2022年全球背景下的美国研发和创新

来源：创新研究

编译：李欣雅，孟凡蓉

【按】研究与开发（R&D）是产生新知识和创造新技术的前提，研发投入是创新的重要基石。近年来，美国的公共投入停滞不前，但在研发投入方面的地位依然强劲。中国的研发投入虽然与美国还有差距，但在数学和物理科学及工程方面的产出已世界领先，并产出了越来越多的高价值专利。在美国国会对国家竞争力持续关注的背景下，美国科学促进会（American Association for the Advancement of Science，AAAS）依据经济合作与发展组织（OECD）2022年3月底发布的最新数据，对美国研发和相关创新指标的主要趋势进行了数据更新和解读。

一、总体趋势

       

经通货膨胀和跨国价格差异调整后，全球研发总投入在过去20年增加了两倍。尽管2020年全球研发仍增加了650亿美元，但从整体上看，新冠肺炎疫情一定程度上减缓了增长速度。

图1所示的一个明显趋势是，来自38个经合组织成员国以外地区的研发投入迅速扩张。1992年，经合组织成员国几乎占据了全球研发的全部份额。之后，经合组织的研发活动不断增加，投入强度也不断提高。但目前30%的研发来自OECD以外的国家，超过80%的非经合组织研发投入来自中国。

研发投入有多个经费来源，如图2所示，到目前为止，商业机构是经合组织经济体中最大的研发资助者。2019年，商业机构提供了近9000亿美元，占经合组织研发资金的64%，政府融资占研发的24%，其余部分由高校、非营利组织提供。

从1992年起，高等教育和其他非营利机构的研发投入按实际值计算增长了将近两倍，商业部门研发投入增长了一倍多，而政府研发投入只增长了50%。OECD各主要经济体的特点非常相似，自2009年金融危机以来，政府研发投入停滞不前，没有任何实质性增长。在新冠肺炎暴发的2020年，OECD几个发达经济体的公共研发投入激增，卫生领域成为投入重点，同时私营部门的研发投入开始下降。但这种趋势没维持太久，2021年回归常态。

二、世界各国家/地区的研发投入：中国持续增长

       

长期以来，美国的研发投入在世界遥遥领先，然而中国的研发投入在近几年迅速增加。自2000年以来，中国来自公共和私人来源的研发投入平均每年增长14.2%，这一惊人的增长率几乎是韩国的两倍，是美国的四倍。

疫情期间，中国和美国的研发支出均有所增加，而欧盟的总支出则有所下降。欧盟成员国中，意大利是第一个成为疫情中心的国家，封锁措施和资金的重新分配在一段时间内限制了科学产出，英国退出欧盟也造成了研发资金的大量转移。部分欧盟国家因疫情研发投入显著增长，爱尔兰的研发支出在此期间增加了6%。在“其他国家/地区”类别中，中国台湾研发投入增长了7%，以色列和韩国继续其上升轨迹，均增长了3%。

（一）研发强度

研发强度是研发支出占国内生产总值（GDP）的比例，表明一个经济体投入研发资源的相对份额，是衡量一个经济体创新能力的指标。美国的研发强度在1990年代中期跌出前五名后，现在其排名正重新攀升。截至2020年，美国的研发强度排名第六。以色列、韩国和中国台湾仍位居前列。中国持续快速上升，但仍远低于3%。

（二）公共和私人研发强度

不同的经济体有着不同的研发资金构成。公共研发强度这一指标居于领先地位的是挪威、德国、韩国和奥地利。美国自20世纪90年代以来，在全球公共研发强度排行中一直在下降，这是金融危机和2011年《预算控制法》颁布后联邦研发持续放缓的结果。2020年为应对新冠病毒传染，美国联邦政府研发支出有所增加。

在整个经合组织中这种明显的危机后公共研发支出放缓并不罕见，但与其他几个经济体相比，美国的情况似乎更为严重。虽然公共研发投入增长低迷，但来自私营部门的研发投入持续增长。商业研发投入仍然是美国的一项长期相对优势，在风险资本市场上继续占据主导地位。

截至2019年，美国在全球民营企业研发强度排名中位列第五。虽然最近美国排名有所上升，但韩国、日本和中国台湾保持了领先地位，中国的私营部门研发强度在过去20年里增长了4倍。经合组织的数据显示，私营部门研发投入的增长在各领域并不一致。2019年至2020年，软件和计算机服务、制药和生物技术公司的投入实现了增长。另一方面，汽车和航空公司研发投入有所下降。

（三）基础科学的强度

不同的经济体也会表现出短期投入的倾向，即更多地关注研发成本，或通过基础科学进行长期投入。

基础科学本身具有不确定性，其结果无法预测，初始投入和经济收益之间的时差可能长达数年甚至数十年。由于知识溢出效应，个人投入者也很难从知识收益中获得实际利益。然而，基础科学产生的知识可能为新商业机会打开大门，而这些机会是更多的短期研发资助者无法获得的，其社会回报远远大于私人回报。基于这个原因，基础科学历来与公共投入有更多的联系，而产业研发则略微侧重于应用科学和开发。

在近年来公共研发下降的情况下，美国的基础科学强度依旧相对稳定，这表明基础研究中有很大一部分是由企业资助的。截至2019年，美国的基础科学强度排名世界第十，仅次于韩国、英国、丹麦和其他几个国家。

三、研究人员：中国进一步领先

       

创新型经济不仅需要对研发进行投入，还需要有一支能够进行研发并利用其产生知识的劳动力队伍。根据经合组织的测算，中国的全职研究人员总数增长迅速。截至2020年的最新数据显示，目前中国有200多万名全职研究人员，而美国的全职研究人员数量刚刚超过150万。

同时，中国与其他国家在科学与工程（S&E）博士学位数量上的差距也在持续缩小。截至2018年，美国产生了41071个科学与工程博士学位，而中国产生了39768个。印度排名第三，拥有26890名S&E博士学位。

值得注意的是，美国研究人员的劳动力和学位总数可能很快就会受到最近外国人才流动变化的影响。二十年来，美国首次未成为世界上最重要的工作目的地。

与研发一样，美国在国际研究人员队伍比较中占据优势地位的部分原因还是经济规模。图12显示了各类研究人员劳动力占总劳动力的比例，这表明美国的研究密集型程度远低于其他几个经济体。另一方面，尽管中国在增加研究人员方面取得了长足的进步，但与全球领先企业相比，还有很大的差距要弥补。不同经济体的研究人员构成因行业而异。美国与韩国和日本一样，企业/商业领域的研究人员比例特别高。

行业组合还可能表明，各国在实现新突破、通过开放科学规范共享和传播知识，或通过商业产品、临床治疗等将新发现转化为社会应用方面的能力各不相同。一些国家调整了政策和投入战略，以解决部门研究平衡问题，例如日本设立了大学研究发展基金。

四、科学出版物：美国在生命科学领域占据主导地位，在物理科学领域已被超越

       

衡量科学产出和绩效的一个常见指标是在科学期刊上发表经同行评审的原创研究文章。此类文章是分享新理论或实验发现的最常见形式。

（一）总出版物

报告利用美国国家科学基金会（NSF）关于出版物产出的2021年指标报告数据计算了各个国家/地区的发文量。

与研发投入一样，中国在出版物产量方面的进步相当惊人，尤其是考虑到美国对其他发达经济体的优势。在此期间，中国的科学和工程出版物每年增长超过13%，在2016年的出版物总数超过了美国，并且没有放缓的迹象，2020年的总数接近70万。

（二）有影响力的出版物

除了原始数字外，NSF还报告了高被引文章的估计数，即当年各领域引用最多的1%出版物中的文章。根据NSF基于Scopus的数据，美国作者的文章中有1.8%是全球被引用最多的。从全球来看，这一比例相当高，不过仍排在了英国、澳大利亚和意大利等几个高研发资助国之后。中国的排名远低于美国，为1.2%，与中国其他指标一样，这一数字较20年前已有明显改善。

报告利用Web of Science的数据，将同一学科的文章根据被引用次数进行排名，发现美国科学家在几个主要基础学科领域仍然有很大的影响力，相对影响最大的是生命科学。此外，中国科学家在物理科学和工程领域取得了更大的影响，其中包括化学和数学。2014年，中国在这方面的文章被引用次数超过了美国。

五、专利申请：日本保持领先，中国崛起

       

报告利用专利数据来评估经济体将投入（资源和人才）和知识产出（出版物）转化为具有经济价值的有用的商业发明的能力，考虑到专利的低价值问题，选用三方同族专利进行分析。三方同族专利是指发明人在美国、日本和欧盟的专利局注册的同一发明专利。这些多边专利家族倾向于获取更具经济价值的发明，而忽略了那些可能只在申请人本国单一专利局备案的垃圾专利。

最新的三方同族专利数据显示，日本仍然是高价值三方同族专利的最大生产国，美国位居第二，这两个国家和其他三方同族专利的主要生产国的增长趋势相当稳定。与其他指标一样，最明显的变化是中国的崛起，自2000年以来，中国的三方同族专利数量大幅增加，仅在过去十年里就增加了六倍。

计算三方同族专利占GDP的比例，出现的情况非常不同：每10亿美元的GDP中，日本以3.7个三方同族专利数量继续占据主导地位，其次是韩国（1.25个）和德国（1.20个），这些都是知识产权密集度最高的经济体。美国三方同族专利产生率一直在下降，2018年降至0.61，低于法国和中国台湾。另一方面，中国的三方同族专利/GDP强度显著增加，从2013年的每10亿美元0.23个增加到2018年的每10亿美元0.38个。

各国在不同行业的三方同族专利产生情况也不甚相同。日本生产的三方同族专利总体上比美国多，但2017年，美国占生物医学领域三方同族专利的大多数，并在人工智能相关技术方面以微弱优势击败日本。反过来，日本在信息和通信技术（ICT）和环境科学方面处于领先地位。

六、结论

       

从上述指标可以发现，部分指标因国内经济规模的影响，美国仍处于研发优势地位，研发投入总额、科学出版物、研究人员数量和三方同族专利方面均居第一或第二位。

但当按比例调整后，美国的表现就没那么突出了。例如，美国目前在R&D强度方面排名第六，在基础科学方面排名第十，总劳动力中研究人员占比排第17位。R&D强度排名因企业的投入确实最近有所改善，但公共R&D仍然停滞不前。这种停滞在高收入经济体中并不罕见，但在美国情况更糟。

与此同时，来自其他国家的竞争日趋激烈，尤其是来自中国的竞争。中国二十年来的研发增速是美国的四倍，目前在非经合组织国家的研发中占80%以上。其他经济体也在继续投入，韩国、德国和其他国家在研发和研究强度方面都名列前茅。

中国对美国科技创新优势产生了巨大挑战。就科学进步而言，中国在物理科学和工程领域的影响力远超美国，在生命科学领域的影响力也在不断扩大，而生命科学是美国传统主导领域。中国目前在价值更高的三方同族专利方面位列全球第三，这比其早期的表现有了显著的改善。

总而言之，美国的处境尚未处于劣势。但如果要保持美国在科学和技术方面的领先地位，政策制定者还应对研发投入政策采取积极主动的态度。