中國網(wǎng)/中國發(fā)展門戶網(wǎng)訊 2021年5月28日，習(xí)近平總書記在中國科學(xué)院第二十次院士大會、中國工程院第十五次院士大會、中國科協(xié)第十次全國代表大會上的講話中強調(diào)，要“堅決打贏關(guān)鍵核心技術(shù)攻堅戰(zhàn)”。中國科學(xué)院該如何發(fā)揮科技“國家隊”的作用，在關(guān)鍵核心技術(shù)攻堅戰(zhàn)中作出突出貢獻(xiàn)，筆者認(rèn)為首先需要把握關(guān)鍵核心技術(shù)發(fā)展的自身規(guī)律。本文以信息技術(shù)為例，分析關(guān)鍵核心技術(shù)的演進(jìn)特征和發(fā)展規(guī)律，并進(jìn)一步提出支持中國科技界尤其是中國科學(xué)院打好關(guān)鍵核心技術(shù)攻堅戰(zhàn)的若干建議。

關(guān)鍵核心技術(shù)的演進(jìn)特征

在信息領(lǐng)域，關(guān)鍵核心技術(shù)的發(fā)展呈現(xiàn)與梅特卡夫定律類似的非線性增長特征。一項關(guān)鍵核心技術(shù)可視為一個系統(tǒng)，其本質(zhì)是由成百上千個緊密耦合的點技術(shù)和算法構(gòu)成的一個相互關(guān)聯(lián)的技術(shù)網(wǎng)絡(luò)。這類技術(shù)網(wǎng)絡(luò)也遵循網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的梅特卡夫定律。梅特卡夫定律（Metcalfe’s Law）是一個關(guān)于網(wǎng)絡(luò)價值和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的定律，由喬治·吉爾德于1993年提出，但以計算機網(wǎng)絡(luò)先驅(qū)、美國3Com公司的創(chuàng)始人羅伯特·梅特卡夫的姓氏命名。梅特卡夫定律是一種定性描述的“規(guī)律”，其要義是告訴人們：“網(wǎng)絡(luò)的價值隨網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴大而非線性地增長。”

如圖1所示，根據(jù)梅特卡夫定律，當(dāng)一個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點數(shù)越多，那么整個網(wǎng)絡(luò)的價值也就越大。對于一項關(guān)鍵核心技術(shù)而言，梅特卡夫定律表明其價值將隨著集成的功能、模塊、算法等點技術(shù)的數(shù)量增加而不斷提高。當(dāng)然，網(wǎng)絡(luò)越復(fù)雜，集成的難度也就越大。但是，一旦通過技術(shù)攻關(guān)成功實現(xiàn)新算法或新功能的集成，構(gòu)成一個更大的技術(shù)網(wǎng)絡(luò)，那么壁壘也就更高。

以英特爾（Intel）公司的桌面與服務(wù)器處理器為例（圖2），每一代新的處理器架構(gòu)都會集成多種新功能，這些新功能的集成都需要大量研發(fā)投入。2011年，Sandy Bridge架構(gòu)中集成的新功能“大頁面”技術(shù)，需要對十幾項已有功能進(jìn)行修改，這使得處理器的正確性驗證面臨很大的挑戰(zhàn)。但是，英特爾成功地實現(xiàn)了“大頁面”功能的集成，從而在大容量內(nèi)存的支持方面領(lǐng)先于其他處理器，得到用戶的青睞。正是英特爾不斷集成新的功能，才使其處理器技術(shù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模始終大于競爭對手，從而在服務(wù)器處理器領(lǐng)域能長期占據(jù)高達(dá)95%以上市場份額。

梅特卡夫定律揭示了關(guān)鍵核心技術(shù)如何形成高價值與高壁壘的內(nèi)在機理。那么，一項關(guān)鍵核心技術(shù)如何才能遵循梅特卡夫定律，不斷擴大技術(shù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，持續(xù)地發(fā)展下去？對此問題，我們以信息領(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù)為例，分別從宏觀和微觀兩個不同視角來闡述與分析。

關(guān)鍵核心技術(shù)的宏觀發(fā)展規(guī)律

美國科學(xué)院國家研究顧問委員會（National Research Council of the National Academies）曾對信息領(lǐng)域的19項關(guān)鍵核心技術(shù)的發(fā)展歷程開展了詳細(xì)的調(diào)研，揭示了信息技術(shù)的3個主要宏觀發(fā)展規(guī)律。

信息技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)3個階段。階段Ⅰ為從原理到原型，階段Ⅱ為從原型到產(chǎn)品，階段Ⅲ為從產(chǎn)品到規(guī)模市場（10億美元）。這3個階段分別需要3—5年時間，但實施的主體和所需要的資源有所不同。階段Ⅰ的實施主體主要是大學(xué)和科研機構(gòu)，輸出是底層原理及相應(yīng)的原型系統(tǒng)。但大學(xué)和科研機構(gòu)并不擅長產(chǎn)品研發(fā)，需要通過企業(yè)才能形成產(chǎn)品（階段Ⅱ），并進(jìn)一步實現(xiàn)規(guī)模市場（階段Ⅲ）。因此，階段Ⅰ和階段Ⅱ之間存在一道鴻溝，需要建立學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界之間的一些通道才能完成從原型到產(chǎn)品的跨越。這些通道可以有多種形式。例如：在精簡指令集處理器（RISC）方向，美國斯坦福大學(xué)成功研制MIPS處理器原型后，便成立了MIPS技術(shù)公司來開發(fā)產(chǎn)品；在操作系統(tǒng)方向，美國加州大學(xué)伯克利分校在研制了BSD Unix操作系統(tǒng)后，免費開放給產(chǎn)業(yè)界，由企業(yè)在該原型基礎(chǔ)上開發(fā)各自產(chǎn)品（如蘋果公司的MacOS操作系統(tǒng)）。

關(guān)鍵核心技術(shù)發(fā)展過程中需要學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界形成閉環(huán)。產(chǎn)業(yè)界將技術(shù)發(fā)展中遇到的新問題反饋給學(xué)術(shù)界，學(xué)術(shù)界研究清楚新問題的底層原理，研制驗證原型，輸出給產(chǎn)業(yè)界，從而形成持續(xù)的螺旋式迭代優(yōu)化。這意味著學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界之間的通道不能是一次性和短暫的，而應(yīng)該是能保持較長時間的通道。美國斯坦福大學(xué)與MIPS技術(shù)公司的合作通道保持了10余年，而美國加州大學(xué)伯克利分校的BSD Unix操作系統(tǒng)通過開放模式，與產(chǎn)業(yè)界的合作通道保持了近20年。

關(guān)鍵核心技術(shù)之間相互促進(jìn)，形成技術(shù)組合，往往會催生出新的關(guān)鍵核心技術(shù)。例如，超大規(guī)模集成電路技術(shù)催生了精簡指令集處理器技術(shù)，操作系統(tǒng)技術(shù)催生了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和圖形處理技術(shù)一起又催生了工作站技術(shù)等。

通過對圖3展示的19項關(guān)鍵核心技術(shù)進(jìn)行分析，可知最關(guān)鍵的是階段Ⅰ到階段Ⅱ的跨越，即合作通道的建立。這19項技術(shù)的發(fā)展具有明顯的聚集效應(yīng)，它們的迭代演進(jìn)過程幾乎都是集中在美國硅谷完成，這正是得益于在硅谷更容易形成學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界的合作通道。學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界的緊密合作，奠定了硅谷在信息領(lǐng)域的領(lǐng)軍地位。

關(guān)鍵核心技術(shù)的微觀發(fā)展模型

從微觀層面來看，一項關(guān)鍵核心技術(shù)要能持續(xù)發(fā)展，需要3種必不可少的資源輸入——資金、人才和需求，同時這3種資源的獲取又依賴于用戶。這些依賴關(guān)系組合在一起，便形成了2個循環(huán)：資金循環(huán)與需求循環(huán)。如圖3所示，本文將上述關(guān)系總結(jié)為一種“資金-需求”雙循環(huán)模型。

資金循環(huán)。在“資金-需求”雙循環(huán)模型中，資金是發(fā)展關(guān)鍵核心技術(shù)不可或缺的要素。資金的來源主要有2個渠道：關(guān)鍵核心技術(shù)形成產(chǎn)品，銷售給用戶，從產(chǎn)業(yè)市場上獲得收入；企業(yè)通過金融市場獲得融資或風(fēng)險投資，大學(xué)和科研機構(gòu)的資金主要來自政府和產(chǎn)業(yè)界的科研經(jīng)費。

需求循環(huán)。關(guān)鍵核心技術(shù)的研發(fā)必須要有精準(zhǔn)的用戶需求指導(dǎo)，否則將無法形成迭代優(yōu)化閉環(huán)，最終導(dǎo)致競爭力下降，無法在市場上生存。一般而言，需求可分為2類：①用戶對當(dāng)前技術(shù)的應(yīng)用體驗與改進(jìn)意見；②用戶期望的新功能。上述第1類需求尤其重要，因為關(guān)鍵核心技術(shù)的復(fù)雜性，即使經(jīng)過了大量的測試，也不可避免地會存在缺陷（bug），所以通過用戶反饋實際使用體驗來優(yōu)化技術(shù)的性能與可靠性至關(guān)重要。因此，“用得上”這個過程對于關(guān)鍵核心技術(shù)的發(fā)展起著決定性作用。

很多企業(yè)都非常重視用戶需求，尤其對于初創(chuàng)企業(yè)和小企業(yè)，如何能找到一批愿意嘗試新產(chǎn)品并能提供使用反饋的穩(wěn)定用戶，成為它們的“立命之本”。然而，對于很多大學(xué)和科研機構(gòu)，往往更重視資金的獲取，尤其是政府科研經(jīng)費的獲取，反而忽視用戶需求。因而，對于大學(xué)和科研機構(gòu)研制的關(guān)鍵核心技術(shù)，是否“用得上”可以作為從階段Ⅰ跨越到階段Ⅱ的關(guān)鍵標(biāo)志。

案例分析

以下通過2個正面案例與1個反面案例來分析“資金-需求”雙循環(huán)模型對于發(fā)展關(guān)鍵核心技術(shù)的有效性。

EDA軟件與Synopsis公司

1986年，美國南衛(wèi)理公會大學(xué)的Aart de Geus博士與通用電氣微電子研究中心的3位工程師Bill Krieger、Dave Gregory和Rick Rudell一起創(chuàng)辦了美國新思科技公司（Synopsys公司）。該公司瞄準(zhǔn)集成電路設(shè)計市場的痛點需求，1987年開發(fā)出一款電子設(shè)計自動化（EDA）軟件，一舉打開了市場；直到今天該軟件依然是Synopsys公司的旗艦產(chǎn)品。1992年Synopsys公司上市，開啟通過大量并購中小EDA企業(yè)實現(xiàn)關(guān)鍵核心技術(shù)網(wǎng)絡(luò)擴張，迄今已經(jīng)并購了77家企業(yè)。

從“資金循環(huán)”角度來看，Synopsys公司早期發(fā)展主要通過銷售產(chǎn)品獲得收入來維持企業(yè)發(fā)展；如今Synopsys公司的利潤率達(dá)到19%，保障了企業(yè)穩(wěn)健發(fā)展。1992年上市后則進(jìn)一步完成了更大的資金循環(huán)，為實現(xiàn)大量并購提供后備資金。

從“需求循環(huán)”角度來看，Synopsys公司的第一代EDA軟件瞄準(zhǔn)了業(yè)界痛點，在市場上具有開創(chuàng)性，因此很快吸引了一批用戶。雖然隨后有其他企業(yè)跟進(jìn)開發(fā)類似產(chǎn)品，但在技術(shù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模上始終落后于Synopsys公司。

MatLab軟件與MathWorks公司

MatLab軟件最初是美國新墨西哥大學(xué)Clever Moler教授在20世紀(jì)70年代用于教學(xué)的一個小工具軟件。在1970年和1975年Moler所在團隊向美國國家科學(xué)基金會（NSF）申請了2個項目，開發(fā)出2個軟件——EISPACK和LINPACK。20世紀(jì)70年代末，Moler為了能讓學(xué)生更好地掌握線性代數(shù)與數(shù)值分析，更容易地使用這2個軟件，就自己動手去寫一個MatLab小工具來把這2個軟件接口封裝起來，從而方便學(xué)生使用。1980年Moler在斯坦福大學(xué)訪問期間授課時，學(xué)生Jack Little對MatLab很感興趣，主動提出用C語言重寫一遍，同時移植到IBM PC上。1984年，Clever Moler、Jack Little與Steve Bangert一起創(chuàng)辦了美國MathWorks公司，同年開發(fā)出PC-MatLab 1.0。1985年初，該公司賣給了美國麻省理工學(xué)院10個MatLab版權(quán)，實現(xiàn)第一筆收入500美元。從此，MathWorks公司開始逐步發(fā)展起來。

從“資金循環(huán)”角度來看，MatLab最早得到NSF資助，并通過成立MathWorks公司實現(xiàn)了從階段Ⅰ到階段Ⅱ的跨越。MathWorks迄今仍然是一家私有企業(yè)，并沒有上市。但是，該公司從一開始就實現(xiàn)了收入，并一直處于盈利狀態(tài)。1997年，MathWorks的營業(yè)額達(dá)到了5000萬美元。2019年MathWorks公司營業(yè)額超過了10億美元。因此，MathWorks從創(chuàng)辦開始在資金方面便一直處于很好的狀態(tài)。

從“需求循環(huán)”角度來看，MatLab的起源是教學(xué)工具，一開始就定位于教學(xué)科研領(lǐng)域。教學(xué)科研面向的主要用戶是學(xué)生，其實是試驗新技術(shù)、新工具最好的應(yīng)用場景，試錯成本很低。同時，學(xué)生的創(chuàng)新性和主動性，也能幫助改進(jìn)優(yōu)化技術(shù)和工具。MatLab最終走上商業(yè)化，本身就是因為Jack Little以學(xué)生身份接觸到MatLab后的結(jié)果。目前，MatLab在全球形成了超過50萬貢獻(xiàn)者的龐大開發(fā)者社區(qū)，其中大多數(shù)是學(xué)生和科研人員，他們直接將需求以開源代碼的形式反饋到了MatLab生態(tài)中。

CF-105“箭”式戰(zhàn)斗機與Avro公司

二戰(zhàn)期間，加拿大便決定研制全世界最先進(jìn)的戰(zhàn)斗機。二戰(zhàn)結(jié)束后，1957年10月4日，在耗資2.5億加元后（相當(dāng)于2020年前后的15.8億美元），加拿大Avro公司成功研制了當(dāng)時世界上最先進(jìn)的攔截機——速度高達(dá)2馬赫的CF-105“箭”式戰(zhàn)斗機。雖然在加拿大政府支持下Avro公司得到了初期的資金保障，但由于加拿大自身沒有戰(zhàn)斗機需求，更沒有規(guī)模市場，無法形成需求循環(huán)。因此，即使擁有最先進(jìn)的戰(zhàn)斗機研制技術(shù)，也無法維持。3年后，Avro公司倒閉，50000名工人失業(yè)。而美國成為最大的受益者，因為這些高技術(shù)人才大多數(shù)去了美國，參與到美國國家航空航天局（NASA）的“阿波羅”登月計劃。

構(gòu)建“資金-需求”雙循環(huán)

基于前文的分析可知，如何構(gòu)建“資金-需求”雙循環(huán)對于發(fā)展關(guān)鍵核心技術(shù)至關(guān)重要。但是對于科研機構(gòu)，往往無法獨立構(gòu)建“資金-需要”雙循環(huán)，這需要多方面的協(xié)同，包括企業(yè)、政府、投資機構(gòu)等。中國科學(xué)院在構(gòu)建“資金-需要”雙循環(huán)方面已經(jīng)有一些成功的經(jīng)驗。例如，中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所先后成立了聯(lián)想、曙光、龍芯、寒武紀(jì)等一批企業(yè)，但和美國斯坦福大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校相比，仍有一定的差距。為此，本文提出3個方面建議。

探索新的學(xué)術(shù)評價體系

在學(xué)術(shù)評價機制上，鼓勵把關(guān)鍵核心技術(shù)原理實現(xiàn)為原型系統(tǒng)，鼓勵把原型系統(tǒng)用起來，而不僅僅停留在發(fā)表論文階段。關(guān)鍵核心技術(shù)的源頭多來自學(xué)術(shù)界，應(yīng)鼓勵學(xué)術(shù)界圍繞國家戰(zhàn)略需求和產(chǎn)業(yè)需求開展研究。具體實施層面上可以在科學(xué)技術(shù)部、國家自然科學(xué)基金委員會等的科研項目結(jié)題時重視考核軟件或工具，而不僅僅是論文與專利；高校可鼓勵教師充分利用教學(xué)場景試驗科研成果，可以在職稱評定時增加對原型系統(tǒng)研制、“科教融合”創(chuàng)新的比重等。

美國國防部高級研究計劃局（DARPA）資助了很多顛覆性創(chuàng)新項目。如果仔細(xì)觀察DARPA的項目執(zhí)行過程，可以發(fā)現(xiàn)其非常重視原型系統(tǒng)的研制。DARPA的項目主管會把目標(biāo)分解為一系列子任務(wù)，而這些子任務(wù)最后要集成到一個原型系統(tǒng)中。“電子復(fù)興計劃”（ERI）中的IDEA和POSH兩類項目甚至要求每半年所有參與單位就要封閉1周進(jìn)行系統(tǒng)集成，并且會根據(jù)集成效果決定后續(xù)的資助。在這方面，中國科學(xué)院的戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（以下簡稱“先導(dǎo)專項”）的成功十二字指導(dǎo)原則“目標(biāo)清、可考核、用得上、有影響”具有很好的借鑒意義。

探索新的成果轉(zhuǎn)化與應(yīng)用模式

傳統(tǒng)的關(guān)鍵核心技術(shù)的成果轉(zhuǎn)化模式主要為“1+1模式”，即1個科研團隊突破核心技術(shù)，研制出原型系統(tǒng)，而后孵化1家企業(yè)開展產(chǎn)業(yè)化，從而形成“資金-需要”雙循環(huán)。中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所采用“1+1模式”成功孵化了聯(lián)想、曙光、龍芯、寒武紀(jì)等企業(yè)。隨著開源模式的戰(zhàn)略價值越來越得到重視，開源社區(qū)創(chuàng)新聯(lián)合體這種產(chǎn)學(xué)研融合的新模式開始出現(xiàn)。這種模式可稱之為M×N模式，即聯(lián)合M個科研機構(gòu)、N個企業(yè)共同攻克1個共性關(guān)鍵核心技術(shù)。通過開源模式這個催化劑，形成企業(yè)間的“競爭前合作”，有助于建立“資金-需求”雙循環(huán)。這是新型舉國體制的一種實施方案，值得鼓勵與探索。

過去2年，中國科學(xué)院積極投入開源芯片軟硬件生態(tài)建設(shè)，已經(jīng)積累了一些通過開源模式聯(lián)合企業(yè)、構(gòu)建創(chuàng)新聯(lián)合體的經(jīng)驗。例如，中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所在先導(dǎo)專項支持下，研制了開源高性能RISC-V處理器“香山”；目前，“香山”已成為國際上最受關(guān)注的開源芯片項目之一，國內(nèi)已有10余家企業(yè)計劃圍繞“香山”開展后續(xù)產(chǎn)品研發(fā)。“香山”有望成為學(xué)術(shù)界-產(chǎn)業(yè)界共享的研發(fā)基礎(chǔ)設(shè)施，成為人才、技術(shù)、資金的匯聚平臺；但如何利用開源模式建立更大范圍的“資金-需求”雙循環(huán)，在體制機制上還有很大的改革空間。

建立“資金-需求”雙循環(huán)的另一個關(guān)鍵是“用得上”。自主研究開發(fā)的核心技術(shù)能不能逐步擴大市場占有率是成敗的關(guān)鍵，在國外技術(shù)已經(jīng)是市場主流的情況下，如何讓下游企業(yè)和用戶采用自主研發(fā)的核心技術(shù)是多年來我國沒有解決的“老大難問題”。過去幾年，通過發(fā)展信息技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)，這個問題得到了一定的緩解，多個專注于自主研發(fā)信息核心技術(shù)的企業(yè)都快速成長起來。這種通過合適的產(chǎn)業(yè)政策適當(dāng)引導(dǎo)、通過應(yīng)用牽引核心技術(shù)研發(fā)的模式，也可嘗試在一些需要尚不成熟的新興技術(shù)領(lǐng)域推廣。

加強對研發(fā)關(guān)鍵核心技術(shù)企業(yè)的融資支持

研發(fā)關(guān)鍵核心技術(shù)的企業(yè)可以用大量并購實現(xiàn)企業(yè)擴展，從而形成技術(shù)與市場優(yōu)勢，但這需要大量的資金。寒武紀(jì)公司2016年成立，2020年在科創(chuàng)板上市（IPO），這種案例在國內(nèi)還很少。但其實在硅谷非常常見，幾家EDA公司如Cadence、Synopsys均在成立5年左右便實現(xiàn)了上市，亞馬遜（Amazon）在成立3年后即上市，且上市為這些公司的發(fā)展起到關(guān)鍵作用。中國已經(jīng)設(shè)立了科創(chuàng)板和北京證券交易所，對研發(fā)關(guān)鍵核心技術(shù)的企業(yè)是利好消息，有助于這些企業(yè)更快地建立起資金循環(huán)，但還需要更多的配套政策和更多的輔導(dǎo)。

同時，為了避免科研人員盲目以創(chuàng)辦企業(yè)并實現(xiàn)上市作為目標(biāo)，可加快建立科研人員創(chuàng)辦企業(yè)的“收購/并購”退出機制。例如，通過在中國科學(xué)院旗下的投資機構(gòu)設(shè)立專業(yè)的收購/并購部門，完善在收購/并購過程中出現(xiàn)的資產(chǎn)評估、股權(quán)分配、知識產(chǎn)權(quán)轉(zhuǎn)移、法律事務(wù)等處理流程與應(yīng)對方法；輔導(dǎo)研究所及其下屬企業(yè)，樹立若干個典型的“收購/并購”成功案例，為科研人員與投資機構(gòu)提供多種退出機制。

打贏關(guān)鍵核心技術(shù)攻堅戰(zhàn)，需要全國各界的共同努力，但一個重要的前提是需要按規(guī)律辦事。關(guān)鍵核心技術(shù)的發(fā)展也有其自身規(guī)律，本文從信息技術(shù)視角闡述了若干規(guī)律，指出關(guān)鍵在形成一張不斷擴大規(guī)模的技術(shù)網(wǎng)絡(luò)，需要“資金-需求”雙循環(huán)的保障，才能讓關(guān)鍵核心技術(shù)持續(xù)優(yōu)化迭代，才能真正實現(xiàn)突破。

（作者：包云崗，中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所副所長、研究員，中國科學(xué)院大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院副院長、教授。《中國科學(xué)院院刊》供稿）

相關(guān)文章