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从双十一到《硬科技》

全球技术地图 | 洞见前沿,引领未来 2021/11/17 00:37

新知达人, 从双十一到《硬科技》

一、找到写《硬科技》书评的切入点

—— 从“软科技”说起

2021年双11刚过,就在网上与网友讨论今年双11的特别之处,对为什么今年双11购物节特别冷清原因进行交流。粗浅总结,有以下几个可能的方面:

  • 电子商务发展已经很多年了,现在进入成熟期,不再像初期那样狂热也是很自然的事情。

  • 互联网优势主要是提升效率。可是提升效率到极限也就是100%,到了接近100%效率时,因为垄断,提升效率的好处更多被平台互联网公司拿走,对社会带来的收益反而开始下降了。这就与社会利益开始出现不一致。从经济规律角度说就是电商的成本越来越上升,而实体店铺受到电商压力租金受约束,一些低成本的实体店开始兴起。

  • 疫情对电子商务是有极大促进作用的,疫情已经发展了一年半,将剩余电子商务的发展空间一次性挖掘完了。所以,当初为促进电子商务的双11节活动显得多余,疫情比购物节对电商促进作用大得多。网上甚至出现反对双11的“不买群”。

  • 人为搞出一个电子商务的购物节,也给物流等众多环节人为带来巨大的冲击和不便。购物节期间逼着电商降价,早就让商家怨声载道,却又敢怒不敢言。现在矛盾已经激化到相当大程度了。很多商家双11价格不仅没有什么优惠,甚至比平时更高,这就是一种无声的抗议和逆反。

  • 其他电商平台大量兴起,分流了双11。

以上只是从电子商务本身来看的,如果从大的经济环境来看,很长时间以来,国家对互联网企业的反垄断处罚一个接一个,“顶格罚款”不时出现。其实,晒一下双11战绩也不是不可以,比如说扶贫和支持农产品的电商成果等。但是,现在一个个互联网企业可能都还处于噤若寒蝉的状态,哪敢在这个时候再发癫?聊着聊着,我突然灵感大发:太好了,我正好接到中国人民大学出版社的邀请,对他们刚出的新书《硬科技——大国竞争的前沿》写书评,正在为如何找到一个好的切入点发愁呢,这下可解决难题了。

其实,并没有与硬科技相对应的“软科技”这个说法。但如果只是谈硬科技,人们可能没什么感觉,因为没有比较就没有鉴别。既然要说“硬科技”的好处在哪里,当然要谈一下与它相对应的“软科技”的局限在哪里。从中国对经济发展的战略思路变化就可以看到,原来经济学界对发展经济学的看法是:发达国家的标志是服务业的占比越来越高,实体企业逐步退出。但是,中国从发达国家的成败教训里认识到:我们不能走这种实体产业空心化的道路,必须要长期坚持发展实体产业。

更有意思的是:只有当双11购物节退潮的时候,我们才猛然发现:这一天本来是中国空军的建军节啊。双11购物节抢了空军建军节的头条10多年了,当初设立这个节日的时候说轻点是有些“考虑不周”的。新设立的节日不能去冲击另一个早就已经存在的、并且非常重要和严肃的节日。中国空军是1949年11月11日成立的,双11购物节是2009年才出现,晚了正好一个甲子,事情总得有个先来后到吧?一年中空白的时间多的是,你干嘛非得抢中国空军的头条呢?所以,今年空军发布了一个视频《什么才是双11》? 02:06

其中一句话说得很好:你不知道双11是中国空军建军节没关系,人民的欢声笑语就是对我们最大的奖励。

今年又有更特殊之处,另外一个重大的事件是:2021年11月11号发布了中国共产党第十九届中央委员会第六次全体会议公报。党的会议很多,发布的报告也很多,但这次会议极为重要之处在于通过了《中共中央关于党的百年奋斗重大成就和历史经验的决议》。这种决议在共产党的历史上是第三次。

第一次:1945年4月20日中国共产党第六届中央委员会扩大的第七次全体会议通过的《关于若干历史问题的决议》。这个决议出现在抗日战争快结束的重大历史转折时期,它带来了此后短短3年多时间全国解放,以及建国后的一系列重大转折。

第二次:1981年6月27日中国共产党十一届六中全会通过的《关于建国以来党的若干历史问题的决议》。这带来了此后持续至今的40多年改革开放,中国经济一飞冲天。

第三次就是这一次的决议。一般的我党报告是对一年工作的总结,换届的报告是对四年工作的总结。但这种决议可是对几十年为周期工作的总结,并且这一次总结的是自中国共产党诞生之日起这一百年的经验教训,其未来的影响也会长达至少30-40年。可见其意义之重大。未来中国将会进入另一个全新的重大历史转折时期,硬科技就是未来最为重要的风口之一。

双11购物节最初是以一种电商教育为目的出现的。现在电商发展到今天的普及程度,它是否还有存在的必要就是一个很大的问号了。如果购物节总像今年的冷清局面,那不是对电商的促进、而是负面形象。如果要显得热闹,那就对全社会影响过大了。况且,总不能年年都与中国空军抢头条吧?

二、个人际遇——科技成果“转化”与“转移”

《硬科技》这本书我非常乐意来写书评,因为我个人的经历与此有很多交集。这本书的作者是国务院发展研究中心国际技术经济研究所与西安市中科硬科技创新研究院。提出硬科技概念的米磊博士是中科创星投资基金的合伙人。多年前我在做投资的时候,曾与中科创星北京分部的王成先生等有过很多业务上的交流,因此早就知道“硬科技”这个概念,并且听中科创星的投资人系统介绍过与此相关的内容。中科创星是中科院西安光机所成立的,这在中国科研系统是非常难得的一个创举。《硬科技》这本书所写的所有内容也都是我长期关注的。

高校与研究机构的科技成果如何进行“转化”,是一个老话题。客观说这个过程很难,更准确地说“科技成果转化”这个概念本身就是有问题的。准确地说不是“转化”,而应当是“转移”。原来理解的转化就是高校与研究单位把科研成果以专利形式卖给企业,由企业去产业化。这种方式不是没有成功的案例,但却是非常次要的部分。高校与研究机构的研究成果往往不是真正商品化的东西,而最多是核心技术原理验证性质的。要商品化的话,需要做大量的产品化和市场营销的工作,这些工作往往是研究机构不愿意去做的。

转化:是把还远未商品化的成果转出去就不管了。但真正科技成果的奥秘有很多只存在于研发人的头脑中,专利和相关文档并不能完全携带。因此,除部分科技成果外,对绝大多数科技成果,如果掌握相关技术的人不过去,往往是做不成的。

转移:连人带成果一起转过去,并且通过股份等绑定研发者个人利益与企业经营结果的关系。他们一定要去做大量在研发机构与写论文、评职称没多大关系的产品化工作。

因此,高校与研究机构的科研成果要真正变成商品,最主要的模式是连人带项目出来创业,与投融资、企业管理、市场营销人才资源相结合。只有人出来直接参与,才有可能真正把相应成果转变成产业。在这个过程中,天使投资,企业管理与市场营销人才的结合是关键性的环节。后续还会把我在中信基金会组织的研讨会上与这个主题相关的发言整理成文发表。

中科创星是在国内高校与研究机构中跨出这一步的先行者,至少是先行者之一。《硬科技》这本书,应该说就是他们这么多年“科技成果转移”工作的总结。

三、《硬科技》的特点和价值

硬科技不仅是区别于纯商业模式类的实体行业的科技,而且有其更为特别之处。本书将其总结为以下几个特点:

  • 变革性

  • 关键性

  • 引领性

  • 基石性

另外,通过比较硬科技概念与另外两个相近概念,可以使读者对硬科技的概念更为清晰:深科技与黑科技。深科技(deep technology)最早是1995年由作家大卫·罗森博格在《连线》杂志上发表的文章《深科技》中提出的。黑科技(black technology)最早是由日本作家贺东招二在1998年创作的小说《全金属狂潮》中提出的。其关系可通过本书中的图2-4反应出来。

新知达人, 从双十一到《硬科技》

这本书从总论、8个不同硬科技的介绍、相关的投融资、相关国家政策四个方面,分成四篇进行介绍。我们重点来说下8个不同的硬科技内容,它们分别是:

  • 信息技术:光刻机、5G、人工智能

  • 光电芯片

  • 智能制造:工业机器人、3D打印、数字孪生

  • 新能源:氢能、太阳能、核能

  • 生物技术:基因编辑、合成生物学、脑科学

  • 新材料:化合物半导体、量子点显示、氢燃料电池

  • 航空航天:军用无人机、重复使用运载器、低轨小卫星星座

  • 海洋科技:无人船、深海潜水器、极地破冰船

以上内容基本也是目前中国最关注的领域。除了光电芯片外,每个领域都是选择三个重点方向展开讨论。该书的作者显然受到很多中科创星多年投资实践中“看项目”的研究经历影响,以及为投融资目的进行技术方向研究的积累,因此对相关领域的理解就会有自己的很多特点。它不是纯粹学术研究那样追求完备性,本书并不追求把所有硬科技全部谈到,而是从一些有特色性的角度进行综述。对每个技术方向大多是从以下几个方面来讨论:

  • 相关技术主要发展历史

  • 各个国家的应对措施

  • 国际发展趋势

  • 国内代表性公司的发展情况

  • 中国发展状况、挑战和建议

因为该书作者对相关技术领域与大量前沿公司有直接的深入交流,因此其理解也会有所不同,是深处这个圈子里的人才会谈出来的东西。因此,是难得的深入了解相关技术的很好材料。

四、个人的一些读后感

为了让读者更容易理解本书各个相关技术,简单说一下我详细读过本书后的一些体会。这些体会有些是书中的内容,有些是我展开讨论的。

信息技术

重点谈了光刻机、5G、人工智能三个课题。从这些课题的选择可以体会出本书作者对什么是硬科技的理解。该书并没有把“芯片”列为硬科技,而是谈光刻机。这表明光刻机在芯片领域的关键性、基石性等地位。芯片领域要突破的技术很多,光刻机的确是其中最难、最关键的硬科技之一。

5G涉及的技术非常多,几乎遍及通信技术的各个方面。例如光通信,基站的基础设施、备用电源等,IP基础设施......作为狭义的5G,主要只是空中接口部分的技术产品。其他部分与4G甚至固网宽带是复用且一样的。

人工智能 涉及的话题太多,有机会在其他文章中展开讨论。

光电芯片

虽然也叫“芯片”,如果没有对光电芯片与传统芯片进行一下比较,人们可能会产生一些误解。传统半导体芯片内在的基本功能单元通用性是较强的,就是晶体管、电阻、电容等功能单元,都是电到电的处理过程。因此,它们集成度的提升有相对比较清晰的路径。但是,光电芯片远比传统半导体芯片复杂。书中提到了光电芯片涉及领域包括信息的获取、传输、处理、存储、显示等。这里面大多涉及光电的转换,有光-电,光-介质,光-光,电-光等转换。不同的转换采用的基础单元技术差异非常大,因此,其通用性不强。事实上,很早出现 的作为光电转换的CCD电荷耦合器件,就是光电芯片最早的应用案例之一,它们广泛应用在数码相机和摄像机中。而等离子、液晶显示器件以及目前最新的量子点显示器件,也是光电芯片。光电芯片促动因素之一是通信里的波分复用设备的发展,它带来了光发、光收、光分插复用等光电器件的发展。除了书中讨论过的阵列波导光栅(AWG)外,还有书中未提到的MEMS——集成的微机电系统,作为光交换器件使用,拉曼光纤放大器件等。光电芯片的特点就是它的非通用性,这带来的结果就是很难出现像半导体芯片领域那样的光刻机、刻蚀机等通用设备,可以生产各种不同的芯片。光电芯片的内核技术各不相同,就无法生长出这样一个通用性的产业链来支撑作为一个整体的光电芯片领域。因此,光电芯片领域会出现多个分支产业链。这也意味着更多投资发展的机会,虽然每个产业链的规模可能达不到半导体产业链那么大的程度。这也需要对相关领域有更为细致的研究。

智能制造

这个章节(第七章)里介绍了工业机器人,3D打印,数字孪生。智能制造领域最突出表现了现代科技的跨领域特征。目前主流的工业机器人核心技术是6自由度机械臂,以及其中用到的伺服电机、减速器等。现代最普遍采用的这类通用机器人深度地受到汽车行业的影响,因为工业机器人最早的大规模应用就是在汽车行业。因此,我们经常看到的通用机械臂尺寸,大多就是与最初应用在汽车行业的机器人相近的。但是,如果要在所有领域全面推广工业机器人,面对的一个巨大的问题是应用领域的差异化程度实在是太大了。机器人的尺寸从几十米的桁架机器人,到生产小型结构件的十几厘米尺寸的机器人,如果算上体内医用机器人(这个可能不属于工业机器人范畴)可达纳米级。通用机器人的应用范围是受到相当限制的,如果要在工业生产领域广泛应用机器人,很难完全采用通用机器人,而只能开发各种不同的专用机器人。这就带来巨大的难题。

3D打印与过去激光和喷墨打印的重大区别就在于每个应用领域打印材料可能都是各不相同的。在各个应用领域如何开发打印材料就是一个有待突破的难题。

数字孪生技术涉及到与各个不同应用领域不同传感器的集成问题。

从理论和技术上说,很多领域都可以采用工业机器人制造。但是,开发相应领域专用机器人的企业和技术人才难以获得相应的经济回报,很难发展起来。不仅各个不同领域的工业机器人难以通用,甚至生产同一领域同一类产品的工业机器人,一旦加工件稍有改变,生产工艺稍作调整,工业机器人的生产线就得做调整,甚至重新设计生产安装专用机器人生产线。这导致了机器人应用的很大障碍。

随着中国科技从原来的跟随型转向同步甚至引领型,我们遇到越来越多的挑战并不止是国外做得如何好,我们如何跟上,而是要面对新型技术本身内在的挑战。这种挑战不仅是我们遇到,其他所有国家同道中人都要面对。谁能率先解决这些挑战,谁就会引领相应领域未来的发展。现代硬科技普遍遇到的问题就是高度的跨领域、跨学科。

如何将不通用,不标准的技术变得更加通用和标准,就是相应领域能否真正突破的关键。最初半导体器件的生产工艺也是不一样的。电阻、电容、电感、二极管、三极管、导线、绝缘体等分立元件或材料的生产工艺同样差异巨大,互不相通。但是,在半导体集成电路中,最终将各种不同元件和材料都变成了相同的标准生产工艺。芯片中的电阻、电容甚至绝缘层是用二极管改造一下形成。芯片中是没法生产电感的,因此电感就用阻容电路来形成。最终将所有电路基本上都变成二级管和三极管的生产工艺。

在这些新的硬科技领域,要进行通用化的变革,必须要具备高度跨学科、跨专业的能力,从而在最初想定技术方案时,就同时考虑并能理解到尽可能多的应用领域。只有这样,才能有效解决高度跨学科、跨专业的难题。

随便说一下,我所创立的纯科学体系,最大的价值之一就是可以作为跨学科、跨专业甚至全科型研究最有效的工具。我之所以要展开讨论一下书中列出的8个不同领域,近30种跨度极大的硬科技,就是要展示一下跨学科尤其全科型研究的优势之处。本书写这些内容的作者是20多位不同专业领域的人协同完成的。

新能源

看来本书作者对氢是青睐有加,因为对氢能源在两个地方谈到,新能源一章中的氢能源,以及新材料一章中的氢燃料电池。而对目前主流的以锂电池为主的纯电动车并未涉及。这也是为什么我在前面说本书有自己特色、并且并不去追求完备性的原因所在。本书对太阳能的进展非常熟悉,有很丰富的太阳能转换效率的行业数据。书中讨论了第四代核电技术,只是未深入展开。GIF(Generation IV International Forum, 第四代核能系统国际论坛)推荐了六种候选的第四代核电技术:

  • 气冷快堆(gas-cooled fast reactor, GFR)

  • 铅合金液态金属冷却快堆(lead-cooled fast reactor, LFR)

  • 熔盐反应堆(molten salt reactor, MSR)

  • 液态钠冷却快堆(sodium-cooled fast reactor, SFR)

  • 超高温气冷堆(very high temperature reactor, VHTR)

  • 超临界水冷堆(super-critical water-cooled reactor, SCWR)

预计第四代核电会在2030年规模商用化。中国在第四代核电技术上与世界同步甚至有些领先的研究,例如中科院上海应用物理研究的钍基熔岩堆等。由于第四代核电重点地有效解决了原来核电中存在的核废料、核事故的放射性污染等关键性的问题,因此会使核电获得飞跃性的发展,并成为太阳能等不稳定能源的有效平衡器,因此也有利于使太阳能的顺利发展。

生物技术

因为生物技术是从根本上改变生命、医学、大健康、农业和生态。它会极大改变生命进化的历程,使得生命的进化周期从万年缩短为以年计算。通过基因改造大幅度提升农业单产的研究越来越多。如将C4光合作用的植物(如玉米)基因嵌入原本是C3光合作用的农作物(如水稻),有可能将水稻单产在杂交水稻基础上再提升50%以上。不仅是通过改造农作物的基因以提升单产,通过工业化方法合成淀粉、合成蛋白,有可能使得食物的生产效率远远超出传统农业生产的效率范围。通过筛选出一些藻类并进行基因改造,可大规模生产饲料、保健品等,获得很大的效益。生物不仅仅可以生产食物,大量药品原料、香料、珍珠、木材等都是生物生产的。北京国科融智还通过合成生物学方法改造趋磁细菌,工业化生产生物源性纳米晶体磁珠BNCM,它们是核酸等各类检测试剂的基础性原料。当人类掌握并可用工业化方法控制生命活动过程后,农业生产与工业生产的区别就将越来越模糊。脑机接口甚至会从物质基础上改变人类智能,而不仅仅是人工智能的突破。

生物科技的发展可能带来的变革是非常重大的,它甚至可能带来另一场科技革命和工业革命。

新材料

新材料的范围极为广泛,本书选择的三个硬科技中,有两个都是与信息技术相关的。化合物半导体和量子点显示都属于信息技术的基础原材料。因此,它们带来的变革性、引领性和基石性都会体现在新的信息技术发展上。有些也会影响到太阳能的发展。目前新一代的化合物半导体器件主要是氮化镓、砷化镓、碳化硅等。它们常被称为第二代、第三代半导体。不过,这种称法需要提醒一下。因为一般来说,技术上的第一代,第二代,第三代,往往是指更高一代的产品技术不仅可以完全覆盖更低的一代,而且提供更好的产品技术性能或更低的成本。但以上第二代、第三代半导体与第一代的硅基半导体应用范围并不完全一样,它们主要是应用在高频功率器件上,而硅基半导体主要是用于弱电的逻辑电路。

氢燃料电池最主要突破点是无铂催化剂,它是降成本和突破矿产资源约束的关键路径。书中有很好、很丰富的介绍。

航空航天

军用无人机应用于实战的案例已经有很多了,尤其是不久前阿塞拜疆和亚美尼亚两国战争中,军用无人机发挥的作用让全世界震惊不已。蜜蜂式的攻击无人机,仅仅用3克炸药即可通过精确在人额头上爆炸而致人于死地。无人机将会带来未来战争的一场重大的革命。

重复使用运载器和低轨小卫星星座,显然都是受到马斯克的SpaceX和星链系统的冲击而形成的主题,这些技术的影响都将是非常深远的。它们不仅会带来技术的变革,而且带来航天发展模式的变革需求。低轨小卫星星座因为需要数量极为庞大的发射任务,因此与成本极低的重复使用运载器也有关联性。低轨小卫星星座系统要解决的问题,也是6G想解决的问题,就是通信网络全地球的普遍覆盖。在沙漠、海洋、南北极、高原、雪山、草原等等所有地方,都可以享受宽带服务。有人可能会质疑:没人的地方干嘛需要通信网络?而在城市里,卫星通信的信道容量因其每颗星(相当于地面移动通信的蜂窝系统单个基站)覆盖区域太大又天然地受限。但是,马斯克是为了要移民去火星,要在火星建设通信网络。那地方别说是原来没人,连任何生物都没有。星链这东西从一开始压根儿就不是为地球人设计的。先在地球上建个星链,只不过是让要地球人先享用一下火星互联网的全星球普遍服务优势,顺便替火星人先作个测试。但是,这个系统一旦在地球上建立,是顺带具有防御高超音速洲际武器能力的。所以,中国当然不能不发展。

另外,中国是不是可以跟随马斯克去开发火星的问题暂时可以讨论,但在地球上先把沙漠和海洋开发出来是很现实和迫切的课题。这也需要全星球普遍覆盖的通信系统支撑。这种系统最后只能依靠卫星通信来提供,尽管地球上城市等人口密集的区域依然主要靠地面蜂窝系统来支撑通信需求。

海洋科技

对大多数人来说,无人船是比较容易理解的。无人化是未来航空和船舶重要的、普遍的发展方向。而本书选择深海潜水器尤其极地破冰船可能很多人不太好理解。它们是高科技很容易接受,但它们的引领性和基石性怎么体现呢?因为可能会感觉它们的应用面太窄了,尤其是极地破冰船。

对深海潜水器,只需要一句话,人们可能就会理解其作为硬科技的理由所在:海洋可供开发的资源绝大多数并不在洋面,而是在水下。因此,深海潜水器是海洋开发关键性的技术产品。

那么极地破冰船为什么会被本书列为硬科技呢?我们的眼光要放长远一点。目前世界上除了公海、南北极以外,其他地方都有主了。南北极目前是无主的,那也就是未来世界大国抢夺的地盘。无论是资源开发,还是作为隐秘的战略核潜艇藏身之所,极地都是未来待开发的处女地。中国当然不能在这个地球最后地盘的争夺中毫无作为。而要进行这种开发,极地破冰船就是关键装备之一。

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