美国发展高科技的机制与启示：以硅谷和半导体为例

　　意见领袖丨任泽平团队

　　导读

　　大国竞争的关键是科技实力竞争，科技竞争的背后则是以教育体制、产学研模式、创新环境、市场活力为核心的科技软实力竞争。本文旨在分析美国科技体制，总结硅谷产学研用模式，以及产业政策在高科技产业发展过程中的作用，从而得出创新发展的经验启示。

　　科技是第一生产力，科技体制决定科技发展。美国作为老牌科技强国，在世界科技产业链中占有重要地位。美国科技类上市公司市值规模领先，2021年末，全球市值前10名的公司中有7家是美国科技类公司，分别为苹果、微软、Google、亚马逊、特斯拉、Facebook、英伟达。全球11家市值千亿美元以上的半导体公司中有9家是美国公司，分别是英伟达、博通、英特尔、高通、德州仪器、超威半导体、应用材料、美光科技、拉姆研究。

　　根据对美国科技机制、政策以及硅谷和半导体产业的案例研究发现，美国发展高科技产业成功、长期领先全球的关键是三大要素：1）自由开放、鼓励创新、包容失败、多元化的创新创业文化，2）政府、大学、企业等紧密合作、相互促进、面向市场竞争的产学研用一体化生态体系，3）政府在鼓励创新、知识产权保护、立法、税收、移民、采购、支持基础研发甚至打压国际竞争对手等方面相对完善有效的顶层科技体制。

　　科技体制方面，行政与立法部门共同承担科技政策制定责任，联邦多部门以各自使命为导向进行分散的项目资助。

　　产学研用生态方面，政府支持，学校、企业密切合作，培养鼓励创业创新、科研项目转化，形成对内对外的技术转化服务体系和产学研一体化生态科技体系。斯坦福大学和硅谷地区是产学研生态建设的典范，成为美国乃至世界的科技创新中心。根据《2021硅谷指数》报告，硅谷人口310万，人均年收入15.2万美元，专利数占美国整体的13.1%，风险投资额占美国整体的21.3%。斯坦福与硅谷的崛起并非简单依靠打造产业园区、孵化器或者设立技术转让办公室，而是以一流大学、一流科研人员与初创企业为核心主体，以自由开放、鼓励创新、包容失败的文化为基础，构建了一套各主体紧密合作、相互促进的产学研用生态系统。

　　美国在科技发展上总体以市场竞争、产学研用一体化见长，但是美国政府在发展高科技产业时也采取了政府采购、资金支持甚至打压国际竞争对手等多种产业支持和保护政策，实际情况可能跟很多人的印象以及美国对外宣传有所不同。在半导体产业发展之初，美国进行大量政府采购和税收优惠，对技术发展和商业化落地影响重大。日美贸易战期间，美国以关税、外交等多种手段打压遏制日本半导体产业，重获技术和市场优势。当下，美国政府仍通过大规模战略部署、资金支持等手段对本土产业进行保护。一是相继发布《半导体十年计划》、《创新与竞争法案》、《芯片法案》等产业规划方案，通过紧急拨款、税收优惠等方式增加半导体及相关设备研发生产。二是面对中国高科技产业崛起，美国采取和当年日美贸易战类似的特殊外交、贸易手段，包括加速“出口管制实体清单”，以遏制他国相关产业发展。三是经历疫情、供应紧张和全球“缺芯”困境后，美国政府更注重产业链完整安全，本土产能建设是下阶段发展重点之一。

　　从美国科技产业发展的历程来看，科学的体制设计，政府产业政策的有力支持，产学研用生态的建设，大学、企业多元化协作的伙伴关系，构筑集聚优秀人才的科研创新高地，对创新发展、强化国家战略科技力量有重要意义。

　　正文

　　1美国科技体制

　　美国之所以不断孕育前沿发明和创新公司，科技体制发挥了重要作用。早在美国立国之初，对科技与创新的鼓励就融入了美利坚的基因。1787年《美国宪法》规定：“通过保障作者和发明者对他们的作品和发现在一定时间内的专有权利，来促进科学和有用艺术的进步。”

　　1945年，时任国家科学研究与开发办公室主任的万尼瓦尔·布什向杜鲁门总统提交了著名报告《科学——没有止境的前沿》，系统阐述了科学的重要性和科技管理的理念，并总结出三条历史经验：

　　1）基础研究是为实现国家特定目标而进行应用研究和发展研究的基础，最适宜开展基础研究的是大学体制；

　　2）政府可以通过与工业界和大学签订研究合同和提供资助的制度来支持科技；

　　3）政府吸收科学家作为顾问和在政府中设置科学咨询机构，有助于总统和政府作出更准确有效的科技决策。在布什报告的基础上，承担政府对基础研究资助职责的美国国家科学基金会（NSF）得以建立，美国现代科技体制开始逐渐形成。

　　经过近80年的迭代与完善，美国已经形成一套与政治经济体制相匹配的多元分散的科技体系。站在联邦角度，多元分散最直接的体现在于科学政策制定的责任由行政部门和立法部门共同承担。其中政府负责制定科技预算、推进相关政策、协调科技工作；国会负责审批科技预算、人员机构的任命与设置，监管和评估相关的联邦部门和机构工作，并通过立法决定各项科技政策的框架。

　　行政层面，形成了“决策-执行-研究”三层架构，各层级主体众多但分工明确。美国总统享有国家科技活动的最高决策权和领导权，总统行政办公室下设白宫科学技术政策办公室（OSTP）、国家科学技术委员会（NSTC）、总统科学技术顾问委员会（PCAST）和管理与预算办公室（OMB）。其中OSTP主要为总统制定科技政策、分配研究经费提出分析建议，对科技政策形成与发展具有重要影响；NSTC主要负责协调各政府机构间的科学政策，并由总统亲任委员会主席；PCAST是总统最高级别的科学顾问团，主要提供政策咨询，其成员大多是政府外的顶尖科学家、工程师和学者，具有一定的独立性；OMB主要负责管理总统向国会汇报预算的准备工作以及后续的协商，在确定科学项目的优先性方面有着最重要的影响力。

　　执行层面，不同于大部分国家通过一个中央政府部门或科技部集中支持科学，多元化的科学资助体系是美国科技体制最大的特点。众多联邦部门和独立机构共同承担资助科学研究、指导科技政策的责任，其中与科技关系最密切的联邦部门包括国防部、卫生与公共福利部、NASA、能源部、国家科学基金会和农业部六大部门。不同联邦部门与独立机构对应不同的使命，例如NASA主要支持空间探索、国防部研究增强国家安全、卫生基金会则支持更广泛的基础研究。但在某些交叉学科与前沿科研领域的资助上，多元化的体系会带来重复工作，某些项目可能面临多头管理。美国的立法者认为，不同机构出于不同的使命，看待科学问题的视角也会略有不同，这样把资助研究作为实现更广泛使命的一个要素，这种资助体系更有生命力，往往会产生意想不到的“溢出效应”。因此这套多元化的科学资助体系得以沿袭至今。

　　研究层面，联邦研究机构、大学、企业和非盈利科研机构四类主体形成了有效的分工协作。联邦研究机构由政府直接管理或采取合同方式管理，主要从事重要技术的应用研究与部分基础研究，如隶属于能源部的橡树岭国家实验室，曾对负责原子弹研制的曼哈顿计划做出了重要贡献；大学以基础研究为主，美国拥有世界上数量最多、水平最高的研究型大学，同时给予研究人员极大的自由度，包括鼓励科研人员创业、促进科研成果转化；企业侧重于试验发展，大多以工业研究实验室为载体开发新技术与新产品，最知名的如美国贝尔实验室，发明了晶体管并开创了信息时代；其他非盈利机构主要包括地方政府或私人研究机构，主要从事基础研究与政策研究，对前三类主体形成补充。

　　法律层面，国会最重要的职能在于监督和立法。监督方面，国会有两类重要的职能机构，一类是国会的“百科全书”，包括国会研究服务部（CRS）负责为国会提供广泛的政策和议题分析，以及一些专门委员会如众议院下设的科学、空间和技术委员会；另一类是国会的“侦探机构”，如审计总署（GAO），负责调查和评估现有的政府政策及计划项目、确保经费被高效正确地使用。立法方面，美国非常注重科技成果的转化与对创新创业的鼓励支持，国会通过立法对从事科研工作的中小企业进行税收优惠、界定研究成果与发明专利的归属权，例如1980年制定的《专利与商标法修正案》（又称《拜赫-杜尔法案》），为联邦所资助的研究而产生的商业化创新提供了一个统一的框架，允许大学和其他非盈利组织获得这些发明的专利，并可以与公司合作、将他们推向市场。这个法案被普遍认为提高了美国大学与工业界之间的技术转移水平。

　　2美国的产学研用生态：斯坦福大学和硅谷的经典案例

　　斯坦福大学于1891年由时任加州州长利兰·斯坦福捐献2000万美元及近5万亩的农场土地正式建立。建校之初，斯坦福默默无名，发展远不及哈佛大学及邻近的加州大学伯克利分校。1951年，时任工程学院院长的特曼与校长斯特林商定，将学校的大量土地以极低的价格出租以创办工业园区，此举既为学校创造了一定的收入，又吸引了不少企业入驻、解决了学生的就业问题，成为斯坦福发展的转折点。

　　1938年，斯坦福大学毕业生休利特和帕卡德在恩师特曼教授的支持下创立了惠普公司，被广泛认为是硅谷起源的标志。1955年，在特曼的邀请下，“晶体管之父”肖克利将半导体实验室建立在了硅谷，并于1963年到斯坦福任教。自此，硅、晶体管和集成电路在硅谷扎根，硅谷步入了高速发展时期。

　　硅谷是美国乃至世界的科技创新中心。20世纪50年代以来，硅谷已经孕育了惠普、英特尔、甲骨文、苹果、雅虎、谷歌、特斯拉等高科技企业。《2021硅谷指数》报告指出：2020年硅谷地区风险投资继续创纪录，总规模达264亿美元。美国四分之一的“独角兽”公司（市值在10亿美元以上）和三分之二的“十角兽”公司（市值在100亿美元以上）的总部位于硅谷。自1990 年以来，硅谷在美国的专利注册份额占比持续增加，从占比4%上升到占比13%以上，2020年硅谷注册的专利总数再创新高。硅谷总人口约310万，提供155万就业岗位，人均年收入达15.2万美元，较2017年相比硅谷人均收入继续增加5万美元，大幅高于美国人均水平。

　　斯坦福大学与硅谷取得巨大成功之后，世界上有许多大学都争相学习效仿，但成功者寥寥。根本原因在于斯坦福大学与硅谷的崛起并非简单依靠打造产业园区、孵化器或者设立技术转让办公室，而是以一流大学、一流科研人员与初创企业为核心主体，以自由开放、鼓励创新、包容失败的文化为基础，构建了一套各主体紧密合作、相互促进的产学研生态系统。下文对政府、大学与企业三大主体各自在硅谷生态中的作用进行分析。

　　2.1政府

　　美国政府在斯坦福和硅谷的发展初期起到了至关重要的作用。

　　一方面，联邦政府是大学基础研究的主要资助者。冷战时期，美国政府对军事技术方面的研究投入大大增加，斯坦福在特曼的带领下与联邦政府合作建立了EDL（西尔维尼亚电子国防实验室）和 ESL（电磁系统实验室）等实验室，在无线电和晶体管技术方面的研究迅速发展。

　　另一方面，联邦政府是冷战时期硅谷许多初创企业的主要客户。二十世纪五十年代，晶体管仍然非常昂贵，一台电子计算器的价格相当于一辆汽车价格的1/4。而政府出于国家安全需要大量采购晶体管、电子微波管等高科技产品，对价格也并不敏感，正是政府的支持使得这类初创企业能够持续地进行技术升级和降低成本。第一批入驻斯坦福工业园的惠普、洛克希德马丁，包括Watkins Johnson、英特尔等均受益于此。

　　移民政策方面，美国政府的H1B赴美工作签证与移民签证机制吸引了大量国际人才流入。据《2021硅谷指数》数据，硅谷外国出生的人口占比达到39.1%，远远高于美国14%的平均水平，年外国移民人口流入1.6万人以上。

　　2.2大学

　　大学是硅谷生态系统中的核心之一。以斯坦福大学为例，大学的主要作用有三点：1）对外形成技术授权和合作机制；2）对内形成技术转化服务体系；3）打造一流的师资，培养一流的人才。

　　技术转化机制的核心部门为技术授权办公室（Office ofTechnology Licensing，OTL）。OTL主要由具有科研或技术背景的项目经理组成，负责对技术转化的全生命周期进行管理，包括评估科研成果或发明是否可转化为专利、是否具有商业潜力、项目估值，并在此基础上为专利寻找合适的产业合作伙伴、协商最优条款等。技术授权的形式非常灵活，包括但不限于授权费、版税、股权等等，同时斯坦福大学规定，技术授权产生的收益由科研人员、所在学院、所在系分配。虽然技术授权收入占学校整体年度预算比例不大，但斯坦福认为此举可以增强学校与工业界的联系，并且可以彰显自身的基础科研实力，有利于争取更多的联邦科研经费支持。根据OTL披露的数据，2020 财年斯坦福大学新增161个技术授权项目和25个初创项目，从847项技术中获得了1.14 亿美元的总特许权使用费收入。

　　此外，斯坦福也鼓励师生凭借研究成果创业，学校可以给予市场、资金、技术等方面的支持。2004年谷歌上市后斯坦福大学作为早期投资人退出，仅这一项投资收益就达到3.4亿美元。

　　更关键的是，与传统产学研“大学负责研究、企业负责商业化”的线性模式不同，斯坦福大学与硅谷企业之间建立了类似于“共生”的相互依存关系。研究成果的商业化仅仅是其中的一部分，企业与大学之间还建立了合作研究、委托研究、人才合作培养、企业咨询、数据共享、设备租赁等多形式、多主体的协作机制，例如斯坦福大学的BIO-X项目就与强生、诺华等十余家生物制药巨头合作开展如访问学者助学金、资助合作研究、赠予基金等多种形式的研究计划。根据斯坦福披露的数据，2020财年，通过工业合同办公室（Industrial Contracts Office，ICO），学校与企业签订了1574份协议，其中有153项资助研究协议、538份材料转让协议。这些项目大大拓宽了斯坦福和企业之间的合作范围与内涵。

　　在师资队伍建设与人才培养方面，特曼教授有一个著名的理念——“steeplesof excellence”，即要让斯坦福成为一流的大学，必须要有一流的教授。由于美国的联邦资助采取同行评议制度，只有拥有一流的师资，才能获得更多的联邦资助。截止2021年，斯坦福共有84位校友、教授或研究人员获得诺贝尔奖，位列世界第七；29位曾获得图灵奖，位列世界第一。现任教职中有20名诺贝尔奖获得者。斯坦福在化学、物理和电子工程方面的学科优势也吸引了大量理工科学生前来求学，斯坦福也已经累计为硅谷输送了数以万计的“新鲜血液”。

　　2.3企业

　　企业是硅谷生态系统中的另一核心。除了上文提及的企业与大学之间多元化的合作机制，硅谷企业与科研人员也有着非常紧密的联系，不少企业创始人和高管与在校科研人员本身就是师生关系、同学或校友关系。这其中最著名的就是惠普公司的例子，特曼一开始利用军方的资源为惠普初期的发展解决了不少资金和订单方面的困难，并一直担任惠普的董事给予咨询。最终惠普成为美国最大的科技公司之一，特曼也成为公认的“硅谷之父”。2001年斯坦福110年校庆之际，惠普创始人休利特的基金会曾向斯坦福大学捐赠4亿美元用于基础教育与研究，创下当时美国大学接受单笔捐助金额的最高纪录。

　　除了私人关系，企业和大学的科研人员存在着广泛的互访、交流、合作和兼职，并且企业往往为大学科研人员带来以解决现实问题为导向的研究灵感。这其中的一个著名例子就是谷歌和经济学教授范里安的故事。范里安一开始在硅谷另一所知名大学UC Berkeley任职，他在休假期间到谷歌兼职并帮助谷歌设计了在线广告拍卖系统AdWords，最后在大学退休后甚至成为了全职的谷歌首席经济学家。范里安认为这一职位能够让他通过接触大量的数据从而站在理论前沿，并有机会与大量优秀的业界人士交流，这一过程“非常有趣”，而他设计的AdWords也为谷歌带来每年数百亿美元收入。

　　由于企业的集聚，企业与企业之间经济合作的开展难度和成本大大降低。合作主要分两方面，站在产业链角度，初创企业一般提供成熟企业的上游产品、技术或服务，因此初创企业一开始只需面向企业用户而非终端消费者，可以减少初期的营销成本与市场风险。SaaS（软件即服务）领域巨头Salesforce就是一个成功案例。站在股权角度，成熟企业可以通过并购初创公司不断扩充产品线、增强技术和专利储备。对初创企业来说，既可以借助巨头的销售和用户网络加快新产品的推广，对股东来说并购也意味着更多元和便捷的退出渠道。苹果、思科、惠普等巨头都是活跃的收购方。

　　站在系统的角度，企业是硅谷生态的重要闭环，只有企业不断发展壮大，才能最终创造就业、产生收入、贡献税收，而更高的收入水平、更多的产业集聚、更好的创业氛围进一步吸引优秀企业和一流人才流入，由此形成正向循环。据不完全统计，斯坦福的校友们创立了惠普、谷歌、雅虎、思科、英伟达、Twitter、linkedIn、Netflix、Instagram等硅谷巨头。正是这些企业的不断出现与成长为硅谷带来了源源不断的创新活力。根据《2021硅谷指数》报告的数据，近十年来硅谷和旧金山地区的人均收入水平基本维持在美国整体水平的2倍左右。

　　但值得注意的是，收入不平衡、房价高增、贸易保护主义和疫情冲击就业等问题也对硅谷地区的人口活力产生一定负面影响。近几年硅谷人口净流入几乎停滞，2020年硅谷人口增长速度创下互联网泡沫破裂后的新低。2015年7月至 2020 年7月期间，硅谷地区流入外国移民9万人，但加州和美国其他地区居民流出近12万人，人口净流出约3万人。2020年，硅谷地区出生率亦创历史新低。

　　收入分配方面，疫情加剧了硅谷地区收入不均衡情况。据《2021硅谷指数》统计，新冠疫情对就业水平的影响因收入类别而异，硅谷的中、低收入员工收入降幅分别达29%和31%，而高收入工作岗位的最大降幅仅为13%。

　　房价方面，2016年以来硅谷房价快速上行，中等房价购买能力群体比例缩减。根据CoreLogic的数据，2021年湾区单户住宅中位价比2020年继续上涨16%以上。2020年，200万美元以上房屋销售占比上升到16%，而60万至100万美元房屋销售占比下降到26%，反映出具备中等房价购买能力的群体比例出现下降。

　　根据《2021硅谷指数》，在过去十年中，硅谷的收入不平等增长速度是加州和美国的两倍。财富差距更加明显：前16%的家庭拥有81%的财富；与此同时，近五分之一的硅谷家庭没有储蓄，底层53%的人仅持有2%的可投资资产。