芯片破壁者（二十二）：政府与半导体间的“美国往事”

美国半导体产业，从诞生之初，就和美国政府有着千丝万缕的关系。



在二战前，美国政府出于军事科技的需要，就开始为企业和大学提供科研资金的支持。半导体产业初期，美国政府除了提供研发资金外，还扮演着最主要的采购方的角色，可以说最初生产晶体管的企业正是靠着军方的订单才存活和壮大起来。



现在，国家科学基金（NSF）、国防部高级研究计划局（DARPA）在支持基础科学研究和具有军用潜力的技术研究上面仍然扮演着“投资者”的角色，为美国半导体产业的基础研究提供着“把脉”和“输血”的支持。



在技术创新上，“市场和政府到底谁才起着更重要作用”，这一问题还存在着诸多争论。但是具体到半导体产业这一高投入、高风险，根本上关系国家安全命脉的科技创新领域，政府扮演的角色则至关重要。



回看半导体产业战争史，由于六、七十年代，美国半导体产业转向民用领域和海外市场，日本政府就在这一次产业转移的夹缝中抓住了生存空间，举国之力进行半导体技术的引进、研发及制造，使得日本几大企业在十年之间抓住这一机遇期，随后在80年代中期超过美国，一度成为全球半导体产业的头号玩家。



也正是日本半导体的这次崛起，直接刺激美国政府高举贸易保护的大棒和产业扶持的大旗，对外施压日本开放市场，对内亲力亲为培养新技术路线，使得日本半导体仅仅经历了十几年的短暂繁荣，又在九十年代末盛极而衰，至今再也无力挑战美国的半导体的一哥地位。





那么，美国政府在美国半导体产业的再次崛起中，究竟扮演了哪些角色？



在美国半导体产业的基础研发上，美国政府仍然发挥着“幕后大金主”的角色，在半导体产业乃至一切高科技产业的外部竞争中，其又充当“裁判员”角色，甚至还会直接下场充当“运动员”的角色，动用国家权力来压制他国政府和企业，一如当年的日本和如今的华为。



不过，还有一个角色会被我们忽略。美国半导体产业之所以能够在长达70多年的激烈竞争格局中保持领先，来自于其技术创新的先导性，而其技术创新优势又来自于美国政府对基础科学研究的重视，而这一产业技术基础得益于美国政府通过产业政策和法律的基础手段，所扮演的“教练员”角色。



我们将从二战后美国政府先后几次出台科技创新的政策和法律体系说起，来透视美国政府所起到的“教练员”的“守芯”之责和美国半导体产业始终“基业长青”的基础优势。



无尽前沿的科学：铺就美国科研政策的基石



在前面章节，我们已经细数了半导体技术萌芽的多个历史瞬间和半导体产业发展的清晰脉络。但是一直以来有一条草蛇灰线一般的线索无人抓取，或者说我们都将其当作理所当然的历史背景来看待。这个线索转化成一个巨大的问号就是：为什么半导体技术的突破一定是在美国出现？



回到70多年前，就在贝尔实验室诞生出第一个半导体晶体管之前，美国政府正在为这场即将到来的新技术革命，铺就着基础科学技术研究的政策基石。



1944年11月，美国总统罗斯福给时任战时科学研究与发展局的局长万瓦尼尔·布什写信，要求他对“如何把战时的科学技术经验应用到和平时期”这一问题给出建议。在信中，罗斯福提到“在我们面前需要一个用聪明才智开拓的新边疆（New frontiers of the mind）”。





（罗斯福写给万尼瓦尔·布什的信件）



要知道，在二战之前，对于科学技术的支持只是美国联邦政府职能和政策中处在边缘位置的一种存在，政府对美国科研经费的资助的贡献还很小。而在二战中，美国最优秀的科技人才和机构被动员到军事领域，正如布什就是原子弹计划的“曼哈顿工程”的核心推动者一样，科学技术为美国赢得战争发挥了重要作用。二战后，罗斯福政府更是开始意识到把战时建立的科学技术的力量应用于和平时期的建设，而布什报告就为此后美国政府、学术机构、产业界通力合作促成科学技术的进步提供了思想基础。





（万尼瓦尔•布什（1890—1974）



八个月后，布什用这一极富深意的概念撰写了这份名为《科学：无尽的前沿》（Science: The Endless Frontier）的报告，来完整回答了罗斯福提出的问题。



布什报告可以说奠定了二战后美国科技政策的核心基础，其基本思想是：基础科学研究对于国家安全、人民健康和社会福利是必不可少的；政府要在推动科学研究、人才培养上承担相应责任，但同时又要确保科学家在科研探索上的自由。



布什报告直接促成了国家科学基金会（NSF）的成立，也推动了现代美国研究型大学的繁荣，也最终促使政府增加对科学研究的资助力度。据统计，政府科研经费从四十年代到六十年代，增长了10倍以上。美国R&D经费在1957到1967 年的十年间，以每年 15% 的速度大幅增长，达到 150 亿美元。



实际上，这份布什报告最重要的意义在于为政府和科研之间订立了一个长期“契约”：政府对大学等机构进行基础科研的资助，但又保持科学家的探索自由。正是这样能够支持创新又不干涉创新的原则确保了美国科学技术始终保持领先的底层保障。



在冷战时期，美国政府为应对苏联的军事挑战，同样也将美国科技政策和经费投向军事领域。这一过程中，美国政府一面充当出资人，大幅经费投入到基础研究中，一面又充当采购人，按照像“阿波罗登月计划”这样的国家认为来发展先进技术。



正是有这些巨大投入，美国的大学科研机构、企业实验室在电子、计算机、材料科学等基础研究的突破给这些国防军事项目提供了核心技术支持，而政府的采购，又使得企业掌握这些先进技术后再投入到商业开发和民用市场上。比如，通过政府订单，如仙童、得州仪器、摩托罗拉、IBM等一系列科技企业才能将半导体产业以及此后的计算机产业生根和壮大。



不过，随着在联邦政府支持下，美国各大学、科研机构所取得的基础性科研成果和技术专利越来越多，可以说布什报告的一大愿景达成，但是这些科技成果的所有权和商业化落地问题又摆到了美国政府的面前。



谁研发，谁受益：《拜杜法案》的终极奥义



1980年12月12日，美国国会通过了由参议院Birch Bayh和Robert Dole两人联合提交的一项名为《Patent and trademark Amendments of 1980 P.L.96-517》的提案，这就是今天被人们津津乐道的《拜杜法案》。



当时的人们不曾想到，这一提案是由美国中北部的印第安纳州的一位大学老师向两个参议院反映的问题，竟然成为改变整个美国技术专利市场格局，推动美国再一次技术腾飞的历史关键点。



《拜杜法案》的价值，简单来说，就是让大学、研究机构能够享受由政府资助的科研成果的专利权和收益权，此后极大地推动了全美的科学技术发明进行商业成果转化的进程。



而在《拜杜法案》出台之前，美国政府所资助的大学、企业以及非营利组织等机构的基础研究成果，遵循着一条“谁出资，谁拥有”的原则，而这也是布什报告未能解决的一个“细节问题”。而美国联邦政府也没有对因其资助而产生的科技成果的专利归属问题没有制定出统一的政策法律，只是按照常规做法默认政府成为事实上的专利所有者和转化实施的主导者。



但问题在于，政府中不同机构的资助主体和各自为政的政策导致很少的发明专利能够被实际使用，造成美国大学等机构中产生的大量科研成果，大多都被束之高阁。





根据当时的一项统计，所有权归属联邦政府的科研成果，其转化率非常低。在1980年美国联邦政府持有的28000件专利中，通过技术转让被民间使用的不足5%，而所有权归属民间的专利，虽然数量不多，但是转化使用率却高达30%。



这些统计结果为《拜杜法案》的提出提供了参考依据。但当时更为直接的刺激是美国政府已经意识到日本、德国在许多产业领域有赶超美国的苗头。面对这种挑战，时任美国总统的卡特在1979年发表的Innovation Message这一产业创新政策，提出促进科技成果转化、缓和反垄断法、扶持新型技术企业的战略。由此我们不难理解，国会通过的《拜杜法案》正是与政府战略相呼应的一部“审时度势”的法律。



《拜杜法案》的推出，使得美国的大学和科研机构开始代替政府成为这些科研成果的所有者和执行者，奉行的核心原则变成了“谁研发，谁使用，谁受益”。有利可图的前景使得这些大学和研究者们愿意积极推动新技术研发、研究成果的专利申请和商业化转化。



在此后二十年的时间里，美国彻底摆脱“自己获诺贝尔奖，别人占领市场”的尴尬局面。



根据美国大学技术经理人协会（Association of University Technology Managers Inc）从1991年开始的一项调查报告统计，1991到2000年的十年间，技术转让的累计成长率高达100%，技术转让收入也从1991年的1.22亿美元增加到2000年的9.47亿美元。另据统计，从1980年以来，大学的科研成果共诞生了3376家高科技企业，仅在2000年美国大学等机构的技术转让和新设立企业共创造了26万多个就业机会和400亿美元的经济效益。



可以说，《拜杜法案》的推出，再一次为美国的科技创新注入了活力，成为我们理解80年代之后美国半导体产业政策的最重要“背景墙”。从《拜杜法案》之后，更多的法律政策出台，来加速推进政府的技术成果向商业化转化。



同一年，国会通过《史蒂文森-怀德勒技术创新法》，提出了合作研发协议(CRADA)机制，建立起联邦实验室加快向企业进行技术转移的核心机制。1982年，通过《小企业创新发展法案》，规定联邦机构需要拿出一定比例的经费支持技术转移。1986年，通过《联邦技术转让法》，建立联邦机构与公司、大学和非盈利机构达成合作研究与开发协议的发展机制。在1985 和 1987 年，国家科学基金会分别启动建立了工程研究中心和科学技术中心，以促进大学和企业在重要技术领域的合作。



在这些政策法律影响下，美国半导体产业领域的一大成果就是，1987年美国半导体制造技术联盟Sematech的出现，这是由美国半导体产业界发起，联合14家居领先地位的半导体公司成立，DARPA代表联邦政府每年出资1亿美元支持的技术联合组织。



Sematech的初衷是共享研发资源，减少重复研发投入，提高半导体技术研发数量，改善半导体生产技术。经过两年实践，Sematech的研究中心从半导体制造技术转向了半导体制造设备技术的研发，重新塑造美国半导体产业上下游的良性发展。到1996年，DARPA给Sematech的补贴全部退出之时，美国半导体产业已全面恢复国际竞争力，特别是在半导体制造设备领域，美国的主导地位至今牢不可破。



老大哥的隐忧：《无尽前沿法案》能撑起下一个75年吗？



时至当下，美国的科技主导地位又迎来了新的一次挑战。从技术演进上面，全球科技产业正在迎来以人工智能、量子计算、合成生物等为代表的现代新兴技术的涌现，美国需要提出新一轮的科技产业政策；从外部挑战上，美国也在应对全球日益激烈的科技竞争，特别是中国大陆的科技研发、人才和产业实力的崛起。



2019年5月，一家由美国的先进企业、商业协会、研究型大学协会和科学学会组成的联盟机构——美国创新研究工作组（TATI）发布了名为《2019年基准：美国第二名？——美国科学领导地位面临越来越大的挑战》的报告。该报告从研发投资、知识创造、教育、劳动力和主要高科技部门评估这五个基准类别来说明美国正在失去其竞争优势，特别表示了对中国在迅速增加对研发和知识劳动力方面的投资以获得全球领导地位的担忧。



这份报告主要倡议，美国要通过一项新的国家战略，来支持增加对科学研究和人力资本的资助，以及对新项目的定向投资，以增长、吸引和留住美国国内和国际科技人才，将保持美国的巨大技术优势作为国家的优先事项。



也正是在特朗普政府执政的后面两年中，美国重新开始重视对科研的投入，包括在2018年推出太空、生物、网络等多项科技计划，同年12月通过《国家量子倡议法案》，2019年2月启动国家人工智能倡议。2019年2月，特朗普政府任命的第一位总统科学顾问、白宫科学技术办公室主任德罗格梅尔在第一次公开演讲中再提《科学：无尽的前沿》，也提出美国要再次进入科学技术新边疆的探索时代。





（特朗普总统科学顾问德罗格梅尔）



在2020年2月26日，在美国科学、工程和医学学院召开的纪念万尼瓦尔•布什《科学：无尽的前沿》发表75周年研讨会上，指出美国政府在对基础科学研究上的资助正在减少，更在意眼前短期效果，最终一致建议制定一个长期的联邦科学计划。





（“无尽的前沿：下一个75年的科学”大会图标）



5月21日，美国两党两院的四位议员在参众两院联合提出《无尽前沿法案》（Endless Frontier Act）的议案，提议在美国国家基金会设立技术学部，赋予它特定的使命和职权，在5年内提供1000亿美元用于战略性地推进科技研发，以及100亿美元用于在全国各地建立区域性技术中心，以启动新公司、重振美国制造业、创造新的就业机会，推动当地社区的发展。



这一法案议案可以看作是1945年布什报告的升级，其目的仍然是确保美国科学技术在本世纪中叶仍能保持全球领先地位。而从《科学》杂志的解读来看，这一法案议案是专门针对中国科技的强势发展而提出，可以成为一部《领先中国法案》。



从这些技术政策的目标来看，该议案仍然延续了以往的政策方向，包括主张发挥政府的经费资助，增加大学研究经费和人才培养，促进技术转移、区域性技术中心建设等，同时，该议案也有以下政策创新，包括创建一个有特殊职权和巨额资金分配权限的科技部门，集中投资在像人工智能、高性能计算、先进半导体、量子计算、先进通信技术、生物技术等10个战略性技术领域。



现在，尽管美国共和、民主两党几乎在所有施政纲领上都存在意见分歧，但是在对待如何保持美国在科技领域的领导地位，如何遏制像中国这样的极富潜力的超级对手的崛起上，则保持了相当一致的态度。所以，无论这部议案是否会在美国政府换届后得到国会的通过，但是这部法案传递出来的一个明确信号，就是再次强调政府在科技研发尤其是关键技术领域的重点投入，将成为美国政界、科学界的共识。



启示：如何做好一名科技创新的“教练员”



我们从美国科技政策演化的历史中，截取了开端、中间和当下的三个关键时间点，来展示美国政府是如何通过一系列科技产业政策和法律体系来推进美国的科技研发和成果转化，最终保持美国在科技产业领域，特别是半导体产业领域的主导地位。



在一开始，我们就提到美国政府在全球半导体产业竞争中的几种角色，这些角色需要在半导体产业技术创新突破、激励市场竞争、巩固国家技术安全优势等方面取得一种平衡。也就是需要政府出钱的时候出钱，出力的时候出力，内部有少数独大的苗头就反垄断，一致对外的时候就搞联合。但根本上，美国政府扮演这些角色的时候，都离不开“教练员”的角色，那就是通过制定政策和法律将自身要遵守的规则明确下来，并以此来指导政府其他角色和这些场下选手的动作。





我们看到在“教练员”的角色扮演下，美国政府成功做出了以下的成绩：



第一、通过纲领性的科技产业政策，美国政府在支持科技研发上就有了清晰的边界，能够在投入研发经费的同时，又保持科研探索的自由，避免“外行指导内行”的情况出现。



第二、通过应时而变的科技成果转移的立法，加速了国家投资而产生的科研成果向企业的商业化应用转移，推动了基础科研与应用技术的产业融合。



第三、通过立法方式设立专门支持科研的机构，给予足够的科研资金，能够聚集大学、产业界的科研力量，进行集中性的技术创新攻关，克服企业单打独斗、重复研发投入的弊端，在半导体产业遭遇技术创新危机时实现整体产业的集体突围。



最重要的是，我们看到一向标榜坚持以自由市场为导向的美国，从始至终都未放松在科技产业政策上的有力掌控和倾力扶持。尽管不同政府时期有着轻重缓急的不同科技产业政策，但是美国政府一直在追求对先进科技方向的主导和对政府投入的科技成果转化的效率提升。



我们也要看到，政府的支持和科技的创新、产业的发展，除了有相互促进、成长的可能，也会有相互掣肘、制约的可能。



科技创新始终是一个非常需要灵活性、平衡性的活动，政府通过政策之手、法律之规，在伸手帮助科技创新、产业突围的过程中，则务必要保持长远眼光和因时而变的调节能力。



有所为有所不为，这是我国未来的科技产业政策和半导体产业政策，可以从美国的“教练员”角色中学到的宝贵经验。



参考资料：



1、美国促进科研成果实用化的《贝赫-多尔法》，《借鉴与参考》：日本东北大学经济管理学院，作者：李宏舟



2、二战以来美国技术政策的演变，《中国科学院院刊》2020年第8期，作者：樊春良



3、《科学：无尽的前沿》诞生75年后，留给我们哪些启示？作者：知识分子