制造業(yè)強國的三大基礎要素
——新型信息技術、新材料、技術創(chuàng)新體系

2018年5月27日，由中國科技協(xié)會和浙江省人民政府共同主辦的第二十屆中國科協(xié)年會在杭州國際博覽中心圓滿落幕。閉幕式上，國家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展專家咨詢委員會主任、中國稀土行業(yè)協(xié)會名譽會長、中國工程院原副院長干勇院士，作了題為《制造業(yè)強國的三大基礎要素——新型信息技術、新材料、技術創(chuàng)新體系》的報告。

尊敬的各位領導、各位來賓，很高興和大家來交流一下制造業(yè)強國的三大基礎要素，新型信息技術、新材料、技術創(chuàng)新體系，是每個領域都必須具備的支撐條件。“中國制造2025”是中國制造業(yè)的強國戰(zhàn)略，由中國工程院和工信部在國家層面共同發(fā)布的方針戰(zhàn)略，我們堅持創(chuàng)新驅(qū)動、智能轉(zhuǎn)型、強化基礎、綠色發(fā)展，用網(wǎng)絡化、數(shù)字化、智能化搶占重要領域的先機。我們制定了制造業(yè)強國三步走戰(zhàn)略部署。2025年中國要進入制造業(yè)強國的第二方陣，2035年要進入第二方陣的最前列，2050年要和美國并駕齊驅(qū)。從“中國制造2025”的九大任務、10大重點領域和5項重大工程里面，我們最后凝練出來的這三大基礎要素。

大家看10個重點領域可以分為幾個方面：一是新一代信息技術。新型信息技術是基礎要素，主要應用在網(wǎng)絡與通信、先進計算、虛擬現(xiàn)實與數(shù)字媒體、信息安全、微電子與光電子這五個領域，我們統(tǒng)計了在和國際比較領跑、并跑、跟跑占的比例。其中在微電子與光電子領域，我們領跑只有5%，將近70%是跟在人家后面，而且差距很大。另一個是新材料，這是基礎要素，高端裝備占七個領域，高端裝備里包括高端數(shù)控機床、機器人、航空航天裝備、海洋工程和高技術船舶、先進軌道交通、新能源汽車、智能電網(wǎng)、數(shù)控機床等。

新一代信息技術產(chǎn)業(yè)需要重點補充短板的材料一大堆，特別是193納米光刻膠完全空白。我們制定了硅及硅基半導體材料到2025年的重點發(fā)展目標，300毫米硅片產(chǎn)品由14nm提升到7nm水平等；特別是在新型半導體材料上，我們希望換道超車，比如說開發(fā)三維RRAM器件材料體系與結(jié)構(gòu)單元，或包括1G到5G更高容量的磁性隨機存儲芯片等等。

集成電路包括設計、制造、封裝，受到重大裝備和關鍵材料的限制，差距比較大。（1）芯片：芯片雖小，卻是“國之重器”，裝備制造的芯片相當于人的心臟，很重要。很短時間內(nèi)，我們對300毫米的大硅片月需求量將達到100萬片，但是無論國內(nèi)還是外商的產(chǎn)能，只有20萬片左右，每個月的缺口為80萬片。1萬片投資將近10億美元，這不光是投資問題，還包括了大量的技術。核心技術不在我們手里，而且差了1.5到2代，中低端芯片對外依存度達到80%，高端芯片對外依存度超過90%。（2）CPU：2017年我國服務器銷售了255萬臺，但是服務器98%都是英特爾的x86的CPU指令集的服務器，盡管曙光、華為、聯(lián)想及浪潮等國產(chǎn)廠商占據(jù)了主要的整機份額。但是材料的成本85%以上來自于國外供應商，因為技術受制于人。PC行業(yè)雖然早就實現(xiàn)了國產(chǎn)化，但一些高端技術元器件，包括高端電容電感等仍存在國產(chǎn)化率低等問題。現(xiàn)在CPU技術與國外差距很大，至少是兩代以上。僅飛騰才用了ARM指令集，國產(chǎn)CPU生態(tài)環(huán)境在英特爾的壓力下十分艱難。（3）內(nèi)存：內(nèi)存顆粒主要被韓國、美國壟斷，硬盤行業(yè)也被國外壟斷。集成電路材料和器件，所有的半絕緣碳化硅襯底、導電襯底及外延片主要從美國進口。MEMS器件玻璃粉封裝，電子信息功能陶瓷材料都依賴于進口。高性能氮化物陶瓷粉底及基板自給率也是0，光刻膠自給率只有5%等等，高純石英玻璃及制品、探測用的人工晶體主要來自于國外。

光電子器件主要面向?qū)拵Ч饫w通信網(wǎng)絡、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心、無人駕駛等，但是硅基光電子集成芯片技術、混合光電子的集成技術，包括微波與光波的技術非常重要，也是我國當前的掣肘技術。我國的10個GP以上速率光電子器件國產(chǎn)化幾乎為零，光電子器件研發(fā)中心技術高、更迭迭代快，所以需要長期積累。中興在光傳輸、數(shù)據(jù)通信和寬帶接入等信息通信系統(tǒng)，光交換、光復用收發(fā)器件與模塊，每年從美國采購的光電子芯片與器件總金額達到31億美元，占總采購額53%。比如中興通訊卡脖子的產(chǎn)品：高速激光器芯片，100、200Gb/S光調(diào)制解調(diào)芯片，還有窄線可調(diào)激光器芯片全部依賴進口。

光電子器件和集成是我們5G通信發(fā)展的關鍵。建立標準化的集成工藝標準，光交換和光互連的核心芯片集成技術已進行重點突破。我們要在超100G光傳輸技術上，大踏步前進，就要選擇光電子和微電子的融合支撐產(chǎn)業(yè)升級和高質(zhì)量的發(fā)展。比如說氮化物半導體是唯一覆蓋紅外到紫外波場范圍的半導體的體系，包括Micro-LED新型顯示技術。另外發(fā)展寬帶通信和新型網(wǎng)絡優(yōu)勢。我們移動通訊、新一代網(wǎng)絡，特別是五代通訊網(wǎng)絡在超高速、大容量、智能光傳輸和光交換方面一定要達到國際的高端水平。我們的光帶通訊和信息網(wǎng)絡要超低延時無線聯(lián)通設計技術，大規(guī)模的天線配置等等，網(wǎng)絡化系統(tǒng)，去蜂窩化、個性化和云化方面也取得突破。

在移動互聯(lián)網(wǎng)方面我們是很強大的，但是我們應該在網(wǎng)絡功能虛擬化、智能化、平臺通用化方面，在移動互聯(lián)網(wǎng)體系構(gòu)架、基礎芯片、軟件方面取得突破。自主可控的互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術非常重要，習總書記強調(diào)高端服務器和處理器必須自主可控。在2018中國大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會大數(shù)據(jù)安全高峰論壇期間，習近平總書記發(fā)了賀信，要求保證我們的網(wǎng)絡安全，特別利用我們的物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、智慧城市、人工智能的優(yōu)勢，要大力研究自主可控的互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術，要真實可信、信息安全、訪問授權、攻擊預防、事后追溯、容器網(wǎng)絡、分級控制。所以，發(fā)展云計算與大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢是我們重要的中心任務。

發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)及智慧城市，是我們中國人的優(yōu)勢，我們在數(shù)百個城市開展智慧城市的建設。包括大規(guī)模的視頻監(jiān)控和智能傳感。網(wǎng)絡協(xié)同制造，新一代人工智能中大數(shù)據(jù)智能整體框架，三元空間的大數(shù)據(jù)，包括信息空間人類社會，物理空間人工智能的基礎架構(gòu)和平臺，人工智能的理論與模型等，都要開始進行。大數(shù)據(jù)智能的計算范式，從數(shù)據(jù)到知識的決策。工程院最近開展人工智能發(fā)展的一些課題研究，基于大數(shù)據(jù)的人工智能，群體智能的理論方法與技術，跨媒體智能，混合增強智能，智能無人系統(tǒng)，無人機、車聯(lián)網(wǎng)等，這是我們的信息技術，這是一個基礎支撐。

新材料方面，最近的中美摩擦，美國封鎖中興通訊包括元器件之外關鍵是材料，高端材料是重大工程成功的保障，突破封鎖和高質(zhì)量發(fā)展需要強大的新材料支撐。據(jù)了解，到2030年，我們所需的一些重要材料情況是，大尺寸的硅片每年要達到40億平方英寸，第三代半導體先進半導體拋光光片要達到7.5億片，三代半導體材料外延芯片又需要6億平方英寸，特別是顯示面板每年3.5億平方米，雖然現(xiàn)在我們已有14條8.5代一級面板和10代最高級的面板，但還是需要大量新型的顯示技術。

另外，在發(fā)展航空大飛機所需的高溫合金材料方面，我們的燃煤技術將近8億千瓦的裝機容量，現(xiàn)在600度超臨界的改造只有2億千瓦，還有大量的改造任務，需要幾千萬的耐熱合金和耐熱鋼，包括高端軸承、齒輪、液壓、模具，包括海洋的各種耐蝕合金，深海開采，包括海水淡化的膜材料，特種塑料在現(xiàn)代制造業(yè)核心元器件的應用非常重要，很多都是美國封鎖的重點。

新材料在我國應用廣泛，基礎支撐變成13類，我們選擇其中幾類作為國家重大科技項目。一是高端裝備的特種合金，在海洋裝備、高鐵、飛機和高檔汽車的重大裝備里，比如發(fā)電，如果我們的蒸汽溫度到600度到700度，每度電的煤耗將從330克標煤降到210克，我們每年40億噸煤一半以上在發(fā)電，每度電降1克標煤，節(jié)能效果將非常好。必須把700度的耐蝕合金、耐熱合金攻下來。中國雖然晚了20年，但是現(xiàn)在我們在汽輪機大型船只上走在了全世界的前面，包括壓水堆核電站的核能材料，包括深海油氣的采鉆技術各種材料，但1400米以下仍有很多材料高端空白、低端不能用，連標準都沒有。高磁感能源硅鋼，非晶合金，在非晶材料上我們已經(jīng)有24條線，把日本日立擠出了中國，非晶合金每秒鐘要冷卻100萬度，金屬玻璃，每公斤只有0.16瓦的鐵水，在配電變壓器里可以大量的降低損耗70%以上，是非常好的節(jié)能材料。

航空發(fā)動機代表一個國家的工業(yè)水平，航空發(fā)動機的難度難在材料和高溫合金上，新一代的渦輪盤制備技術使我們國家的高溫合金性能得到提高。先進的鈦合金材料、鎂合金、鋁合金的應用不僅節(jié)能，而且獲得更高的性能。鈦合金是最好的海洋材料和航空航天材料之一，性能優(yōu)良，中國的鈦儲量全世界第一，我們也開發(fā)了很多鈦合金，但應用沒有跟上，全國只用了5萬噸，徘徊了近15年。

鎂合金比重只有1.7，很輕，所以如果進入汽車，可以大量的減重。特別是在飛機上，如果用鎂合金代替鋁合金，可以使飛機的減重達到數(shù)噸以上。鎂合金有一個缺點是高溫自燃，但是中國已經(jīng)解決了這個問題，上海交通大學在鎂合金里加入重離子系統(tǒng)，這是中國特有的，達到850度鎂合金燃燒，美國聯(lián)邦航空管理局FAA計劃年內(nèi)取消商業(yè)飛機用鎂的禁令，并且和上海交大談判，鎂合金有望在航空當中應用。

鋁加溫技術、大斷面的復雜鋁合金型材，中國在這方面技術上取得全面突破，新一代飛機大型整體式結(jié)構(gòu)件，在鋁合金上得到提升。先進的輕合金將成為中國高端裝備應用的下一代高端材料。新型高分子材料還包括高性能碳纖維，碳纖維的應用是結(jié)構(gòu)材料的革命。美國787飛機，52%是用碳纖維，大大減重，材料性能高、耐腐蝕、安全，所以交通、海洋、建筑工程、能源戰(zhàn)略新材料需要的碳纖維量將會很大。

稀土的作用。每個領域特別是國防領域大量應用于稀土功能材料。愛國者導航之所以能精準攔截，得益于稀土功能材料的應用，“猛禽”戰(zhàn)斗機能夠?qū)崿F(xiàn)超音速的巡航功能，依賴于強大的稀土永磁發(fā)動機。精制導武器和武器平臺的慣性導航和制導需要稀土功能材料，高靜安潛艇需要用稀土永磁電驅(qū)動動力系統(tǒng)。雷達、微波通訊、電子戰(zhàn)系統(tǒng)需要我們的永磁行波管、磁控管。衛(wèi)星、飛船姿態(tài)軌道調(diào)控和空間探測推進器要利用稀土材料。先進戰(zhàn)機用的多電發(fā)動機要用高溫永磁體大功率內(nèi)置式啟動發(fā)動機。所以，在整個新能源、機器人數(shù)控機床、稀土功能材料大量應用，汽車上利用了100多種稀土的材料，催化、儲氫、發(fā)光、永磁材料等。而且稀土永磁的伺服小型電機成了關鍵，一個機器人面部表情，一個表情需要24個小型的稀土永磁伺服電機，而數(shù)控機床也需要大量的永磁伺服電機。

這些年工業(yè)技術創(chuàng)新的方向，最早是蒸汽機，都是動力體系。第二是電氣化。第三是液壓體系。第四是光功能。目前我們認為下一個創(chuàng)新熱點將是磁。永磁發(fā)動機、永磁齒輪、永磁軸承、永磁懸浮將會迅速發(fā)展，將會成為新興節(jié)能磁動力系統(tǒng)。市場力量巨大，這是一個新興的萬億產(chǎn)業(yè)。永磁調(diào)速體系已經(jīng)變了，不用傳統(tǒng)的減速體系，永磁自動體系在30層樓高，如果電梯出現(xiàn)故障掉到地面，如果在導軌加上永磁，一杯水在地上都不會蕩出一滴來，非常穩(wěn)定，可以永保安全。永磁齒輪，加上齒輪以后沒有磨損，不需要潤滑，壽命大大增加?？梢詭砭薮蟮漠a(chǎn)業(yè)集群，應該列入國家重大專項，微電子、光電子材料，新型顯示第三代半導體，包括印刷與激光顯示是第三代顯示技術，中國必須要突破，我們印刷顯示材料已經(jīng)走在全世界前列。激光顯示，特別是綠光上，我們有藍光、紅光半導體，所以激光顯示和印刷顯示將是下一階段的所要顯示的技術。

大功率激光材料與器件，包括新型激光材料與器件不斷問世。高端光電子和微電子和國外差距巨大，但是在第三代半導體，我們和國外僅差三到五年的時間，特別是LED、光電器件上，我們有的地方領先國際。

大力發(fā)展三代半導體特別是在光電器件、功率器件和通信微波器件將起到巨大作用。綠色能源材料，我們不講動力電磁，我們就講現(xiàn)在部分發(fā)達國家計劃2040年到2050年實現(xiàn)氫能社會。中國社科院主席徐匡迪10年前認為，21世紀中國將進入氫能時代。

燃料電池，將是氫能時代的一個重要的代表，我們?nèi)剂想姵厝鎲?，在車上的工程化應用在某種程度上是一個終極目標零污染，現(xiàn)在整個技術在中國已經(jīng)開始啟動，而且達到很高的水平。包括前沿的膜材料、智能仿生材料、石墨烯材料等。

3D打印金屬粉末的各種材料體系也正在進行完善。新一代生物醫(yī)藥材料包括材料基因組工程，主要是在智能化設計新材料?；靖拍钍墙档脱邪l(fā)成本，新材料研究周期長，投入大，要降低研發(fā)周期縮短一半，降低成本一半，利用高通量的計算方法，高通量的試驗方法，材料大數(shù)據(jù)的技術來設計新一代的新材料。

最后講一下創(chuàng)新體系。我們發(fā)現(xiàn)美國在新的制造業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)下，開始創(chuàng)新，制造業(yè)的創(chuàng)新網(wǎng)絡建設計劃，已經(jīng)建設了九個制造業(yè)研究院。德國產(chǎn)學研創(chuàng)新體系非常完善，為基礎應用技術和產(chǎn)業(yè)化做出了貢獻。英國的創(chuàng)新中心建設也非常成體系。中國以上海為主，我們的技術創(chuàng)新體系在上海還是很完整的。共性平臺，產(chǎn)業(yè)技術研究院，包括上海全球的科創(chuàng)中心建設已經(jīng)進入一個新的階段，江蘇的制造業(yè)創(chuàng)新體系也是可圈可點，其中江蘇產(chǎn)業(yè)技術研究院作為中小企業(yè)的創(chuàng)新平臺。包括深圳四個體系，科技創(chuàng)新、創(chuàng)新服務、政策法規(guī)、投融資體系，非常完整。所以新型的平臺體系和互聯(lián)網(wǎng)時代為我們技術創(chuàng)新提供新的模式，技術創(chuàng)新平臺的大數(shù)據(jù)，技術設計服務網(wǎng)絡化產(chǎn)業(yè)化。

我們提出互聯(lián)網(wǎng)時代，制造業(yè)創(chuàng)新的新模式。一個是技術創(chuàng)新平臺公司模式，第二是技術創(chuàng)新體系新型“聯(lián)盟公司”模式?！靶『诵摹⒋髤f(xié)作”模式。制造業(yè)創(chuàng)新體系的基本思路與對策。軍用民用三基研發(fā)一體化，軍民融合的關鍵是基礎技術、基礎材料、技術核心元器件的融合，這是關鍵。材料和元器件研發(fā)一體化，料要成材，材要成器，包括設計技術創(chuàng)新平臺大數(shù)據(jù)的建設。

這里提出每一個產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新服務平臺的基礎平臺云，包括基礎云、數(shù)據(jù)云、服務云。我們的原始創(chuàng)新水平不夠，為應對國際封鎖和高質(zhì)量發(fā)展已經(jīng)成立了數(shù)家國家制造業(yè)的創(chuàng)新中心。下面是已經(jīng)成立的7家制造業(yè)創(chuàng)新中心；一是動力電池國家制造業(yè)創(chuàng)新中心，二是3D打印制造業(yè)創(chuàng)新中心，三是新一代光電通訊制造業(yè)創(chuàng)新中心，四是印刷機柔性顯示新技術的創(chuàng)新中心。五是智能機器人制造業(yè)創(chuàng)新中心。六是智能傳感制造業(yè)創(chuàng)新中心，第七個是5月23號剛剛在上海成立了兩個國家級的創(chuàng)新中心。集成電路制造業(yè)創(chuàng)新中心，這些創(chuàng)新中心的成立非常重要，今后還要成立一系列國家制造業(yè)創(chuàng)新中心，包括輕量化材料、燃氣輪機、工業(yè)信息安全、先進復合材料、智能語言、石墨烯，深海遠洋工程裝備、數(shù)字化設計、智能網(wǎng)聯(lián)、汽車、工業(yè)云制造、工業(yè)信息物理系統(tǒng)、工業(yè)大數(shù)據(jù)、高性能的醫(yī)療器械、先進的功能纖維、輕合金等。

形成中國制造業(yè)技術創(chuàng)新體系的十大系統(tǒng)能力，包括創(chuàng)新體系的統(tǒng)籌策劃能力、組織保障能力、資源利用能力、戰(zhàn)略運作能力、中國數(shù)字能力、機械導向能力、轉(zhuǎn)化固化能力等，最后實現(xiàn)中華民族的制造業(yè)強國之夢。謝謝大家！