哪些公司在关键技术前沿创新方面处于领先地位？对中国、美国和欧盟的比较

哪些公司在关键技术前沿创新方面处于领先地位？——对中国、美国和欧盟的比较 【译者按】今年5月，布鲁盖尔研究所发布《哪些公司在关键技术前沿创新方面处于领先地位？——对中国、美国和欧盟的比较》。通过对人工智能、半导体、量子计算三大关键技术领域“突破性创新专利”的分析，对比了中国、美国和欧盟的前沿创新企业及相关子领域的表现，报告发现，中国、美国和欧盟在关键技术创新领域、创新主体、创新方向等方面存在显著差异。赛迪智库安全产业研究所、信息化与软件产业研究所、科技与标准研究所、政策法规研究所对该报告进行了编译，期望为有关部门提供参考。 【关键词】关键技术创新专利人工智能半导体量子计算 1.简介 人工智能、半导体和量子计算是中美技术竞争的核心领域，对主要经济体的技术自主性至关重要。随着这些技术的进步，经济奇点——机器智能自主创新并超越人类能力的临界点——终将到来。人工智能技术凭借计算机视觉和游戏模拟技术，可能为掌握该技术的国家带来军事战略优势，显得尤为关键。 发展人工智能需要先进的计算能力，由此需要部署和开发尖端半导体。半导体供应链高度全球化，先进逻辑芯片生产高度集中的特征，使得人工智能的发展极易受地缘政治风险的影响。 量子计算是这三项技术中最具潜力但也最不成熟的，但是经济影响潜力巨大。量子计算一旦成熟，传统的半导体芯片可能会被淘汰，硅基时代也将随之终结。因此，它或许能在人工智能、生物技术、农业技术、材料科学和网络安全等领域取得传统超级计算机无法实现的突破。 鉴于三项技术对国家未来竞争力至关重要，中国、欧盟和美国作为全球主要经济体，正加大研发资源投入，制定产业政策战略推动其发展。比如，美国颁布《芯片与科学法案》发展本土半导体生态、吸引外资，还试图限制高端半导体及生产组件向中国转让。中国通过设立国家集成电路产业投资基金，出台《国家集 成电路产业发展推进纲要》《新一代人工智能发展规划》等政策支持相关产业发展。欧盟通过《欧洲芯片法案》，借助“欧洲地平线”计划开展人工智能和量子计算研发投资。 本文研究了中国、美国和欧盟在人工智能、半导体和量子计算领域的前沿创新主体以及这些主体践行创新的子领域，以期深入了解中美欧在这场科技竞赛中的位置，以及创新方式的差异。 2.专利技术的根本性创新揭示了什么，没有揭示什么 加西亚·埃雷罗等人将大型语言模型应用于2019年至2023年期间在主要专利注册机构（美国、欧盟和世界知识产权组织（WIPO），即美国专利商标局、欧洲专利局和专利合作条约组织）申请的所有专利。具体来说，如果通过大型语言模型从专利摘要中识别出的相关创新自1979年以来从未在专利授权中出现过，且该创新在后续专利中至少出现过五次，那么我们就将该专利定义为特定领域的“根本性创新”。在本文中，我们的研究重点是在各地区和各技术中提出最多根本性创新的实体，也即哪些实体正在申请的技术专利有可能在未来改变技术前沿的轨迹。这有两层含义。 首先，我们只关注专利技术。虽然专利已被广泛用于量化一个经济体的创新表现，但我们承认，与所有创新指标一样，它也 有局限性。有些公司为了保密，可能不会通过专利披露技术。一个突出的例子是可口可乐公司，它从未为其配方申请专利。还有些中国公司为避免美国政府制裁，可能不会披露技术进展。 其次，虽然我们提供了实体层面的根本性创新在专利总数中所占比例的统计数据，但需要强调的是，我们的根本性创新概念忽略了对行业进步和特定公司的商业成功至关重要的渐进式创新。例如，光刻机效率的持续小规模改进的总和可能具有重大的商业意义，但可能依赖于技术上成熟的方法。因此，在我们的分析中，相关专利不算是具备根本性创新的专利。比如，中国芯片制造商中芯国际（SMIC）申请了大量专利，但其中只有相对较少的一部分似乎具备根本性创新。光刻机生产商阿斯麦（ASML）甚至没有跻身根本性创新排行榜的前十名。我们从根本性创新概念中提取的是有可能开辟新技术轨迹的专利。这些专利在不久的将来或更远的将来都可能具有商业价值，并为后续的重大创新成果开辟新的潜力。 3.关于关键技术专利申请总体趋势的一些典型事实 2019年至2023年，中国人工智能专利数量显著增长，从2019年的超2.9万项增至2023年的近6.3万项，远超美国（图1）。然而如果考虑到每项专利的创新，在许多人工智能子领域实际上 对美国有利。欧盟实体提交的专利数量最少。 在半导体相关专利数量上美国占主导地位，每年超21万项（图2）。若考虑专利的创新性，与中国相比，美国在专利数量上的明显优势就没那么突出了。欧盟的芯片专利数量排名垫底。 资料来源：世界知识产权组织。 量子计算方面，美国总体专利数量明显占据主导地位，中国和欧盟紧随其后，中国与欧盟之间的差距越来越大（图3）。但对专利创新性的分析结果显示，中国和欧盟相对权重更为有利。 4.这些关键技术的专利情况如何演变，哪些公司最具创新性？ 为了回答这个问题，我们采取了以下方法：针对每项技术和每个地区，我们提取了在2019年至2023年期间发布的拥有根本性创新专利的十个实体（公司、大学或研究机构），我们将它们称为“前沿创新企业”。 4.1人工智能 图4显示，原始专利数量主要由中美两国的几家大型老牌科技公司主导。然而，如果考虑到根本性创新的占比，情况就会略有不同。多数实体的这一占比在0.2%到4%之间，仅有少数专利申请不太积极的公司占比超4%。法国机器人公司斯坦利机器人公司在2019年至2023年期间公布的专利总数最少，只有63项，但其中有6项专利属于根本性创新。与之相反，百度以11879项的专利总数在专利持有者中排名居首，但其根本性创新专利仅占0.33%。接下来，我们将分别考察中国、美国和欧盟，先从中国开始。 资料来源：布勒哲尔研究所，基于世界知识产权组织数据。 中国人工智能领域根本性创新专利的主要持有者不乏知名的大型中国科技企业，如华为、保险公司平安、道通智能、腾讯、百度、字节跳动、OPPO。最重要的前沿创新企业是华为和平安。2021年，平安的根本性创新占比达29.94%，为历年最高；华为则在2023年达到最高，占比34.09%。腾讯的占比也从2019年的7.96%提升至2023年的18.18%（图5）。 除此之外，三家中国主要的机器人技术公司跻身前沿创新企业行列。道通智能是中国主要的无人机制造商之一，产品用于公安、农业和工业领域。2019年，该公司在前沿创新企业的根本性创新中占比25%；到2023年，占比降至6.38%。2024年7月，道通智能被列入美国实体清单，其获取美国商品、软件和技术的渠道受限。优必选科技是服务机器人制造商，在根本性创新专利申请上取得进展。2020年，该公司首次出现在相关数据中；2022年，占比达14.1%。最后，提供机器人技术应用云服务的达闼科技，在2019年是主要创新企业，在前十家公司的创新专利占比23.89%，但2020年后基本从数据中消失。 资料来源：布勒哲尔研究所，基于世界知识产权组织数据。 从前沿创新企业活跃的子领域来看，我们可以看到更详细的情况（图6）。除道通智能之外，中国前十大人工智能创新企业几乎都在“计算机视觉”或“图像处理”领域做出了重大贡献。其中最突出的是字节跳动，其在这两个领域的根本性创新合计占75%，其次是京东方科技（64.51%）、腾讯（63.93%）和OPPO（62.22%）。 除了专注于视觉数据处理的公司外，机器人公司也是中国人工智能创新的推动者。不过，我们的三家机器人公司各自专注于不同的子领域。优必选科技的根本性创新专利主要集中在“计算机视觉”（32.14%）和“机器人”（60.71%）两个领域。在我们 的数据中，道通智能是唯一一家在“空中飞行器技术”方面有重大创新的公司（占其根本性创新的46.67%）。作为机器人相关IT基础设施的运营商，达闼科技的业务更加多样化，也出现在“电信”（24.32%）、“计算机视觉”（18.92%）、“机器学习”（8.11%）、“数据存储”（5.41%）和“数据分析”（5.41%）等领域。 华为和平安是较为多元化的企业，也是该领域最主要的前沿创新企业。华为在视觉和文本数据处理方面似乎都很强，在“计算机视觉”领域占23.53%，在“图像处理”领域占15.44%，在“机器学习”领域占21.32%，在“自然语言处理”（NLP）领域占10.24%，在“数据分析”（7.35%）和“电信”（4.41%）领域占比较低，但仍然很重要。平安在医疗保健和远程医疗解决方案、金融服务和欺诈检测领域投入巨资，在“自然语言处理”（25.74%）、“数据分析”（11.88%）和“机器学习”（11.88%）方面拥有强大的实力。最后，百度申请了大量新型专利，这些专利分为视觉数据处理（在“计算机视觉”和“图像处理”领域占33.34%）以及文本和音频数据处理（在“自然语言处理”领域占30.77%）两类。 资料来源：布勒哲尔研究所，基于世界知识产权组织数据。 尽管受新冠疫情影响，美国人工智能领域的根本性创新专利申请量大幅加速增长（图7）。该领域所有创新企业的根本性创新数量几乎翻了一番，从2019年的298项增加到2023年的571项。另一个显著特点是，美国的前沿创新企业完全是大型老牌科技公司，其中最著名的是谷歌（2023年占23.86%）、微软（18.75%）和IBM（11.93%）。高通公司的占比从2019年的3.15%大幅增至2023年的20.45%。英伟达和英特尔在2023年人工智能相关前沿创新中的占比也很高，分别达到6.82%和7.95%。除高通和IBM外，美国人工智能创新企业的创新占比基本保持稳定。 这种创新按子领域的分类也很能说明问题（图8）。首先，所有前沿创新企业在“机器学习”领域都有相当大的占比，其中美光公司占比最大，其根本性创新恰好占到50%。除亚马逊和IBM外，其他公司在“计算机视觉”领域的占比也很大，而且前沿创新企业的应用范围也很广。例如，高通、英伟达和美光在该领域的根本性创新占比分别为38.46%、29.56%和27.78%，并将计算机视觉技术用于自动驾驶；谷歌（18.92%）、IBM（9.89%）、英特尔（30.56%）和英伟达则用计算机视觉提升公司的医学图像处理服务。 “自然语言处理”（NLP）同样也是一个优势领域，尤其是 对亚马逊而言，它在相关创新中占据了58.34%的根本性创新份额，其次是甲骨文（31.25%）和IBM（31.87%）。这并不奇怪，因为这些公司都将自然语言处理方法作为商业服务提供。例如，亚马逊向企业提供自然语言处理技术，用于分析社交媒体内容和客户反馈。亚马逊的核心业务也依赖于自然语言处理。在电子商务领域，自然语言处理有助于从搜索查询中预测客户类型并优化产品推荐。IBM和甲骨文公司擅长将自然语言处理应用于商业通信，如实体识别、自动更新客户信息和简化商业数据库的搜索查询。亚马逊和IBM还在更广泛的“数据分析”领域进行创新。 最后，英伟达和Adobe是唯一两家在“生成式人工智能”领域有不小占比的公司（分别占其根本性创新的9.09%和6.67%）。英伟达将其生成式人工智能平台作为一项服务提供给OpenAI的ChatGPT开发，这与此情况相符。考虑到美国当前的市场趋势，我们预计这一领域在根本性创新方面的重要性将与日俱增。 资料来源：布勒哲尔研究所，基于世界知识产权组织数据。 与美国和中国相比，欧盟专利权人的根本性创新的绝对数量不多（图9）。不过，它仍然从2019年的70项增长到了2023年的90项。主要的前沿创新企业是爱立信和诺基亚，前者近年来已超越后者。西门子在顶级创新企业中也保持了相当大的占比，尽管其占比从30.77%下降到2023年的20.83%。自2021年起，法国机器人公司斯坦利机器人公司（Stanley Robotics）崭露头角，在该领域的根本性创新占欧洲根本性创新总量的8%左右。法国航空航天与国防公司赛峰集团也是重要的前沿创新企业，2020年其根本性创新占欧盟根本性创新总量的15.38%，但2023年