从美国ICT科技发展史，看中美科技竞争

制造界 2022-11-18 18:18 589浏览 0评论 0点赞

来源：宁南山作者：深圳宁南山

图片/ 图虫创意、原文

21世纪中美竞争是人类社会的主轴事件之一，而在评估这场竞争的胜负时，有很多关键的变量，譬如人口，科技，组织能力等等。

其中中国在组织能力和人口方面相较于美国是有优势的，而在科技方面，对于美国来说这是一个决定性的变量，因为美国的人口仅有三亿多，在全球八十亿人口中仅仅占到大约4%，而美国能以4%的人口成为全球霸主，对于其他96%的人口有着超凡的影响力，其最终的核心因素还是科技方面的领先。

关于美国的科技创新为什么领先这方面，之前我写过一篇读后感，就是读76年前的《科学：无尽的前沿》报告，从美国科技爆发产生的一些感想，而在另外一本书《美国创新简史》里面，同样有很多有趣的内容，这本书是美国麻省理工的两个教授乔纳森克鲁伯和西蒙约翰逊写的，他们在书里介绍了美国实现科技创新领先的关键举措以及面临的挑战。

这本书我会在后面写一个读后感，我们可以从美国人的视角来看他们如何评价自己在科技创新方面的成功和不足之处。我觉得美国人或者说西方人，在经济发展和科技进步方面一个很大的可取之处，就是非常重视建立起商业循环或者说是利益循环的重要性。

商业循环的重要性，这点我在之前的一篇文章里面也提到过：从一件小事看半导体产业链的国产化。

尤其是当私营企业缺乏投资动力的领域，他们就动用国家的力量启动大型计划。如下图，在1940年的时候，美国在核武器的研究和发展基本上花费为零，到1943年，这项工作耗资7700万美元，1944年大约跃升10倍，达到7.3亿美元，1945年达到峰值8.59亿美元。曼哈顿项目成为当时世界上最大的工业科学项目之一，在鼎盛时期，这项工作雇佣了13万人。

总之，要激发人的积极性和能动性投入到科技研发，首先是要发现和创造需求，这个需求可以是来自市场（企业和个人消费者），也可以是来自政府的投资。

政府创造的需求与市场的需求，各有各的优势和不足，有意思的是，在美国人写的这两本书里，我发现不同的美国作者都在强调国家主导的科技计划投资的重要性，我想可能这是因为在美国，市场的重要性已经深入人心，市场商业循环的建立已经非常成熟的缘故。

这和我国是刚好相反的，新中国成立后因为各种原因，长期存在的情况是市场经济发展不完善，私营企业科技研发投入不足，主要是依靠国家主导的投资来促进科技进步。但不管是市场还是政府投资，共同点非常明显，其核心都是通过创造需求来拉动经济和科技的创新和发展。

当美国人1946年发明了世界上第一台电子计算机ENIAC时，它的用户是美国军方，为了在美国奥伯丁武器试验场满足计算弹道需要而研制而成的，这台计算机占地面积高达170平米，重量达到30吨，而运算次数只能达到每秒5000次。

和美国人相比，我们的电子计算机事业起步也不算太晚。1958年中国科学院计算技术研究所和北京无线电厂根据苏联提供的资料，制造成功了我国第一台大型通用电子计算机：103机，并在第二年制成了104机，运算速度达到了每秒1万次。《人民日报》对此进行了报道，而值得注意的是，我国当时开展计算机研究是为了"两弹一星"工程配套的。

可见不管是四十年代的美国，还是五十年代的中国，研制本国第一代计算机的目的都是军用，也都是通过国家的投资来拉动了计算机技术的发展。

到了1965年，我国成功研制出我国第一台第二代通用数字计算机——109乙机，它也是中国的第一台大型晶体管电子数字计算机。之所以叫“第二代通用数字计算机”，是因为第一代指电子管计算机，第二代指晶体管计算机，第三代指集成电路计算机。

109乙机运算速度，定点操作为每秒9万次，浮点操作每秒6万次，所用器材全部都是国产的。与前年（1963年）研制的119型电子管计算机相比，不仅速度有所提高，机器的器件损坏率和耗电量均降低不少，计算机的平均连续稳定时间也有延长。像天气预报初始方程等比较复杂的算题，在119机上易出错，在109乙机上则比较顺利。

而为了制造该计算机使用的晶体管，我国还专门为此在中科院物理所内成立了我国第一座半导体工厂—109厂（注意晶体管也是半导体），该计算机为国防科委抓的重要研制任务，为氢弹的研制作出了贡献。可见在此时我国信息科学的发展主要还是靠国防项目的投资拉动。

而在1973年8月26日，根据新华社报道,中国第一台每秒钟运算100万次的集成电路电子计算机试制成功，中国计算机技术进入了第三代，也就是集成电路计算机时期，集成电路也就是平时所说的芯片。

从时间上看，在"两弹一星"这样的国家国防工程拉动下，我国的计算机技术的进步看起来似乎也不算太慢，而且伴随着计算机技术的发展，半导体工业也开始建立了，但实际上背后在发展计算机技术和半导体工业的基础环境和美国有着巨大的差距，我们可以看下太平洋对岸美国的情况。

1/ 从国防需求扩大到各行各业企业的需求

在大洋彼岸的美国，1964年4月7日，IBM公司研制成功世界上第一个采用集成电路的通用计算机IBM 360系统，并在1965年开始出货，跟我国在七十年代初研制成功首台集成电路计算机相比，我国落后的时间看起来也还是在10年以内，但实际上并非如此。

IBM在360系列做出了一个高明的设计，改变了以往一个型号的计算机用一个操作系统的局面，而是整个系列除少数型号外，从小到大，从低性能到高性能，都使用相同的OS/360操作系统。在IBM的360系列发布之前，不同大小的计算机都有自己的指令集和操作系统，这意味着每台计算机上面的应用软件都是专用的，无法安装使用在另外一台计算机上。

或者说每一台计算机都是专门为客户定制的，毕竟当时都是大型机，单价高，动辄几百万美元甚至更贵。用户要想性能升级，除了购买硬件之外，还必须重新购买和编写所有的软件，360系列使得客户可以使用更便宜的型号，然后随着需求的增加升级到更大的系统，而无需付出重写软件的时间和费用。这种灵活性大大降低了进入门槛。

试想一下你公司所有的软件都是基于windows的，如果因为现有的硬件性能不符合要求了，购买新的硬件就必须换成另外一种操作系统，那么所有的应用软件都需要重新部署和适配，每一台计算机都是一个独特的系统，甚至两台计算机之间都无法实现软件兼容，这种高昂的成本使得许多公司根本不会购买计算机。

正是有了这样的变革，使得IBM的360系列大受欢迎，应用在了美国的各个行业，包括航空在线票务系统，阿波罗登月等等。

360系列其中昂贵的型号能卖到几百万美元一台，而便宜的型号例如IBM 360 model 30，该型号和model 40一起是最受欢迎的型号，销量占比过半，其指导价格就是13.3万美元一台，IBM还推出了租赁服务，使得企业可以以月租的形式租用这些大型计算机。

在IBM的官网上，提到360系列的总价从13.3万美元到550万美元不等，但是月租却可以便宜到2700美元到11.5万美元。

System/360 monthly rentals will range from $2,700 for a basic configuration to $115,000 for a typical large multisystem configuration. Comparable purchase prices range from $133,000 to $5,500,000.IBM Archives: System/360 Announcement

1965年下半年该系列首次出货，在1966年360系列就实现了单月销量过千台。

中美的计算机技术发展在此时就已经出现了重大的不同，在六十年代，美国各行各业的商业公司已经成为了美国计算机技术发展的下游需求方，这么一大庞大的市场加入进来，形成了美国计算机科技发展的强大动力。

尽管我国在1973年成功地通过"两弹一星"工程配套研制出了第一台集成电路大型计算机，但是此时不仅是在时间和技术上落后了美国，而且在发展路径上已经被美国甩在了后面，仅仅依靠国家工程的拨款，不足以支撑我国计算机技术缩短和美国的差距。

IBM在官网上写着:1964年4月IBM发布360系列时，多达10万名商人从美国165个城市赶来参加发布会。

More than 100,000 businessmen in 165 American cities today attended meetings at which System/360 was announced.

IBM的360系列获得了巨大的成功，1965年交付了668台，到1966年底共交付了7700台，而IBM的营业收入，从1964年的32.39亿美元增长到了1971年的82.74亿美元，占到了美国商用计算机市场的70%，成本的下降也带动了美国商用计算机市场规模的快速发展。

2/ 从硬件需求扩大到对软件的需求

在1969年，由于IBM在美国通用计算机市场份额过高，在美国政府反垄断的压力下，IBM决定实行软硬件解绑，率先推行软件和硬件分开定价销售，这种压力下的商业模式创新使得软件开始成为一个独立的产业，软件成为一个有利可图的高利润行业，创造了巨大的需求。

也正因为此，到了七十年代，美国开始涌现一大批软件公司。业务涵盖操作系统，办公软件以及各种游戏制作等等。我们今天熟知的微软公司就是1975年成立的,而Oracle公司则是1977年成立的，由于美国在这方面的世界影响力，也影响到了全球软件产业的发展，著名的德国SAP公司是1972年成立的，由IBM德国分公司的员工离职创立。

1970年美国软件产品与服务的收入还只有25亿美元，到1980年上升到180亿美元，到1988年更是增长到了680.5亿美元（数据来自CBEMA，Computer and Business Equipment Manufacturers Association）。越来越丰富的应用软件，又拉动了硬件的销售，给人们购买计算机，游戏机等电子设备提供了消费动机，由此，大幅促进包括芯片在内的计算机，游戏机硬件技术的发展。

https://www.merit.unu.edu/publications/rmpdf/1995/rm1995-009.pdf

这意味着美国不仅形成了市场和国家工程的双轮需求驱动，而且在市场领域又创造了硬件和软件的双轮需求驱动，美国的计算机技术开发者们，他们不仅能从国家工程拨款中获取收益，也能通过对商业市场的销售获取收益，不仅能通过销售硬件获得收益，也能从销售软件中获取收益，这就形成了巨大的动力。

同时，应用软件的发展会带来对硬件性能的高要求，又会带动硬件技术的不断发展，形成了良好的协同效应。

3/ 从企业的需求扩大到个人消费者的需求

美国的企业家们很快就发现了个人消费者市场会是比企业更大的市场，因此在试图使得计算机小型化，成本更低，而值得一提的是，在应用软件的发展中，早期科学家们为了验证计算机性能而开发的副产物，如亚历山大·道格拉斯1952年设计的智能程序《OXO》，这些智能程序在后来逐渐演变成电子游戏后，成为了市场上最畅销的软件应用，实际上计算机图形学的发展和电子游戏有不可分割的关系。

这些电子游戏让很多普通人开始对计算机产生兴趣，这才有了家庭游戏机的诞生和风靡，企业界很快发现这个游戏业务很大，以至于值得单独开发专门用于打游戏的计算机--游戏机。1977年 “雅达利 2600”推出并引发轰动，被认为是历史上第一部真正意义上的家用游戏主机系统，到1992年停产时累计售出了3000万台，如下图。

游戏机之所以能在很长的时间内，成为一个单独的计算机种类在飞速发展，有赖于人们爱玩的天性，和越来越有趣且强互动的游戏体验，由于游戏机的大规模销售，带来大量对芯片的需求，游戏软件也逐渐成为当时对芯片销售带动作用最大的应用。

在1977年，Commodore，Apple和Tandy三家公司都在这一年发布了自己的商用个人电脑，个人电脑时代开始大规模的到来，如下图，从左到右分别是Commodore PET 2001，Apple II和Tandy/Radio Shack TRS-80 Model 1，其中Apple II是最为成功的，到1993年停产时卖出了400万台。

不过现代意义的个人电脑的标准其实是IBM奠定的，它在1981年推出了IBM 5150个人电脑（俗称IBM PC），操作系统是由微软开发的Microsoft Basic，尽管在时间上落后上面三家公司，但是由于其出色的设计，销售额大大的超出了IBM的预期。

光是在1983年，IBM就售出了超过75万台PC，IBM也几乎立即成为大多数微型计算机软件开发的主要目标。1984年，IBM在PC市场的收入达到40亿美元，是苹果的两倍多。1985年《财富》杂志的一项调查发现，拥有个人电脑的美国公司中有56%使用PC，而16%使用苹果，PC在今天也成为个人电脑的代名词。

4/ 满足消费者需求的应用软件，不仅创造了巨大的市场，而且还极大的带动了硬件技术的发展和操作系统生态的繁荣。

到1985年后，微软在为IBM开发了BASIC操作系统后，也继苹果公司之后，推出了图形操作系统Microsoft Windows，并在1990年推出Microsoft Office，并在此后快速拿下全球办公市场大约90%的份额。

Office可以说是世界软件史上划时代的产品，而且长盛不衰几十年，也是微软公司可以和windows并列的最为标志性两个软件产品之一，微软到2022年累计从OFFICE软件获取的收入高达几千亿美元。

不仅是Office这样的办公应用，微软也意识到，操作系统的竞争其实更多在于上层的应用软件生态是否繁荣。而除了硬性的办公需求，以游戏为代表的休闲娱乐需求最为旺盛，因此微软开始下大力气优化windows的游戏性能。

1995年发布Windows 95时，游戏性能和新开发工具介绍成为了发布会的高潮，比尔·盖茨直接出现在了系统画面中亲自说明，足以看出他对游戏的重视程度。其后越来越多的游戏在windows上运行，中国的80后们应该都还记得在网吧玩传奇，征途，帝国时代，红警等网游的情景，

同时微软在应用侧开发了IE浏览器，满足用户上网的需求，多媒体同样是巨大的需求，人们希望能在电脑上听音乐和播放视频，微软也同样发展了相关的应用。

下游的办公，游戏，多媒体，上网等应用软件极大地满足了企业和个人消费者的需求，而对这些应用软件的重视，软件生态的繁荣，使得微软的windows长期成为市场上占据统治的操作系统，也使得PC的份额远远的超过其他个人电脑，成为个人电脑的代名词。

不仅如此，软件应用的不断发展，又反向推动了硬件性能地提高，像游戏、剪辑、图形处理、3D建模等对芯片算力有极高要求的软件，直接推动了独立显卡的发展。我们现在熟知的英伟达，就是抓住这个机遇崛起的科技巨头。

英伟达从诞生起就聚焦游戏显卡，成立6年后又进一步提出了GPU概念，大幅增加了并行计算单元的GPU，专门执行复杂的数学和几何计算，在一些运算场景能实现CPU难以实现的性能，凭借在GPU领域的领先地位，英伟达一骑绝尘，不到30年，已成长为全球芯片霸主之一，在去年，它一度成为全球市值第一的芯片公司。

而在2007年苹果发布第一代iPhone之后，美国又引领全球进入了智能手机时代，实际上就是把计算机进一步小型化，变成了拿在手上的便携智能设备，而来自美国的iOS和Android，也因为率先建立了能满足智能手机的移动应用生态，成为了全球最大的两个智能手机操作系统，而这些软件应用尤其是游戏带来的对硬件高性能的要求，以及智能手机的体积和功耗限制带来的芯片小型化的需求，又直接带动芯片进入到了10nm以下的时代，

华为在2014年发布的Mate 7手机，这款机型的大卖让华为手机业务实现了大发展，当时搭载的麒麟芯片制程才28nm，今天的智能手机处理器已经进步到了5nm，这个进步速度已经超过了桌面电脑（台式机，笔记本电脑）的芯片进步速度，其背后就是因为过去的十年移动端应用的空前繁荣，人们在手机上花费的时间超过了在电脑上花费的时间，各种应用软件厂家都把重心放在了移动端。

市场需求与科技进步的关系,今天我国在打造除了美国之外的全球第二套ICT技术底座，包括芯片，操作系统，基础软件，但我觉得美国的科技创新历史是值得我们借鉴的，那就是重视下游市场需求的发掘和创造，建立起从技术供应到市场需求的商业循环，

我国的科技创新之所以有了巨大的进步，其实也和释放出下游的需求，逐渐建立起商业循环有关，这个商业循环建立了，能极大地调动上游科技创新环节的积极性，包括资本的投入和高水平人才进入该行业，并且反哺到军用国防领域。

改革开放初期，我国国民收入水平非常低，国内市场消费能力有限，而当时欧美日市场则规模巨大，消费能力强，因此我国建立起出口导向性产业，将大量产品出口到市场广阔的欧美市场，不仅扩大了出口的数量，而且实现了产品的重新定价，因为这些市场具备更强的购买力，同样的产品可以卖到更高的价格。

尤其是2001年我国加入WTO之后，获得了巨大的出口市场需求，每年出口增速高达20%以上，带动了国内经济的高速发展，如下图在2001年我国出口金额还只有2660.98亿美元，到2007年就变成了12204.56亿美元，首次突破了一万亿美元；到2012年变成了20487.14亿美元，首次突破了两万亿美元。我国大量企业的科技水平在此过程中迅速发展和提高。

类似的，2018年以来在美国制裁下我国半导体产业反而出现了超常规的高速发展。

如下图，国产EDA软件龙头公司的营收，在2020年前三季度还只有1.61亿人民币，到2022年前三季度就已经变成了4.83亿人民币。

国产半导体原材料厂家安集科技，2019年前三季度营收还只有2.05亿人民币，而在2022年前三季度营收为7.9亿元，同比上年同期增加68.69%。这都是因为制裁下产生了对国产设备，原材料和软件的巨大需求。

同样的，我国目前在打造的世界第二套完整的ICT技术底座，最终能否和美国竞争，其实看下游的最终应用需求也能够看出来。

以操作系统为例子，不管是移动端的鸿蒙操作系统，还是麒麟，统信UOS这样的桌面操作系统，最终能否和Windows，安卓和iOS竞争，其实还是要在下游的应用软件上面实现超越。

这取决于我们能不能做出匹敌微软office，微软和谷歌浏览器，Outlook邮箱，油管，谷歌地图，FB，英雄联盟，魔兽世界等风靡全球的办公，社交，多媒体，游戏，生产力工具应用软件，否则这些操作系统不只是很难走出去，在全球市场竞争背景下，连很多国内的用户都不愿意用。

所以中国的ICT技术能不能走向全球，除了本身的基础技术能力过关之外，还取决于是否能够构建起面向全球市场的应用软件生态。

当软件日益丰富，就会要求硬件有更大的内存来存储数据和更强的并行处理能力，这就要求芯片的性能和技术必须更高。反之，应用发展的停滞或者局限，则会带来对上游硬件技术发展需求的减弱，人们会觉得硬件性能过剩了，目前市面上产生的5G网络无用论，以及消费者换手机周期越来越长，实际上都是应用发展变慢的表现，人们觉得自己并不需要更高性能的芯片和更快的网络，目前就够用了。

一些软件厂家在向VR/AR 元宇宙，8K视频等方向寻找应用爆发的机会，但尚需时日，因此鼓励国内的厂家在办公，生产力工具，VR/AR，游戏等方面探索新的应用，挖掘出人们新的需求，则可以给国内的ICT技术发展带来新的动力和机会，毕竟谁也不知道下一个应用软件的爆发点在哪里。

总之，今天是对科技创新的一些想法，一方面是投入，这些投入包括资金，高水平的人力等；一方面是不断的发现市场需求，挖掘需求和创造需求，需求出来后能形成巨大的利益驱动力，充分的调动各个机构和个人的积极性，极大的推动科技进步和创新。

后者和前者相比，可以说同样的重要，有的时候甚至更为重要，因为需求的存在是人们去做一件事情的原动力，司马迁说过“天下熙熙，皆为利来，天下攘攘，皆为利往”，其实包括科技创新同样也是如此。