基礎(chǔ)研究 “兩頭在外”如何破局？

榮俊美，陳 強

(同濟大學經(jīng)濟與管理學院，上海 200092)

0 引言

2018年1月，國務(wù)院印發(fā) 《關(guān)于全面加強基礎(chǔ)科學研究的若干意見》，確立了中國在21世紀中葉成為世界重要科學中心和創(chuàng)新高地的偉大目標。然而，目前中國的基礎(chǔ)研究依然處于跟隨狀態(tài)，議題選擇、儀器設(shè)備對外依賴，研究成果在國外發(fā)表，這種 “兩頭在外”的模式讓中國成為當今科學界最大的 “外包工”，轉(zhuǎn)型成為當務(wù)之急[1]。

近年來，加強基礎(chǔ)研究的政策和措施密集出臺，創(chuàng)造了實現(xiàn)量變到質(zhì)變的突破契機。黨的十九大報告指出：加快建設(shè)創(chuàng)新型國家，要瞄準世界科技前沿，強化基礎(chǔ)研究，實現(xiàn)前瞻性基礎(chǔ)研究、引領(lǐng)性原創(chuàng)成果重大突破。2020年3月3日，科技部、發(fā)改委、教育部、中科院、國家自然科學基金委聯(lián)合頒布 《加強 “從0到1”基礎(chǔ)研究工作方案》，從多個方面提出詳細的工作指導方案；2020年科技部辦公廳等六部門印發(fā) 《新形勢下加強基礎(chǔ)研究若干重點舉措》，指出隨著經(jīng)濟的高質(zhì)量發(fā)展，基礎(chǔ)研究的需求牽引和應(yīng)用導向日益凸顯。加強基礎(chǔ)研究受到全社會的廣泛關(guān)注，基礎(chǔ)研究的概念也不斷融入時代特點。

1997年，美國學者提出，基礎(chǔ)研究二維模型由純粹基礎(chǔ)研究 (玻爾象限)和應(yīng)用引發(fā)的基礎(chǔ)研究 (巴斯德象限)組成[2-3]，拓展了1963年經(jīng)濟合作與發(fā)展組織 (OECD)對基礎(chǔ)研究無目的性的解釋，基礎(chǔ)研究的象限模型融入科學研究商品化和契約式等特點后仍可進一步拓展[4]。中國一直把基礎(chǔ)研究劃分為純基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究[5-6]，在區(qū)分基礎(chǔ)研究與基礎(chǔ)科學的過程中，將狹隘的 “基礎(chǔ)科學研究”范疇打破，融入提出和解決科學問題為根本指向的研究活動[7]，也稱為 “基礎(chǔ)性科學研究”；也有學者將基礎(chǔ)研究界定為 “自由探索基礎(chǔ)研究”和 “應(yīng)用基礎(chǔ)研究”[8]；另外，從基礎(chǔ)研究難度、風險和動用資源程度視角，又可分為表層基礎(chǔ)研究、中層基礎(chǔ)研究、深層基礎(chǔ)研究[9]。縱觀以上政策文件和學者的探索，本文界定基礎(chǔ)研究的內(nèi)涵為包含兩種形態(tài)的基礎(chǔ)性科學研究，一是不以滿足特定需求為目標的自由探索基礎(chǔ)研究，二是以特定領(lǐng)域科技突破為目標的應(yīng)用基礎(chǔ)研究。

直至2020年，中國基礎(chǔ)研究仍然保持著開放初期的研究模式，未能實現(xiàn)量變到質(zhì)變的跨越[1]。已有學者提出中國基礎(chǔ)研究呈現(xiàn)出 “兩頭在外”現(xiàn)象，而對其含義僅限于 “儀器買進來、文章發(fā)出去”以及科研評價體系層面的解讀[10]；還有學者指出中國光伏產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)研究的發(fā)展模式和中國光伏企業(yè) “兩頭在外”的致命問題。隨著中美關(guān)系緊張，中國暴露出一大批 “卡脖子”技術(shù)，以往的基礎(chǔ)研究以熱點方向和自身能力為出發(fā)點，難以支撐國家科學技術(shù)的發(fā)展需求[11]，基礎(chǔ)研究薄弱、對外依賴度高，缺少重大原始創(chuàng)新成果是造成核心技術(shù)被 “卡脖子”的重要原因[12]?？梢?，基礎(chǔ)研究 “兩頭在外”模式不利于原始創(chuàng)新，難以實現(xiàn)科技趕超，目前對于基礎(chǔ)研究 “兩頭在外”的具體表現(xiàn)分析仍不全面，缺乏數(shù)據(jù)實例論證。本文結(jié)合近年發(fā)展情況，從研究方向決策與議題設(shè)置能力、軟硬件工具材料、人才培養(yǎng)與國際影響力、成果外流方面進一步分析基礎(chǔ)研究 “兩頭在外”的具體體現(xiàn)。

中國的現(xiàn)代科學研究遠較歐美發(fā)達國家起步晚，1978年開始創(chuàng)建與探索，1998年才開始提速發(fā)展，過去很長一段時間里，對基礎(chǔ)研究缺乏足夠重視，投入不足，相較于創(chuàng)新型國家基礎(chǔ)研究投入差距較大[13-15]。高端科研人才稀缺、缺乏學術(shù)帶頭人、整體科研水平不高[16-17]?；A(chǔ)研究資源配置效率總體偏低，區(qū)域分配差異大[18-19]。中國經(jīng)濟實力與重大科技基礎(chǔ)設(shè)施水平發(fā)展不平衡，科技創(chuàng)新政策體系不完善[20-21]。以上均是中國基礎(chǔ)研究薄弱的重要原因，也是陷入 “兩頭在外”被動局面的部分原因。本文從過去的基本國情和相關(guān)政策出發(fā)，從經(jīng)費投入、國際關(guān)系、政企投資積極性、條件建設(shè)四方面分析基礎(chǔ)研究 “兩頭在外”的成因，從集成電路領(lǐng)域發(fā)展與自主CPU發(fā)展歷程進一步剖析基礎(chǔ)研究 “兩頭在外”的成因、表現(xiàn)及破局之路。

梳理科技強國的發(fā)展經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，基礎(chǔ)研究在世界各國科技政策中得到越來越多的關(guān)注[22]。美國推出促進基礎(chǔ)研究的超級基金研究計劃 (SRP)，資助跨學科研究項目[23]。為了穩(wěn)定基礎(chǔ)研究投入，高效利用基礎(chǔ)研究資源，各國成立了中介機構(gòu)協(xié)調(diào)基礎(chǔ)研究投入與實施，如美國的NH和NSF、日本的JSPS和JT、韓國的KOSEF和KRF、德國的DFG和MRG等[24]。此外，長期穩(wěn)定高額投資基礎(chǔ)研究是世界前列的科技創(chuàng)新型國家的發(fā)展經(jīng)驗[25]，日本諾貝爾獎 “井噴”現(xiàn)象得益于日本自1996年實施科技立國戰(zhàn)略，制定五年科技基本計劃以及年度創(chuàng)新綜合戰(zhàn)略等舉措[26-27]，德國、韓國、俄羅斯等國家對基礎(chǔ)研究的投入持續(xù)加強[28]。對于基礎(chǔ)研究成果外流問題，日本、韓國與中國具有同樣的困難。為此韓國對國內(nèi)和國際期刊實行差異化資助政策，培育國際期刊；日本為了提高研究成果的本國傳播率，開展了SPARC Japan事業(yè)，吸引一流研究人員成為日本學術(shù)期刊的編輯，提出國家經(jīng)費產(chǎn)出的成果有義務(wù)投稿到本國期刊[29]。科技強國的發(fā)展經(jīng)驗映射了中國基礎(chǔ)研究投入不足，受經(jīng)濟、文化影響，研究成果外流問題在非英語國家具有普遍性。目前，學者多著眼于如何強化基礎(chǔ)研究，針對中國基礎(chǔ)研究 “兩頭在外”的局面，在汲取科技強國發(fā)展經(jīng)驗的同時，應(yīng)基于其表現(xiàn)與成因，并立足國情。本文從文化認知層面、人才培養(yǎng)及條件與能力建設(shè)、國際平臺建設(shè)層面提出破除 “兩頭在外”局面的相關(guān)想法與建議。

1 基礎(chǔ)研究 “兩頭在外”的具體體現(xiàn)

基礎(chǔ)研究 “兩頭在外”，一頭指的是基礎(chǔ)研究的方向引領(lǐng)、議題設(shè)置、研究平臺、方法工具、儀器設(shè)備等，另一頭指的是基礎(chǔ)研究成果的發(fā)布和交流、開發(fā)利用的平臺，如高水平學術(shù)期刊、高等級學術(shù)會議等。簡言之，就是沿著國外學者引領(lǐng)的方向和確定的路徑，依托引進的科學儀器和設(shè)備，運用國外開發(fā)的方法、工具、軟件開展基礎(chǔ)研究，然后用外文在國外的期刊或?qū)W術(shù)會議上發(fā)布研究結(jié)果，并逐漸形成以國際期刊級別和發(fā)文數(shù)量為導向的科研績效評價體系，成為國內(nèi)基礎(chǔ)研究活動的 “指揮棒”。 “兩頭在外”主要體現(xiàn)在以下四個方面：

1.1 缺乏研究方向決策與議題設(shè)置能力

決定做什么基礎(chǔ)研究的能力偏弱，缺乏研究方向決策和議題設(shè)置能力，在研究前沿探索方面的貢獻有限。基礎(chǔ)研究需要自由探索，但并非漫無目標的自由探索。在全球化格局中，一個國家的科技發(fā)展難以自成體系，基于科技強國的先行研究，具有突破潛力和重大影響力的發(fā)展領(lǐng)域與方向已然顯現(xiàn)。 《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》指出，要瞄準人工智能、量子信息、集成電路、生命健康、腦科學、生物育種、空天科技、深地深海等前沿領(lǐng)域。過去較長時間里，在基礎(chǔ)研究的大多數(shù)領(lǐng)域，中國科學家主要處于 “跟跑”位置，甚至是別人 “起跑”許久之后才緩緩跟進。當中國科技發(fā)展奮起直追時，基礎(chǔ)研究的先行國已經(jīng)悄然換道。當然，在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，研究方向的決策智慧和議題設(shè)置能力不可能一蹴而就，需要在科學前沿的暗黑地帶持續(xù)摸索中逐步形成，需要與本領(lǐng)域的頂尖科學家進行高水平互動。日本2000年以來在自然科學領(lǐng)域年均一個諾貝爾獎的驚人斬獲絕非偶然，其背后是大批日本科學家在諸多前沿科學領(lǐng)域持之以恒的潛心深耕。根據(jù)研究前沿報告，近年來，中國的研究前沿熱度指數(shù)和核心論文排名第一的研究前沿個數(shù)逐年上升，雖已位列全球第二位，但與美國相比仍有較大差距。從表1可以看出，美國的基礎(chǔ)研究仍處于世界絕對領(lǐng)先水平，但是，中國學者正在砥礪前行，努力縮小差距。

表1 研究前沿熱度指數(shù)得分及核心論文排名第一的研究前沿數(shù)量

數(shù)據(jù)來源：中科院科技戰(zhàn)略咨詢研究院、中科院文獻情報中心與科睿唯安聯(lián)合發(fā)布的報告 《2019研究前沿》 《2019研究前沿熱度指數(shù)》 《2017研究前沿熱度指數(shù)》 《2016研究前沿》。

1.2 基礎(chǔ)研究的軟硬件工具材料依賴進口

基礎(chǔ)研究所需要的平臺、儀器設(shè)備、基礎(chǔ)軟件、核心算法及實驗材料等存在較嚴重的對外依賴現(xiàn)象。美國化學會 《C&EN》公布的2018年度全球儀器公司TOP20榜單中沒有一家中國企業(yè)入榜，另外，據(jù)中華人民共和國海關(guān)總署統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，中國專業(yè)、科學及控制用儀器和裝置2016—2019年貿(mào)易逆差均在1300億元人民幣以上，2020年貿(mào)易逆差出現(xiàn)明顯下降，但仍然高達900億元人民幣 (見圖1)。核磁、質(zhì)譜、電鏡等高端科研儀器基本被國外廠商壟斷，國產(chǎn)設(shè)備依然存在顯著差距。軟件方面，操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、通用辦公軟件、數(shù)據(jù)分析及處理、專業(yè)計算、EDA芯片設(shè)計、計算機輔助設(shè)計、計算機輔助工程等大部分基礎(chǔ)軟件由美國公司開發(fā)。然而，中美關(guān)系以及國際局勢呈現(xiàn)不確定和不穩(wěn)定性，依賴進口的潛在風險不言而喻。

圖1 專業(yè)、科學及控制用儀器和裝備進出口情況

1.3 缺乏人才吸引力與國際學術(shù)組織影響力

基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的交流與合作活動多由發(fā)達國家主導，中國人才吸引與集聚能力不足，欠缺國際學術(shù)組織的影響力與發(fā)起頂級學術(shù)會議的能力。一方面，這與中國高等人才培育能力、科學研究的總體水平以及經(jīng)濟發(fā)展階段有關(guān)。大學及科研院所是基礎(chǔ)研究的主要力量，然而，2020年QS世界大學排名前20名中僅清華大學這一所中國大學入榜，還存在前沿科學家和頂級實驗室匱乏，人才集聚能力弱的問題，國際學生的全球流動趨勢可以充分證明這一情況。根據(jù)教育部公布的 《2018年度我國出國留學人員情況統(tǒng)計》，中國依然是留學生輸出大國，2018年出國留學生達66.21萬人。同時，中國的高等教育對歐美國家青年學生的吸引力不足，在大約50萬人的來華留學生中，來自發(fā)達國家并攻讀自然科學領(lǐng)域?qū)W位的學生占比仍然較低。不可否認，在現(xiàn)階段及未來較長時間里，歐美發(fā)達國家的高水平教育對于中國的科技人才培養(yǎng)仍將具有重要推動作用。另一方面，中國學者在國際學術(shù)組織中的影響力與學術(shù)貢獻不匹配。例如：國際純粹與應(yīng)用化學聯(lián)合會 (IUPAC)成立近百年來，直到2018年才首次有華人任職主席；國際大會及會議協(xié)會 (ICCA)公布的2019年舉辦國際協(xié)會會議數(shù)量最多的國家依次是美國、德國、法國、西班牙、英國、意大利、中國，中國位列第七。在組織和發(fā)起重要的國際學術(shù)會議、提升中國學者在國際學術(shù)組織中的影響力等方面，中國科學家任重道遠。

1.4 基礎(chǔ)研究成果外流

長期以來，中國學術(shù)期刊的發(fā)展水平與中國學者的科研能力進步處于不對稱的狀態(tài)，國內(nèi)學術(shù)平臺的國際化進程整體上較為滯后，相當一部分國內(nèi)學術(shù)期刊尚未進入國際學術(shù)界的視野。2008—2019年ESI數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，在化學、物理、數(shù)學領(lǐng)域中，中國作者的高被引論文占比分別高達33.88%、22.16%和35.86%，而在中國學術(shù)期刊上發(fā)表的高被引論文占全球高被引論文的比例分別僅為0.37%、1.66%和0.84%，中國學者較高的 “學術(shù)生產(chǎn)力”與中國學術(shù)期刊較低的 “國際承載力”形成巨大反差。有學者在研究國內(nèi)科研論文外流現(xiàn)象時發(fā)現(xiàn)，中國學者每年支付國外期刊的版面費約為10億人民幣，同時211高校每年花費十幾億人民幣購買國外數(shù)據(jù)庫的使用權(quán)，其中包括中國學者發(fā)表的大量學術(shù)論文[30]。這些數(shù)據(jù)表征的背后是中國學術(shù)界對國外學術(shù)期刊的過度推崇，在一定程度上阻礙了國內(nèi)期刊的發(fā)展。針對這一表現(xiàn)，教育部及科技部聯(lián)合開展破除論文 “SCI至上”的評價指標，科技評價導向不斷改革。

2 基礎(chǔ)研究 “兩頭在外”的成因分析

中國的基礎(chǔ)研究處于 “兩頭在外”的局面，其成因與過去一段時間的基本國情和相關(guān)政策有關(guān)。

2.1 基礎(chǔ)研究經(jīng)費投入不足，投入積極性欠缺

改革開放以來，經(jīng)濟建設(shè)一直是中心工作和主旋律，需求側(cè)對于科技創(chuàng)新提出的多是偏技術(shù)應(yīng)用端的需求，研發(fā)經(jīng)費主要用于技術(shù)研究與開發(fā)。改革開放之初，百廢待興，中國迫切需要實現(xiàn)全領(lǐng)域的追趕，全社會研發(fā)投入側(cè)重于試驗發(fā)展經(jīng)費。如圖2所示，基礎(chǔ)研究占社會研發(fā)總投入比重在5%左右，2019年首次突破6%，應(yīng)用研究占比也僅為10%左右，而發(fā)達國家基礎(chǔ)研究投入比重大多在15%以上，應(yīng)用研究比重至少在20%以上。經(jīng)費不足難以支撐科技無人區(qū)較為漫長的基礎(chǔ)研究，研究方向與議題設(shè)置緊跟科技前沿更有可能實現(xiàn)高回報率。中國在基礎(chǔ)研究方面的長期 “欠賬”不僅緣于階段性的社會應(yīng)用需求，也與科技人力資源的結(jié)構(gòu)、相關(guān)條件和能力建設(shè)、科技評價體系的導向等問題息息相關(guān)。

在經(jīng)濟高速增長但社會成熟度不高的背景下，基礎(chǔ)研究投入大、見效慢、不確定程度高等特征在一定程度上影響了政府和企業(yè)推動和投入基礎(chǔ)研究的積極性。在以經(jīng)濟建設(shè)為中心的時期，政府更多關(guān)注經(jīng)濟規(guī)模、增長速度以及其他更具顯示度的指標，而相對忽略基礎(chǔ)研究這樣耗資巨大、周期漫長、前景不太明確的 “隱性戰(zhàn)略工程”。對于企業(yè)而言，也存在同樣的問題，國門打開后，資金、裝備、技術(shù)、市場機會撲面而來，考慮到機會成本問題，少有企業(yè)能夠平心靜氣地深耕基礎(chǔ)研究領(lǐng)域。再者，絕大部分企業(yè)都面臨經(jīng)營資金周轉(zhuǎn)問題，投資基礎(chǔ)研究將給其資金鏈帶來巨大考驗。2017年的 《中國科技統(tǒng)計年鑒》顯示，中國企業(yè)的R&D經(jīng)費中僅有0.20%用于基礎(chǔ)研究，2019年僅提升至0.36%，說明企業(yè)開展基礎(chǔ)研究，尋求原始創(chuàng)新突破的積極性十分欠缺。

數(shù)據(jù)來源：國家統(tǒng)計局。圖2 2010—2019年全國科技經(jīng)費投入情況

2.2 便于技術(shù)引進的國際環(huán)境降低了中國基礎(chǔ)研究的緊迫感

在過去比較長的一段時間內(nèi)，國際科技合作的外部環(huán)境總體良好，從外部獲取技術(shù)的難度相對不高，使得中國在一定程度上低估了基礎(chǔ)研究的極端重要性， “造不如買”的思想加劇了對外依賴。在這段時間里，科技革命和產(chǎn)業(yè)變革推動了經(jīng)濟全球化發(fā)展，市場容量巨大的中國吸引了全球的科技產(chǎn)業(yè)及技術(shù)，收獲了改革開放帶來的豐厚紅利。隨之而來的是基礎(chǔ)研究未得到足夠重視，相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域自主研發(fā)進程不得不放緩，造成中國工業(yè)生產(chǎn)和科學研究高度依賴國外先進技術(shù)和設(shè)備的被動局面。在很長一段時間里，中國對基礎(chǔ)研究的重視不足，跟跑前沿科技的基礎(chǔ)研究態(tài)勢一直難以轉(zhuǎn)變，對原始創(chuàng)新能力的培育和支持力度不足，加大了中國在芯片、光刻機、操作系統(tǒng)、航空及汽車發(fā)動機、高端數(shù)控機床、集成電路等諸多關(guān)鍵核心技術(shù)領(lǐng)域的追趕和超越難度。

2.3 科技人才制度與基礎(chǔ)研究激勵機制不健全

中國的科技人才制度不完善，缺少高層次人才移民法律制度保障，國際人才吸引力不足，從事基礎(chǔ)研究的人才國際化程度偏低[31]。一方面，基礎(chǔ)研究科學家待遇偏低，人才流動頻繁，2020年中科院有90多名科學家離職，而國外研究院的待遇對中國青年科學家具有較高的吸引力；另一方面，國內(nèi)基礎(chǔ)研究缺乏頂尖人才與團隊，浮躁的學風催生了一系列不良學術(shù)問題，2020年中國的SCI撤稿量占世界44%左右，基礎(chǔ)研究更加需要弘揚科學家精神，從制度保障體系、教育及文化層面營造良好的生態(tài)環(huán)境。

對于企業(yè)的基礎(chǔ)研究投入，目前還未制定明確的激勵政策，相關(guān)稅收優(yōu)惠政策未將基礎(chǔ)研究投入從研發(fā)費用中剝離區(qū)分，企業(yè)基礎(chǔ)研究投入積極性欠缺?，F(xiàn)有科研評價機制對基礎(chǔ)研究的適用性較差，論文數(shù)量、期刊等級、引用率、項目、職稱等人才評價指標對從事原始創(chuàng)新性基礎(chǔ)研究的科學家不利。跟隨國外熱點研究方向、學習國外研究方法、引進儀器設(shè)備快速形成研究成果，選擇具有一定影響力的國際期刊快速發(fā)表，這種 “短平快”的論文生產(chǎn)模式應(yīng)運而生，加劇了中國基礎(chǔ)研究 “兩頭在外”的歷史頑疾。近年來開展了清理 “唯論文、唯職稱、唯學歷、唯獎項”專項行動，而新的重標志性成果的質(zhì)量、貢獻、影響的評價制度尚未健全，基礎(chǔ)研究破局轉(zhuǎn)型缺少政策保障。

2.4 基礎(chǔ)研究的條件和能力建設(shè)不足

條件和能力建設(shè)還不能滿足全面開展高水平基礎(chǔ)研究的需要，包括人才隊伍、重點機構(gòu)、實驗平臺、關(guān)鍵儀器設(shè)備等方面。原創(chuàng)性基礎(chǔ)研究需要頂尖科學家及其團隊在其細分領(lǐng)域不懈的精耕深作，受科研評價機制不合理、激勵機制不完善等因素的影響，中國基礎(chǔ)研究的人才隊伍存在穩(wěn)定性較差、團隊結(jié)構(gòu)不合理、積極性未充分調(diào)動、尚未形成有效協(xié)同機制等問題。在科技基礎(chǔ)資源建設(shè)方面，盡管2003年就設(shè)立了科技基礎(chǔ)條件平臺專項，2004年發(fā)布了 《2004—2010年國家科技基礎(chǔ)條件平臺建設(shè)綱要》，科技基礎(chǔ)條件建設(shè)得到關(guān)注，但是，在技術(shù)加速迭代，顛覆式創(chuàng)新涌現(xiàn)的新背景下，現(xiàn)有的條件和能力建設(shè)尚無法滿足持續(xù)高水平基礎(chǔ)研究的現(xiàn)實需要。在重點機構(gòu)建設(shè)方面，根據(jù)科技部公布的 《國家重點實驗室年度報告 (2016)》及近幾年的發(fā)展情況，截止到2019年9月，國家重點實驗室共257個，重組、改革國家重點實驗室體系規(guī)劃將在2025年建成。在功能性平臺建設(shè)方面，中國也有相應(yīng)的規(guī)劃和建設(shè)部署，但較歐美發(fā)達國家還有一定差距，如比利時早在1984年就建設(shè)了微電子研究中心 (IMEC)，并將其發(fā)展成國際一流的功能性平臺。2018年，上海市開始正式實施 《推進研發(fā)與轉(zhuǎn)化功能性平臺建設(shè)的實施意見》，加速建設(shè)16個功能性平臺，開始實施追趕。此外，盡管國家自然科學基金委員會已啟動國家重大科研儀器研制項目，但規(guī)模較小，尚不足以改變重要科研儀器設(shè)備受制于人的局面。

3 案例分析——集成電路領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究

從技術(shù)落后狀態(tài)起步是中國多數(shù)領(lǐng)域科技發(fā)展的共同特點，通過加強基礎(chǔ)研究與技術(shù)開發(fā)追趕世界先進水平也是多數(shù)領(lǐng)域的共同發(fā)展路徑，在集成電路領(lǐng)域，自主CPU路徑是中國基礎(chǔ)研究發(fā)展歷程具有代表性的案例。

3.1 CPU發(fā)展概況

CPU是計算機的大腦，是信息產(chǎn)業(yè)的核心，一旦遭受破壞將會使通信系統(tǒng)、交通系統(tǒng)癱瘓，日常辦公、生產(chǎn)制造活動等無法運行，對國家安全和社會秩序構(gòu)成威脅。

在信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展的40多年里，中央處理器快速更新迭代，制造工藝不斷改善，重視基礎(chǔ)研究的科技創(chuàng)新型國家掌握了部分核心技術(shù)并迅速發(fā)展，如英國ARM基礎(chǔ)架構(gòu)、日本芯片制造技術(shù)、韓國半導體存儲產(chǎn)業(yè)等。美國嚴格控制通用CPU技術(shù)和產(chǎn)業(yè)，形成了Intel和AMD兩家獨大的局面，處理器架構(gòu)已形成x86架構(gòu)和ARM架構(gòu)兩大成熟的軟件生態(tài)環(huán)境。中國已推動國產(chǎn)CPU多年，然而國產(chǎn)CPU依然缺乏市場競爭力，2017年中國在個人計算機及服務(wù)器方面的芯片自給率基本為零[32]。

3.2 龍芯自主CPU發(fā)展歷程與自主創(chuàng)新研發(fā)生態(tài)策略

以龍芯中科為例，體現(xiàn)中國基礎(chǔ)研究落后背景下自主CPU逐步突破的發(fā)展進程，并根據(jù)龍芯打造自主研發(fā)創(chuàng)新生態(tài)的機遇與挑戰(zhàn)及其優(yōu)劣勢，分析其發(fā)展策略。

圖3 龍芯中科自主CPU發(fā)展歷程

(1)龍芯中科自主CPU發(fā)展歷程。2001年，面對中國信息產(chǎn)業(yè)核心基礎(chǔ)部件CPU依賴進口、國家信息安全難以保障的局面，中國科學院計算技術(shù)研究所成立了龍芯課題組，開始研發(fā)CPU。研發(fā)初始依賴購買MIPS基礎(chǔ)架構(gòu)授權(quán)，而后基于開源Linux操作系統(tǒng)自主研發(fā)指令系統(tǒng)。龍芯團隊經(jīng)過數(shù)十年科研基礎(chǔ)積累，自2010年轉(zhuǎn)型走向產(chǎn)業(yè)化，由中科院和北京市政府共同出資成立龍芯中科技術(shù)有限公司。在艱難的市場環(huán)境中，龍芯在不斷試錯中發(fā)展，直到2016年才開始盈利，2020年第一季度，銷售收入同比增長30%以上。目前龍芯芯片已應(yīng)用于北斗衛(wèi)星、神威太湖之光超級計算機等多種國家重器，實現(xiàn)了國產(chǎn)CPU從無到有。龍芯中科自主CPU的發(fā)展路徑 (見圖3)充分體現(xiàn)了中國基礎(chǔ)研究落后導致核心技術(shù)受制于人、在市場夾縫中求生的艱難處境，反映了技術(shù)趕超和市場挑戰(zhàn)的艱難歷程。目前，龍芯的應(yīng)用市場仍較為局限，相較于Intel和AMD仍有非常大的差距，在未來的發(fā)展中仍面臨較大的挑戰(zhàn)。

龍芯中科自主CPU的發(fā)展歷程為中國培育基礎(chǔ)研究、突破關(guān)鍵技術(shù)提供了實踐經(jīng)驗。首先，基礎(chǔ)研究和技術(shù)發(fā)展是相互融合、相互促進的，技術(shù)來源于基礎(chǔ)研究，同時，技術(shù)的應(yīng)用實踐能夠優(yōu)化基礎(chǔ)研究體系，拓展基礎(chǔ)研究的寬度與深度，發(fā)展核心技術(shù)產(chǎn)業(yè)要堅持市場帶技術(shù)的自主發(fā)展路徑[33]；其次，落后領(lǐng)域的發(fā)展離不開國家和社會的大力扶持，如果沒有資金扶持與市場保護，不成熟的基礎(chǔ)研究成果必將受到先進技術(shù)的打壓，難以獲得市場化發(fā)展；最后，高質(zhì)量人才是制約基礎(chǔ)研究發(fā)展的重要因素，中國必須加強數(shù)學、物理等基礎(chǔ)學科教育，夯實人才基礎(chǔ)，打造專業(yè)性的高精尖人才隊伍。

(2)龍芯自主研發(fā)創(chuàng)新生態(tài)策略分析。龍芯以芯片國產(chǎn)化替代為目標，構(gòu)建自主且兼容的軟件生態(tài)體系，打造龍芯自主研發(fā)創(chuàng)新生態(tài)，當前面臨的機會與挑戰(zhàn)、優(yōu)勢與劣勢及其應(yīng)對策略分析如表2所示。

3.3 CPU自主研發(fā)中的 “兩頭在外”現(xiàn)象

(1)基礎(chǔ)架構(gòu)依賴于購買他國公司產(chǎn)品，缺少完全獨立自主的架構(gòu)，依賴國外的芯片設(shè)計EDA工具。中國CPU相關(guān)基礎(chǔ)研究起步晚，CPU設(shè)計研發(fā)基于國外基礎(chǔ)架構(gòu)授權(quán)或開源基礎(chǔ)架構(gòu)，其中，龍芯CPU采用MIPS架構(gòu)、兆芯CPU采用x86架構(gòu)、神威CPU采用Alpha架構(gòu)、海光CPU采用AMD的zen架構(gòu)、海思CPU采用ARM架構(gòu)。

(2)CPU制造工藝復(fù)雜，芯片制造技術(shù)被 “卡脖子”。2020年，全球最頂尖的光刻機已量產(chǎn)5nm芯片，國內(nèi)可量產(chǎn)芯片為14nm，與國際頂尖水平的差距較大，并且其中多項制造技術(shù)仍未突破。近年來中國基礎(chǔ)研究持續(xù)發(fā)力，實驗室技術(shù)不斷突破，2018年突破雙工作臺光刻機，2020年突破碳基納米管晶體管芯片制造技術(shù)。只有基礎(chǔ)研究取得重大突破并完成科技成果轉(zhuǎn)化，才有望在芯片制造領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn) “彎道超車”或者 “換道超車”，同時，耐住性子 “直道追趕”的路徑也需要自主基礎(chǔ)研究加速發(fā)展。

(3)國際頂級會議多由美國主導，中國對國際發(fā)展趨勢影響力不足。2019年中國科學院計算技術(shù)研究所僅6位學者在重要國際學術(shù)機構(gòu)任職。2019年中國高校第一次在高性能芯片頂級會議Hot Chips上發(fā)表了第一作者論文。近年來，中國科技創(chuàng)新成果涌現(xiàn)，國內(nèi)半導體行業(yè)發(fā)展強勁，在國際會議中嶄露頭角。例如：天津飛騰信息技術(shù)有限公司FT-2000/64中央處理器、清華大學魏少軍團隊CPU硬件安全動態(tài)監(jiān)測管控技術(shù)、華為海思ARM平臺服務(wù)器 “泰山”、展訊自主ARM架構(gòu)處理器等；2019年國際芯片大會在北京舉辦，探討如何建立自主可控和開放的芯片產(chǎn)業(yè)。然而，Intel仍然是處理器行業(yè)的引領(lǐng)者，中國基礎(chǔ)研究方向和技術(shù)發(fā)展選擇依舊以技術(shù)追趕為目標。

表2 龍芯自主研發(fā)創(chuàng)新生態(tài)SWOT分析

(4)國內(nèi)期刊水平距國際頂級期刊相差甚遠，基礎(chǔ)研究成果外流。根據(jù)中國科學院計算技術(shù)研究所2019年科研成果年報統(tǒng)計的學術(shù)論文情況如圖4所示，優(yōu)秀學術(shù)論文主要發(fā)表在英文期刊和國際會議，中文期刊和國內(nèi)會議論文數(shù)量較少。這不僅是由于計算機領(lǐng)域國際話語權(quán)在國外，國內(nèi)英文期刊較少，中文期刊質(zhì)量水平與國內(nèi)科研水平不匹配，也與國內(nèi)期刊缺少編輯和審稿專家、學術(shù)定位不明晰等現(xiàn)象相關(guān)。

4 結(jié)論與破局建議

基礎(chǔ)研究 “兩頭在外”不僅表現(xiàn)在設(shè)備工具引進與論文發(fā)表層面，更體現(xiàn)在研究方向決策與議題設(shè)置能力、人才吸引力與國際學術(shù)影響力、期刊水平等層面。本文從經(jīng)費分配、政企對基礎(chǔ)研究投入的積極性、國際環(huán)境、人才制度與激勵機制、基礎(chǔ)研究條件與能力建設(shè)方面進行分析，并從以下幾方面提出破局的想法與建議。

(1)提高認知思想，推進基礎(chǔ)研究激勵機制改革。近年來，黨和政府高度重視基礎(chǔ)研究工作，已著手進行相關(guān)頂層設(shè)計和總體部署，并積極開展體制機制改革，包括國家層面的機構(gòu)改革 (重新組建后的科學技術(shù)部整合了原科學技術(shù)部和國家外國專家局的職責，并著手管理國家自然科學基金委員會)、科技計劃體制改革、科技評價制度改革等方面。接下來的工作是進一步將國家戰(zhàn)略意志轉(zhuǎn)化為社會共識，并落實到創(chuàng)新主體的自覺行動中。要加強宣傳教育，讓社會各界充分認識到基礎(chǔ)研究的極端重要性，推動形成全社會重視基礎(chǔ)研究工作的氛圍；要做好政策引導和制度保障，充分考慮基礎(chǔ)研究工作的特點，探索并構(gòu)建與之適配的評價體系和評價機制；要高效利用社會基礎(chǔ)研究力量，培育科技巨頭企業(yè)，調(diào)動社會基礎(chǔ)研究投資活力，與世界科技巨頭合作，進一步提升社會基礎(chǔ)研究的廣度與自由度，同時，在隊伍建設(shè)、投入保障、條件建設(shè)等方面提供堅實的制度保障。

圖4 中國科學院計算技術(shù)研究所年度學術(shù)論文概況

(2)夯實基礎(chǔ)學科，培養(yǎng)基礎(chǔ)研究人才。高校基礎(chǔ)學科在基礎(chǔ)研究方面發(fā)揮理論支撐和人才供給作用，其建設(shè)水平在很大程度上決定基礎(chǔ)研究的高度、寬度和深度。為此，2020年教育部出臺 《關(guān)于在部分高校開展基礎(chǔ)學科招生改革試點工作的意見》 (簡稱 “強基計劃”)，著重選拔培養(yǎng)有志于服務(wù)國家重大戰(zhàn)略需求且綜合素質(zhì)優(yōu)秀或基礎(chǔ)學科拔尖的學生。高校應(yīng)充分利用 “強基計劃”以及 “雙一流”建設(shè)的契機，推進基礎(chǔ)學科建設(shè)水平的全面提升，積極探索人才選拔和培養(yǎng)模式創(chuàng)新，培養(yǎng)既有濃厚的基礎(chǔ)研究興趣，又具有跨學科學習能力，既具有扎實的理論基礎(chǔ)，也擅長動手實驗的基礎(chǔ)研究人才。同時，發(fā)揮高校的基礎(chǔ)學科優(yōu)勢，加強面向中小學的學科啟蒙，針對目前國家較為薄弱的領(lǐng)域，有針對性地選拔人才進行專業(yè)化培養(yǎng)。

(3)強化條件和能力建設(shè)，加快基礎(chǔ)研究平臺建設(shè)、重大儀器設(shè)備研制及基礎(chǔ)軟件開發(fā)。基礎(chǔ)研究的條件和能力建設(shè)既有緊迫性，又必須著眼于長遠。應(yīng)充分發(fā)揮 “新型舉國體制”的優(yōu)勢，在已有的工作基礎(chǔ)上集中資源和力量，加快與基礎(chǔ)研究相關(guān)的條件和能力建設(shè)，加快大科學裝置等重大科研基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，并依托這些設(shè)施發(fā)起大科學計劃，啟動大科學工程。通過設(shè)立重大專項，推進功能性平臺建設(shè)、重大儀器設(shè)備研制和基礎(chǔ)軟件開發(fā)。進一步提升國家重點實驗室等科研資源的開放水平，協(xié)調(diào)科研資源分配與高效利用。此外，針對國產(chǎn)儀器設(shè)備、操作系統(tǒng)、基礎(chǔ)軟件尚不成熟的現(xiàn)狀，應(yīng)鼓勵市場力量給予支持，開拓試點市場，基于市場反饋促進科技迭代更新，營造基礎(chǔ)研究生態(tài)支持氛圍。

(4)加快具有國際影響力的高水平學術(shù)平臺建設(shè)。一要繼續(xù)鼓勵和支持中國學者參與國際學術(shù)組織，并擔任其中的重要學術(shù)職務(wù)；二要鼓勵和支持中國學術(shù)機構(gòu)和學者組織和發(fā)起基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的高水平國際學術(shù)會議，探索新的研究議題，發(fā)現(xiàn)相關(guān)領(lǐng)域的青年才俊，努力提升中國學者在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的影響力和話語權(quán)；三要推進國內(nèi)高水平學術(shù)期刊培育和建設(shè)，鼓勵廣大科技工作者 “把論文寫在祖國的大地上”，將優(yōu)秀的基礎(chǔ)研究成果發(fā)表在國內(nèi)期刊的同時，積極創(chuàng)辦中英文雙語學術(shù)期刊，擴大中國學術(shù)研究成果的國際影響力，吸引全球優(yōu)質(zhì)稿源，打造國際一流學術(shù)期刊。除此之外，在尊重知識產(chǎn)權(quán)的前提下，將中國學者在國際學術(shù)期刊上發(fā)表的優(yōu)秀基礎(chǔ)研究成果，以更為快捷、準確、友好的方式呈現(xiàn)，加快知識傳播和轉(zhuǎn)化的有效性和效率。