2022年世界前沿科技发展态势及2023年趋势展望——综述篇

楼琴观雪让

在癸卯新年的钟声即将敲响之际，国际技术经济研究所全体同仁祝各位读者朋友新年快乐、幸福安康。感谢大家长久以来的关注和支持，也期待未来我们能一直有你相伴。我们将在春节期间连续九天献上专题文章“年度科技发展态势总结与展望”，希望能为读者朋友们提供些许参考。本文为专题开篇明义之综述篇。




2022年，世界之变、时代之变、历史之变特性在科技领域突出显现。新一轮科技革命和产业变革更加深入，前沿技术继续取得重大进步。以中美科技博弈加剧为标志，科技竞争与国家安全的融合度不断加深，美率领盟友加紧在关键原材料、数字基础设施、科技人才、技术规则及标准制定等方面系统地建立结构性优势，以有利于美国的方式塑造竞争。我国科技发展面临的外部压力增大，环境更加复杂，维护科技安全与发展的挑战增加。

一、2022年前沿科技创新与竞争态势

（一）前沿技术跨域融合，创新范式转换成为科技进步加速器，重大成果密集涌现


前沿技术交叉融合，创新范式正在发生转换，新的科学范式、科研范式、技术范式不断涌现，在基础研究、应用基础研究、应用研究等不同层面推动多学科领域科技取得重大进步。


基础研究获得革命性发展。美国联合研究团队基于纳米柱镶嵌表面技术与光相互作用技术发明了新型小型化版本的“光镊”，首次成功捕获单个原子，为原子级实验带来革命性发展；谷歌量子计算机创建了只需要7个量子位和数百个操作的全息虫洞。日本国立天文台计算天体物理中心使用超级计算机首次观测到中子星合并产生的稀土元素，极大推动天体物理学界关于宇宙产生大量重元素的研究进程。


应用基础研究突飞猛进。美国开发了一种几何深度学习模型“EquiBind”，较以往方式快1200倍，极大提升发现潜在新药分子的速度，减少新药研发的试错成本；Meta公司ESMFold成功预测6亿多种蛋白质的结构，种类远超AlphaFold2，速度是其60倍。欧洲物理学家通过人工智能成功将一个需要10万个方程的量子问题，压缩为只需4个方程的小任务；德国和奥地利研究团队首次定义了器官发育的指标，将类器官转变为一门工程学科。韩国研究团队实现对大脑内神经活动的直接成像，将彻底改变脑科学领域研究现况。


应用研究取得里程碑式成果。美国NIST突破性研发出以RNA为核心的可长时间在细胞内存活的生物计算机，有望为疾病治疗带来划时代的改变。德国科学家通过对拟南芥的研究，发现基因突变可能并非随机产生，打破了生物学界一百多年来的对基因突变的认知研究；柏林工业大学研究团队用多层前馈DNN完全折叠的方法创建了一个神经“网络”，将有望超越人脑，成为世界上最强大的神经网络。芬兰为首的多国团队研制出新超导量子比特“独角兽”，以99.9%的置信度实现了量子逻辑门，成为构建商用量子计算机的重大里程碑。韩国成功开发基于液态金属颗粒组装网络的复合电极，将极大促进可穿戴和植入式电子设备开发和商业化。


（二）科技成为左右地缘政治的重要力量，各经济体大幅增加国防预算，军事科技备受瞩目


各主要经济体将科技视为维护国家安全的基础核心能力，以此为重点构建国家安全战略。美国发布新版《国家安全战略》，强化供应链安全、前沿科技与STEM人才等方面的部署；设立战略资本办公室，确保具有军事应用前景的重要技术获得市场转化资金。北约推出新版“战略概念”，强调科技对国防重要性；启动10亿欧元创新基金和北大西洋防务创新加速器，为跨大西洋安全开发新技术。欧盟发布《战略指南针》，把投资科技和工业基地作为欧盟安全支柱之一；德国推出二战后首份《国家安全战略》，将安全概念延伸至科技等领域。日本政府拟修订《国家安全保障战略》、《防卫计划大纲》和《中期防卫力整备计划》3份重要战略文件，突出强调尖端技术的战略作用。


美西方各国大幅增加国防开支。美国2023财政年度国防预算突破8000亿美元，其中1301亿美元用于科技研究、开发、测试和评估，比2022财年增加9.5%。北约称“国防支出占GDP比例2%将是目标底线。英国宣布到2030年，国防预算将比目前水平增加一倍，达到1000亿英镑；德国宣布从2024年起将每年的国防开支占国内生产总值（GDP）比重提高到2%以上。法国将2023财年国防预算增加到439亿欧元，其中80亿欧元用于军事研发，并指定用于技术创新的投入比例。日本正在讨论将未来五年国防预算总支出提高到超过40万亿日元，一旦落地，增幅将达45.6%。


军事科技成为各国投资重点。人工智能相关技术方面，美国国防预算继续加大对人工智能的投资；国防部签署“人工智能战略和实施途径”文件，明确制定和实施人工智能的基本战略。北约启动“地平线扫描”人工智能战略计划，以确保相关领域技术优势。欧盟与美国共同发布人工智能“路线图”，在相关科技发展上与北约保持步调一致；德国特别国防基金将人工智能相关技术的军事应用作为重点支持方向之一。俄罗斯成立人工智能技术发展部门，致力于开发人工智能武器，加强人工智能技术在制造军用和特种武器装备方面的应用。日本高度重视无人机的作战价值，将其定位为影响未来战争胜负的主要革新型装备，国防预算中除加大引进美制无人机外，还大力加强了国产无人机研发力度。


跨领域作战能力方面，美国国防部持续提升“联合全域指挥与控制”系统的能力建设，进一步提高连接各军种的网络和数据实战能力。北约提出多域作战云是未来实现多域作战的重要手段，强调军队与工业界携手。英国《国防能力框架》将发展多领域集成能力作为提升国防军事能力最重要的指导原则之一。


高超音速、定向能等新一代武器方面，美国拟与英国和澳大利亚合作开发高超音速武器；将投入47亿美元用于推进新一代高超音速武器研发，33亿美元用于微电子和5G网络技术。欧洲防务基金会首批资助项目中，获资助额较高的项目之一是欧洲高超音速防御拦截器项目。英国将拨款1.3亿英镑研发定向能武器，并计划于2023年进行测试。俄罗斯已经成功测试了高超音速锆石巡航导弹。


（三）世界主要经济体强化关键核心技术和战略资源布局及争夺


世界各经济体围绕高端芯片、新能源电池产业链和供应链展开布局，抢夺产能和资源。芯片方面，美国出台《芯片法案》，提供520亿美元补贴吸引高端芯片产能回流本土；主导组建由日韩、中国台湾政府和龙头企业共同参与的芯片四方联盟。欧盟公布《欧洲芯片法案》，提供430亿欧元补贴增进欧洲芯片产能；日本为台积电设在日本的晶圆厂建设补贴4760亿日元，为美光补贴3.2亿美元支持其扩大产能。中国台湾地区更新《产业创新条例》（草案），大幅补贴岛内半导体企业。


新能源方面，美国出台《通胀削减法案》，提供补贴鼓励“在岸”制造和“友岸”制造。欧盟拟推出5650亿欧元能源计划，大力发展光伏和新能源汽车。


关键矿物方面，美国和澳大利亚商议将关键矿物供应链合作作为印太经济框架共同优先事项之一。加拿大要求三家中国企业在90天内剥离或撤销其在加拿大锂矿公司中的股权投资。澳大利亚已收紧外国企业投资本国锂矿的限制。


网络空天等新疆域方面，美欧视低轨卫星为下一代空间信息重要基础设施，强化部署。美国国土安全部发布文件将太空纳入“国家基础设施保护规划”；太空军2022年5月发布《太空测试体系愿景》，在6月开始筹建国家太空试验与训练中心；SpaceX加速卫星发射进程，并开始为卡车、船舶和飞机提供上网服务。欧盟推出总预算24亿欧元的《2023-2027年欧盟安全连接计划》，这是继“伽利略”和“哥白尼”计划之后欧洲的第三个太空旗舰计划，进一步开发包括通信盲区在内的全球高速宽带服务；欧洲航天局则计划为未来三年投资169亿欧元用于相关领域研发建设。


（四）美积极推进对华科技“脱钩”“断链”“阻流”，大国科技博弈烈度上升，某些领域开始体系分化


拜登政府通过“脱钩”阻止中国科技进步。一是斩断技术和产品流动渠道。一方面，对华出口管制措施呈现全面化、基础化、系统化。2022年仍持续增加纳入管制清单的中国企业数量；禁止各国向中国提供在世界任何地方使用美国工具制造的高端半导体芯片；在半导体材料、软件和制造设备方面对中国出口、人才交流和与中国企业合作都进行严格管制，以斩断中国突破“卡脖子”、自主制造高端芯片的能力。


另一方面，竭力将中企高技术产品排除出其市场，美国联邦通信委员会专门批准了针对华为和中兴等中国产通讯及监控产品在美国的进口和销售禁令。


二是对中国高技术企业在美投融资进行限制。2022年9月，美国上市公司会计监督委员会开始审计中概股底稿，阿里巴巴、网易等互联网巨头被选定为首批检查对象。同月，拜登签署总统行政令，加强联邦政府在阻止中国对美技术投资、限制中国获取美国公民私人数据等方面的权力。


三是阻断人才交流。2022年10月，美国商务部宣布，从事高端芯片制造业的“美国人”，未获许可证在华工作可能将受民事和刑事处罚，导致中国16家上市半导体公司中的43名美籍高层在芯片禁令后纷纷离开中国。虽然拜登政府在2022年3月终止了“中国行动计划”，但该计划实施过程中引发的系列案例对华人学者在美国社会的生存状态和发展产生了深远影响，对美科研机构雇佣华裔学者造成寒蝉效应，客观上为美推动与中国科技交流脱钩奠定了社会基础。7月，共和党参议员专门向参议院提交了《2021知识产权保护法案》，要求总统采取切实措施保障中国执行《中美贸易协定》中有关所谓知识产权保护的承诺。


四是封停创新工具。2022年以来，美设计软件企业Figma逐步封停大疆、华为、360、海康威视等611家被美制裁的中企账号。8月，全球领先的图像设计软件Adobe旗下设计社区Behance封停了中国国内所有账号。


五是切断科研合作。过去三年多，中美科研机构共同署名的论文作者数量下降超过20%；中美科研机构共同署名的论文数量在2021年也出现下降。7月，美国国会通过新提案，将禁止国立卫生研究院（NIH）和疾病控制和预防中心（CDC）资助中国、俄罗斯或美政府指定“对手国家”的实验室研究。


六是将网络空间政策与意识形态挂钩，构建规则。2022年4月，美国务卿布林肯表示，美“确保将价值观纳入美国网络空间和数字政策，推进能持续支撑美国价值观的数字技术愿景”；美国与欧盟、英国、澳大利亚和日本等联合发起《未来互联网宣言》，制定未来互联网规则制约中国。


中美科技竞争烈度持续上升，日渐呈现出全面性、结构性、长期性特征，两国都面临为科技发展设置更高壁垒的压力。中美各自向两套技术体系发展，对未来的研发、生产、应用和标准制定等均会产生深刻影响。例如，5G方面，中国主要发展基于Sub-6GHz频段的5G网络，而美国则主推5G毫米波网络；激光武器方面，中国采用相干合成路线，而美国采用非相干合束激光；无人驾驶方面，中国选择的技术路线为车网协同，美国则采用单车智能，即完全不受道路基础设施的限制。


（五）颠覆性技术触发新变化，科技安全出现新问题，治理体系亟需变革


一些新兴技术进入应用阶段，对传统业态带来颠覆性改变。例如，Gartner发布2022年技术成熟度曲线报告，重点分析沉浸式体验、人工智能自动化、云数据生态系统等新兴技术。


下一代互联网方面，元宇宙、Web3.0技术和产品已出现一些应用场景，将人类体验范围扩大到可集成数字货币的虚拟场所和生态系统。例如，美国打造军事元宇宙，利用VR/AR训练；美国非同质化代币（NFT）画作流行，甚至出现自动贩卖机；苹果即将推出AR/VR头显。


人工智能方面，自主系统应用加速，无人驾驶、无人机、无人艇等无人系统进入实际应用和实战运用，传统战争形态产生颠覆性改变。美国已宣布打造由150艘各式舰艇组成的无人舰队，并在国内部分地区开始试运行无人驾驶出租车业务。2022年2月，俄乌冲突爆发后，俄罗斯和乌克兰都使用了人工智能武器大规模无人机。中国无人艇成功首航。


生物技术方面，美国Synchron公司开发的脑机接口植入式设备已开展早期可行性临床试验；食品药品监督管理局授予CRISPR基因编辑疗法exa-cel滚动审查，有望批准其进入临床应用。


新技术的快速发展与应用，正在打破传统的生产生活模式、产业生态和规则治理架构，一些人工智能、生物等领域的新技术应用或将引发伦理风险，虚拟世界为网络钓鱼、身份盗窃甚至间谍活动提供新机会，全球很多领域的规则面临重大改变甚至重塑。国家安全的内容、手段和理论都面临着重大改革与创新，必须随着国际科技发展和治理体系的变革而与时俱进。

二、2023年前沿科技发展趋势展望

预计2023年世界科技仍将高速发展，新成果、新突破、新应用仍将层出不穷，我国面临的局面将更为复杂，科技和产业将遇到更多困难，产生各种突发风险的可能性加大。


（一）以科技为核心的竞争将推动世界多极化，科技地缘格局将现高度复杂性和不确定性


随着新一轮科技革命深入推进，传统国防与安全将面临深度重塑，一些率先掌握颠覆性技术的中小国家也可能获得竞争优势。影响科技竞争的因素与世界多极化叠加，科技地缘格局将出现更多的不确定性。


一是技术革新产生新的发展方向。科研范式变化使技术发展的不确定性增加。新的半导体制程技术或将对当前芯片技术生态产生影响。美国Zyvex Labs 公司宣布研发出新的光刻系统，采取新的电子束光刻（EBL）技术，制程精度远超EUV光刻机。新的计算机硬件架构突破带来新的算力发展格局。美国Cerebras 发布了Andromeda超级计算机，采取了与通用GPU集群不同的AI应用特定的硬件架构，不仅比传统架构的超级计算机能耗下降，而且算力水平是目前最强超算Frontier的1.6倍。


二是关键矿产资源地缘政治格局存在变量。围绕关键供应链的博弈将越发复杂，握有关键资源的国家在地缘政治格局中的话语权大大增加。美国正加紧构筑以其为主导的关键矿产资源体系，与加拿大、澳大利亚构建关键矿物伙伴关系；并且将与墨西哥合作生产锂电池，该国拥有世界最大的锂矿床，2022年4月已将锂资源国有化。此外，资源民族主义的兴起成为重要变量，合计拥有全球过半锂资源的阿根廷、玻利维亚和智利正在推动建立锂矿行业的输出国组织“锂佩克”，控制锂价格，未来还希望吸引澳大利亚加入。


三是新标准与治理规则之争存在变数。数字经济竞争已成为中美战略竞争的重要领域，中美正在数据规则、通信标准、太空标准等新一代国际标准制定方面展开竞争。国际电信联盟（ITU）完成新一届管理层选举，赵厚麟卸任后，美国候选人多琳·波格丹马丁当选将对中国参与通信、下一代互联网等方面标准制定方面产生影响。


四是科技人才争夺战将更趋激烈。留住科技人才是未来取胜的关键，各国纷纷出台政策抢夺人才。美国为吸引全球人才赴美、留美推出一系列“突破性”新政，通过《2022年美国竞争法案》大幅降低对理工科专业人才的引进门槛，试图进一步强化美国在科技创新领域的人才储备。英国支持“Growth Visa”增长签证政策，补足英国关键领域人才短缺，促进经济发展。比利时、芬兰、希腊等许多国家放宽持学生或其他签证入境的外国人工作权利和机会。新西兰等国也无限期延长了临时工作签证。


五是各主要经济体加大人工智能武器研发和部署。美国智库将无人机定性为“大规模杀伤性武器”，相关研究报告甚至将无人机蜂群视为“准核武器”。各国均在加大无人机研发力度，预计未来无人机等低成本、微小型智能化系统将呈井喷式发展。美国高级研究计划局正在进行人工智能增强项目，为多机超视距空战任务开发实现“主导战术自主”的工具。欧洲推出“欧洲无人机”项目，由欧洲联合军备合作组织领导，将为法国、德国、意大利和西班牙交付20套“欧洲无人机”系统（每套系统包括三架无人机和两个控制站），中空长航时无人机总数量超过60架。英国预计2023年将有一架“忠诚僚机”无人机原型机投入使用。以色列“斯凯洛克”公司已生产一款外形类似导弹的反无人机拦截器。


（二）经济持续下行，或对科技投入产生一定影响，科技创新仍热度不减


一方面，世界正处于经济衰退之中，确保研发足额投入存在挑战。2022年世界主要经济体均遭遇历史罕见的高通胀，地缘冲突、能源博弈让全球经济雪上加霜，欧美国家超常规货币政策更让全球经济前景堪忧。多国财政吃紧，可能会对全球创新投入产生影响。英国政府2020年3月21日提出在2024-2025年度将科研经费提升至220亿英镑的目标，却在随后的秋季预算报告中将这一目标延迟至2026-2027年度。未来是否仍有变化尚未可知。德国智库研究显示，德国2022年和2023年防务预算存在缺口，原定支出目标难以实现。同时，科技巨头也或将因增长不及预期降低研发投入，截至11月，包括亚马逊、推特、Meta、微软等巨头的132家科技公司共计裁员约4.3万人；Meta Platforms解散了负责任创新团队。


另一方面，对科技创新的热度不减。新一代信息技术革命已不可逆转已成为共识。元宇宙、Web3.0等新型网络空间兴起，新兴领域企业发展迅猛，前沿领域投资势头强劲。2022年《麻省理工科技评论》遴选出全球50家“聪明”公司，其中超5成企业与生物科技革命带来的产业变革有关，涉及交叉领域包括探索生命科学前沿、研发创新药物和医疗器械，利用AI、量子等新兴技术发展合成生物学、新药研发及筛选等。前沿领域投资方面，投资基金纷纷关注前沿交叉领域长期投资。贝莱德基金表示，未来有价值的长期投资主题包括区块链、人工智能、医疗、免疫、新能源汽车等。


（三）美强化与盟友联动，或将以气候、人权问题为抓手压制中国，高位狙击我国科技创新


2023年，美将强化与盟友合作，增强对华打压的有效性，减少孤立作战的风险。一是或将罗织气候变化、人权、抗疫模式等议题，污名化中国，在国际社会进行对华制裁总动员。二是或将推动盟友形成管制协调机制。当前美决策层和智库普遍认为缺少国际协作是对华出口管制失效的重要原因，因此未来将加大与盟友间的政策协调，实施联合技术管控会成为其努力方向。拜登政府正计划通过TTC会议“建议”欧盟出台对华科技出口管制措施，未来美还有可能将其出口管制政策与《瓦森纳协定》建立联接，推动成员国严格落实协定的执行。三是将利用美欧技术同盟等多边机制，量身打造对中国不利的关键技术标准，规制中国。四是以安全防务协议为基础，以共同价值观为名重塑北约等多边机制，打造印太经济框架，拓展联盟伙伴合作。日本与美国及北约互动积极，深化日美技术合作，参与北约峰会。五是以援助为名，将其主导标准导入新兴市场。例如，拜登政府推出“全球基础设施和投资伙伴关系”“美国对撒哈拉以南非洲战略”等。未来，我面临科技发展环境将更为恶劣。


（四）美将加大对华脱钩部署力度，多重挑战考验我供应链韧性


美正梳理内部机制，提升精准制裁能力，从资本、原材料、人才、工具等源头入手实施系统性制裁，掐断中国获取创新要素的渠道。


一是美将通过提供更高补贴、加大中国市场成本等政策部署促使资本流出中国。美国《芯片与科学法案》《通胀削减法案》推出高额补贴政策诱使企业在其本土投资，此外，美西方或将以气候议题逼迫中国抬高制造业成本。9月，美参议院通过的《基加利修正案》，提出拟向联合国提议将中国从气候条约的发展中国家名单中删除。若该提议最后在联合国通过，将降低中国制造对资本吸引力。


二是出台禁令对与中国市场相关投资进行双向限制。据悉，美国正考虑出台法案，限制美企投资中国科技企业，并有美参议员提出将其提出的“阻止联邦政府使用中国公司生产的半导体产品和服务”的修正案写入今年《国防授权法案》最终版本。


三是对科技大厂进行政治施压，使其被迫选边站。美国将加大对科技巨头的政治施压，要求其在中美之间选边站队。四是继续加大对华出口管制力度。当前，拜登政府已经部署对生物供应链进行安全审查，未来可能将生物作为重点制裁领域，比照半导体领域实施对华制裁。


（五）网络空天领域竞争将愈加白热化，新疆域军事化武器化加速，我安全压力升高


网络空天领域斗争将愈加激烈。一是美国不断强化在网络空天等新疆域的作战部署。美国太空作战部长雷蒙德称，太空军自2023财年起的首要任务将转向发展更具韧性的星座，计划在不同轨道大量部署多种类卫星，使更具韧性的“混合太空体系架构”于2027年实现初始作战能力。美国已将网络司令部提升为统一的作战司令部；美国务院首任网络空间和数字政策巡回大使撒尼尔菲克称，美国将把威慑扩展到网络领域。拜登正在考虑签署更新网信战政策《国家安全总统备忘录》（NSPM-13），扩大国防部的网络战权力。美英签署了完全网络化指挥、控制和通信(FNC3)的合作协议。


二是新势力加入新疆域竞争。澳大利亚正式成立太空司令部，并称未来或组建“一支美国式太空部队”。土耳其计划发射Türksat6A通信卫星，实现9颗通信卫星在轨。韩国宣布将于2023年成立航空航天局，将于2032年登月。


三是美西方国家加强能力整合。北约2022新版“战略概念”强调，未来北约将基于核、常规、太空和网络等力量的综合威慑和共同防御。值得警惕的是，北约正率先在网络空天领域实现东扩，韩国、日本已先后加入北约网络安全防御中心，在虚拟空间、网络空间、太空等作战领域与北约进行“深度捆绑”。网络空天能力是构成大国实力和塑造大国斗争格局的重要方面，新疆域风险的增大，其外溢效应对我情报和军事领域的安全将产生深远影响。






作者简介
侯晓轩 国务院发展研究中心国际技术经济研究所研究一室，主任
研究方向：科技战略、产业政策




作者简介
杨金洁 国务院发展研究中心国际技术经济研究所研究一室，三级分析员
研究方向：科技战略、经济安全、产业安全




作者简介
白路 国务院发展研究中心国际技术经济研究所研究一室，助理分析员
研究方向：科技战略、科技安全


编辑丨郑实
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