美国近期科技发展概况

美国科技进步

一、以时间为线索的美国科技政策及概况

90年代以前美国占据世界领先地位的行业主要是航空航天、计算机和信息技术、生物技术（生物医药占70%以上）。这种格局是拜冷战期间“为国防而科研”政策下投入的巨额科研经费，但即使是在冷战结束前，1979年12月美国科学院向国会提交的咨文中就已经指出：“美国科学的状况虽说是出色的，但是在世界上已不再有鹤立鸡群的形象了”。冷战结束后，和平与发展成为人类共同话题，以跨国公司为主体的生产全球化，促进了国际分工，也激发了经济与科技竞争，而此时的美国经济开始出现了衰退迹象，1988年美国国家科学基金会发表的报告称“除化学加工和航天工程外，日本几乎在所有高科技领域都与美国不相上下或超过美国”。

面对严峻挑战，美国自老布什年代就开始调整科技政策：1991年白宫发表第一份国家关键技术报告，提出了对国家经济繁荣和国家安全至关重要的六个领域（材料技术、制造技术、信息和通信技术、生物技术、航空和运输技术、能源和环境技术）的22项关键技术，反映了科技发展由以军事为主转变为军民结合的方向；1992年初，联邦科学、工程与技术协调委员会完成了高性能计算与通信研究计划等5大科研计划；国会通过了再投资法，促进军民两用技术的开发。克林顿上台后进一步发挥政府职能作用，依靠科技创新促进经济持续增长：1993年，国家科学技术委员会（NSTC）成立，转变了二战后美国各部门各自为政的科研管理体系，使NSTC成为科技界在政府的代言人；建立了总统科技顾问委员会（PCAST），提供科技建议并协助NTSC工作。政府在军事和民用科技两个方向上的R&D投入，从老布什政府的6:4比例调整为1993年的5:5，军、民基本持平。重视教育，联邦政府加强对大学的R&D资助，从1993到2001年增长幅度为53%，提高了美国大学的科研能力，并为美国青少年提供了更多的教育机会。到2001年，R&D在GDP中的比例

上升到了2.71%，在主要发达国家中仅次于日本。20世纪的最后十年，美国在人类基因组计划、信息高速公路计划和国家纳米技术等领域，又一次走在了世界的前面，到2001年，美国成为世界上高技术产业最发达的国家：高技术产出占全球同类产出的32%，仅IT产业的总产值就达2937亿美元；高技术产品占出口额的50%以上，附加值高；美国在计算机及软件、办公设备、电视设备、通讯设备、飞机及零部件、科学仪器、药品、发动机和涡轮机、导弹和航天飞机等技术领域成为领先国家；美国成为世界知识密集型服务业的最大供应国；成为知识产权净出口国，2001年知识产权许可收入达49亿美元，为知识经济的发展奠定了基础。

9.11以后美国科技发展有了新的变化。2001年小布什就职后施行政府简政放权，激发企业创造力和积极性的政策，一方面大力推进基础科研，但集中于对美国关系重大的信息技术、医学研究等领域，比如2004年国会批准的联邦研发投入达1269.7亿美金，比2003财年度增加96.7亿美金，增长8.2%，但增加额的99%被国防部、健康与人类服务部、能源部和国土安全部获得；另一方面为适应反恐需要，更加重视军事科技，将反恐、反生化战的研发提到优先地位，国防研发经费从2001年的457亿美元上涨到2004年的709.4亿美元，呈快速增长趋势。

二、近年来美国发展最迅速的高科技领域：

（一）、生物技术(Biotechnology， BT)

美国生物技术起步早，发展完善，已经具备了全球最先进的技术水平，最多的技术成果储备，形成了完整的产业链、人力资源充足、专利保护得力、资本市场结构合理，关联企业和支持产业配套完善，形成了多个发展势头良好的产业集群和优良的发展环境。目前，生物技术产业已经成为美国高技术产业的核心动力之一，增长速度大致是在25%-30%，

是整个经济增长平均数的8-10倍。其技术和经济水平在转基因农产品、制药、生化仪器和医疗服务等领域居世界前列；对全球的大豆、玉米生产具有重要影响；每年FDA（美国食品药品监督管理局）批准约150至200种具有重要意义的新药；并在基因和分子生物学水平上占据科技制高点，形成了波士顿、洛杉矶、纽约、费城、北卡金三角、圣迭戈、旧金山、西雅图和华盛顿-巴尔的摩共九大生物技术产业集聚区。

生物技术部门是美国经济中充满活力的领域，它创造并拉动了更多的就业。2004年，美国生物技术部门的就业总人数达到120万人，其中有三分之二服务于医疗器械设备检验和医学实验室等分部门，这两个部门各有40多万人。制药部门雇用31.3万多人，农业原料和化学品部门大约有10.5万人。2001年以来，生物技术部门的就业率增长了1% 多一点，而同期全美就业人数下降了0.7%。

生物技术部门120万个工作岗位使美国经济新增了580万个工作岗位，这样，生物技术部门对就业人数的影响是总共创造了700万个工作岗位。2004年，生物技术部门的人均年工资为65775美元，比其他部门的人均年工资高出26000美元。不仅生物技术工人的工资大大高于平均水平，而且自2001年以来，生物部门工人的实际收入增长了6.4%。

正是由于生物技术带来的巨大的经济效益，美国各州都在投资发展生物技术。从总体上讲，各州都花费数十亿美元用于支持生命科学研究和必要的基础设施建设。加州的研究投入最高，州政府批准用30亿美元债券投资建立再生医学研究所。华盛顿州设立了3.5亿美元的生命科学发现基金，用以支持具有经济发展潜力的生物科学研究。宾州州长建议设立5亿美元的沙克遗产基金，支持生物科学教师的招聘和设施的建设。其他州也制定了一些重要计划，为包括生物技术在内的许多技术部门提供资助。

最近美国国家科学基金会的一项研究证实了大学设施经费的大幅增长，指出2002和

2003财年间有76亿美元用于新建科学与工程研究场所上，而其中有56%花费在与生物技术有关的设施上。各许多州还在继续进行设施建设。科研机构在2004和2005财年耗资91亿美元新建1900万平方英尺的研究场所，其中工程、生物学和医学占72%。

关键词：转基因技术、人类基因组、化学&生物制药、生物芯片、基因治疗

（二）、信息产业 （IT业）

美国信息产业发展特点是产业竞争力领跑全球，技术创新水平居首位，注重掌控标准制高点。2006年到2009年，美国信息产业增加值的复合增长率为3.8%，占其GDP的比重始终保持在8%左右。2009年，美国信息产业完成增加值约为10649亿美元，较2008年增长4个百分点。

产业竞争力领跑全球。根据英国经济学家信息部(EIU)的《IT产业竞争力指数》报告，美国IT产业竞争力在全球居于领先位置，这主要是由于美国拥有良好的创新氛围、雄厚的人才资源、先进的技术基础设施、健全的法律制度、政府的支持以及开放的商业环境。

技术创新水平居首位。基于全球最雄厚的技术创新成果储备、最充裕的人才储备和巨额的信息技术研发投入，美国的信息技术水平在全世界处于绝对领先地位。二战后，全球60%的信息科技发明出自美国，70%在美国最先付诸使用，这些创新一直推动着美国信息产业的发展。

注重掌控标准制高点。标准规范代表着信息技术的主流，掌握标准往往就意味着掌握市场。美国政府和信息产业企业都非常注重对标准的掌握，积极争取在制定信息技术标准方面发挥重要作用。对基础软件、办公软件、移动通信等领域标准的掌控帮助美国企业获

得了巨额利润。

目前，美国信息产业在互联网技术、云计算技术、移动互联、软件技术和电子商务等方向上具有优势。

补充信息：云计算

云计算（cloud computing），是一种基于互联网的计算方式，通过这种方式，共享的软硬件资源和信息可以按需提供给计算机和其他设备。“云”其实是网络、互联网的一种比喻说法。云计算的核心思想，是将大量用网络连接的计算资源统一管理和调度，构成一个计算资源池向用户按需服务。

1983年，太阳电脑（Sun Microsystems）提出“网络是电脑”（“The Network is the Computer”）,2006年3月，亚马逊（Amazon）推出弹性计算云（Elastic Compute Cloud；EC2）服务。

2006年8月9日，Google首席执行官埃里克·施密特（Eric Schmidt）在搜索引擎大会（SES San Jose 2006）首次提出“云计算”（Cloud Computing）的概念。Google“云端计算”源于Google工程师克里斯托弗·比希利亚所做的“Google 101”项目。

2007年10月，Google与IBM开始在美国大学校园，包括卡内基美隆大学、麻省理工学院、斯坦福大学、加州大学柏克莱分校及马里兰大学等，推广云计算的计划，这项计划希望能降低分布式计算技术在学术研究方面的成本，并为这些大学提供相关的软硬件设备及技术支持（包括数百台个人电脑及BladeCenter与System x服务器，这些计算平台将提供1600个处理器，支持包括Linux、Xen、Hadoop等开放源代码平台）。而学生则

可以通过网络开发各项以大规模计算为基础的研究计划。

2008年1月30日，Google宣布在台湾启动“云计算学术计划”，将与台湾台大、交大等学校合作，将这种先进的大规模、快速计算技术推广到校园。

2008年2月1日，IBM（NYSE: IBM）宣布将在中国无锡太湖新城科教产业园为中国的软件公司建立全球第一个云计算中心（Cloud Computing Center）。

2008年7月29日，雅虎、惠普和英特尔宣布一项涵盖美国、德国和新加坡的联合研究计划，推出云计算研究测试床，推进云计算。该计划要与合作伙伴创建6个数据中心作为研究试验平台，每个数据中心配置1400个至4000个处理器。这些合作伙伴包括新加坡资讯通信发展管理局、德国卡尔斯鲁厄大学Steinbuch计算中心、美国伊利诺伊大学香宾分校、英特尔研究院、惠普实验室和雅虎。

2008年8月3日，美国专利商标局网站信息显示，戴尔正在申请“云计算”（Cloud Computing）商标，此举旨在加强对这一未来可能重塑技术。

2010年3月5日，Novell与云安全联盟（CSA）共同宣布一项供应商中立计划，名为“可信任云计算计划（Trusted Cloud Initiative）”。

2010年7月，美国国家航空航天局和包括Rackspace、AMD、Intel、戴尔等支持厂商共同宣布“OpenStack”开放源代码计划，微软在2010年10月表示支持OpenStack与Windows Server 2008 R2的集成；而Ubuntu已把OpenStack加至11.04版本中。

2011年2月，思科系统正式加入OpenStack，重点研制OpenStack的网络服务。

2011年10月20日，“盛大云”宣布旗下产品MongoIC正式对外开放，这是中国第一家专业的MongoDB云服务,也是全球第一家支持数据库恢复的MongoDB云服务。

（三）、航空航天业

航空航天业是美国的传统优势产业，迄今为止只有前苏联在某些航天项目上有短暂的领先。目前，美国在无人智能型航空航天器、隐身飞机、发动机、特种材料及加工制造能力等方面居领先地位，在大型客机等领域与欧洲平分天下。

补充信息：无人机

无人驾驶飞机是一种以无线电遥控或由自身程序控制为主的不载人飞机，目前主要应用于现代战争。它的研制成功和战场运用,揭开了以远距离攻击型智能化武器、信息化武器为主导的“非接触性战争”的新篇章。

现代战争已是坦克、大炮、飞机、军舰多兵种之间有机配合， 空地海天电一体的立体战争。其技术之先进、杀伤力之强和危险性之大，都是前所未有的。而无人机以其体积小、重量轻、机动性好、飞行时间长和便于隐蔽为特点，尤其是因其无人驾驶，特别适合于执行危险性大的任务，故在现代战争中正发挥着越来越大的作用。如在1982年发生的贝卡谷地之战和1991年爆发的海湾战争中，无人机在侦察监视、干扰敌方雷达通信系统和引导己方进攻武器等方面，都发挥了极其重要的作用。

由美国五角大楼和国防部高级研究计划局(DARPA)共同研发的，同时作为研制新一代打击速度超过火箭的特超音速武器计划的一部分，一款被命名为“猎鹰HTV-2”的无人飞行器可达到音速20倍飞行。美国军方希望这款新型无人机能确保在1个小时内对全球范

围内任何地点的恐怖分子或者流亡政府实施打击，这种攻击能力叫做“常规定时全球打击系统(CPGS)”。

在距地球表面15公里高度处，大气压力与大气密度分别约为地面的12.3%和 16.2%；在30公里高度处，分别约为地面的1.2%和1.6%；在60公里高度处，分别仅为地面的0.031‰和0.028‰，已接近真空状态，空气阻力非常小，因此，飞行阻力也非常小。

只要使用火箭把HTV-2从地面发射到亚轨道，进入大气层后利用气动升力进行远距离滑翔飞行。 当其爬升到40公里高度时关闭发动机，飞机依靠惯性滑行到60公里的高度时开始回落；随着飞机回落，升力逐渐加大，到达35公里(稠密大气层的边缘)时短暂启动发动机，推动飞机再次爬升。如此周而复始，飞机每两分多钟进行一次“跳跃”，每一跳约450公里。这与在池塘里打水漂的过程有着异曲同工之妙。

HTV-2的载重为5吨，可以选择携带多种武器，一枚钻地弹，4枚小直径的精确弹药，还可以携带6枚广域自主搜寻目标弹药，或是6架进行情报收集、监视、侦察的无人机。分别能够在45分钟内、52分钟内精确击中远达13000公里、16700公里的各种目标，其效率和效能非常惊人。

国防部高级研究计划局计划战术策略办公署主管戴夫-内兰德(Dave Neyland)说：“我们将着眼攻克一些挑战，比如：持续极超音速飞行任务。我们需要提高技术知识，从而促进未来极超音速技术的发展……”

2011年4月，第一架“猎鹰”HTV-2在飞行了短短9分钟之后，便消失在太平洋上空，至今仍未找到；8月11日，第二架“猎鹰”起飞约10分钟后，飞机已沿轨道进入滑翔阶段，但约26分钟后失控。

在军事科学院研究员杜文龙看来，“如果只是孤立地看待HTV-2的失败，那就大错特错了。”杜文龙说。事实上，与HTV-2几乎同时期被研发的高超音速飞机，还有大名鼎鼎的X-37B太空战机，以及X-51高超音速巡航导弹。

X-37B被称为轨道上的战斗机，它既可以在太空巡航侦察，又能进入大气层执行攻击任务，可以在单一行动中摧毁敌军卫星和来袭导弹。去年首次试飞成功后，第二架X-37B已经于2011年3月5日再次进行为期9个月的轨道试验飞行。

X-51则由B－52轰炸机带到3.5万英尺的高空进行发射，几乎可以在一小时内对地球上任何一处目标实行精确打击。此前，只有弹道导弹和宇宙飞船才能达到这种速度。2010年5月26日，首架X-51A完成了143秒的飞行，随后遥测信号中断，致使飞行提前终止。

杜文龙认为，目前这三种高超音速武器系统在试飞阶段并不顺利，但它们绝对是美国未来“1小时打遍全球”的核心武器。HTV-2的成功仅仅是一个时间问题。这就不难理解，在2010年4月8日的布拉格削减核武器新条约签署中，美国为何答应得如此爽快。因为，它已开始在其他国家的一个军事空白领域建立新型战略打击能力。

（四）、纳米技术

请参考萧镜如教授有关纳米技术的介绍

三、美国产业界对R&D的贡献

美国产业界参与研发始自1876年托马斯。爱迪生（Thomas Edison）建立的门罗公园（Menlo Park）实验室，而真正的大实验室开端的标志是1901年通用电气公司（GE）

研究实验室的建立。二次世界大战以后，产业界对科研的投入不断增加，由1953年的188亿美元增加到1757亿美元，几乎增长了10倍。到2000年以后，产业界投入的科研经费已经占美国R&D经费总额的三分之二以上。在制造业中，中、大型公司和巨型公司（雇员25000人以上）是研发的主体，研发投资占前三位是：计算机及电子产品、运输设备和化学工业，而在非制造业中，500人以下的小公司是研发的主力，研发投资占前三位的是：职业与科学技术服务、贸易和信息业。

四、跨国公司和外资公司对美国高科技的贡献

90年代以后，出于政治经济推动和税务壁垒及避税等动机，美国跨国公司和海外扩张蓬勃发展。到2000年美国的跨国公司产出增加值达2.7万亿美元，销售收入9.03万亿美元，在美国以外的全世界拥有3120万职员。美国母公司研发支出达1316亿美元，而其在海外的控股子公司在国外的产业研发投资达到197.58亿美元，占当年研发投资总额的13.1%。90年代以后，美国跨国子公司在海外研发投资以年均6.9%的速度增长，高于母公司研发投资年均4.3%的增长幅度。美国跨国公司在海外控股公司的研发投资主要分布在德国、英国、加拿大、法国、日本和瑞典六个国家，占投资总额的三分之二以上。从行业分布而言，国外研发投资主要集中于运输设备（29%），计算机与电子产品（25%）和化学工业（22%，其中83%是生物医药行业）。

2000年在美国的外国控股公司（股份占50%以上），其总增加值达到4494亿美元，销售收入达2.05万亿，在美国拥有556万职员，这些公司的增加值占美国私营工业GDP的6%，私营企业就业人数的4.9%，研发投资达261亿美元，占全美研发投资的13%。德国、英国、瑞士、日本、加拿大、法国和荷兰七个国家的投资合计占外国公司在美国投资的90%以上。从行业来看，外国控股公司研发主要集中在制造业，占78.8%，有2/3的外国公司研发集中在化学工业（其中80%为制药业）、计算机与电子产品、运输设备制造

和电子元器件制造。以上信息反映出美国在强势产业中的开放格局，利用国际分工完成美国独自无力完成的项目或降低开发成本，参见补充文章《国际分工---以苹果、波音和英特尔为案例》。

五、题外话兼总结：美国科技实力的评价、教育和自由的因素

作为当今世界上最发达的国家，美国仍然难逃信心危机的历史怪圈。1957年当前苏联把地球卫星送进太空时，美国人觉得天就快塌了。1980年代，当日本的各种电器大量涌进美国市场时，美国人又如临大敌。20多年后的今天，美国人对自己的科技实力又产生了怀疑，因为其经济增长率落在了芬兰的后面。

尽管如此，一个不容忽视的事实是，美国在知识产权和科学技术等领域的领先优势是巨大的，美国仍然是当之无愧的王者。众多的知名学者、专利发明、各类影响巨大的学术论文，以及诺贝尔奖得主，都从侧面证明着美国的实力。其中最根本的，还有美国科学界的自由的文化氛围，这也是推动着美国经济前进的动力之一，并且为发明创造和改革创新提供了良好的发展空间。

科技创造的实质是一种主动、自发的行为。一个社会的创造力与自由的文化氛围息息相关，而美国社会正是追求着为人们的思想交流提供一个无障碍、限制最少的平台。在这里，各个民族与各种文化的融合创造出的不仅仅是美食和音乐，还有伟大的科学技术和科学家们。在这样的氛围下，移民们创造着美国：匈牙利人创办了英特尔，俄罗斯人创造了Google，中国人带来了雅虎。科学界宽松自由的文化特质为美国的科技生产力、科技创新能力提供了智力保障。

曾有人担心布什政府削减研发预算对国家实力的影响。然而，前苏联、日本，以及很

多其他国家的失误正是由于过分相信科技创新必须要依靠政府作出全面的计划、提供充裕的资金，才能得到发展。

再回到前面facebook和iPod的那个问题，为什么美国创新能力很强？为什么奥巴马很自豪地称美国是“the nation only bound by the boundary of our imagination”（一个仅被自己想象力的边际限制的国家）？美国创新的体制和创新文化也许是美国永葆高科技青春的真正秘密。抛开美元经济等其它因素不谈，仅就体制而言，在其它国家没有形成可与之竞争的软环境之前，美国的高科技神话仍将延续。

补充信息：美国教育的在哪些地方真正是有价值的？

第一，信息量庞大：美国小孩所处的信息环境比我们国内的小孩来得好很多。美国各种前沿的信息资源非常多，不论是电视、电影、互联网、书店、图书馆。好奇心和上进心强烈的小孩就不断受各种最新信息带来的视觉和内容刺激，因此想法和点子就很多。美国人的逻辑可能是这样的：不一定每个小孩都需要出类拔萃，但只要其中一个小孩是Steve Jobs 或者Mark Zuckerberg，美国人就能改变世界。

第二，与社会接轨早：美国小孩很早就通过打工、义工进入社会，与社会接触。初中和高中的设置的一些课程，比如修车、理财、电视制作，也直接与社会接轨。并且，在中学学校里，大家就像生活在一个外面真正社会的雏形中。在学校同学之间、老师眼中最好的学生并不是学习最成功的。成功的学生首先要有personal charisma（个人魅力），他（她）能和周围的同学相处很好，能感召和影响身边的人。Your peer like you as a person first, then admire your academic smartness. (大家要先喜欢你这个人，接下来才会去佩服你学习成绩的优异)

第三，全球化的视野：很多美国高中生常常打起一个旅行包自己一个人去世界各国走走，不断给自己注入一些新鲜的东西，不断获得新的视野。在美国，即使家庭条件一般的小孩也会自己上旅行网站，一个人定出又好又经济的旅游计划。

第四，品质教育（Courtesy Education ）：在美国学校的不同场合，有各种细节会引导你要讲究诚信，要时时为他人着想。在学校里，一些穿着打扮很痞气的“问题学生”，在进门时也会顺手扶一下门，让后面的人都好进。

第五，领导他人的能力：在和美国同学一起玩时，我观察到他们讲话都很开朗的样子,有时候爱大喊大叫，很有表演意识, 但是他们能做到哗众却不\"取宠\一切都很自然。而且我的美国同学在组织集体活动中的确很有招数,总能把活动气氛搞得很好,调动起所有参与者的情绪。与美国学生在一起，我就常常感觉自己被这些同龄人的朝气所感染，“乖乖”地听他们讲话，跟着他们去玩，跟着他们乐。实际上，这不知不觉间，我们中国小孩与外国小孩在领导能力上就不断拉开距离。他们也许在智商并不比你高，但今天在学校课外活动中是他们带着你乐，明天在工作岗位上就是管理你。我们要从这个纬度找到我们跟外国小孩的差距，而不是总觉得那些外国同学很傻，只知道玩，学习上根本不用功。

美国人的视角就像作为天子之国的周，他做任何事情其实都是汇集全世界各种族聪明才智的集体力量。而美国人在自己教育中主要培养自己的大局观和领导力，然后自己在上面管理这些全球聪明才智。以王者之道教育出来的美国人，当然成为王者。