综合篇

第一章 2018年全球新兴产业发展概况

第一节 全球新兴产业发展新特征

2018年，美国、德国、日本等主要发达国家加快布局战略性新兴产业，纷纷制定战略，加快前沿技术研究，特别是对共性技术高度重视、重点突破。积极促进跨学科、跨行业的交叉融合，抢占战略性新兴产业发展先机。其中，人工智能成为全球战略竞争的新焦点，并在战略、投资和研究等方面持续加大力度。

一、战略计划引领产业发展新方向

2018年，全球很多国家纷纷通过制定战略规划，引领新兴产业发展方向，涵盖网络、生物技术、新能源、新材料、人工智能、量子技术等诸多领域。

（1）综合性科技战略。2018年，韩国发布了第四个五年科学技术计划——《第四期科学技术基本计划（2018—2022）》，该战略选定了120个重点科技项目，其中，智慧城市、人工智能和3D打印等12个项目为首次入选。2018年，韩国发布了《2019政府研发投资创新方案》，明确了政府未来科研预算的使用方向，完善了重点领域和重大研发计划，以及政府资助的方向，列出了韩国重点投资的12个研发领域。2018年9月，南非发布《科学技术与创新》白皮书草案，强调要在生物技术、纳米技术、先进制造研究和创新等领域加快突破进程。

（2）生物医疗。在健康和护理领域，2018年，德国发布了《高科技战略2025》，提出要实施“德国十年”抗癌计划及针对“预防和个性化医疗”的信息化解决方案。

（3）量子科学。2018年12月，美国发布了《国家量子计划法案》，全面加速量子技术的发展和应用，并努力确保美国成为量子信息科学的世界领导者。2018年，英国政府拨出2亿多英镑重点支持2019年量子技术的研发，并于11月宣布拨款2000万英镑，支持研发微型原子钟原型、量子传感器，以及高级接收器和低成本集成芯片。2018年，德国的《高科技战略2025》中，提出将重视数字安全，利用量子通信实施新的“整体IT安全解决方案”。

（4）节能发展。2018年，德国的《高科技战略2025》将可持续气候保护和能源领域作为重点，提出大幅减少塑料使用，降低对环境的污染。2018年1月，英国宣布将在2025年之前投入运营首个碳捕捉、储存及利用项目。

（5）其他战略。2018年3月，美国颁布了《国家太空战略》，以加强美国在太空竞争力方面的领先优势。2018年9月，美国发布了《国家网络战略》，提出未来将巩固美国在网络空间的利益，并表明美国有意扩大其在网络空间的国际影响力。

二、前沿基础研究不断取得新突破

2018年，量子通信、信息技术、粒子加速等前沿技术领域不断取得新突破，在相关基础研究领域涌现了一大批新成果，新技术已经成为全球各主要国家抢占未来发展机遇的重要抓手。

（1）生物医疗技术。2018年，美国癌症免疫疗法研究取得新突破，推出了当前世界上最为综合的癌症基因组图谱，该图谱为提高癌症疗法疗效和研发新药提供了路线，对抗癌药物的研发具有重要意义。

（2）新一代信息技术。2018年3月，英国国家物理实验室研制出一种可用于微型光子电路的全光二极管，该二极管成本低、效率高，对光子芯片和光子通信领域有重要影响。2018年3月26日，日本物理化学研究所成功开辟了一种模拟人脑全脑回路的算法，该算法可以应用于下一代超级计算机领域，应用该算法能够有效提高计算效率，对于计算机发展具有重大意义。

（3）新材料技术。以色列和英国科学家合作发现了新的原子级加热机制，有望推动石墨烯材料的发展。

（4）核应用技术。2018年3月，来自美国、德国、俄罗斯、以色列和法国的科学家使用“重离子超导同步加速器”在俄罗斯杜布纳成功进行首次实验。为此，俄罗斯计划在符拉迪沃斯托克建设同步加速器，以借此机会建立亚太地区新的高科技产业中心。2018年，俄罗斯科学院西伯利亚分院推出了一种新型开放式螺旋磁阱装置，该装置具有简单的结构和较低的成本，并且可以在不使用氚作燃料的情况下进行诸如氘—氘的聚变反应，在降低等离子体温度方面非常有效。

三、跨界融合形成产业发展新模式

2018年，新兴产业的发展表现出多行业、多学科交叉融合的特征，特别是材料科学、信息技术、新能源等应用广泛的共性技术之间加速融合，衍生出新的产业形态，有效提升了产业效率。

（1）信息技术与材料科学融合。随着量子计算、人工智能等技术的发展和成熟，新材料模拟和预测的速度不断加快。IBM公司的科学家利用新算法，成功模拟了氢化铍7量子位系统（beh12）分子。美国哈佛大学和普渡大学利用人工智能可以预测制备亚硒酸钠晶体的反应条件，预测结果比拥有十年以上经验的材料化学家更准确。

（2）新能源技术加速应用推广。随着环境问题日益严重，许多国家正在努力发展绿色经济，促进可持续发展。全球科研机构与科技企业在开发低能耗、可循环使用及环境负荷低等性能的新能源方面不断加大研究力度，加快推进与绿色经济和可持续发展直接相关的新能源技术商业化，节能环保和生物医用等新材料的开发受到广泛重视。

（3）军民结合技术。为加强军事和民用技术的整合，以色列加强国家情报机构与民间企业的合作，如军工企业拉斐尔公司和航空航天领域民企ELTA加入新的创新计划，为以色列国家安全部门开放应用型技术。

四、人工智能成为全球竞争新焦点

2018年，全球人工智能产业进入快速发展时期，人工智能成为许多国家重点发展的战略性新兴产业。多个国家纷纷制定了人工智能国家战略，增加了投资、加强了研究等，亚洲国家高度重视人工智能，日本、印度、韩国等国家纷纷加入人工智能发展的全球竞争。

（1）制定国家战略引领发展。美国制定了一系列的人工智能战略统领发展，2018年4月，美国制定了《国防部人工智能战略》，加快在国防领域的人工智能部署，促进人工智能关键核心技术和市场应用的发展。在欧洲，法国于2018年3月发布了《法国人工智能发展战略》，英国在4月发布了《英国人工智能发展的计划、能力与志向》。在亚洲，日本在《综合创新战略》中提出要支持人工智能的重点措施，韩国发布了《人工智能研发战略》，印度发布了《人工智能国家战略》。

（2）成立专门的推进机构。2018年5月，美国成立人工智能特别委员会，加强在人工智能发展中各利益相关者之间的统筹协调；在国家安全方面，美国成立人工智能国家安全委员会，专门处理人工智能可能引发的国家安全问题。2018年6月，欧盟委员会成立人工智能高级小组，负责推进欧洲人工智能投资进程，积极推动欧盟人工智能政策的制定、立法等。

（3）加大人工智能资金支持力度。2018年8月，美国白宫发布的《2020财年政府研究与开发预算优先事项》中，人工智能被列为优先投资的重点领域。在欧洲，2018年，欧盟提出要在4年时间内投资200亿欧元；英国和法国分别宣布投资13亿美元和18.5亿美元用于开发人工智能。在亚洲，2018年，韩国计划5年投资20亿美元用于人工智能应用，加强专业人才培养，培训5000名人工智能专业人才；印度投资4.77亿美元用于人工智能、机器学习等技术发展，亚洲的竞争表现尤为激烈。

（4）开展人工智能专题研究。2018年7月，新美国安全中心发布了《人工智能与国际安全》，全面研究了人工智能对信息、经济、国防等领域的安全影响。而欧盟则更加关注人工智能可能引发的伦理、道德等方面的问题，2018年3月，欧洲政治战略中心发布了《人工智能时代：确立以人为本的欧洲战略》，重点介绍全球人工智能发展概况，对比欧洲各国与全球其他国家的人工智能发展，分析人工智能可能引发的道德问题等。2018年4月，英国提出通过加强研发、强化STEM教育、提升数字基础设施等，推动英国成为全球人工智能领导者。

第二节 发达国家新兴产业发展动向

一、美国

（一）优势领域的最新动向

（1）新一代信息技术。美国继续在新一代信息技术的研究和应用方面突破创新。在量子计算方面，2018年1月，英特尔公司成功开发出了49量子位测试芯片Tangle Lake，该成果被认为是实现“量子霸权”目标的重要进展。同时，美国科学家在固态量子计算平台、模块化量子计算关键架构等基础研究领域取得了系列研究成果。在超级计算方面，2018年4月，美国能源部推出用于开发新的百亿亿次级超级计算机的18亿美元投资计划；6月，美国超级计算机“顶点”重回全球超级计算机榜首，该计算机以每秒12.23亿亿次的浮点运算速

度，在全球超级计算机500强中排名第一。在5G推广应用方面，2018年1月，美国运营商Verizon宣布将在美国4个城市推出5G Home，随后，运营商AT&T宣布将在美国19个城市正式提供“5G+”服务。

（2）人工智能。美国牢牢占据人工智能方面的领先地位，在2018年继续领跑。2018年3月，微软对外宣布，公司研发的新型机器翻译系统在通用新闻的汉译英上达到了人类水平，实现了自然语言处理的突破；7月，在2018国际人工智能联合会会议上，包括DeepMind创始人在内的2000多名学者共同签署《禁止致命性自主武器宣言》，共同应对人工智能发展可能产生的道德、伦理及相关现实风险；10月，DeepMind开源了基于Tensorflow和Sonnet的图深度学习工具包Graph Nets，同时，来自Google大脑、MIT等的专家学者在关系型RNN、图卷积神经网络、关系性深度强化学习等领域取得研究进展；11月，来自美国华盛顿大学和卡耐基梅隆大学的研究人员宣布成功建立了多人脑对脑接口合作系统BrainNet，参与者能够仅仅通过意念进行《俄罗斯方块》游戏，并且准确率高达81.25%，真正实现人脑“社交网络”。

（3）新能源。美国历来重视新能源发展，2018年持续加大对核能、生物能、太阳能等新领域能源的研发力度，尤其是在新型电池研发方面取得重大成果。美国先后研发出纸基生物电池、新型锂空气电池、可充电水基锌电池，并在提高电池性能方面取得新的进展，研发出将电池容量提高40%的锂离子，能够将有机太阳能电池的光电转化效率提高至15%。2018年10月，布朗大学的科学家开发出了新型燃料电池合金催化剂，其反应性和耐久性都超过了美国能源部制定的2020年的目标。

（4）增材制造。美国积极推动在增材制造领域的关键技术研发。2018年7月，明尼苏达大学研究人员研制出可直接在真人手上打印电子元件的3D打印技术，该项技术有望用于战场，帮助士兵检测生化制剂。同时，增材制造技术在生命科学领域也有新进展；8月，明尼苏达大学研究人员利用3D打印设备成功制出生物工程脊髓，有望帮助脊髓损伤患者恢复某些身体功能；月，America Makes和美国国家标准协会（ANSI）联合发布“增材制造标准化路线图（2.0版）”，为增材制造技术标准奠定了基础，也成为美国在该领域布局的重要依据；10月，华盛顿大学工程师开发出可跟踪和存储使用方式的3D打印器件，实现无需使用电池或电子设备即可达到共享信息的目的。此外，美国在光热合成石墨烯纳米带、声波制造超微型光二极管等技术方面取得了新的突破。

（二）政府采取的主要举措

（1）加大政策扶持和资金投入力度。2018年5月，美国政府组织谷歌、亚马逊等38家公司代表、学术界代表和政府相关人员召开人工智能研讨会，并积极成立人工智能特别委员会，该机构负责协调各部门在人工智能领域的投资；6月，美国国防部宣布成立联合人工智能中心，并计划在未来5年内投入17亿美元，用于加速项目研发和扩大技术应用范围；9月，美国国家科学基金会和国防高级研究计划局宣布将在未来5年内投资20亿美元，用于开发新一代人工智能技术；12月，美国白宫拟投资12亿美元用于支持量子科学技术研发。

（2）推出多项科技战略。2018年11月，美国国际战略研究中心发布了《美国机器智能国家战略》研究报告，重点分析了美国机器智能在国防、经济、社会等方面的策略，并提出了相关发展建议；12月，美国计划在2019年年初出台最新版的人工智能研究战略，主动适应新形势、新变化，替换之前的人工智能战略计划，用于引导美国人工智能发展，特朗普于同期签署《国家量子倡议法案》，旨在维持美国在量子科学领域的世界领导地位。特朗普要求有关部门抓紧制定国家频谱战略，加快布局美国5G通信网络，为产业发展提供网络基础。

二、德国

（一）优势领域的最新动向

（1）新一代信息技术。德国高度重视信息技术研究，于2018年取得了显著成效。2018年1月，德国凯泽斯劳滕应用技术大学的科学家用磁子（又称玻尔磁子）取代电子，并在集成振幅回路中使用这些磁子形成电流，与电子相比，磁子可以以更少的能量传输更多的信息，使计算机实现速度等性能的提升，为未来磁子芯片的研发提供了可能；8月，德国卡尔斯鲁厄理工学院的研究团队开发出世界上最小的晶体管——单原子晶体管。它是在固态凝胶电解质中利用电流控制单个原子位移实现开关的量子电子元件，可以在室温下操作，将极大地减少电能消耗，为未来信息技术开辟了新的应用前景，德国科学家在量子传感器和量子计算机等领域也取得突破性进展，例如，康斯坦茨大学的研究人员成功开发出基于硅双量子位系统的稳定的量子门，为量子计算机的研发提供了坚实基础。

（2）新材料。德国在新材料领域的研发取得了突破性进展。2018年8月，德国埃朗根-纽伦堡大学爱德曼·斯比克教授研究团队在石墨烯中成功找了可以直接接触和错位的方法，为石墨烯纳米结构材料的研发和应用奠定基础；1月，德国于利希研究中心利用不同类型的磷酸盐化合物研制出固态电池的阴阳极和电解质，充电效率比传统固态电池快10倍；德国亚琛工业大学与IBM公司合作开发出基于玻璃态金属锑的新型单元素相变存储器，该成果在“脑启发计算”等前沿领域具有巨大的应用价值。

（3）智能制造。随着德国“工业4.0”的持续推进，德国智能制造实现了快速发展。2018年3月，慕尼黑工业大学和慕尼黑大学联合组织科研团队，研发出新型的纳米机器人，可以适应纳米颗粒，同时该微型机器人还可对分子施力，能够在复杂的生物体系中起到诊断医疗作用，将极大地提高工作效率；德国弗劳恩霍夫协会所属研究所成功研发出具有感知、导航、交互等功能的ANNIE移动操作平台，该平台可适用于人与机器人协作的复杂生产场景，通过在该平台中的运用，拥有认知能力的机器人可独立执行相关生产协作任务。

（二）政府采取的主要举措

（1）出台高科技战略。2018年7月，德国发布了《联邦政府人工智能战略要点》，提出重视人工智能相关领域的研发投入，并提出与法国等国家在该领域进行合作，促进共同发展；10月，德国政府发布了《高技术战略2025》，围绕提升人民福祉和生活质量、促进可持续发展等目标，从提升适应未来挑战能力、应对重大社会挑战和营造创新文化等方面，确定了12个重点工作领域，为未来7年科研及创新政策制定提供战略框架；11月，德国政府通过了《量子技术：从基础到市场》计划，这是德国第一个系统推进量子技术研究的战略框架。

（2）加大投资力度。2018年11月，德国宣布将在2025年前投资30亿欧元，重点用于人工智能发展，并高度重视人才建设，计划在该领域培养至少100名教授，重视研发平台建设，建立由12个人工智能研发中心组成的创新网络，希望通过人工智能促进本国传统制造业转型升级，提升“德国制造”品牌；同月，德国政府宣布将在本届政府内投资6.5亿欧元，重点研究量子计算、量子卫星等技术，期望打下牢固的量子科学基础。同时，德国政府将在2018年以后的3年，投入64亿欧元用于“能源转型创新”计划，加大对可再生能源、能源效率提升、能源转型等领域的研究。

三、日本

（一）优势领域的最新动向

（1）机器人。日本机器人市场一片繁荣。日本机器人工业协会（Japan RoboAssociation，JARA）发布的数据显示，2018年，日本工业机器人的订单金额比2017年增长了7%，首次突破1万亿日元大关。同时，日本在机器人领域不断突破创新，推出多款新型机器人。2018年10月，索尼（Sony）推出新型Aib机器狗，该机器狗可以利用超紧凑的单轴和双轴执行器实现摇尾巴、动耳朵等更为自然的动作。日本先进工业科学与技术研究所研发出新型机器人，命名为HRP-5P，该机器人可以通过使用物体和环境监测，运用全身运动执行任务，具有极强的动手能力，该机器人可以用来帮助人类完成复杂的危险任务，是在类人机器人工作化研究领域的新突破。

（2）新能源汽车。日本加快氢能源汽车的推广应用。2018年1月，日本新能源和相关研究机构研究制定了氢能源汽车的推广计划。根据规划，日本将在2040年实现氢燃料汽车的普及，市场保有量从现有的2000辆增加到300万至600万辆，并且实现续航里程1000km。同时，日本在氢燃料新能源汽车的基础研究领域取得重要进展，日本产业技术综合研究所与早稻田大学、东京都市大学等高校研究人员合作开发出全球首款可以实现高热效率和低碳氧化物的火花点火氢燃料发动机，在小型发动机的基础实验中确立了新的燃烧方式。

（3）人工智能。日本通过协调组织政府、企业、学术界各方力量，持续推进人工智能发展。2018年6月，日本召开人工智能技术战略会议，研究制定了推动人工智能普及的实行计划；同月，《综合创新战略》强调利用政府力量加强对人工智能的支持力度：在投资预算上，提出在2019年的概算中，预算金额达到4.351万亿日元，重点支持包括人工智能在内的科学技术领域，以及投资人工智能相关的技术开发和人才培养等相关领域。同时，日本在人工智能应用推广方面积极探索。例如，日本电信巨头研制出一款名为“AI Guardman”的新型人工智能安全摄像头，这款摄像头可以提前对人类动作意图进行预测，利用该设备能准确判断潜在的盗窃行为，从而提前识别扒手，避免犯罪活动发生。

（二）政府采取的主要举措

（1）加强对创新的支持。《综合创新战略》重点论述了2018—2019年应重点推进的举措，支持科技创新、创新应用转化及服务于科技创新的基础设施，开展相关国际合作，强调要把技术创新放在产业发展的重要位置。2018年，日本发布《科学技术白皮书》，进一步强调科技的重要性，突出科技创新对经济和社会发展的重要作用。同时，日本政府充分认识到科学论文数量不断减少的现状，加大对基础研究领域的研发支持力度，并从制度、财政等多方面不断优化创新环境，力争成为“世界上最适宜创新的国家”。

（2）注重人才培养。日本政府积极推进大学改革，积极学习德国弗劳恩霍夫模式，探索形成日本版的弗劳恩霍夫协会，通过政府资助、企业运作，加强产学研官相结合及公益性开展应用，鼓励大学争取民间研究资金，提出建立日本的“大学改革支援产学官协议会”。同时，大力发展理工科及IT教育，强化大学相关学科的人才培养能力，从而更好地解决人工智能和信息技术领域的人才短缺问题。