一、概要

近年来，中国经济增长步入“新常态”，经济发展逐渐从总量扩张转向结构优化，从要素驱动转向创新驱动，从高速增长转向高质量发展，而科技创新将成为助推高质量发展的第一动力，并成为提高国家综合国力的关键支撑。同时，国家层面布局的科创中心建设也在有条不紊地推进过程中。如上海以长三角一体化为契机、大科学设施群为基石，依托于国家实验室和研发与转化功能性平台的全球科创中心建设；北京以“三城一区”为主平台的全球科创中心建设等。

基于我们在全球科技创新领先企业及机构专业服务的经验，以及对科技创新领域的市场观察，我们总结出了驱动行业革新的三种模式：前沿科技创新、生命周期创新及商业模式创新。前沿科技创新是指全球新兴高科技领域中具有前瞻性、先导性和探索性的重大技术，通过技术突破革新现有产业、催生新兴产业从而引领未来发展，通常涉及全球战略性、重点性行业的技术突破，如信息科技领域的人工智能；生命周期创新是指在某些行业由于中国产业发展周期落后于发达经济体而形成差距或称被“卡脖子”的领域，但基于中国庞大的经济体量、政策导向以及广阔的行业应用空间，依托顶尖高校科研机构力量，有望形成“弯道超车”的创新机会，如先进制造中的高端芯片制造；商业模式创新是指传统行业改变价值创造逻辑从而形成的新兴商业模式，如生物医药领域的互联网医疗等。

根据三种创新模式在各个行业的分布情况，我们总结出了人工智能、集成电路和生物医药是各种创新模式的最为密集的三大领域。2018年全球前沿技术行业分布中，约75%的前沿技术分布于这三大领域，而当前中国被“卡脖子”的关键技术则有约一半分布于此三大领域。

图1：2018年全球前沿技术及中国被“卡脖子”关键技术行业分布

在此基础上，我们对各个重点细分领域的前瞻性科技创新动向进行了梳理，与此同时研究了各个领域在国内外的产业集群和各个集群的主要特征，以及价值链各个环节中的主要技术及创新趋势。

二、人工智能

（一）全球人工智能产业集群

人工智能领域在全球范围内已形成了以北美、中国及欧洲引领的多个人工智能生态聚集区，每个聚集区都汇集了各类顶尖科技公司、初创企业、风投及顶尖高校科研院所，形成人工智能创新生态闭环，引领行业的前沿发展。

北美以硅谷、纽约、波士顿为代表形成三大聚集区领先全球，中国以北京、上海和深圳为代表紧随其后，而欧洲则以伦敦为代表。以硅谷为例，硅谷汇集最多全国引领人工智能创新的顶尖科技公司总部（如Google，Apple等）、超过50家全球顶尖风险投资机构（如红杉资本、标杆资本等）、数百家人工智能初创企业、顶尖的研究学府提供研究人才输入（如斯坦福、伯克利等），而这些先天条件使得硅谷成为了人工智能行业当之无愧的领先者，科技创新覆盖了人工智能全产业链。

而对于其他生态聚集区而言，根据当地产业特色及现有资源情况，形成了差异化的研究方向。如纽约形成了以精准医疗和金融科技为突出的人工智能应用中心，波士顿形成了聚焦人工智能在生命科学领域的应用中心，特拉维夫形成了以军事及数字行业为突出的人工智能应用中心，伦敦则聚焦于云计算和AI硬件设备。中国的三大聚集区也各有特色，如北京在核心算法、基础理论和无人驾驶应用方面具备优势，上海聚焦机器学习、计算机视觉、脑科学和神经网络，深圳则在智能机器人、无人系统等制造配套领域具备优势。

图2：全球人工智能产业集群及主要特征

（二） 人工智能主要技术及创新趋势

人工智能产业链分为基础层、技术层和应用层三个层面。基础层主要包含传感器和智能芯片，技术层主要包含算法框架、通用AI技术以及各类平台，而应用层主要包含硬件应用和行业应用。

由于人工智能领域整体的前沿属性，前沿科技创新模式贯穿于产业链的各个层面，技术迭代迅速。如技术层的通用AI技术，前沿的创新领域包括机器学习中的深度学习、语音识别中的远场/抗噪/多人识别、知识图谱、自然语言处理、计算机视觉，人机交互中的脑机交互等。

生命周期创新则主要集中于传感器和智能芯片、技术层的算法框架，如传感器中的激光雷达、3D传感、毫米波雷达、与计算机视觉算法融合的摄像头，智能芯片中的云端推理及云端训练芯片以及类脑芯片，算法框架中的开源框架，这些领域中我国个别企业在某些细分领域虽有突破，如百度推出PaddlePaddle深度学习开源框架，但整体而言仍滞后于世界领先水平。

商业模式创新主要集中于应用层的行业应用，如金融行业的智能投顾、金融欺诈检测，安防行业的视频监控和防盗报警，工业制造的智能质检及设备健康管理以及零售行业的智能营销、智能供应链管理等。

图3：人工智能产业主要技术及创新趋势

三、集成电路

（一） 全球集成电路产业集群

全球集成电路产业历经三次产业迁移，集聚于欧美、日本、韩国、台湾、中国大陆及东南亚等地，形成了专业分工明确、细分领域集中度高的集群特征。

美国作为半导体工业的起源之地，拥有以硅谷、波士顿128号公路园区为代表的集成电路产业地标，汇集着众多科研、教育、生产等密集的创新资源，成为集成电路全价值链领先的强劲驱动。欧洲集成电路产业发展相对平缓，散落着一些独具特色的企业，如荷兰的ASML拥有当前最先进的EUV光刻机生产技术。

随着产业迁移，日本、韩国和台湾相继崛起，形成日本集成电路巨头林立的九州岛、分工细致、中小型企业汇聚的韩国京畿道、以晶圆代工领先的台湾西部高科技走廊等集成电路产业地标。而第三次产业迁移转向中国大陆及东南亚等发展中国家，主要受益于人力成本优势及下游应用市场的爆发。

目前中国大陆已形成四大各具特色的产业集聚区，包括全产业链覆盖的长三角地区、以集成电路设计、制造和设备行业为主的环渤海地区、以设计、系统和应用行业为主的泛珠三角地区以及以半导体存储及特殊工艺为特色的中西部地区。

图4：全球集成电路产业集群及主要特征

（二） 集成电路主要技术及创新趋势

集成电路产业链由上游设备、材料等支撑行业，中游的集成电路制造及下游的消费电子、汽车、通信等细分应用市场组成，其中位于中游的集成电路设计、制造和封测环节是产业核心，科技创新分布于全产业链各个环节。

集成电路产业的前沿创新技术主要分布于中下游环节，创新趋势主要是追求更快的处理速度，具体涉及前沿设计、先进的关键制程技术及设备，如EUV光刻机所实现的最小工艺节点推进了最为先进的工艺制程，芯片处理速度得以提升。

生命周期创新则主要集中于设计和制造环节的高端技术尚未实现国产替代。在设计环节，尽管中国设计企业数量领先，细分领域也颇具亮点，但芯片设计的核心关键设计能力不足，受制于国外技术封锁及国内产业生态的实践匮乏，国产设计工具的研发及产品更新迭代尚需时日。制造环节涉及硅片生产、薄膜沉积、光罩光刻、刻蚀、离子注入、晶圆测试等工艺技术，其中芯片制造最为核心的先进节点工艺制程只有全球少数几家企业掌握；而顶尖的关键制程设备及材料主要依赖进口，如高端光刻机、大尺寸硅片等。

目前国产设备受益于政策和科研专项的支持，中端设备成套布局初见成效，部分设备已投入国产集成电路生产线运作。在封测环节，先进封装技术将向着微型化、集约化、多功能、低功耗的方向发展。国内在晶圆切割、引线键合、封装、成品测试等领域已经形成规模和技术基础，晶圆级、系统级封装、硅通孔等先进技术正逐步缩短与领先厂商的差距，加速实现高端化国产替代。

商业模式的创新则集中于下游的细分应用市场，下游应用市场是集成电路产业的关键驱动，人工智能、汽车电子、物联网、5G通信等前沿科技的创新发展，也催生出各类高端芯片需求及相应商业模式的创新：如将AI芯片作为前端硬件与云端服务结合，通过前端应用与云端服务的磨合与反哺，实现依据应用场景转换的定制化服务。

图5：集成电路产业主要技术及创新趋势

四、生物医药

（一） 全球生物医药产业集群

全球生物医药产业当前呈集聚化发展态势，以美国、欧洲、日本为代表的发达国家及地区占主导地位，三大生物技术药品市场份额超过80%，同时，以中国、印度为代表的新兴经济体借助其成本优势和医保体系以及药品专利制度的日趋完善正在迅速崛起。

美国作为全球生物医药顶尖人才的集聚地，研发实力领先全球。其中以波士顿-剑桥为领先区域，依托哈佛、波士顿大学等顶尖教育资源及数十家世界级制药企业，形成了美国顶级制药中心，美国国立卫生研究院NIH基金在此区域投入金额在全美医疗产业集群中高居榜首。而欧洲的生物医药集群主要分布于英国伦敦、德国莱茵三角地带以及丹麦-瑞典的生物谷，通过其本区域的优势资源打造独具特色的竞争优势，形成了差异化发展模式。

以伦敦为例，以其生命科学产业为特色，在基因测序、克隆技术及基因治疗方面表现突出；德国莱茵三角地带依托其全欧洲最密集的学术研究网络形成了欧洲生物医药研发中心；而丹麦-瑞典的生物谷则以临床研究为集群特色。日本相较欧美起步较晚，但发展迅速，产业集群主要分布于东京、北海道和关西等地，以基因工程和单克隆抗体制备为主要产业特色。印度作为新兴经济体，依托当地优势IT产业，以生物医药与和信息学融合为主要优势。

中国的生物医药产业发展同样呈集群化特点，主要包含全国核心产业集群和区域性产业集群。其中，全国核心产业集群包含长三角、环渤海和珠三角产业集群。长三角产业集群综合实力全国领先，以上海为主轴，江浙制造业腹地为依托，创新能力和国际化程度高，龙头聚集效应显著；环渤海产业集群以北京为中心，依托当地丰富的教育资源人才储备较为充足，同时以天津、河北和山东传统医疗制造业为基础；珠三角产业集群医药流通体系发达，民营资本活跃，主要由企业主导研发。

图6：全球生物医药产业集群及主要特征

（二） 生物医药主要技术及创新趋势

生物医药主要包含医药品、医疗器械和医疗服务。医药品主要包含化药、中药和生物制药，医疗器械主要包含体外诊断、影像诊断和医疗耗材，而医疗服务主要包含创新医疗服务、外包服务以及服务平台。前沿科技创新以及生命周期创新主要分布于医药品和医疗器械领域，而医疗服务领域则存在大量创新的商业模式。

就前沿科技而言，以医药品为例，中国在中药领域引领世界前沿创新，如在中药数据科学与人工智能、中药合成生物学等细分领域，生物制药中以细胞治疗和基因编辑为先进方向；而在医疗器械领域，主要的前沿方向包括体外诊断的分子诊断如基因芯片和基因测序领域、影像诊断中的人工智能影像诊断以及医疗耗材中的组织工程及3D打印。

生命周期创新主要分布于化药、生物制药和医疗器械领域，在这些领域的发展显著滞后于欧美等发达国家。以化药为例，中国化药主要以仿制药为主，对于新作用机制和新靶点的化药创新不足；在生物制药领域，创新型抗体如人源化/全人源单抗、抗体偶联药物、多联多价疫苗与发达国家相比存在代差；在医疗器械领域，体外诊断中的免疫诊断如化学发光，当前尚属于发展初期，影像诊断中的影像诊断仪（如MRI、CT、内窥镜）以及医疗耗材中的高值耗材（如起搏器和骨科关节），国产化替代率均低于20%。

而商业模式的创新主要存在于医疗服务领域，如创新医疗服务中的医疗的网联化、移动化、智能化，以及全生命周期服务化，医药研发服务外包中的新兴EFS（服务换股权）模式，以及服务平台中的医师执业平台、生物医学大数据平台以及基因组大数据标准化平台等。

图7：生物医药产业主要技术及创新趋势

五、结语

展望科技创新领域发展趋势、理解相关产业的全球性产业链布局、识别科技模式创新动向，对于政府、机构和相关企业均具有重大意义。

对于政府及相关机构而言，一方面通过优化产业布局、深入产业规划，既契合了国家层面在长三角、粤港澳等大区顶层设计中对于科技创新产业的前瞻性战略部署与调整，同时结合本地产业已有优势资源能够自上而下优化战略领域的产业链布局。另一方面，各地政府可参照全球领先产业集聚区的发展经验，充分理解创新生态体系的主要构件并识别潜在差距，包括但不限于要素（科创人才、基础设施、软性环境等）、平台（线下、线上）及制度等方面的赋能机会，规划具有差异化的发展路径与关键实施举措。

例如，可着力于科创人才战略的顶层设计，构建分层式“树”形的人才获取、培育及维系体系。针对不同层次的人才提供有效的差别化支撑，如建立顶层领军型人才工作室制度，搭建中层成长型人才开放式共享合作孵化平台，以及面向广大基础型科创“蓝领”人才的专业教育培训体系等。比如，上海已发布了“科改25条”等创新性指导政策。

从企业的角度来看，对科创革新的把握有助于发掘新兴技术领域业务机会，尤其是为传统行业企业带来新的增长引擎；而对于多元化集团与各类投资机构，把握科创发展趋势有助于绘制精准的行业投资地图并优化投资组合，从而提升投控型平台的核心竞争力。在诸多关键科创技术领域，一方面可在内部人才资源的基础上激发企业内部自主创新活力，同时可考虑通过“走出去”拓展海外视野引进关键技术及团队。在企业“走出去”的过程中需充分洞悉国内外相关经济、政策变化，捕捉投资引进的机会，构建高效的决策和管理框架以及境外投资风险管控体系，同时建立完善的投融管退专业能力。