國(guó)內(nèi)外人工智能產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展研究

金珺，朱晨希，趙苑婷，吳敏儀

(1.浙江大學(xué)管理學(xué)院，杭州 310058)

0 引言

2020年初，人工智能被國(guó)家納入“新基建”范疇，進(jìn)一步助推人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。隨后，《中共中央關(guān)于制定國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和二〇三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)的建議》指出，要瞄準(zhǔn)人工智能等前沿領(lǐng)域進(jìn)行重點(diǎn)布局。因此，預(yù)測(cè)人工智能技術(shù)的未來(lái)，找準(zhǔn)我國(guó)在全球人工智能產(chǎn)業(yè)中的定位，發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，對(duì)發(fā)展人工智能的重點(diǎn)城市而言顯得尤為重要。

1人工智能技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 人工智能技術(shù)熱點(diǎn)

NeurIPS 是人工智能領(lǐng)域的頂級(jí)會(huì)議論文，通過(guò)NeurIPS（2021）收錄論文主題分布中可以總結(jié)人工智能領(lǐng)域的技術(shù)熱點(diǎn)（如圖1）：計(jì)算機(jī)視覺(jué)和人類語(yǔ)言技術(shù)兩大人工智能主要技術(shù)任務(wù)合計(jì)占比約30%，而機(jī)器人與自動(dòng)化技術(shù)任務(wù)以及人工智能相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)智能以及前沿智能技術(shù)合計(jì)僅占約5%左右的論文份額[1]。

圖1 2021年人工智能期刊收錄論文主題分布

綜合所有人工智能相關(guān)技術(shù)，趨勢(shì)指數(shù)排名前10 的分別為：語(yǔ)音識(shí)別、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、云計(jì)算、GPU、深度學(xué)習(xí)、推薦系統(tǒng)、機(jī)器翻譯、定位、大規(guī)模預(yù)訓(xùn)練模型及情感分析。從近3 年的變化來(lái)看，綜合對(duì)比增幅最大排名前5的技術(shù)分別是語(yǔ)音識(shí)別、文本分類、數(shù)據(jù)挖掘、物體識(shí)別以及 GPU 技術(shù)。

1.2 人工智能技術(shù)當(dāng)前應(yīng)用場(chǎng)景

從人工智能技術(shù)應(yīng)用來(lái)看，根據(jù)2021 年國(guó)際數(shù)據(jù)公司IDC 針對(duì)企業(yè)對(duì)于人工智能技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀調(diào)研的結(jié)果，計(jì)算機(jī)視覺(jué)目前仍為最主要的應(yīng)用技術(shù)類型，視頻監(jiān)控、圖像識(shí)別、智能攝像頭、人臉識(shí)別以及圖像處理等企業(yè)應(yīng)用率位居前列（如圖2）。

圖2 2021年企業(yè)已部署的人工智能場(chǎng)景

2 美、歐、中人工智能技術(shù)實(shí)力比較

在人工智能技術(shù)開發(fā)和使用方面處于領(lǐng)導(dǎo)者的國(guó)家將塑造人工智能的未來(lái)，并顯著提高其經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力，而落后的國(guó)家則面臨在該關(guān)鍵行業(yè)失去競(jìng)爭(zhēng)力的風(fēng)險(xiǎn)[2]。我們選擇以中國(guó)、歐盟和美國(guó)為研究對(duì)象，因?yàn)樗鼈冊(cè)诮^對(duì)類別中表現(xiàn)普遍優(yōu)于其他國(guó)家。到目前為止，美國(guó)已經(jīng)成為人工智能領(lǐng)域的早期領(lǐng)先者，但中國(guó)正在挑戰(zhàn)其領(lǐng)先地位。歐洲持續(xù)落后，但在努力追趕。本報(bào)告從科研、硬件和領(lǐng)先企業(yè)3個(gè)方面衡量美國(guó)、歐洲和中國(guó)人工智能技術(shù)發(fā)展的能力[3]。

2.1科研情況

本節(jié)從中國(guó)、歐盟和美國(guó)的人工智能學(xué)術(shù)論文數(shù)量、論文質(zhì)量和專利情況3個(gè)方面進(jìn)行研究，以評(píng)估美歐中三者在科研方面的實(shí)力。

2.1.1 論文數(shù)量

一個(gè)地區(qū)每年發(fā)表的人工智能研究論文的數(shù)量是衡量其研究能力的一項(xiàng)指標(biāo)。該指標(biāo)追蹤了由Scopus搜集的2021 年每個(gè)地區(qū)發(fā)表的人工智能論文的數(shù)量，該數(shù)據(jù)庫(kù)包含了來(lái)自數(shù)千份同行評(píng)審期刊的數(shù)百萬(wàn)份文檔。根據(jù)《美國(guó)數(shù)據(jù)創(chuàng)新中心2021 年中美歐人工智能領(lǐng)跑報(bào)告》，中國(guó)在2021 年發(fā)表的人工智能論文數(shù)量（24929 篇）領(lǐng)先了歐盟（20418篇）和美國(guó)（16233篇）。

自2015 年以來(lái)，歐盟占全球人工智能論文的份額一直在下降，當(dāng)時(shí)歐盟發(fā)表了人工智能論文的近29%。自那以后，歐盟論文份額在 2019 年（26.3%）、2020 年（25.5%）和2021年（23.1%）均有所下降。如果不把英國(guó)包括在內(nèi)，歐盟在2021 年的份額將會(huì)下降到19%——英國(guó)僅略高于美國(guó)的份額（18%）。在同期（2015—2021年），中國(guó)的研究論文份額從23%以下增加到28%以上（如圖3）。

圖3 2000—2020年按地理區(qū)域展示的AI期刊出版文獻(xiàn)

2.1.2 論文質(zhì)量

論文質(zhì)量通常會(huì)用被引次數(shù)來(lái)衡量，也就是跟蹤每個(gè)地區(qū)的FWCI（領(lǐng)域加權(quán)被引）。這個(gè)數(shù)字衡量了每個(gè)地區(qū)的出版物與世界各地類似出版物相比被引用的頻率。根據(jù)《美國(guó)數(shù)據(jù)創(chuàng)新中心2021 年中美歐人工智能領(lǐng)跑報(bào)告》，2021 年美國(guó)以 1.4 的 FWCI 值領(lǐng)先于歐盟（1.1）和中國(guó)（0.8），這意味著其論文的被引用率比世界平均水平高出40%。相比之下，歐盟的FWCI 自2015 年以來(lái)一直在上升。因此，盡管歐盟在全球人工智能論文產(chǎn)量中所占的份額正在下降，但其出版質(zhì)量卻在不斷提高。相比之下，中國(guó)的FWCI從2017年（0.6）到2021年（0.8），穩(wěn)步上升。

2.1.3 專利情況

在世界領(lǐng)域，2012 年至2021 年這10 年間，中國(guó)的人工智能專利申請(qǐng)數(shù)量（695630 件）最多[4]，占全世界申請(qǐng)總量的52%，呈現(xiàn)壓倒性優(yōu)勢(shì)，遠(yuǎn)超過(guò)美國(guó)、日本和歐洲（如圖4）。美國(guó)這十年間的人工智能專利數(shù)量占全球的19%。只比較中美兩國(guó)的人工智能專利，則可看出，在2012 年，中國(guó)和美國(guó)的人工智能專利申請(qǐng)數(shù)量還較為接近，分別為16463件和11584件；而在2021年，中國(guó)和美國(guó)的人工智能專利數(shù)量差距拉大，中國(guó)（136885 件）已經(jīng)高出美國(guó)（22943 件）一個(gè)數(shù)量級(jí)。歐洲的人工智能專利數(shù)量只占全球范圍內(nèi)的5%，落后于美國(guó)和中國(guó)。

圖4 世界人工智能專利申請(qǐng)數(shù)量占比

2.2 硬件情況

計(jì)算能力對(duì)人工智能來(lái)說(shuō)正變得越來(lái)越重要。例如，自2012年以來(lái)，訓(xùn)練最大的人工智能系統(tǒng)的計(jì)算能力每3—4 個(gè)月就增加一倍。本小節(jié)分析了半導(dǎo)體銷售、半導(dǎo)體研發(fā)支出、按性能排名前500 的超級(jí)計(jì)算機(jī)數(shù)量，以及在中國(guó)、歐盟和美國(guó)的超級(jí)計(jì)算機(jī)的總系統(tǒng)性能?，F(xiàn)有的最新數(shù)據(jù)顯示，美國(guó)在硬件方面領(lǐng)先（6.3 分），其次是中國(guó)（2.3 分）和歐盟（1.4 分）。在勞動(dòng)力規(guī)模的控制下，美國(guó)（7.7分）領(lǐng)先于歐盟（1.5分）和中國(guó)（0.8分）。

2.2.1 半導(dǎo)體芯片

美中兩國(guó)之間的貿(mào)易爭(zhēng)端等事件的存在，可能會(huì)使一個(gè)國(guó)家面臨包括人工智能芯片在內(nèi)的半導(dǎo)體產(chǎn)品供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)。此外，一些公司還發(fā)現(xiàn)，明確設(shè)計(jì)用于訓(xùn)練和運(yùn)行人工智能系統(tǒng)的芯片可以提高這類系統(tǒng)的性能。根據(jù)《美國(guó)數(shù)據(jù)創(chuàng)新中心2021 年中美歐人工智能領(lǐng)跑報(bào)告》，到2021 年，美國(guó)至少有62 家公司在開發(fā)人工智能芯片，中國(guó)有29家，歐盟有14家。

2.2.2 按性能排名前500的超級(jí)計(jì)算機(jī)數(shù)量

越來(lái)越多的研究人員認(rèn)為，計(jì)算能力對(duì)人工智能系統(tǒng)的發(fā)展至關(guān)重要。根據(jù)每秒可以執(zhí)行多少浮點(diǎn)計(jì)算，能評(píng)選出性能方面排在前500名的超級(jí)計(jì)算機(jī)。根據(jù)《美國(guó)數(shù)據(jù)創(chuàng)新中心2021年中美歐人工智能領(lǐng)跑報(bào)告》，中國(guó)的超級(jí)計(jì)算機(jī)數(shù)量為214臺(tái)，高于美國(guó)的113臺(tái)和歐盟的91 臺(tái)。如果沒(méi)有英國(guó)，歐盟有79 臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)排名前500。在過(guò)去的10年里，中國(guó)在這一指標(biāo)上經(jīng)歷了顯著的增長(zhǎng)。2012年，中國(guó)只有68臺(tái)電腦進(jìn)入了前500名，美國(guó)有252 臺(tái)。然而，中國(guó)只用了4 年時(shí)間就超過(guò)了美國(guó)，進(jìn)而迅速發(fā)展至超過(guò)美國(guó)100多臺(tái)。

2.2.3 總系統(tǒng)性能排名前500的超級(jí)計(jì)算機(jī)數(shù)量

另一種評(píng)估一個(gè)國(guó)家超級(jí)計(jì)算機(jī)實(shí)力的方法是衡量其頂級(jí)系統(tǒng)的總性能。該指標(biāo)跟蹤在每個(gè)地區(qū)排名前500的超級(jí)計(jì)算機(jī)的總系統(tǒng)性能。根據(jù)《美國(guó)數(shù)據(jù)創(chuàng)新中心2021 年中美歐人工智能領(lǐng)跑報(bào)告》，2021 年，綜合系統(tǒng)性能排名前500 強(qiáng)的計(jì)算機(jī)中，美國(guó)占比27.5%，領(lǐng)先中國(guó)的23.3%和歐盟的16.8%。如果沒(méi)有英國(guó)，歐盟的數(shù)據(jù)則為15.4%。2021 年，由于日本企業(yè)的崛起，中國(guó)和美國(guó)在前500 個(gè)系統(tǒng)中所占的比例都低于2020 年。日本從2020 年占總系統(tǒng)性能的8%以下增長(zhǎng)到2021 年的24%以上。日本現(xiàn)在擁有世界上最快的系統(tǒng)，超級(jí)計(jì)算機(jī)Fugaku，其最大性能幾乎是第二快的超級(jí)計(jì)算機(jī)的3倍。

2.3 領(lǐng)先公司

沒(méi)有足夠資金的人工智能公司不太可能開發(fā)創(chuàng)新的人工智能產(chǎn)品或服務(wù)。因此，衡量每個(gè)地區(qū)有多少公司有足夠的資金來(lái)對(duì)人工智能產(chǎn)生影響是很重要的。該指標(biāo)關(guān)注了人工智能行業(yè)中獲得至少100 萬(wàn)美元聯(lián)合資金的公司數(shù)量。根據(jù)《美國(guó)數(shù)據(jù)創(chuàng)新中心2021 年中美歐人工智能領(lǐng)跑報(bào)告》，美國(guó)以2130 家企業(yè)數(shù)量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先歐盟的890家和中國(guó)的398家。

在過(guò)去幾年中，大多數(shù)算法由美國(guó)的 Facebook、谷歌、微軟等大型科技類公司發(fā)現(xiàn)和開創(chuàng)。例如，Deep-Mind 通過(guò) Alpha Zero 在人工智能強(qiáng)化學(xué)習(xí)方面取得了獨(dú)特的進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了完全基于“自我游戲”的學(xué)習(xí)，沒(méi)有涉及實(shí)際數(shù)據(jù)。此外，美國(guó)公司還開發(fā)了主要工具箱和軟件框架，例如 TensorFlow、Pytorch、Caffe，被世界各地的工業(yè)界和學(xué)術(shù)界廣泛應(yīng)用于人工智能的研究。這些平臺(tái)的突出地位有助于美國(guó)在人工智能方面的核心領(lǐng)導(dǎo)地位，包括在數(shù)據(jù)積累方面取得優(yōu)勢(shì)。

相比之下，中國(guó)在塑造人工智能的核心技術(shù)工具方面仍然落后。但是，中國(guó)在計(jì)算機(jī)視覺(jué)、語(yǔ)音識(shí)別和自然語(yǔ)言處理方面擁有世界領(lǐng)先的公司，如商湯科技、Unisound、科大訊飛和 Face++等[5]。

歐洲由于沒(méi)有互聯(lián)網(wǎng)巨頭公司，能夠接觸到的數(shù)據(jù)量相對(duì)于中美的公司少很多?，F(xiàn)在最火的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，比如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，都是基于大數(shù)據(jù)的分析和處理?！叭斯ぶ悄堋备拍畛藱C(jī)器學(xué)習(xí)，還包括了計(jì)算機(jī)視覺(jué)、自動(dòng)駕駛等很多概念。歐洲在這方面有一定實(shí)力。慕尼黑工業(yè)大學(xué)、馬克斯·普朗克研究所（Max Planck Institute，MPI）等都有一些世界領(lǐng)先的人工智能成果。在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，奧迪是第一家在量產(chǎn)車上推出Level 3自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的（搭載在最新一代奧迪A8上）[6]。

2.4 中美歐人工智能實(shí)力比較小結(jié)

通過(guò)中國(guó)和美國(guó)、歐盟人工智能實(shí)力的比較可以發(fā)現(xiàn)：美國(guó)科技巨頭對(duì)人工智能相關(guān)技術(shù)的研究起步早，投入高，人才、芯片及算法都走在中國(guó)前面；歐洲在人工智能方面長(zhǎng)于理論研究和實(shí)驗(yàn)室技術(shù)，但缺乏科技巨頭企業(yè)，難以轉(zhuǎn)化為市場(chǎng)力量；中國(guó)雖然在人工智能創(chuàng)新企業(yè)數(shù)量和規(guī)模方面和美歐存在差距，在智能傳感器、高性能中央處理器、智能芯片等方面與美歐也有較大差距，但中國(guó)具有人口及市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。我國(guó)人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展具備龐大的數(shù)據(jù)源及應(yīng)用場(chǎng)景，有較好的發(fā)展前景。

3 人工智能技術(shù)的未來(lái)

人工智能是引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的戰(zhàn)略性技術(shù)，具有溢出帶動(dòng)性很強(qiáng)的“頭雁”效應(yīng)。因此，預(yù)測(cè)人工智能技術(shù)的未來(lái)、提早布局顯得尤為必要。

3.1 人工智能技術(shù)未來(lái)

技術(shù)成熟度曲線是企業(yè)用來(lái)評(píng)估新科技的可見度，利用時(shí)間軸與市面上的可見度(媒體曝光度)決定要不要采用新科技的一種工具。此曲線由著名國(guó)際咨詢公司Gartner（高德納咨詢公司）于1995 年開始分析預(yù)測(cè)與推論各種新科技的成熟演變速度及要達(dá)到成熟所需的時(shí)間。參考高德納“2021 人工智能技術(shù)成熟度曲線”，可以預(yù)測(cè)人工智能技術(shù)未來(lái)的趨勢(shì)。處于技術(shù)萌芽期的主要是實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的人工智能技術(shù)，包括模型運(yùn)維、神經(jīng)形態(tài)硬件等技術(shù)；處于期望膨脹期的主要是行業(yè)領(lǐng)先者開展小規(guī)模實(shí)驗(yàn)和部署的人工智能技術(shù)，包括知識(shí)圖譜、智能機(jī)器人、決策智能等技術(shù)；處于泡沫破裂低谷期的主要是技術(shù)能力及相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施開始發(fā)展的人工智能技術(shù)，包括機(jī)器學(xué)習(xí)、自然語(yǔ)言處理、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、自動(dòng)駕駛和深度學(xué)習(xí)等技術(shù)；處于穩(wěn)步爬升復(fù)蘇期的主要是經(jīng)過(guò)驗(yàn)證、經(jīng)過(guò)商業(yè)化的但能力發(fā)展不大的人工智能技術(shù)，包括語(yǔ)義搜索等技術(shù)[7]。

參考高德納“2021人工智能技術(shù)成熟度曲線”可知全球人工智能即將步入生產(chǎn)成熟期的技術(shù)有計(jì)算機(jī)視覺(jué)、語(yǔ)音識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)等，這些技術(shù)的預(yù)計(jì)成熟時(shí)間為2—5年，意味著未來(lái)5 年內(nèi)將十分有望普及市場(chǎng)并廣泛應(yīng)用。其中還有8項(xiàng)技術(shù)顯示未來(lái)需5—10年達(dá)到成熟期，包含機(jī)器學(xué)習(xí)中的深度學(xué)習(xí)、智能機(jī)器人、數(shù)字倫理、自然語(yǔ)言處理等技術(shù)，這些技術(shù)賽道屬于人工智能產(chǎn)業(yè)未來(lái)重點(diǎn)發(fā)展方向，目前正處于“期望膨脹期”，表明世界對(duì)人工智能的最高期待（如圖5）。

圖5 2021人工智能技術(shù)成熟度曲線

另外，前沿智能技術(shù)領(lǐng)域前景比較廣闊的當(dāng)屬可穿戴、沉浸式技術(shù)以及腦機(jī)接口這3個(gè)比較接近的技術(shù)領(lǐng)域門類（如圖6）。一方面，可穿戴智能設(shè)備的形態(tài)越來(lái)越多樣化，應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)展，表現(xiàn)出廣闊的潛力；在未來(lái)，可穿戴設(shè)備的針對(duì)性和目標(biāo)性會(huì)更強(qiáng)，伴隨著 VR、AR 等沉浸式技術(shù)的逐漸成熟，可穿戴設(shè)備將成為人工智能技術(shù)普及的一大重要方向。而腦機(jī)接口作為神經(jīng)工程與可穿戴技術(shù)的交叉領(lǐng)域，在技術(shù)進(jìn)步、成本降低以及相關(guān)的道德隱私安全等方面還有諸多問(wèn)題與挑戰(zhàn)需要解決[8]。

圖6 前沿智能技術(shù)領(lǐng)域熱門技術(shù)詞云圖

3.2 人工智能技術(shù)未來(lái)應(yīng)用場(chǎng)景

從人工智能單點(diǎn)技術(shù)應(yīng)用來(lái)看，根據(jù) 2021 年 IDC針對(duì)企業(yè)對(duì)于人工智能技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀調(diào)研的結(jié)果，預(yù)計(jì)未來(lái)3 年，企業(yè)在持續(xù)增加計(jì)算機(jī)視覺(jué)應(yīng)用的同時(shí)，也會(huì)加深語(yǔ)音識(shí)別、自然語(yǔ)言處理等技術(shù)場(chǎng)景的應(yīng)用（如圖7）。

圖7 未來(lái)三年企業(yè)將部署的人工智能場(chǎng)景

4 結(jié)語(yǔ)

人工智能已成為引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的重要驅(qū)動(dòng)力量和戰(zhàn)略性技術(shù)。通過(guò)本文的分析可知，中國(guó)在人工智能領(lǐng)域全球競(jìng)爭(zhēng)中的短板和優(yōu)勢(shì)。中國(guó)在人工智能創(chuàng)新企業(yè)數(shù)量和規(guī)模方面和美歐存在差距，在智能傳感器、高性能中央處理器、智能芯片等硬件方面與美歐也有較大差距，但中國(guó)具有人口及市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，可以為人工智能提供龐大的數(shù)據(jù)源及應(yīng)用場(chǎng)景，發(fā)展勢(shì)頭很好。在未來(lái)，中國(guó)如果想要在人工智能這輪科技革新中占得先機(jī)，就需要加強(qiáng)技術(shù)預(yù)判，提早部署，特別是在一些基礎(chǔ)性、突破性的領(lǐng)域精準(zhǔn)布局，加大對(duì)人工智能相關(guān)軟硬件的研發(fā)投入，提高核心技術(shù)的自主能力[9]。本文依據(jù)2021年人工智能技術(shù)成熟度曲線并結(jié)合人工智能技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀預(yù)測(cè)，在下一個(gè)10年，深度學(xué)習(xí)、智能機(jī)器人、數(shù)字倫理、自然語(yǔ)言處理等技術(shù)都屬于人工智能產(chǎn)業(yè)未來(lái)重點(diǎn)發(fā)展方向。在未來(lái)幾年，這些技術(shù)的成熟和商用化將會(huì)進(jìn)一步影響產(chǎn)業(yè)發(fā)展、社會(huì)發(fā)展和人們的生產(chǎn)生活。