙研究人员开发出“人工视觉脑”，帮助盲人获得基本视觉；美国研究人员利用胚胎中的干细胞创造出能自我复制的活体机器人，未来可为外伤、先天缺陷、癌症、衰老等提供直接、个性化的药物治疗；体外胚胎培养为早期发育研究打开新窗户，有望为子宫外孕育人类铺平道路；美国国家点火装置（NIF）实现历史性核聚变突破，为开发一种新清洁能源带来了希望；中国科学家利用二氧化碳人工合成淀粉，取得技术“造物”的标志性成果；中国人造太阳运行首次突破千秒，为未来建造稳态聚变工程堆奠定基础。

产业变革方兴未艾。以人工智能为引领的数字技术加速经济社会向数字化、智能化转型；元宇宙作为虚拟现实、物联网、云计算等技术融合的载体，将推动相关产业进入爆发式增长期；在政府的严密监管下，区块链应用逐渐趋于合规化，各国纷纷提速对数字货币的研发；卫星互联网热度高涨，太空领域展开新一轮竞逐；mRNA技术在研发新冠疫苗中获得突破性进展，将掀起一场医学革命；合成生物学技术实现从一氧化碳到蛋白质一步合成，已形成万吨级工业产能；生命科学与生物医药技术创新持续加速，推动大健康产业蓬勃发展；“双碳”目标倒逼能源革命，加速第四代高温气冷堆核电项目实现并网发电、推动氢能产业进入发展快车道。此外，移动通信、油气开发、核电等重大专项成果支撑了中国新兴产业快速发展，5G、人工智能等新一代信息技术推动了中国数字经济、平台经济、共享经济蓬勃兴起，科技有力地激发了产业发展的内生动力。

（二）发达经济体科技竞争持续演进，亚洲主要国家创新增长之势锐不可当

2021年，全球科技竞争日趋激烈，世界主要经济体相继投入大规模资金进行科技创新，争夺先进技术领域主导权，国家科技战略的竞争已成为世界科技强国竞争的关键。最突出的特点是，各国政府纷纷强化科技的战略地位和部署，加强对科技创新活动的引导和干预，强势介入研发，在推动前沿技术进步中体现出更多的主动作为和责任，弥补了企业在经济下行和疫情的双重压力下削减研发成本，给全球创新投入产生的负面影响。同时，疫情加速了全球创新版图重构，无论是从创新投入，还是创新产出来看，创新中心继续向亚洲地区转移的趋势都十分明显。

在创新投入方面，根据《美国研究杂志》（R&D Magazine）“2021年全球研发资金展望”（2021 World R&D Funding Forecast）公布的信息，2021年，全球研发投入可达24405亿美元（按购买力平价计算），同比增长5.0%。其中，亚洲地区的研发投入额进一步增长，达到总投入的46.0%；北美地区的研发投入占全球份额缩减至26.4%；欧洲地区的研发投入占全球份额的19.6%，与2020年的19.7%相比稍有下降。亚洲地区的强势崛起主要归因于中国、日本、印度和韩国。从具体国家来看，全球研发投入呈现出明显的“二八定律”，即研发投入排名前10的国家占了全球研发投入总份额的79.16%。其中，中国以高达8.20%的增长率达到创纪录的6215亿美元，反超美国，位列全球第一，并占全球份额的25.47%；美国以3.19%的增长率达到5987亿美元，位列第二；韩国研发投入强度依旧维持高水平，达到4.35%；传统工业强国如德国、法国、英国等，研发投入增速虽然不如新兴经济体，但研发投入强度仍相对较高。中国研发投入规模保持了较快增长，但在研发投入强度方面，与美国、日本、德国等发达国家相比，差距仍十分明显（见表1-1）。

表1-1 2021年研发投入排名前10国家研发支出及研发强度情况

数据来源：R&D Magazine。

在创新产出方面，从PCT专利申请量来看，2021年1—10月，全球PCT专利申请量为221936件，前20位国家申请人贡献率达95.7%。从地区分布和国别来看，美日德中韩继续保持优势，稳居PCT专利申请量前5个席位，但排名有所变化。中国超过了美国、日本、德国，成为全球PCT专利申请排名第一的国家。韩国超过德国，排名从第五提升至第四。印度从2011年的第18位跃升为第13位。新加坡成为新进前20位的国家，比利时则跌出了前20位（见图1-1）。

全球科技创新焦点日渐明晰，前沿技术创新竞争趋于白热化。2021年，全球“疫苗军备竞赛”依旧火热，主要国家均加大对生物医药和公共健康领域的投入，加紧对疫苗和生物医药的研发，力图早日摆脱疫情困扰，赢得复苏先机。据世界卫生组织（World Health Organization，WHO）统计，截至2021年11月26日，全球共开展326款新冠疫苗研发，其中132款已进入临床使用。在生物安全之外，人工智能、量子科技、5G/6G、网络安全、新材料、新能源等领域成为创新热土，大国间的科技竞争更趋激烈。从PCT专利分布的技术领域可以看出，计算机技术、数字通信依旧是全球创新的先导和重点领域。2021年1—11月，PCT专利申请公开量超过10000件的领域有6个，其中计算机技术23447件，数字通信21513件，医疗技术16604件，电机、仪器和能源16421件，测量10945件，制药10819件，其中医疗技术和制药增长明显（见表1-2）。

图1-1 2011年和2021年全球PCT专利申请排名前20位国家比较

数据来源：世界知识产权组织数据库。

制图参考：中国信息通信研究院。

表1-2 2019—2021年部分技术领域PCT专利公开量对比

数据来源：世界知识产权组织数据库。

（三）数字技术全面渗透，科技巨头成为影响经济社会发展与变革的新势力

2021年，新冠肺炎疫情进一步加速了社会数字化转型步伐。数字信息技术对经济社会深度渗透，对人类生产生活全场景、全时段、全地域覆盖，社会生产和消费向自动化、智能化快速转变，社会数字化程度加深。在疫情期间，用户的线上需求上升，远程会议、远程医疗、远程维修、工业互联网、云外包等技术蓬勃兴起。颠覆性技术快速发展，资本与民众对产业变革的预期被进一步推升。多种因素汇集之下，元宇宙站上风口。展望未来，人工智能、区块链、新一代通信等技术的持续发展和交叉融合将使人类的生产生活方式产生更具颠覆性的变化。

在用户对平台及数字生态系统的依赖程度日益增加的情况下，作为数字经济的主要驱动者和实践者，科技巨头对经济社会的影响力水涨船高，这也引发政府对其权力越界的担忧。2021年，科技巨头影响力持续增长，加剧其与政府之间的博弈。一是其服务对社会大众具有极强的作用。平台为用户提供搜索、社交媒体、在线娱乐、零售等综合服务，高度掌握用户的习惯喜好，具备极强的用户预测和引导能力。二是积聚了规模庞大的用户数据流量。三是掌控了突破性技术和应用。例如，AI预测蛋白质结构技术掌握在DeepMind手中，而后者已被谷歌（Google）收购，科学界要获得谷歌的允许才可以使用DeepMind创造出的知识开展后续研究。四是左右产业和技术发展的方向。谷歌、微软（Microsoft）、Meta（原Facebook）、亚马逊（Amazon）、苹果（Apple）、SpaceX等科技巨头正积极进行全产业链布局，介入基础算力、数据、算法、芯片及应用平台和场景解决方案等领域，在很大程度上拥有了左右下一代互联网产业和技术总体演进方向的影响力。五是具有强大的数字攻防能力。例如，SpaceX拥有当前世界一半的在役卫星，可搭载军事载荷；谷歌拥有实力雄厚的安全团队，其中有著名的黑客“梦之队”Project Zero团队和威胁分析小组Threat Analysis Group，目前又成立了新的网络安全小组。未来，各经济体在经济社会发展与改革方面如何加强与科技巨头的合作和如何监管成为影响安全与发展的核心课题。

（四）全球科技治理体系迫切需要多边机制，某些领域或将出现两个体系

从2022年乃至更长期来看，颠覆性技术的诞生与发展完善过程存在技术自身和社会潜在影响的双重不确定性，坚持多边主义、坚守全人类共同价值依然是解决全球科技共享、共治难题的首要原则。核心任务包括：一是划定颠覆性技术的应用边界和做好安全治理，防范颠覆性技术误用、滥用，人工智能军事化应用等；二是加快与新兴技术相关的伦理道德规范等规则的制定；三是弥补发达国家与发展中国家之间的技术鸿沟；四是持续加大新技术对气候危机治理的力度。在这些涉及全人类安全的问题上，全球科技治理体系规则的制定和监督执行迫切需要可操作、可落地的多边机制。

需要重视的是，当前一些国家单边主义、保护主义、霸权主义盛行，科技全球化治理被政治化、意识形态化，特别是以美国为首的西方发达国家逐步加大了对我国科技发展的战略遏制、技术脱钩和规则打压。拜登政府上任后，实施“小院高墙”战略，推出的《临时国家安全战略指南》（Interim National Security Strategic Guidance）正式将中国定义为“体系性竞争者”，联合盟友对中国科技的发展围堵打压，以意识形态划分阵营，正在构建一个与中国对立的竞争体系。美国正在重点围绕影响新一轮科技革命的重点战略方向，包括5G、6G、人工智能、量子、半导体等数字领域，卫星互联网、月球、深空等航天领域，气候治理、清洁能源、环境保护等生态领域等，与盟友组建细分的“技术联盟”，协调标准规则制定、监管政策及对中国的技术替代，意图打造一个供应链自给自足的排华科技生态体系。不排除未来全球某些特定领域或将形成两套科技体系并行的局面。