創(chuàng)新研究報(bào)告第553期 -我國(guó)人工智能國(guó)際科技競(jìng)爭(zhēng)力及未來(lái)發(fā)展路徑分析

1我國(guó)人工智能國(guó)際科技競(jìng)爭(zhēng)力及未來(lái)發(fā)展路徑分析【按】我國(guó)人工智能已取得了舉世矚目成就，已經(jīng)處于世界第一梯隊(duì)。算法、應(yīng)用、硬件、數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)、算力，是人工智能領(lǐng)域的“六架馬車”，世界范圍內(nèi)，我國(guó)在數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施、人工智能應(yīng)用、數(shù)據(jù)生產(chǎn)、算力建設(shè)等方面優(yōu)勢(shì)明顯，但同時(shí)，相比美國(guó)，我國(guó)存在諸如核心算法及專利較少、硬件研發(fā)能力薄弱、頂尖人才流失較為嚴(yán)重等問(wèn)題。我國(guó)應(yīng)基于國(guó)情，規(guī)劃人工智能未來(lái)發(fā)展路線，走出一條特色發(fā)展之路。現(xiàn)予編發(fā)，供參閱。2當(dāng)前，人工智能（AI）已成為大國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的主戰(zhàn)場(chǎng)，我國(guó)已于2017年發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，為我國(guó)未來(lái)人工智能的發(fā)展指明了方向、提出了要求。《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》提出我國(guó)到2030年人工智能理論、技術(shù)與應(yīng)用總體達(dá)到世界領(lǐng)先水平，成為世界主要人工智能創(chuàng)新中心的戰(zhàn)略目標(biāo)。當(dāng)前我國(guó)在人工智能領(lǐng)域雖然已取得顯著成就，進(jìn)入世界人工智能領(lǐng)域第一梯隊(duì)，但是和美國(guó)相比，我國(guó)硬件、研發(fā)等領(lǐng)域依然存在很大差距。一、關(guān)于我國(guó)人工智能國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的一些基本判斷一是得益于國(guó)家大力支持，我國(guó)人工智能得以在短時(shí)間內(nèi)迅速崛起。雖然我國(guó)人工智能技術(shù)貯備不多，發(fā)展歷史較短，但是我國(guó)迅速抓住了人工智能發(fā)展機(jī)遇，在制度保障、資源投入、人才培養(yǎng)等方面給予充分支持，使我國(guó)在較短時(shí)間內(nèi)成功進(jìn)入世界人工智能第一陣營(yíng)。如，政策指引方面，2017年國(guó)務(wù)院便頒布了《國(guó)家新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，為我國(guó)人工智能發(fā)展提供制度保障；投入層面，2020年，雖然我國(guó)人工智能領(lǐng)域的私人投資遠(yuǎn)少于美國(guó)的236億美元，但依然達(dá)到99億美元，而同期歐盟僅為20億美元，且中國(guó)擁有強(qiáng)大的公共投資機(jī)制；人才培養(yǎng)方面，截止2021年7月，我國(guó)已有35所高校建立了人工智能研究院。當(dāng)前，我國(guó)人工智能論文、專利等均已經(jīng)超過(guò)或趕超美國(guó)，在人臉識(shí)別、語(yǔ)音視別、自然語(yǔ)言翻譯、無(wú)人機(jī)等技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)開始引領(lǐng)世界。二是我國(guó)已進(jìn)入世界人工智能第一陣營(yíng)，成為僅次于美3國(guó)的人工智能大國(guó)。2020年，我國(guó)在人工智能領(lǐng)域的論文發(fā)表總量、引用總量均已超過(guò)美國(guó)，成功登頂世界。2004年，我國(guó)人工智能論文量曾首次超過(guò)美國(guó)，此后于2017年再次超越美國(guó)居世界首位，并延續(xù)至今。根據(jù)斯坦福大學(xué)發(fā)布的報(bào)告《人工智能索引報(bào)告2021》（ArtificialIntelligenceIndexReport20212019年，中國(guó)在世界人工智能出版物中所占的份額為22.4%，超過(guò)同期歐盟的16.4%及美國(guó)的14.6%。不僅在數(shù)量上，2020年我國(guó)人工智能論文引用量也第一次超越美國(guó)（在過(guò)去十年中，美國(guó)的人工智能會(huì)議論文被引用次數(shù)一直顯著多于中國(guó)占世界人工智能論文總引用量的20.7%，而美國(guó)這一比例為19.8%1（見圖1）。從國(guó)際人工智能專利層面看，根據(jù)英國(guó)產(chǎn)權(quán)辦公室2019年發(fā)布的報(bào)告《人工智能：英國(guó)及全球人工智能專1998－2017年間，美國(guó)和中國(guó)是世界范圍內(nèi)最大的人工智能4項(xiàng)，而中國(guó)則超過(guò)了40000項(xiàng)，遠(yuǎn)超日本（約15000項(xiàng)）、韓國(guó)（約7000項(xiàng)）、德國(guó)（約5000項(xiàng)）、英國(guó)（約2000項(xiàng)）、俄羅斯（約1500項(xiàng)）、法國(guó)（約1000項(xiàng)）等（見圖2）。約從2015年起，人工智能專利的增加主要是由中國(guó)和美國(guó)所推動(dòng)，雖然美國(guó)是人工智能專利申請(qǐng)總量最多的國(guó)家，但中國(guó)最近的增長(zhǎng)幅度更大，自2014年以來(lái)每年的數(shù)字已超過(guò)美國(guó)2。三是我國(guó)人工智能技術(shù)領(lǐng)域存在大而不強(qiáng)、人才流失等現(xiàn)象。雖然我國(guó)在人工智能論文數(shù)量、引用量、專利總量等.uk/government/uploads/system/uploads/attachment_datificial_Intelligence-Aworldwide_overview_of_AI_patents.pdf5方面已經(jīng)居于世界前列，但大而不強(qiáng)、影響力弱等現(xiàn)象非常突出。如在更高質(zhì)量的人工智能頂會(huì)論文引用量層面看，美國(guó)在過(guò)去21年中一直處于領(lǐng)先地位，2020年，美國(guó)以40.1%的總引用率位居榜首，其次是中國(guó)（11.8%）和歐盟（10.9%）3。2013－2017年間，世界人工智能論文生產(chǎn)量最多的科研組織均來(lái)自于美國(guó)（卡內(nèi)基梅隆大學(xué)、MIT、微軟、IBM、斯坦福大學(xué)且其論文影響力平均值達(dá)4.0，而中國(guó)僅為1.54。而在專利影響力方面，我國(guó)與美國(guó)也存在很大差距，根據(jù)英國(guó)產(chǎn)權(quán)辦公室發(fā)布的報(bào)告《人工智能：英國(guó)及全球人工智能專利概覽》，中國(guó)的大部分專利申請(qǐng)都是在中國(guó)國(guó)內(nèi)單獨(dú)公布，只有19%的專利在其他國(guó)家有同等申請(qǐng)，而美國(guó)這一比例則達(dá)到53%，英國(guó)更高達(dá)到88%。此外，我國(guó)頂尖人工智能人才被美國(guó)“虹吸”現(xiàn)象嚴(yán)重，在人工智能人才吸引力方面，我國(guó)依然存在非常大的差距。二、我國(guó)在世界人工智能領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)相比美國(guó)、歐盟，中國(guó)在人工智能應(yīng)用及支撐性基礎(chǔ)設(shè)施方面處于世界領(lǐng)先地位，中國(guó)人工智能技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛、應(yīng)用場(chǎng)景多樣，數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施完善程度遠(yuǎn)超其它國(guó)家；同時(shí)，我國(guó)也是世界人工智能應(yīng)用與數(shù)據(jù)生產(chǎn)、流通第一大國(guó)，各類型數(shù)據(jù)的生產(chǎn)、應(yīng)用、流通更是遠(yuǎn)超世界其它國(guó)家，從而形成了我國(guó)在世界人工智能領(lǐng)域較為突出的比較競(jìng)爭(zhēng)4DANIELCASTRO,MICHAELMCLAUGHLIN,ELINECHIVOT.WhoIsWinningthEUortheUnitedState64一是已建成世界最為完善的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施體系。人工智能技術(shù)的發(fā)展，需要完善的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的支持，從而為數(shù)字化生活、數(shù)字化經(jīng)濟(jì)提供基本支撐，而我國(guó)近年通過(guò)政策支持，已經(jīng)形成了較為完善的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施，為我國(guó)人工智能技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。根據(jù)中國(guó)信通院發(fā)布的《全球數(shù)字經(jīng)濟(jì)白皮書（2022年）》報(bào)告，2021年底，我國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī)模達(dá)7.1萬(wàn)億美元，位居世界第二。根據(jù)國(guó)務(wù)院發(fā)布的《“十四五”數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》，我國(guó)已建成全球規(guī)模最大的光纖和第四代移動(dòng)通信（4G）網(wǎng)絡(luò)、第五代移動(dòng)通信（5G）網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；中國(guó)網(wǎng)民規(guī)模達(dá)9.89億，互聯(lián)網(wǎng)普及率70.4%，移動(dòng)寬帶用戶普及率達(dá)到108%，互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第六版（IPv6）活躍用戶數(shù)達(dá)到4.6億5。二是已形成全球范圍內(nèi)最為龐大的數(shù)字技術(shù)應(yīng)用體系。7我國(guó)人口眾多、企業(yè)重視人工智能技術(shù)應(yīng)用，從而形成了發(fā)達(dá)的數(shù)字市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)，當(dāng)前我國(guó)已成為全球最大網(wǎng)絡(luò)零售市場(chǎng)和最大移動(dòng)支付交易市場(chǎng)，人工智能應(yīng)用范圍及使用強(qiáng)度世界領(lǐng)先。2018年中國(guó)約有32%的企業(yè)使用了人工智能相關(guān)技術(shù)，超過(guò)美國(guó)的22%和歐盟的18%，我國(guó)的語(yǔ)音識(shí)別、圖像識(shí)別、大數(shù)據(jù)處理等人工智能技術(shù)已在商業(yè)、交通、金融、醫(yī)療、教育等領(lǐng)域廣泛普及6。2019年，我國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)增加值占比近40%，成為全球最大網(wǎng)絡(luò)零售市場(chǎng)和最大移動(dòng)支付交易市場(chǎng)。根據(jù)中國(guó)信息通信研究院2021年發(fā)布的《全球萬(wàn)億元，全國(guó)網(wǎng)上零售額為11.76萬(wàn)億元。同時(shí)，在線教育、在線醫(yī)療、遠(yuǎn)程辦公等數(shù)字服務(wù)業(yè)蓬勃發(fā)展，截止2020年底，用戶規(guī)模分別達(dá)3.42億、2.15億和3.46億。三是我國(guó)是世界最大的數(shù)據(jù)生產(chǎn)與流通國(guó)。我國(guó)數(shù)據(jù)生產(chǎn)量遠(yuǎn)超美歐，是世界第一數(shù)據(jù)生產(chǎn)大國(guó)。2018年我國(guó)使用移動(dòng)支付的個(gè)人數(shù)量達(dá)5300萬(wàn)人，遠(yuǎn)超美國(guó)的550萬(wàn)人及歐盟的45萬(wàn)人。從物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)看，2018年，中國(guó)的物聯(lián)網(wǎng)近三倍；中國(guó)在電子健康記錄、遺傳數(shù)據(jù)等方面均居世界首位，我國(guó)數(shù)據(jù)規(guī)模預(yù)計(jì)2025年將增至48.6ZB，成為數(shù)據(jù)量最大、類型最豐富的國(guó)家之一7。四是算力建設(shè)穩(wěn)步推進(jìn)，并逐漸超過(guò)美國(guó)成為世界算力最強(qiáng)國(guó)。算力對(duì)人工智能至關(guān)重要，是其運(yùn)行的基礎(chǔ)“能源”6DANIELCASTRO,MICHAELMCLAUGHLIN,ELINECHIVOT.WhoIsWinningEUortheUnitedStates?2018來(lái)源，事關(guān)其整體運(yùn)行能力，算力作為數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代的關(guān)鍵信息、清華大學(xué)全球產(chǎn)業(yè)研究院聯(lián)合發(fā)布《2021-2022全球計(jì)算力指數(shù)評(píng)估報(bào)告》顯示，過(guò)去5年，中國(guó)人工智能算力首次超越美國(guó)成為全球第一，人工智能服務(wù)器支出規(guī)模同比增長(zhǎng)44.5%，在15個(gè)國(guó)家人工智能算力支出的增長(zhǎng)中，中國(guó)貢獻(xiàn)了近60%。過(guò)去五年，我國(guó)總算力水平增幅程度也遠(yuǎn)超俄羅斯算力增速為8.2%，美國(guó)為5%8。三、我國(guó)在世界人工智能領(lǐng)域的相對(duì)劣勢(shì)一是頂級(jí)研究人員缺乏，保有量遠(yuǎn)落后于美國(guó)。根據(jù)麥克羅波洛智庫(kù)(MacroPolo)發(fā)布的報(bào)告《全球人工智能人才追蹤》（TheGlobalAITalentTracker2019年，全球近59%的頂級(jí)人工智能研究人員（top-tierAIresearchers）為美國(guó)大學(xué)和公司工作，而中國(guó)僅為11%。麥肯錫咨詢公司高級(jí)數(shù)據(jù)分析師伊?！ぐ图{吉（IshanBanerjee）也指出，美國(guó)科研機(jī)構(gòu)雇傭了世界近60%的頂級(jí)人工智能研究人員，是中國(guó)（10.6%）和歐洲（10.2%）的近六倍（見圖3）9。《全球人工智能人才追蹤》報(bào)告分析了2019年在國(guó)際人工智能頂會(huì)“神經(jīng)信息處理系統(tǒng)進(jìn)展大會(huì)”（NeurIPS）上做口頭陳述的論文作者情況（口頭陳述是NeurIPS最負(fù)盛名的論文類別，/a/532/2020/06/09/technology/china-ai-researc92019年的接受率為0.5%結(jié)果發(fā)現(xiàn)，來(lái)自美國(guó)的口頭陳述學(xué)者占大會(huì)口頭陳述學(xué)者總數(shù)的65%，加拿大學(xué)者占10%居第二位，此后分別為法國(guó)8%居第三位、英國(guó)6%居第四位、以色列5%居第五位、荷蘭3%居第六位，而中國(guó)學(xué)者僅僅是包含在剩余的4%之內(nèi)。二是面臨嚴(yán)峻的來(lái)自美國(guó)的“人才虹吸”壓力。美國(guó)的領(lǐng)先地位建立在吸引國(guó)際人才的基礎(chǔ)之上，如約超過(guò)三分之二在美國(guó)工作的頂級(jí)人工智能研究人員，是在其他國(guó)家獲得本科學(xué)位。根據(jù)斯坦福大學(xué)2021年發(fā)布的《2021人工智能指數(shù)報(bào)告》，2019年北美人工智能新入學(xué)博士中，國(guó)際學(xué)生占比達(dá)64.3%，且這些國(guó)際學(xué)生博士畢業(yè)后，81.8%留在美國(guó)10。2020年，《華爾街日?qǐng)?bào)》北京分社記者保羅·莫祖爾（PaulMozur）撰文稱，在美國(guó)學(xué)習(xí)人工智能的中國(guó)公民往往會(huì)留在美國(guó)工作，他將中國(guó)人才稱為“美國(guó)人工智能領(lǐng)域的秘密武器?！?1根據(jù)《全球人工智能人才追蹤》報(bào)告，從世界頂級(jí)人工智能研究人員的來(lái)源地看，約29%來(lái)自于中國(guó)，而美國(guó)僅為20%。但是，中國(guó)卻經(jīng)歷了頂級(jí)人工智能研究人員的大量流失窘境，中國(guó)的頂級(jí)人工智能研究人員，只有34%選擇留在中國(guó)工作，而大約56%卻前往美國(guó)工作（見圖4）。特別是在美國(guó)攻讀人工智能博士學(xué)位的中國(guó)留學(xué)生，他們?cè)诿绹?guó)完成人工智能博士學(xué)位后，88%會(huì)選擇留在美國(guó)工作，只有10%返回中國(guó)（見圖5）。/2020/06/09/technology/china-ai-researc三是核心專利嚴(yán)重缺位，人工智能產(chǎn)業(yè)生態(tài)面臨安全隱患。中國(guó)在人工智能核心算法方面面臨缺位問(wèn)題，底層核心算法（如Dropout等）大部分掌握在美國(guó)等手中，制約著我國(guó)整個(gè)人工智能產(chǎn)業(yè)的安全與可持續(xù)發(fā)展。如在人工智能核心專利層面，1960年至2018年間，美國(guó)向美國(guó)專利商標(biāo)局所提交的高被引專利族群達(dá)28031，而中國(guó)僅為69112。特別是谷歌已持續(xù)對(duì)基礎(chǔ)人工智能算法專利進(jìn)行廣泛布局，并構(gòu)建完善產(chǎn)業(yè)生態(tài)（據(jù)賽迪智庫(kù)統(tǒng)計(jì)，2016年至2018年間谷歌共發(fā)布專利項(xiàng)為1659，且以發(fā)明專利為主）。這一狀況嚴(yán)重影響了中國(guó)人工智能產(chǎn)業(yè)安全，如2019年谷歌提出作為當(dāng)前深度學(xué)習(xí)最為基礎(chǔ)性的算法Dropout的專利申請(qǐng)正式生12DANIELCASTRO,MICHAELMCLAUGHLIN,ELINECHIVOT.WhoIsWinningtheAIRace:China,theEUortheUnitedStates?2019:29.效，引起行業(yè)震動(dòng)。四是過(guò)度依賴國(guó)外算法，缺乏有影響力的人工智能開源軟件庫(kù)。雖然在一些專用算法領(lǐng)域，我國(guó)已有所突破，如科大訊飛、百度、“天貓精靈”等均形成了一定的核心算法研究能力，但整體來(lái)講，我國(guó)大部分人工智能企業(yè)（特別是中小型人工智能應(yīng)用類企業(yè)）主要依賴國(guó)外開源算法及軟件。一個(gè)典型例子是：2021年，在全球持續(xù)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)競(jìng)賽CAMEO中，來(lái)自中國(guó)華深智藥的HeliXonAI，其平均lDDT預(yù)測(cè)精確度達(dá)到了84.0（之前AlphaFold2模型預(yù)測(cè)精確度為根據(jù)斯坦福大學(xué)2021年發(fā)布的《2021人工智能指數(shù)報(bào)告》，2020年世界最受歡迎的人工智能開源軟件，主要是美國(guó)所研發(fā)的算法，如Google的TensorFlow處于絕對(duì)領(lǐng)先地位，其次還包括谷歌的另一款開源人工智能軟件Keras，F(xiàn)acebook創(chuàng)建的PyTorch等（見圖6）。五是人工智能硬件領(lǐng)域大幅落后于世界，難以提供足夠的發(fā)展支撐。我國(guó)在人工智能硬件領(lǐng)域（設(shè)計(jì)、材料、制造等）差距甚大，關(guān)鍵性半導(dǎo)體材料及生產(chǎn)工藝技術(shù)的缺乏，設(shè)計(jì)與制造基本處于空白或尚處于發(fā)展初期；專用型或定制性人工智能芯片已有進(jìn)展（華為昇騰910、阿里含光800、地平線自動(dòng)駕駛芯片征程3、云天勵(lì)飛視覺分析芯片等），但性能及制造仍是短板。更為重要的是，高端智能芯片的生產(chǎn)與加工等與美、日、韓依然存在差距，如當(dāng)前我國(guó)電動(dòng)汽車智能芯片主要依賴于英偉達(dá)、高通等美國(guó)企業(yè)。此外，用于提高人工智能硬件的底層數(shù)據(jù)庫(kù)（如NVIDIA優(yōu)化GPU四、政策建議一是啟動(dòng)“人工智能基礎(chǔ)層技術(shù)戰(zhàn)略貯備計(jì)劃”，確保人工智能產(chǎn)業(yè)生態(tài)整體安全。當(dāng)前條件下，我國(guó)應(yīng)采取“揚(yáng)長(zhǎng)補(bǔ)短”模式，重視補(bǔ)足短板，研究方向“下沉”——由追求單純的應(yīng)用領(lǐng)先轉(zhuǎn)向底層核心技術(shù)攻克，維護(hù)我國(guó)人工智能產(chǎn)業(yè)生態(tài)的穩(wěn)定性與安全性。我國(guó)應(yīng)適時(shí)啟動(dòng)“人工智能基礎(chǔ)層技術(shù)戰(zhàn)略貯備計(jì)劃”，由工信部等部門進(jìn)行專項(xiàng)資助，如“核心算法專項(xiàng)計(jì)劃”“先進(jìn)智能半導(dǎo)體制造工藝計(jì)劃”“人工智能基礎(chǔ)架構(gòu)創(chuàng)新與推廣計(jì)劃”等，并整合各個(gè)社會(huì)力量，組建攻克人工智能領(lǐng)域“卡脖子”問(wèn)題的“國(guó)家隊(duì)”。此外，還可以舉辦類似于美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）“大挑戰(zhàn)”那樣的、面向大學(xué)或全社會(huì)的競(jìng)賽項(xiàng)目，如“