数字科技：第四次工业革命的创新引擎

围绕数字科技创新，世界各国不断加大国家战略投入，已拥有一批具有全球竞争力的龙头企业。未来我国发展数字科技要从顶层设计、体系建设、规划引导、制度创新、政策保障及完善治理方面制定国家战略和统筹布局。本书从数字科技的提出来源、背后机理、定义特征、内涵外延、国际经验、国内现状、中国战略以及任务保障等作出详细阐述和分析。

序
前言
总　体　篇
章　数字科技创新与战略 2
一、以数字科技创新为先导和核心驱动的第四次工业革命 2
（一）第四次工业革命正在重塑全球科技和产业格局 2
（二）数字科技的定义、内涵及特征 4
（三）数字科技发展系统 10
（四）数字科技是数字经济时代的核心推动力量 11
二、世界科技强国的数字科技创新战略 13
（一）世界科技强国的数字科技创新战略和特点 13
（二）启示 22
三、我国数字科技创新的现状和问题 23
（一）国家战略层面 23
（二）创新体系层面 24
（三）产业生态层面 27
（四）龙头企业层面 28
四、我国数字科技的国家战略及主要任务 28
（一）制定数字科技国家战略 28
（二）加强数字科技创新体系建设 29
（三）打造融合数字科技产业生态 30
五、政策建议 32
（一）深化数字科技产学研合作制度改革 33
（二）强化数据要素使用的法律标准保障 34
（三）强化数字人才要素支撑的政策保障 35
（四）完善数字科技产业化的政策体系 36
创　新　篇
第二章　数字科技助力科研范式创新：第四范式 38
一、第四范式解析 38
（一）第四范式 38
（二）第四范式与知识经济 40
二、数字科技支撑下的第四范式 42
（一）第四范式的算据特征 43
（二）第四范式的算力特征 43
（三）第四范式的算法特征 45
三、第四范式发展的需求展望 47
（一）第四范式发展的计算环境需求 47
（二）第四范式发展的体制机制保障需求 48
第三章　数字科技的科研组织方式创新：数据密集型科研组织 50
一、数据密集型科研 50
（一）数据密集型科研的概念 50
（二）数字技术对科研活动的影响 52
（三）数据密集型科研的主要特征 55
二、数据密集型科研的组织形式 56
（一）科研组织结构的转变：从科层制组织到网络型组织 56
（二）数据密集型科研的组织范式 58
三、数据密集型新型研发组织GHDDI案例研究 59
（一）嵌入全球创新网络的共享开源知识平台 59
（二）AI技术医药研发应用平台 61
（三）数字孪生技术在新药研发中的应用 64
第四章　数字科技的模式创新：开源生态 66
一、开源的发展历程及其价值 66
（一）从开源到开源生态 66
（二）我国的开源发展 70
（三）开源的经济社会价值 73
二、数字科技时代的开源战略 74
（一）数字科技的开源趋势 74
（二）开源与闭源路径的战略抉择 76
（三）开源的风险分类与分析 77
三、数字科技时代的开源商业模式及生态构建 79
（一）开源商业模式 79
（二）开源生态构建 80
第五章　数字科技的资源平台创新：科研算力共享 83
一、我国科研算力资源的布局和结构 83
（一）我国科研算力资源的总体布局 83
（二）我国科研算力需求的典型架构—以中国科学院为例 84
（三）我国科研算力供给的支撑能力—以华为算力生态为例 86
二、我国科研领域算力共享对接的主要瓶颈 89
（一）算力总体支撑较好，但存在结构性供需错位 89
（二）算力服务整体价格较高，科研人员计算经费紧张 90
（三）科研算力的软件生态严重缺乏 90
（四）用户操作友好性不强 90
（五）通信与计算能力不匹配的矛盾较为突出 91
（六）大数据时代，科研人员的数字素养差异显著 91
三、我国科研算力共享的推进路径、对接方向及政策保障 91
（一）我国科研算力共享的推进路径 91
（二）我国科研算力共享的对接方向 94
（三）推动算力共享的政策保障 98
前　沿　篇
第六章　数字科技前沿：类脑智能 100
一、类脑智能的概念及发展历程 100
（一）类脑智能—脑科学和数字科技的深度融合 100
（二）数字科技时代迅速发展的类脑智能 101
二、类脑智能的主要进展及趋势 102
（一）脑研究 103
（二）类脑模型 104
（三）脑机接口 106
（四）类脑芯片 107
三、类脑智能对数字科技时代的影响及发展建议 109
（一）类脑智能对数字科技时代的影响 109
（二）类脑智能的发展建议 110
第七章　数字科技前沿：人工智能及其治理 112
一、人工智能是未来产业的关键，是各国科技与产业竞争的焦点 113
二、以人工智能为代表的新兴技术治理至关重要 114
三、确立以人为本的人工智能治理目标 115
四、根据知识生产与运用规律，开展多时间维度的治理 115
（一）大胆探索 116
（二）适时评估 116
（三）审慎推广 117
五、多元主体参与的人工智能协同治理框架 117
（一） 政府应鼓励技术良性发展，同时制定并主导总体发展的方向和规则 118
（二）企业是技术运用和运用规则规范的主体 119
（三）构建多层次、多维度的治理体系 119
六、我国人工智能治理的政策建议 120
（一） 构建以政府主导、科学界与产业界为主体、公众广泛参与的人工智能治理体系 120
（二）形成多维度、多层次、多时序的人工智能治理网络 121
（三）开展和制定人工智能伦理指导、培训和考核规则 121
（四）加强国际合作交流，掌握全球人工智能治理主导权 121
第八章　数字科技前沿：量子科技 122
一、量子科技的概念及发展历程 122
（一）量子科技的概念 122
（二）量子科技的主要发展历程 123
二、量子科技的主要进展及趋势 125
（一）量子科技计划 125
（二）量子通信 128
（三）量子计算 129
（四）量子传感 131
三、量子科技的影响及发展建议 131
（一）量子科技的影响 131
（二）量子科技的发展建议 132
战　略　篇
第九章　数字科技的创新体系与创新生态 136
一、数字科技创新体系与创新生态的发展迫在眉睫 136
（一） 数字科技将成为第四次工业革命的决定性力量，并重塑生产要素与创新模式 136
（二） 数字科技对于我国产业技术短期布局与长期体系化发展具有关键作用 137
（三） 数字科技创新已成为各国科技竞争的战略制高点，将深刻影响全球经济和产业格局 137
二、我国数字科技创新体系的核心特征 139
（一） 数字科技政策体系以“顶层统筹—核心支柱—底层支撑”结构为基本特征 139
（二） 我国的数据资源高速增长，为数字科技的发展提供了强有力的底座支撑 140
（三） 人工智能、区块链等数字科技技术改变了知识资本的生产与共享方式，缩短了创新周期 140
（四） 数字化背景下的分布式虚拟合作网络，以其跨区域性、开放灵活性的特点，高效连接各创新主体 141
（五）数字科技创新需要以高水平人才为引领形成结构合理的人才梯队 141
（六）我国数字科技应用具有海量用户规模以及异质性市场场景 142
三、全球竞争背景下我国数字科技创新的演进规律 143
（一）数字科技创新的技术体系化 143
（二）面向国家重大战略需求的组织体系化 145
（三）跨学科、大纵深的重大原始创新协同模式 147
四、面向重大战略需求的我国数字科技创新生态的培育与治理 148
（一）完善创新治理体系，形成多元参与、协同高效的创新治理格局 148
（二）以科技自立自强为核心构建上下联动的数字科技创新生态 149
（三）面向大规模商用，提升组织体系化能力 150
（四）发挥国家科研机构在重大创新中的关键作用 151
（五）打造跨学科、大纵深的数字科技人才高地 152
（六） 进一步深入挖掘海量异质市场需求，强化对于数字科技创新生态培育的支撑作用 153
第十章　数字科技的产业形态：平台与生态 154
一、数字科技产业及面向双智时代的数字科技产业发展趋势 154
（一）数字科技产业概述 154
（二）数字科技产业发展的“知识—技术—产品”三平台架构 157
（三）面向双智时代的数字科技产业发展新趋势 161
二、世界科技强国数字科技产业中代表性行业生态案例分析 164
（一）数字科技产业的发展依托行业生态的培育与壮大 164
（二）智慧医疗 164
（三）智能制造 166
（四）智能交通 168
（五）智慧农业 169
三、我国面向双智时代的数字科技产业发展的挑战与政策建议 171
（一）我国现有数字科技驱动下的产业发展面临的挑战 171
（二）政策建议 173
第十一章　数字科技的基础产业：新计算产业 175
一、新计算产业的定义与内涵 176
（一）新计算产业的定义 176
（二）新计算产业的内涵 176
二、新计算产业的国内外发展现状 178
（一）国际经验 178
（二）我国新计算产业的发展现状 181
三、对我国新计算产业定位的认识 184
（一）基础性定位 184
（二）战略性定位 185
四、我国新计算产业生态的发展战略和政策建议 185
（一）强化我国新计算产业顶层布局 186
（二）发挥国内需求的牵引作用 186
（三）强化我国新计算产业在新型基础设施建设中的布局 186
（四）深入推进新计算产业创新能力建设 187
（五）建立产业核心标准与安全体系 187
第十二章　数字科技产业空间组织新形态：虚拟产业集群 188
一、虚拟集聚的内涵 189
（一）基于信息技术的网络空间虚拟集聚 191
（二）基于功能距离的地理空间虚拟集聚 192
（三）地理空间和网络空间一体化的虚拟集聚 193
二、虚拟产业集群的主要模式 194
（一）围绕互联网平台的虚拟产业集群 195
（二）围绕供应链的虚拟产业集群 195
（三）围绕技术标准的虚拟产业集群 196
三、推进我国数字科技产业集群化高质量发展的建议 197
（一）政府“自上而下”引导与市场“自下而上”推动相结合 197
（二）扶持平台企业，打造连接产业链和供应链的虚拟化集群平台 198
（三）充分发挥联盟组织、集群组织等网络化协作组织的作用 198
（四）统筹布局数字科技产业集群，形成有竞争

党的十九大后，数字科技核心技术创新已被提升到国家战略层面，国家深刻认识到推动量子科技发展的重大意义与重要性和紧迫性，开始加强量子科技发展战略谋划和系统布局。在第四次工业革命背景下，数字科技将重塑全球经济和产业格局，必然会成为世界各国和企业竞争的战略制高点。各国及各企业亟须进行战略谋划与系统布局，瞄准世界科技前沿，集中优势资源突破数字科技核心技术，加快构建自主可控的产业链、价值链和生态系统。
从四次工业革命的发展历程来看，蒸汽机的发明触发了次工业革命,引领人类社会从手工生产时代跨入机械化生产时代。伴随电力被利用和福特流水生产线的出现而发生的第二次工业革命，使人类社会进入了电气化生产时代。由半导体技术、大型计算机、个人计算机和互联网技术催生的第三次工业革命，推动人类社会进入信息化时代。而正在拉开序幕的由人工智能、量子计算、大数据和物联网等技术共同开启的第四次工业革命，正在推动人类社会进入数字化时代。第四次工业革命不只是技术创新，同时也是“科技—产业—基础设施—经济—制度”的体系化创新。数字经济是第四次工业革命的主要经济形态，数字科技将是推动第四次工业革命和数字经济发展的核心驱动力量之一。
近年来，产业科技创新研究中心数字科技课题组聚焦数字化相关领域的研究，包括数字技术（人工智能、集成电路等）、产业数字化转型、新型基础设施（数字化基础设施）建设、数字治理体系，同时也围绕第四次工业革命、战略性新兴产业发展以及新技术、新业态、新模式等领域开展了长时间的跟踪研究。此外，课题组围绕科技创新战略、区域科技创新发展、数字经济和实体经济融合、先进制造业和现代服务业深度融合、科技和产业融合等创新领域形成了一系列研究成果。以此为基础，课题组认为应该用一个更具包含力和解释力的概念说明数字技术在第四次工业革命中的引领性地位和未来愿景，并提出“数字科技”的概念。我们认为“新一代信息技术”的内涵大大丰富且出现了代际升级，引领第四次工业革命创新的力量正在向纵深发展，其不只是信息技术的发展，更是“数据—信息—知识”的发展，需要相关学科的融合和新的以机器智能为主体的知识自动化等科学技术的支撑。
本书分为总体篇、创新篇、前沿篇、战略篇和企业篇。总体篇对数字科技创新与发展战略进行了整体研究，包括数字科技发展背景、定义内涵、全球数字科技创新特点、我国数字科技创新现状、未来数字科技国家战略及政策建议等；创新篇主要从科研范式创新、科研组织创新、模式创新、资源平台创新等角度进行了阐述；前沿篇主要从类脑智能、量子科技与人工智能治理等前沿角度进行了阐述；战略篇主要从数字科技创新体系、数字科技产业生态、数字科技底座战略（即新计算产业）、数字科技空间组织战略（即虚拟产业集群）、数字科技基础设施战略（即创新类新基建）等角度进行了阐述；企业篇主要从数字科技企业的技术创新（即三方专利）、企业竞争范式（即知识产权）、企业创新路径及创新实践等角度进行了阐述。
本书认为，数字科技是利用物理世界的数据（描述物理世界的符号集），通过算力和算法来生产有用的信息和知识，并建构与物理世界形成映射关系的数字世界，以指导和优化物理世界中经济和社会运行的科学技术，包括数字技术、数据科学以及两者之间的互动转化。从系统部署角度来看，数字科技发展需要搭建一套整体系统，该系统由三部分组成，即顶层统筹（数字科技国家战略）、核心支柱（以数据科学、数字技术和数字科技生态为核心）、底层支撑（政策支撑、要素支撑、基础设施支撑）。数字科技的下一步发展必须要整合到国家网络强国战略、数字经济发展、新型基础设施建设和产业数字化转型中。本书提出要通过数字科技国家战略，充分发挥数字科技龙头企业的独特优势和关键作用，为第四次工业革命国家创新体系下的数字经济和国家战略提供支撑。
从全球各国数字科技创新实践来看，美、德、日、韩等国均围绕数字科技创新和竞争力，不断加大国家战略引领和投入，从创新体系、产业生态维度不断完善发展环境，并从平台、新基建等角度提供有效支撑。我国围绕新一代信息技术和数字经济发展出台了相关规划意见，但尚未形成围绕数字科技的国家顶层战略规划体系；“政产学研融用”创新模式日趋主流，但创新协同机制有待完善，基础研究能力有待提升；我国初步形成数字科技产业生态，在平台和应用方面相对有优势，但在核心器件、核心技术方面差距还较大。国内的科研机构和龙头企业在数字科技发展中正在发挥关键作用，通过强化自身数字科技能力，以打造围绕企业的数字科技产业生态和数字科技创新体系为两翼开展实践，并取得重大进展。下一步我国数字科技的主要任务是从整体上布局，制定数字科技国家战略，强化数字科技生态系统和数字科技创新体系建设，并通过有效的政策供给完善数据人才等要素支撑、新型基础设施支撑。同时一定要注重充分发挥企业的市场需求、应用场景和大量数据优势，以及快速迭代的组织、人才和效率优势，推动企业在数字科技创新发展中发挥更大的作用。
为完成这项研