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新资料财产若何撑持国度突起?

编辑:竣翔 时候:2018-09-03

从微旁观,新资料手艺干系到每一个人的保存(医疗、情况);从介旁观,新资料手艺干系到国度经济成长(财产进级);从宏旁观,新资料手艺则干系到人类保存与可延续成长。新资料财发成长付与了当局、公司、研讨机构、本钱界更多机缘,也理当遭到人们更多正视。

YI、SHOUYIJIANSHI:LICICAICHANFANDONGZHONGDEXINZILIAO

全数人类文明的成长史,可以或许看做是新资料、新动力的操纵史。石器文明、青铜器文明、铁器文明,无一不见证着人类发现、把握、利用资料的漫漫过程。跟着迷信手艺的成长,三次财产反动接踵拉开帷幕,人类文明自近代以来顺次走过蒸汽时代、电气时代,一向到明天的信息时代。


蒸汽时代、电气时代和信息时代,外表上看起来与新资料不间接的干系。但试想,若不钢铁工艺的改革,怎会有蒸汽机的轰鸣?不石化财产的鼓起,怎会有飞机、汽车、邮轮的驰骋?不半导体财产的呈现,怎会有互联互通的假造天下?新资料及其加工手艺,不只是历次财产反动的物资根本与先导,更是人类文明前进的基石。

图1 公元1-2003年天下首要地区GDP比重

资料来历:Our World in Data

 

(YI)DIYICICAICHANFANDONG:YINGGUOYUGANGTIECAICHAN


第一次财产反动发端于18世纪60年月的英国,关头节点是仪器补缀工詹姆斯·瓦特改良了纽科门蒸汽机,大幅晋升了热效力,使蒸汽机可以或许大范围利用于采矿、冶炼、纺织等财产。尔后的数十年中,蒸汽机带来了人类出产力的极大晋升,间接鞭策了欧洲机器制作、铁路、纺织、汽船等财产的大成长,使西欧GDP总量呈迸发式成长。1770年(乾隆三十五年)中国GDP约占天下总量的30%,到1870年中国GDP占天下总量仅约17%,西欧GDP占比则跨越30%(图1)。

在英国主导的第一次财产反动中,钢铁财产无疑是出产力奔腾的物资根本。虽然在罗马时代,欧洲就已遍及利用铁器并成长出了铁匠、钉匠、刀匠等专业合作,但欧洲一向将木料作为冶铁的独一燃料,致使冶铁本钱昂扬且不可延续。直到第一次财产反动前后,英国境内煤炭的普遍利用和冶铁工艺的延续改良,增进了钢铁财产的迸发。

  • 1708年,亚伯拉罕·达比初次完成了焦炭炼铁的尝试,此后自制而普遍的煤炭慢慢成为冶铁的首要动力;

  • 1742年,亨茨曼初次利用坩埚炼钢法,在欧洲汗青上第一次炼得了液态钢水;

  • 1762年,斯米顿引进了水力风箱,大大前进了冶炼高炉的温度;

  • 1776年,瓦特蒸汽机取代水力鼓风在高炉炼铁中获得利用,炼铁业挣脱了对木料和水力的依靠。

丰硕自制的煤炭与铁矿石相连系,使英国抢先从木器时代进入钢铁时代。跟着坩埚炼钢法和瓦特蒸汽机等反动性手艺的普遍利用,英国钢铁产量不时回升、钢不二价格不时降落,铁已丰硕和自制到可以或许用于普通的扶植。1720年英国铁产量仅为2万吨,1850年已敏捷增添至250万吨(图2)。铁敏捷据有了木器主宰的传管辖域,从船舶、车辆、桥梁到修建。

图2 英国18至19世纪钢铁产量图

资料来历:《汗青的细节:高出千年的钢铁汗青》

1804年,特里维西克发了然天下上第一台行驶于轨道上的蒸汽机车,由此斥地了一个极新的铁路时代。1825年,当铁路时代到来时,英国已建成原始铁路轨道300英里。到1870年,英国就已具备15500英里铁路。新时代开启后,铁路成为鞭策英国经济起飞的最首要身分,“日不落帝国”的环球霸主位置就此奠基。

(ER)DIERCICAICHANFANDONG:DEGUOYUHUAXUECAICHAN

第二次财产反动始于19世纪60年月末期,以电能的打破、利用和内燃机的呈现为标记,德国事这一场财产反动的引领者,美国则是集大成者。在第二次财产反动中,钢铁、煤炭、机器加工品级一次财产反动呈现的手艺获得了进一步的成长。同时,煤油、化工、汽车、航空、电气等新兴财产范畴崭露锋芒,使全数财产面孔面目一新。在第二次财产反动历程中,迷信与手艺的不时前进,动员了东方社会经济的高速增添。到1950年,西欧和美国的GDP在全天下的占比跨越50%,而中国仅为3%(见图1)。

在第二次财产反动中,化工行业的鼓起与兴旺成长,极大地丰硕了人类社会所需要的物资。化工染料、分解橡胶、塑料成品、化学制药、化肥等产物的呈现,为人类的衣食住行等各个关头供给了物资保证。德国化学财产与化工资料在第二次财产反动中异军突起,更成了德国经济弯道超车、军事迅猛突起的根本。

  • 1826年,李比希在德国吉森初创了著名于世的古代化学尝试室,培养出霍夫曼、凯库勒、拜耳、费歇尔、施陶丁格、李普曼、艾利希、奥斯瓦尔德等化学财产前驱,前后共有40人获得诺贝尔化学奖;

  • 1863-1867年,拜耳、赫希斯特、巴斯夫和阿克发等公司接踵在德国创建,德国分解染料财产异军突起;

  • 1897年,在拜耳公司任务的霍夫曼与艾兴格林一路发了然阿司匹林,化学制药财产起头鼓起;

  • 1902年,德国化学家哈伯起头研讨由氮气和氢气间接分解氨,并于1908年请求“轮回法”专利,自此分解氨财产连续为军事、农业、财产办事;

  • 1913年,德国化学家伯吉尤斯在尝试室胜利完成了煤氢化为液体燃料,法本公司于1927年扶植煤氢化工场,尔后为二战时代德国戎行供给燃料;

  • 1922年,德国化学家施陶丁格首创了高份子化学这一学科,人类此后进入“聚合物”时代;

  • 1925年,IG法本公司正式组建,由拜耳、赫希斯特、巴斯夫和阿克发等6家公司归并而成,该公司在二战时代为德国戎行出产了多量的分解燃料和分解橡胶,使德国打破了本钱瓶颈。

在曩昔100多年中,德国几经兴衰,却都能完成回复,这离不开德国在第二次财产反动中完成的手艺堆集与积淀。德国化学财产一向坚持着高度的立异才能,拜耳、巴斯夫等化工巨子均由分解染料起身,但并没堕入同质化合作的旋涡中。履历100多年的成长,拜耳、巴斯夫等公司仍然可以或许位列环球500强公司,是名副实在的“不死鸟”。

 

图3 拜耳、巴斯夫、赢创公司标记

资料来历:收集

(SAN)DISANCICAICHANFANDONG:MEIGUOYUBANDAOTICAICHAN


第三次财产反动肇端于20世纪50年,以计较机的发现、信息化和通讯财产的变更为标记,美国事这一次反动的倡议者与当之无愧的领军者。在第三次财产反动中,科技合作成为国度合作的的主疆场,美苏霸权的争取同样成了科技成长的壮大动力。凭仗薄弱的物资根本、天然本钱和来自环球的优异人材,美国在核手艺、生物手艺、喷气航空手艺、载人航天手艺、微电子手艺和信息手艺等范畴几近周全抢先于天下。与上述范畴相干的核工程资料、生物高份子资料、低温合金、航空航天资料、与信息资料等手艺,更成了美国获得环球霸权的物资根本。

跟着互联网、挪动互联网、物联网的迅猛成长,信息手艺对经济勾当和人类糊口体例发生了较为深入的影响。半导体财产已成为蓝色星球上最为紧密、产值最高、环球化水平最深的财产,则成了承载信息社会的首要物资根本。

  • 1945年,美国宾州大学研收回天下上第一台计较机ENIAC,其分量靠近30吨,占空中积接一间大课堂;

  • 1947年,贝尔尝试室的三名迷信家发了然比真空管体积小、本钱低、能耗少的晶体管;

  • 1951年,IBM托付了用于美国生齿普查的第一台商用计较机;

  • 1958年,德州仪器公司设想出基于锗的集成电路,1959年,仙童半导体设想出基于硅的集成电路;

  • 1964年,在仙童半导体任职的摩尔预言半导体芯片上集成的晶体管和电阻数目将每一年增添一倍,1975年摩尔在IEEE上提交论文,正式颁发了摩尔定律(改成晶体管数目每两年增添一倍)。

图4 摩尔定律表示图(1971-2016年)

 数据来历:Our World in Data

20世纪50年月,为改良晶体管特征、前进不变性,半导体资料的制备手艺获得了敏捷成长。但因为受间接带隙的限制,硅资料在硅基发光器件的研讨方面停顿迟缓。跟着半导体超晶体魄观点的提出,和份子束内涵、化学束内涵等前进前辈内涵成长手艺的前进,半导体物理从曩昔的“杂质工程”成长到“能带工程”,为基于量子效应的新一代器件利用奠基了根本。停止今朝,半导体资料已成长到第三代。


图5 半导体资料机能比拟

资料来历:IITE清算

近半个世纪以来,美国公司、当局、科研机构彼此联袂,主导着环球收集信息手艺的成长历程。在环球互联网经济中,不管从手艺开辟、贸易立异和收益比重上看,美国无疑都位居抢先位置。但应当注重的是,美国引领信息财产海潮的根底,不只在于信息与通讯手艺的前进,还在于半导体资料、量子物理等迷信和手艺的成长。半导体资料作为信息财产最为首要的根手艺之一,恰是美国坚持信息财产霸主位置的物本钱泉。

ER、DAGUOSHIJIAO:XINZILIAORUOHECHENGCHIGUODUTUQI?


在三次财产反动海潮中,英国、德国、美国接踵突起成为天下一流强国,这都离不开新资料手艺的停顿和打破。以化工行业为例,西欧和美国在该行业据有着相对抢先位置(图6),从而肯定了其在塑料、橡胶、纤维、粘合剂、涂料等财产,和军事、交通运输、农业、电气电子等财产范畴的上风。二战此后,日本和韩国依靠本钱引进、手艺引进、成长内向型经济等手腕,胜利完成了经济起飞与国度突起,也奠基了在纳米资料、电子信息资料、显现资料和存储资料等范畴的上风位置。

 

图6 2016年环球化工50强地区散布

资料来历:Chemical & Engineering News

(YI)MEIGUO——ZHOUQUANZHEHUADEXINZILIAOCAICHAN


今朝,国际上新资料范畴周全抢先的仍然是美国。在第二、三次财产反动海潮中,美国依靠壮大的经济与科技气力,在化工资料、陶瓷资料、信息资料、生物资料等范畴周全着花,延续引领着资料科技与财产的成长标的目的。

暗斗时代(1947-1991年),美国为压抑苏联,科研标的目的首要向国防军事范畴倾斜。与国防紧密亲密相干的航空航天、计较机与信息手艺、生物工程等范畴,成为美国引领环球科技成长的出力点,并间接动员了美国电子信息资料、空间资料、化工新资料的敏捷成长。在此时代,美国鼓起并引领了第三次财产反动的海潮,半导体、生物制药等新兴财产接踵迸发,新资料手艺的成长不只丰硕了人类的物资天下,同时还鞭策了社会构造情势与信息交换体例的变更。

暗斗竣事后(1991-此刻),遭到日本与欧盟在科技范畴的强势挑衅,美国将科技政策转为军民融会,并前后出台了一系列与新资料成长有关的政策(图7)。1991年,美国当局颁发第一份国度关头手艺报告,提出了对国度经济繁华和国度宁静相称首要的 6个范畴,此中新资料位于 6大范畴之首。

 

图7 美国新资料政策

数据来历:赛迪智库原资料财产研讨所

  • 克林马上代,美国当局出台《手艺增进美国经济增添 :扶植经济气力的新标的目的》政策报告,旨在复兴美国制作业。在此框架下,美国前后宣布《将来财产资料打算》、《国度纳米手艺打算》等一系列严重科技立异打算。克林马上代,美国新资料手艺不时获得新打破,在空间资料、超导资料、生物资料、动力资料等范畴环球抢先。

  • 小布什时代,美国因“911事务”再次将科技研发重点转向国防。在此时代,美国在新资料范畴仅宣布了《国度半导体照明研讨打算》、《21世纪纳米手艺研讨开辟法案》、《国度氢燃料研讨打算》,将把半导体手艺、纳米手艺和氢动力等作为研发重点范畴。

  • 奥巴马时代,受2008年金融危急的影响,美国加大手艺研发投入,以重塑制作业合作上风、加快新型财发成长。美国当局增强根本性和前沿性手艺研讨,鼎力成长可再生动力,主动推动生物手艺研讨,坚持美国在空间范畴的上风位置,复兴钢铁财产,推行新动力汽车,培养纳米手艺财产。

 

图8 2016年环球新资料公司100强(局部)

数据来历:新资料在线

颠末第二、三次财产反动的浸礼,美国降生了一多量新资料财产的巨子,如化工行业的宣伟、PPG、陶氏、埃克森美孚,纳米与半导体行业的利用资料、德州仪器、英特尔,和航空航天行业的通用电气、波音等。今朝,美国仍然具备环球最大致量的经济,最复杂的科技人材集体,最具立异活气的公司与财产集群。在可预感的将来,美国将仍然是新资料行业的执盟主者。

(ER)RIBEN——BANDAOTICAICHANDETUQI


朝鲜战斗时代,美国庞大的军用产物需要,使日本疾速挣脱了经济泥塘,走上疾速成长的途径。在美国本钱与手艺转移的背景下,日本通产省(MITI)推动“重化工”成长计谋,起头鼎力投资根本财产。日本周全成长电力、钢铁、化工、机器等财产,敏捷构成了完全财产系统。高机能钢铁、化工资料等手艺的不时前进,成了日本此后经济起飞的物资根本。20世纪70年月,日本产的汽车、汽船、家电、钟表等产物已横扫环球市场。

因为信息和通讯财产的兴旺成长,半导体这一高代价的尖端财产已成为科技大国的必争之地,半导体资料的根本性、撑持性感化也就愈发凸显。早在20世纪70年月,环球半导体财产链的绝大局部位于美国。比方,英特尔第一代微处置器于1971年在美国硅谷降生,苹果公司第一台民用计较机于1976年在美国启用。据1975年统计数据阐发,环球前十的半导体系体例作商全数为美国公司。20世纪80年月,日本半导体系体例作商采用基于DRAM的IDM贸易形式,在环球半导体市场获得了抢先位置,在政策搀扶下日本半导体资料公司完成后来居上,半导体财产慢慢向亚洲转移。

为挣脱半导体手艺凭仗于西欧的弱势场合排场,日本通产省(现为经济财产省)阐扬了壮大的政策指导感化。

  • 1957年,通产省拟定实行《电子财产复兴姑且办法法》,有用奠基了日本公司进修美国前进前辈手艺的根本;

  • 1971年,通产省拟定《特定电子财产及特定机器财产复兴姑且办法法》,进一步承袭了“电振法”的主旨,强化了成长以半导体为代表的电子财产的力度,胜利地赞助日本公司经由过程增强本身研发、出产才能,有用地抵抗了西欧半导体厂商的打击;

  • 1978年,通产省拟定《特定机器谍报财产复兴姑且办法法》,进一步安定了日本半导体财产的位置。

20世纪80年月,日本凭仗薄弱的经济根本,倾力成长半导体财产,塑造了浩繁着名花费电子品牌。受害于环球PC需要的疾速增添,和存储器市场的疾速扩大,日本正式成为环球半导体市场和手艺中间。停止1988年,环球前二十泰半导体系体例作商中日本公司据有11席。

图9 1988年环球半导体公司营收排行榜

数据来历:IHS

20世纪90年月后,日本通产省在财发成长趋向的判定上存在严重失误,加上广场和谈和金融泡沫的分裂,日本在花费电子范畴迎来了“落空的二十年”,日本半导体行业落空了昔日的荣光,慢慢被韩国和台湾的公司所鲸吞。虽然如斯,日本新资料龙头公司在半导体资料范畴手艺制高点延续规划,颠末近40年的专心研发和精准的环球范围市场规划,停止2014年日本在环球半导体资料市场份额中占比跨越60%,仍然把握着半导体行业的命根子与高额利润。

 

(SAN)HANGUO——JINGJIQIFEIMIANQIANDEXINZILIAOCAICHAN


韩国事二战此后,独一一个由农业国度胜利转型成为发财财产国度的大国(生齿跨越5000万)。韩国经济起飞的速率被誉为“江汉古迹”,成为后发国度弯道超车的典范。从韩国突起途径看,“能人政治+休息麋集型财产+美日本钱+越战”等身分成为韩国经济成长的关头动力,韩国的科技成长也离不建国度意志。

半导体财产是韩国财产进级胜利的典范代表之一。韩国半导体行业发源于财产链中低附加值的休息麋集型工序,颠末十多年的成长,韩国慢慢进入财产链的高端,并且在环球半导体行业中的 DRAM 和闪存研发和出产方面获得了抢先位置。出格是在下流存储器范畴,韩国的三星电子和 SK 海力士两至公司几近把持环球三分之二的市场份额。

 图10 环球DRAM市场据有率

数据来历:国海证券研讨所

  • 1983年,三星电子决议对内存芯片出产停止大范围投资,并胜利研发了64K DRAM;

  • 1985年,三星电子胜利开辟了1M DRAM,并获得了英特尔“微处置器手艺”的允许和谈;

  • 1988年,韩国电子通讯研讨院结合三星、LG、古代和韩国六所大学胜利攻关4M DRAM;

  • 1993年,三星电子排名大跃进,初次进入环球前十泰半导体厂商,起头挑衅日本半导体公司在DRAM的位置;

  • 2001年,已收买了LG半导体的Hyundai,正式从古代团体分手出来并更名为Hynix(海力士)成为,DRAM范畴的一个强无力争取者。

图11 韩国半导体资料公司

资料来历:国海证券研讨所

依靠于下流强势的存储器行业,韩国半导体财产集群效应较着,降生了一多量半导体资料公司(图11)。韩国的半导体财产从设想、制作、封测一向到装备和资料都具备相称的气力。与半导体行业近似,液晶手艺由美国人发现,日本完成手艺打破并将液晶手艺普遍推行,韩国则经由过程手艺让渡、“逆周期投资”等形式完成反超。今朝,韩国LCD和OLED资料供给商以三星和LG(图12)为主,此中OLED资料在天下据有抢先位置。


图12 LG化学营业

资料来历:国海证券研讨所

SAN、JIANGLAIZHANWANG:XINZILIAOSHOUYIGANXIRENLEIYUNQI?


以后,天下正面对着品种单一的环球性题目。一是生齿题目,生齿增添过快给情况带来严重负荷,同时老龄化题目严重过给医疗、社会办事带来严重挑衅;二是情况题目,环球天气变暖、生物多样性锐减、地盘荒凉化、陆地净化等题目给人类可延续轮回带来压力;三是本钱题目,水本钱、地盘本钱的退步题目严重,将成为将来人类面对的最为严重的挑衅之一。

与此同时,新资料、新动力、生物医药等迷信也在加快前进中,将来或无望赞助人类克服上述环球性题目。跟着生物医用资料、信息资料、新动力资料等新资料的延续开辟,和野生智能和量子计较在新资料研发中的加快利用,资料与物理、化学、生物、信息、数学等多学科穿插融会的景象进一步进级,多学科穿插在新资料立异中的感化进一步凸显。新资料手艺在环球经济成长与财产进级变更中的撑持性、引领性感化不时增强,新资料手艺成为天下科技强国比赛的重点,同样成了破解环球性题目的关头地点。

作为信息财产、新动力、环保、生物医药的底层手艺(或根手艺),新资料手艺的撑持性、先导性感化愈发凸显。从微旁观,新资料手艺干系到每一个人的保存(医疗、情况);从介旁观,新资料手艺干系到国度经济成长(财产进级);从宏旁观,新资料手艺则干系到人类保存与可延续成长。新资料财发成长付与了当局、公司、研讨机构、本钱界更多机缘,也理当遭到人们更多正视。


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