摘要：如何界定关键技术？根据美国无党派智库特别竞争研究计划（SCSP）的统计，2022-2025 年，美国和美国盟友伙伴一共发布了 112 份关键技术清单。本文主要关注美国政府和非政 府机构发布的清单。2024 年，美国政府部门关注 AI、生物科技、能源、网络安全、

如何界定关键技术？根据美国无党派智库特别竞争研究计划（SCSP）的统计，2022-2025 年，美国和美国盟友伙伴一共发布了 112 份关键技术清单。本文主要关注美国政府和非政 府机构发布的清单。2024 年，美国政府部门关注 AI、生物科技、能源、网络安全、先进 计算等领域，非政府部门关注 AI、先进计算、生物科学、人机互动、网络安全等领域。整 体趋势上，美国对计算机技术（如人工智能、网络安全、企业技术、信息技术、软件和先 进计算）的重视程度在上升，对硬基建（如先进网络、机器人和先进制造）的关注程度在 下降。细分领域中，AI、云计算、健康数据上升势头明显，先进网络和机器人热度下降较 多，能源保持稳定，网络安全也尤为受到政府关注。

美国政府和非政府部门关注的领域也有差异。美国政府部门关注硬基建技术，如先进制造、 先进网络和先进计算。非政府部门关注计算技术（如 AI、人机互动和软件）。非政府部门 包括风险投资公司、企业、智库和咨询公司。其中，私人投资者关注 AI、金融科技和生物 科技。

综上所述，综合考虑政府和非政府机构的技术关注度，我们主要考虑三类技术： 前沿技术：AI、半导体、量子计算、生物制药； 制造业产业升级和转移的关键技术：先进制造和机器人；关键基础设施类技术：能源和先进网络。 由于篇幅限制，本文先研究前两类技术。

要对比中美科技创新实力，首先需要明确创新的本质和定义。我们可以从过程和结果两个 视角来看创新。从过程来看，要素投入量（如专利、研发和风险投资）有效地衡量了创新 潜力。但在真实的商业世界中，这种潜力要转化为规模和市场份额，才意味着产品和服务 得到了市场和消费者的认可。因此，我们对创新的定义不是发明、科学和创业精神，而是 将新产品或服务大规模推向市场。根据麦肯锡的研究，创新可以分成四类：效率驱动型、 客户中心型、工程型和科学型。

中美科技创新特点为：

中国：过去十年，制造业生产规模扩张和互联网经济的发展，表明中国可以进行效率 驱动和客户中心型的创新。工程型和科学型创新仍在发展中。前者包括高铁、飞机、 核电、医药器械等行业，在本地政府扶持下，通过干中学逐步发展。后者包括新药研 发、基因测序、半导体设计等行业，需要研发资金的大量投入。

美国：得益于私人部门创新生态、全球合作体系和基础技术创新，美国在 AI、量子 计算、合成生物等科学型创新领域硕果累累。但是，与国家主导模式相比，美国存在 的弱点包括：1）联邦政府缺乏系统性规划，在基础研究、基础设施和战略协调上投 入足够资源；2）美国对全球供应链的战略依赖使其具有脆弱性。过去三年，美国政 府和智库也意识到了这个问题。产业界对 AI、金融科技和人机互动等前沿科技有较 大兴趣，但政府部门强调经济安全，重视先进网络和先进计算。2021 年，拜登政府 发布《美国供应链执行令 14017 号》，启动了对半导体与 ICT、能源与清洁能源、医 药与医疗用品、国防与航空航天、农业与食品、运输与物流、关键矿物与材料等行业 的全面评估，强调“韧性、多元化、安全性、可持续性”四大支柱。在执行中，国土 安全部、商务部、能源部等部门将协同工作，通过立法和国际合作增强供应链安全。

中美创新体系有不同特点。中国政府追求的目标是通过先进的产业领导地位获得相对的全 球实力。美国强调市场力量决定竞争格局。由此产生的结果是：美国体制建立了创业型市 场资本主义，注重发明创造。中国以关键行业的规模化创新为目标，注重创新和生产。 美国以发明创造为目标，建立了创业型市场资本主义制度。麻省理工学院工程师兼校长万 尼瓦尔·布什 1945 年首次提出了美国创新的典型模式。该制度以其基本思路如下：政府投 资于大学和政府实验室的基础科学研究，研究项目由主要研究人员根据自身兴趣或由追求国防、太空探索、卫生或能源等机构选定。科研成果会被美国的企业家运用，做成产品在 自由市场上竞争。美国的文化、教育和移民政策支持打破常规、敢于冒险的人士，这是美 国自由经济的核心精神。自由市场、有限税收和强有力的知识产权保护体系，从制度上帮 助企业家从创新中获得经济回报，在市场上公平竞争。这种创新模式依赖于良好的科学、 敢于冒险的企业家和全球市场准入。 但是，科学发明是公共品，容易在世界各地复制和吸收，这导致了技术扩散。全球科技人 才数量增加和信息时代知识成本下降，更促进了各国吸收使用这些科学知识，使其逐渐成 为美国的竞争对手。逐渐地，中美基于制度优势在全球价值链中占据了不同的位置，形成 了“美国发明-中国规模化生产”的模式。美国专注于尖端科学和面向客户的高价值环节， 放弃了许多价值链较低层级的产业环节，导致其制造业空心化。中国则在电动汽车、核能、 机器人、化工、生物技术等许多领域快速进步，并在人工智能、量子和半导体领域取得进 展。

中国以规模化创新为目标，追求国家技术经济实力。通过公私合营等方式，企业获得了发 明创造，在此基础上推出新产品和服务。通常此阶段的质量和价格比较低。在政府的支持 和市场保护下，一些企业会扩大生产，成功的企业会进行持续的渐进式产品改进。最终， 在市场力量下，实力较强的企业存活并扩大销售额，规模效应增强，成本下降，研发投入 增加，形成良性循环。与此同时，若外资在行业竞争中失利，则会削减研发投入，退出细 分市场，转向高附加值的服务和品牌建设，有时也出售给本土企业。通用电器和海尔、英 迈和海航集团、摩托罗拉移动和华为、IBM PC 和联想，以及利盟和 Apex 科技都是典型 案例。这种创新在持续改进中取得行业领导地位，增加全球市场份额。同时，政策扩大市 场对创新产品和服务的需求，为企业带来优势。比如：政府为机器人应用提供支持，帮助 机器人生产商扩大规模。本土创新体系以生产系统为中心，对速度要求很高。其核心目标 是抢占市场份额并实现规模化，持续的市场反馈和学习成果会被尽快融入到产品设计和生 产系统中。

尽管如此，中美创新制度正在发生改革。美国政府在发展系统性规划能力，注重提升经济 体系的规模化制造能力。中国政府在鼓励市场竞争、加速技术扩散、促进探索发现和调整 国家与市场的平衡。 美国政府正在加强对创新的系统性规划，发展美国经济体系的规模化制造能力。在政策实 践中，美国政府越发重视经济安全和供应链韧性，通过增加政府支出和提供补贴推动制造 业回流。拜登政府通过巨额联邦投资拉动制造业回流，特朗普第二任期则强调关税保护和税 收激励。其具体行动包括：1）增加支出：联邦政府通过立法拨款等形式，促进制造业复兴。 如直接拨款、贷款和基础设施投资。2）补贴形式：主要包括税收抵免（如 IRA 的清洁能源生 产税信用）、直接赠款（如 CHIPS 的工厂建设补贴）和低息贷款。美国进出口银行还推出支持 出口导向制造业设施建设的程序，鼓励回流。3）特朗普上任后，宣布新关税并推动税收改革。 例如，制造业可追溯性费用扣除将降低企业回流成本。 根据回流倡议（Reshoring Initiative）的研究，美国制造业回流政策卓有成效。2024 年，制 造业回流和外国直接投资共增加了 24.4 万个就业岗位，这些岗位主要来自韩国、中国和德国。 若政府信号更明确，企业对新关税和产业政策信心增强，新增岗位数可能继续上升。

中国政府关注促进市场竞争、加速技术扩散和促进探索发现。根据世界银行和国务院发展 研究中心 2019 年合作撰写的报告《创新中国：增长新动力》，为了提高生产力、创新和长 期可持续性，中国的核心战略可概括为“3D”。具体内容包括：1）消除扭曲（Distortions）： 有效地重新配置资源（土地、劳动力和金融），通过竞争性市场达到目前的生产前沿。2） 加速扩散（Diffusion）：采用和推广现有技术，缩小与全球前沿的差距，发挥追赶潜力（如 通过全要素生产率与经合组织国家水平趋同，实现 GDP 翻番）。3）促进探索发现 （Discovery）：通过创新推动全球前沿发展，对接近高收入国家地位至关重要。为了避 免过度关注新技术而牺牲追赶，我们要平衡增长动力。优先考虑扭曲和扩散，以获得短期 收益，并注重探索发现。同时，政府应重塑产业政策，从定向的垂直支持（存在产能过剩 风险）转向横向的、符合市场的政策（改善要素市场和更广泛的营商环境）以应对外部性 等失灵因素。

在促进创新方面，中国已经建立国家创新体系（National innovation system, NIS），可以 为生产力驱动的增长提供创新和技术。现在的重心是完善现行制度，促进技术的扩散。具 体的措施可能包括：以自下而上的激励措施（如税收抵免）补充自上而下的研发体系；促 进基础研究；加强知识产权保护（如提高赔偿金、设立专门法院）；放开数据流动；提高 电信竞争力/质量等。

如上所述，科技竞争的实质是制度竞争，美国建立了创业型市场资本主义，注重发明创造。 中国以关键行业的规模化创新为目标，注重创新和生产。 展望未来，我们认为全球科技竞争可能出现三种情景：

基准情形：全球达成战略均势。中国在工程式创新中取得一些突破，在机器人、化工、 电动汽车、核电和消费电子等领域大幅拓展市场份额。但在生物科技、航空航天、软 件或半导体等技术复杂的领域仍面临挑战。基准情形发生的前提是：美国从科学为基 础的创新体系部分转向以工业生产能力为核心的创新体系，重视知识大规模应用于产 品和服务。中国通过竞争性市场有效配置资源，以自下而上的激励措施补充自上而下 的研发体系，加速技术扩散。

乐观情形：中国成为创新领导者。美国未能有效应对财政危机和反科学思潮，且执政 党更替导致政策执行不持续，全球创新生产中心的地理位置发生转移。美国在全球技 术附加值市场上的份额下降，中国占据主导地位。美国有一些创新公司存活，但许多 美国公司或转向服务业等竞争不激烈的市场领域。乐观情形发生的假设是：中国在新 一轮技术创新中占据主导地位，在人工智能、自主系统和材料创新中赢得市场。美国 未能有效改革创新体系。

悲观情形：中国产业升级进程不及预期。美国加快半导体、生物技术、人工智能等技 术的创新速度，同时采取利用出口管制政策和汇率政策影响对手，导致中国产业升级 进程不及预期。

4.1 前沿技术：人工智能、半导体、量子计算、生物技术

4.1.1 人工智能

根据斯坦福大学的研究报告，AI 产业正在迅速发展，呈现以下特征：

研发方面，AI 模型变得规模更大、算力需求更高、能耗更强，同时使用成本持续下 降。最新研究表明，标志性 AI 模型的训练算力需求约每 5 个月翻一番，大语言模型 训练数据集规模每 8 个月翻一番，而训练所需功耗每年递增。大规模的产业投资持续 推动着模型规模扩大和性能提升。以语言模型性能评估常用基准——MMLU 为例，达 到 GPT-3.5 水平（64.8 分）的人工智能模型查询成本已从 2022 年 11 月的每百万词 元 20 美元，降至 2024 年 10 月的仅每百万词元 0.07 美元（Gemini-1.5-Flash-8B 模 型），18 个月内降幅超 280 倍。根据任务类型不同，大语言模型的推理价格年降幅已 达 9 至 900 倍不等。

技术性能方面，AI 模型性能不断提升，开源模型性能与闭源模型差距缩小，前沿 AI 模型性能趋于收敛。2024 年，AI 在 MMMU、GPQA 和 SWE-bench 编程测试中的成 绩分别提升 18.8%、48.9%和 67.3%。在 Chatbot Arena Leaderboard 上，领先开源 模型性能在 2024 年 1 月初落后闭源模型 8%，而 2025 年 2 月差距已缩小至 1.7%。 同期，排名第一与第十的模型间 Elo 分数差已从 11.9%收窄至 5.4%，表明 AI 模型竞 争日益激烈。

应用层面，AI 在多种工作场景开始产生财务效益，但仍处于初期阶段。节约成本方 面，客户服务、供应链管理、软件工程领域，均有 40%以上企业报告实现降本，但 成本降幅大多不足 10%。收入增长方面，营销、供应链管理和服务运用缓解，均有 50%以上受访者报告收入提升，但增幅普遍低于 5%。

科技竞争方面，中美各有优势：

美国顶尖模型数量领先全球，但中美模型能力差距逐渐缩小。根据斯坦福大学的研究， 2024 年，美国机构开发了 40 个标志性 AI 模型，超过中国的 15 个和欧洲的 3 个。 2024 年末，在 MMLU、MMMU、MATH 和 HumanEval 等比较基准中，中美模型的 性能差距已收窄至 0.3、8.1、1.6 和 3.7 个百分点。

中国 AI 普及率增速迅速上升，且社会环境支持度较高。AI 应用率方面，2024 年北 美、大中华区和欧洲的企业 AI 应用率分别 82%、75%、80%，较 2023 年增加 21%、 27%和 23%。美国保持全球领先地位，大中华区同比增速最高。欧洲增长了 23%， 紧随其后。

展望未来，中美 AI 竞争的关键点包括：

如何利用开源模型克服出口管制对 AI 硬件的影响？开源模型性能迅速提升，或成为 克服出口管制影响的重要机遇。通义千问等国产大模型的卓越表现已证明企业可以有 效利用开源模型克服出口管制障碍，发展高性能 AI 模型，快速追赶美国同行。而且， 领先开源模型与闭源模型的差距正在迅速缩小，这成为中国发展 AI 的重要基础。

美国能否克服数据中心建设的能源瓶颈？核能等能源供应、推理计算需求驱动 AI 能 源需求分散化和灵活化，以及小模型的迅速发展，可能会使能源约束更为宽松。一方 面，人工智能正在推动能源结构的重大变革，并引发对核能的新一轮关注。微软宣布 以 16 亿美元重启三哩岛核反应堆，为人工智能提供动力。而谷歌和亚马逊也签订了 核能协议，为人工智能业务提供支持。另一方面，AI 能源需求随着推理计算发展日 益灵活和分散。推理计算不需要大规模集中计算，它可以分布在全球多个数据中心，这减少了建造大型集中式电力设施的需要。最后，随着高性能小模型的涌现，算法效 率提升，开发者可以使用更少的数据和更低的训练成本实现更高效能。

4.1.2 半导体

2022 年 10 月以来，美国从技术、产能和关键基础设施三个维度对半导体行业实施出口管 制，以保护美国的科技霸权。我们认为，制度优势和超大规模市场将帮助中国企业在半导 体竞争中突破技术封锁，迎头赶上。具体说：

举国体制促进光刻机领域的国产替代进程。

美国联邦体制较为松散，《芯片法案》或难完全执行。

后摩尔定律时代，基于新型设备、材料和架构的技术创新不断涌现，超大规模市场有 利于促进技术应用落地，做大做强。传统半导体制造技术面临物理规律、资金成本和 能源需求方面的约束，不能持续发展。后摩尔定律时代，技术创新包括 3D 封装和 异构集成改进，和自旋电子学、超导电子学和隧道场效应晶体管等新材料和新设备， 以及全新的计算形式，例如可逆计算和热力学计算。目前，将物理突破从实验室转移 到工厂大约需要 10 年时间，但如果能够实现这个过程，那么竞争态势将会改变。

4.1.3 量子技术

量子技术引入了强大的新型计算形式，具有打破全球平衡的巨大潜力。通过量子叠加技术， 我们可以：1）利用新算法来解决此前难以解决的优化和加密问题。2）对复杂系统（例如 设计分子和材料的系统）进行极其精确的计算模拟，从而促使下一代超导体、电池和药物 开发的新突破。3）通过利用纠缠和干涉放大真实信号模式并抑制随机背景噪音，从而成 为下一代传感和计量系统的基础，例如隐形雷达、超精密原子钟和远程磁异常探测器。 量子技术目前处于研发阶段，距离商业化应用还有 5-10 年，因此各国投资金额不算高。 哈佛大学《关键与新兴技术指数》指出，根据美国国会的估算，从 2008 年到 2023 年， 美国公共和私人部门在量子技术领域的投资总额约为 94 亿美元，远低于《芯片法案》为 半导体制造、研发和人才培养拨款的 520 亿美元。在此背景下，量子生态系统呈现碎片化 和区域差异化发展。在美国，学术界孕育创意并引领基础研究，初创公司推动高风险技术 创新，大公司负责工程设计以扩大经过严格审查的技术规模。中国则采取国家主导的模式， 将研究、开发和产业联系起来。目前，美国在量子领域总体领先，但中国在量子传感和通 信领域也有显著优势。

4.1.4 生物医药

生物制药包括生物技术和制药两大内容。生物技术专注于开发生物制剂，即源自生物体的 大型复杂分子，例如单克隆抗体、疫苗和基因疗法；而制药则专注于以化学为基础的药物， 由化合物合成，例如小分子药物。 在这一领域，中美整体表现相似。美国在基因工程、疫苗研究和农业技术方面表现出色， 这得益于私营部门的创新和公私合作。中国则通过大规模的公共投资和国家支持的制造业 在药品生产领域占据主导地位。未来竞争的关键是，中国能否增强商业化能力将科技创新 落地，完成从实验室到医院和药房的转化，美国能否改善供应链安全。

根据美国无党派智库特别竞争研究计划（SCSP）和美国信息技术与创新基金会（ITIF） 的研究，我们有以下具体观点：

在生物科技领域，美国生态完善，研发水平最高。中国注重提升商业化能力，研发能 力不断增强。生物科技领域的研发能力主要有三个衡量标准：新药研发、对外授权交 易和临床试验。 （1） 新药研发：近年来，中国药物批准数量不断增加。2023 年，美国食品和药物 管理局（FDA）批准了 55 个新药，其中 3 个来自中国开发者。与此同时，根 据美国信息技术与创新基金会（ITIF）的数据，中国国家药品监督管理局 （NMPA）在 2023 年批准了 87 种药品，包括 5 种来自国内公司的首创药物。 （2） 对外授权交易：中国对外授权交易数量不断增加，表明跨国公司对中国生物 技术产品质量的信心日益增强。根据美国信息技术与创新基金会（ITIF）的 计算，从 2019 年到 2023 年，中国对外授权交易数量从 15 增加到 33，其中 肿瘤学领域增幅最大。过去，生物制药产业专注于降低传染病发病率，这使得中国成为青霉素、疫苗和其他抗生素生产的全球领导者。但随着传染病死 亡率的下降，中国的重点转向心血管和代谢紊乱等慢性疾病，并最终转向肿 瘤学。 （3） 临床试验：中国公司越来越多地参与早期药物研发。根据 IQVIA 2024 年报 告，2013-2023 年，中国生物制药公司开展的临床试验份额 3% 上升到 28%。 其背后的原因为：当前临床开发的重点越来越狭窄，患者可用性和招募速度 对产品上市速度和经济效应较为关键。中国患者数量相对更多，招募速度更 快，且试验成本比美国低 25%-40%。这有利于其降低药物上市成本，加速药 物上市进程和进入全球市场。

在药物生产领域，美国医药供应链对中国存在显著依赖，尤其是在原材料（API）和 部分医疗物资方面。

当前，美国通过多种方式激励医药产业链回流美国。其主要策略为：政府投资原料药的先 进制造技术，企业投资特色原料药和专利药。大宗原料药短期难以摆脱对中国依赖，长期 关注技术进步能否重塑全球医药产业链。然而，在提高原料药生产能力上，美国政府的财 政和税收激励政策较少，主要采用以生物技术和连续生产等技术驱动、以供给合同为主的 方式，目前效果有限。中国在大宗原产药生产上具有较强的竞争优势，包括生产成本、产 品质量、环保标准和上游完整的化工产业基础，美国短期内很难摆脱依赖。但在中国医药 创新产业升级的进程中，美国可能在特色原料药和专利原料药等高附加值领域限制竞争对 手发展空间。美国知名制药公司在国内建设和扩张的产能领域也主要是特色原料药和专利 原料药。这将压缩中国与发达国家在原料药领域的创新合作空间，增加产业升级难度。长 期来看，技术突破会显著影响全球原料药供应链变动。若美国在生物技术、连续生产工艺 等先进制造领域的研发和投资获得成本，可抵消其劳动成本，那原料药产能“回流”美国 的可能性将会上升。

4.2 制造业产业升级和转移的关键技术：先进制造

4.2.1 先进制造

先进制造是一个融合技术领域，既包括数字技术在物理世界的应用，也包括基础工艺创新。 具体说：

数字技术在制造业中的应用，将使得制造业越来越类似于软件开发，显著降低成本并 提高质量。它以工业人工智能系统的部署为标志，将加速商品设计和生产流程。未来 工厂将部署工业人工智能系统和高保真仿真工具，以更快、更灵活地设计和产品周期 获得创新优势。其影响渠道有：1）人工智能副驾驶，（AI-powereded copilots）将充 当“操作系统”，帮助工人理解复杂的工厂数据；2）人工智能增强型设计工具，可以 根据自然语言描述创建产品设计。3）生成式人工智能可以解锁多模态数据之间的低 成本转换，开启“机器人领域的 ChatGPT 时刻”，为通用型人形机器人部署铺平道路。 4）协作机器人，实现人机协作模式，将工人从枯燥、肮脏或重复的任务重解放出来， 并在管理复杂系统方面开辟薪酬更高的职业。5）在数字孪生系统中测试新设计、创 建原型和模拟制造过程将更便宜，使得相关公司获得创新和成本优势。

先进制造业也包含基础工艺创新，从根本上改变制造流程的成本曲线，这将使产能规 模化成为可能。 工艺创新对制造产品的制造流程进行变革，可能具有高度颠覆性，能大幅降低成本， 并创造实现前所未有的规模化机会。历史上的典型案例包括：1）利用蒸汽发电的瓦 特法。2）用于炼钢的贝塞麦法 3）用于微电子的平面工艺。这些案例表明，创新往 往源于工艺优化（如效率提升和标准化），从而解锁规模经济（economies of scale）， 最终放大人类生产力和连接性。 工艺创新也通常意味着找到处理原材料的新方法。与传统的金属成型、切割和铸造方 法相比，这些工艺更高效、更灵活、或更能满足极端要求。其典型案例包括：1）增 材制造。它使制造商按需打印高强度金属和复合材料，在生产线上的作用越来越大。 2）生物制造：如在发酵罐中，从生物原料中生长材料；3）其他工艺创新，包括摩擦 搅拌焊接、机器人金属板成型以及自动化材料发现和表征。 当前，工业领域正在进入变革时代，其驱动力为软件和 AI 在现实世界的应用。

展望未来， 中美的优势在于：

美国可以利用其在 AI 和软件赋能创新方面的竞争优势，与大规模产能投资相结合， 抵消成本劣势。其配套措施包括：对美国制造业劳动力进行大规模投资，合理运用贸 易工具保护美欧市场经济体免受产能过剩的影响，以及逐步改进工业系统的网络防御。

中国的优势在于：在机器人技术部署方面处于领先地位，并在传统芯片等数字化制造 的关键生产领域确立主导地位。

考虑到先进制造是数字化和传统制造业的深度融合。若创新与生产集中在一起，可以在设 计和生产之间建立快速的反馈模式，从而增强创新能力。这意味着，若中国可以有效利用 全产业链优势，包括在人形机器人供应链中的优势（电池、电机和原材料），则可能会在 人形机器人硬件堆栈中保持领先。美国的再工业化能够成功，则取决于国会在电动汽车、 储能和半导体领域的投资能否持续，以及关税、税收政策（如延长资本设备费用拨备）等 产业政策是否有效。全球其他发达国家和新兴国家的贸易政策也会对此有影响。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）

来源：未来智库