产业链供应链亟待突破“卡脖子”难题
中国需要加快提升国内科技创新能力，加快实现“卡脖子”技术自主可控，让堵点畅通起来，保障国内产业链供应链安全。
文 | 本刊记者 刘畅
中央经济工作会议指出，要紧紧扭住供给侧结构性改革这条主线，注重需求侧管理，打通堵点，补齐短板。
产业链的短板关系着中国产业链的安全和稳定，影响着中国企业的竞争力。在某些高端装备、核心零部件等关键技术上受制于其他国家将成为制约我国经济发展的一大阻碍，是形成以国内大循环为主体、国内国际双 循环相互促进的新发展格局中最大的供给方障碍和堵点。
因此中国需要加快提升国内科技创新能力，突破关键核心技术“卡脖子”短板，加快实现“卡脖子”技术自主可控，让堵点畅通起来，保障国内产业链供应链安全，提高科技对经济社会发展的贡献率和支撑力。
集成电路产业的光刻机
目前我国高端芯片产能之所以有限，就是因为我们被光刻机这个核心零部件卡住“脖子”。光刻机是半导体芯片制造业中的最核心设备，以光刻机为代表的高端半导体装备支撑着集成电路产业发展。光刻机通过光学系统，把掩膜版上的精细集成电路图形通过光线的曝光印制到硅片上，光刻工艺决定了半导体线路的线宽，同时也决定了芯片的性能和功耗，因此光刻机是集成电路制造中技术门槛最高、价格最昂贵的核心设备。
我国是全球范围内最先研发光刻机的国家之一，早在20世纪60年代末，我国就已经开始研发光刻机，而实际上到了20世纪80年代初的时候，与全球顶尖技术相比，我国光刻机技术已经将差距缩小到两到三年之内。但是后来由于我国大部分企业相比于自主研发，更倾向于引进国外的光刻机技术，所以导致我国对于光刻机的研发逐渐落后。
光刻机的研发设计环节复杂，精密度要求极高，制造难度超乎想象。因此，虽然从2000年之后，我国又重新开始重视光刻机的研发，近些年我国光刻机在基础研究方面也已经取得了较大进步，但由于龙头企业的技术发展速度非常快，我国的研发水平和世界先进水平的距离还是一直在拉大。在2007年，我国上海微电子成功研发出了第一台90纳米光刻机之后，我国光刻机的研发一直没有取得太大的突破，所以我国真正投入量产的光刻机一直停留在90纳米的水平。
当前，全球光刻机市场的主要企业是ASML，尼康(Nikon)和佳能(Canon)三家，从光刻机销售额来看，2019年三家企业的合计市场份额占到了全球光刻机市场的90%以上。其中由于ASML技术领先，独占75%的市场份额，目前他们已经成功量产第五代EUV7纳米光刻机，而且5纳米和3纳米光刻机都在研发当中。这意味着我国光刻机跟国际顶尖技术水平至少差4代以上。光刻机研发是一个庞大的工程，荷兰ASML公司为保证其高端光刻机的先进性，在整个光刻机的不同位置同时使用了世界上最顶尖的技术，ASML光刻机中超过90%的零件都是向外采购的。这些技术的提供者都是ASML的股东，享有光刻机的优先供货权。可以说，光刻机的高端市场已经基本上被荷兰ASML公司垄断，我国生产的一些光刻机只能占领小部分中低端市场。并且，由于很多国家都对我国进行技术封锁，所以如果光刻机上的一些核心零部件我国无法直接从其他国家进口的话，就只能自己进行自主研发。在这种背景之下，我国光刻机技术想要在短期之内缩小与发达国家的差距是十分困难的。
最近几年，我国已经意识到光刻机在芯片制造行业当中的重要性，对于我国光刻机的研发也已经到了非常关键的时刻。因此，我国需要持续加大对国产光刻机的研制投入，既要加大资金的投入，也要加强该领域专项人才的培养。为建立健全我国集成行业的产业链，构建全面发展的合力，不仅仅是从中央到地方的政府政策支持，相关企业的持续研发，还需要各高校研究所的加入，并多多借鉴国外顶级水平的成功经验，以加速缩小跟国际顶尖水平的差距。
通信装备产业的高端芯片
与发达国家相比，我国在半导体领域还比较落后，其中光刻机就是制约我国芯片产业发展的重要阻力之一。没有先进的光刻机制造能力，就没有先进的芯片加工工艺制程，就无法制造出具有国际竞争力的芯片。光刻机的指标与性能决定了芯片生产的制程，芯片的制程则直接决定了芯片的集成度、功耗与性能。一个使用28纳米制造的芯片，如果换成5纳米的制造工艺，可以有效的降低芯片的功耗，极大的提高芯片的性能，这也是芯片设计厂商和芯片代工厂商追求先进制程的最根本、直接的原因。而中国“国产芯”无法和其他国家竞争的主要原因便是国产光刻机非常落后。以中芯国际为例，作为中国大陆技术最先进的半导体制造龙头，中芯国际目前已经掌握了14纳米制造工艺，当前逐步开始研制7纳米工艺，而整个研发过程的延缓正是由于光刻技术无法实现，这严重地影响到了中芯国际的发展进程。
芯片对于现代制造业来说是非常重要的，我国是全球芯片消费量最大的国家之一，每年消费的芯片可达几万亿，但我国能够真正实现自给自足的芯片较少，大多数高端芯片都依赖于进口。目前，中国最大的进口项目就是芯片，需求量已超越了石油消耗且逐年增加。芯片的生产制造过程极其复杂，每个环节步骤对技术的要求都非常严苛，即使我国有些芯片企业能够设计出高端芯片，但还是需要委托给其他芯片代工企业进行生产。以华为为例，虽然华为在芯片设计方面已经跻身世界前列，但由于没有制作工艺，只能靠外包代工。而反观美国英特尔公司、韩国三星和中国台湾台积电等其他少数几家公司，正是拥有了世界上最先进的荷兰ASML公司研发的EUV光刻机，才能制造出高端复杂的芯片。在这种受其他国家技术限制的背景下，对于中国整个芯片行业来说形势都是非常严峻的，甚至影响着中国高科技未来的发展走势。
芯片产业是一个国家高端制造能力的综合体现，是提高一个国家国际高科技竞争力的关键产业。当前，我国的集成电路产业迎来历史上最好的黄金机遇期，我们需要抓住发展机遇，还要攻克诸多难题。芯片设计位于集成电路产业链的前端，因此首先就是要不断完善集成电路产业结构，重视扶持集成电路设计业。同时，政府还需要对企业的并购重组提供指导和服务，以加快我国集成电路产业实现跨越式发展。
芯片产业拥有极高的技术壁垒，需要大量的人力、物力投入，需要较长时间的技术积累和经验沉淀。目前无法生产出高端芯片的原因之一就在于研发投入不足。虽然我国也大力推动集成电路产业的发展，甚至在2014年将其提升到国家战略高度，但目前除了国家科技重大专项外，国家其他科技计划基本上没有集成电路相关的项目和经费投入。为了突破目前我国芯片产业的瓶颈，我国需要不断加大研发方面的投资规模，但同时，还应增强资金投入对产出的效率。近几年，各地为积极响应国家战略，纷纷建立集成电路产业基地，但其中重复无序建设和小规模低端投资成为当下亟待解决的问题。
同时，高端人才的稀缺也成为我国研发遇到阻碍的一大问题。与发达国家相比，我国无论是初级人才还是经验丰富的高端人才都处于严重缺乏的状态，这与研究人才薪酬过低的因素也有关系。中国集成电路行业的薪酬竞争力不强使我国高端科技人才都转向人工智能和互联网等更具有薪酬竞争力的行业。人才培养需要时间。为了解决当下人才总量严重不足的问题，在迅速激发国内集成电路人才从业激情的同时，还需要大力引进海外高端人才，让企业在管理和技术方面都能与世界领先企业靠近。同时要加大企业和研究机构、高校的合作融合，使市场和学术能够真正结合起来。
轨道交通装备产业的轴承和运行控制系统
轴承质量已经成为阻碍我国轨道交通发展的关键因素，其关键技术一直被日本、德国等少数国家所垄断。我国轨道交通车辆系统中的轴承部件主要依赖于进口，如果能够实现轴承技术的突破，将迅速推动我国轴承技术的国产化，不但可以大大降低采购成本，同时还可以大幅度缩短采购周期。
目前我国对于轴承技术的研发能力较弱，一些企业的轴承技术创新平台尚未上升为企业技术创新的核心体制和机制，企业研发投入力度较小，必要的检测试验仪器设备缺口较大，国家级的轴承企业研发和技术创新平台未能发挥对整个行业的示范和引领作用。另一方面，我国轴承钢技术质量水平尚不能完全适应高端轴承的研发，先进的轴承钢技术标准未能落实到位，使得高端轴承所需要的专用钢材缺口较大，这与国际先进水平有很大差距。同时，在引进的轴承工艺装备“消化吸收再创新”方面未取得突破性进展。工艺装备的性能稳定性和精度保持性、自动生产线的联线技术与国际先进水平有较大差距。
未来，我国应加大高端轴承的研发力度，迅速推进高端轴承的产业化和工业化。尽快开发出与我国制造强国战略重点发展领域相配套的高端轴承。尽快实现我国高端轨道交通轴承的国产化攻关，制定出整个轨道交通行业相关轴承产品的产业标准，建设相关配套的智能化、数字化工厂车间，以实现我国轴承行业高端轴承的自主化和高质量发展，和我国“制造强国”的战略目标。
电力装备产业的燃气轮机热部件
中国电力系统的消耗量是全球最大的。2019年，中国全社会用电量72255亿千瓦时，比排名第二的美国高出了64%。作为根本性支柱行业，电力对我们整个国家安全和发展都至关重要。经过数十年的发展，我国电力行业绝大部分装备和技术已经实现国产化，但仍有部分关键技术掌握在其他国家手中，这就卡住了我国能源电力的“脖子”。
在能源效率和环境保护的双重需求下，燃气轮机的市场前景越来越广阔。燃气轮机排放的污染水平较低，满足当今世界越来越严格的排放监管要求。但目前我国燃气轮机企业由于缺乏核心技术，不具备产品的自主研发和设计能力，以及热端部件的制造和维修能力，在国际市场上处于劣势状态，无法与国外其他先进企业进行竞争。目前全球仅有GE、西门子、三菱日立、安萨尔多能够生产最高水平的H级燃气轮机，这些企业已占据了国际市场将近90%的份额。
但近年来我国对燃气轮机发电的支持力度逐渐增强，出台了一系列扶持燃气轮机自主研发和联合循环发电的相关政策。上海的燃气轮机产业在我国处于前列位置。目前，上海已拥有F级、小F级、E级、H级四个级别的燃气轮机产品研制能力，基本形成从部件供应到整机设计、制造、维修和应用的全产业链。
国家电投上海电力闵行发电厂已启动H级燃气轮机示范应用项目，将在设备引进和技术吸收等方面发挥重要作用。2018年11月初，国家电投上电力公司与上海电气、安萨尔多公司成功签订燃气轮机设备及相关服务采购框架协议。标志着我国成功引进首台GT36-S5型H级燃气轮机，将有力推进我国燃气轮机装备应用水平的提升。
另外，以建设国家重大科技基础设施“高效低碳燃气轮机试验装置”为主要目标的上海浦东先进能源动力研究中心已落户临港，拟从科学研究、设计开发、试验验证和人才培养等多个方面，打造具有全球影响力的燃气轮机研发基地。我国正式启动航空发动机和燃气轮机重大专项，其中燃气轮机专项的主要目标为到2030年实现H级400MW燃机自主研制。随着我国在燃气轮机产业方面不断技术创新，持续提升产品竞争力，目前我国已初步具备F级及以下等级的联合循环系统的集成和性能优化能力。
飞机、汽车等行业的设计和仿真软件等
随着计算机技术的迅速发展，仿真技术逐渐发展成熟。计算机辅助软件越来越多的服务于汽车行业，虚拟仿真技术也被大量地应用于汽车领域。虚拟仿真为整车开发、设计带来了极大优化，大大节省了开发时间，也节约了研发成本。在我国汽车研发制造的过程中，需要大量使用软件，但由于使用的计算机软件大部分是国外软件，就有可能会给汽车设计带来安全风险和隐患。特别是在发动机尤其高压共轨燃油喷射系统领域，我国大部分企业用的都是国外厂商的开发工具、模拟软件，国内几乎没有替代品。有些国外零部件企业在供货时产品附带数据监测，这就意味着我国在开发汽车时的一举一动，都有可能被国外企业所洞悉，这方面需要引起国内相关企业的高度重视。
过去，国内企业对虚拟仿真软件的重视程度不够，并且前期开发成本巨大，周期很长，短期内也无法很快获得收益回报，很多没有雄厚财力的小企业因此无法支撑较长的研发过程，并且国外一些基础性的仿真分析软件已经形成一定市场壁垒，成为我国企业自主研发推广仿真软件的阻碍。随着打造自主可控的产业链成为汽车行业共识，国内虚拟仿真软件的发展也开始提速。我国国内企业应加强合作，共同对研发中常用的软件进行拥有自主知识产权的产品开发，并兼顾安全与效率问题。对于国外一些已经十分成熟的开源软件，国内企业应合理高效地利用资源，结合行业实际需求，进行适应性开发。
同样，虚拟仿真技术发展带动了工程研发手段创新，仿真技术应用体系在飞机研制的各个阶段，特别是设计阶段得到广泛应用，并发挥了重要作用。经过数十年的发展和应用验证，仿真技术本身的理论和算法已经趋于稳定，国内主机单位在仿真硬件、软件等“硬性”能力方面与国外差距并不大，未来发展趋势主要体现在建设模式、应用水平和体系创新上。
随着飞机复杂度的大幅提升以及仿真技术应用不断深入，当前仿真技术及应用体系的“碎片化”建设、“单点式”应用和“粗放式”管理模式已严重束缚飞机数字化设计水平的提升。并且目前我国在仿真基础数据积累、仿真建模标准和多系统综合仿真等方面还面临诸多挑战。国内外仿真技术差距已经不再是软硬件工具，而是仿真技术的应用模式、管理模式。我国要重点加强仿真可信度评估，加强多系统联合仿真，多专业协同仿真技术研究。要由当前“碎片化”投资向“体系化”建设转变、由“单点式”应用向综合集成转变、由部门“孤岛式”向专业协同式转变，推动仿真技术应用水平迈上一个新的台阶。
手机、电脑行业的操作系统
图/视觉中国
如果说芯片是计算机和互联网信息世界的硬件“神经中枢”，操作系统则是让计算机硬件具备“灵魂”的基础。中国工程院院士倪光南曾提到，谁掌控了操作系统，谁就掌握了小到一台电脑、大到一个网络的“开关键”。
但这事关信息技术竞争力的操作系统却长期处在被国外企业垄断的局面。
在PC操作系统方面，目前基本由美国微软公司的Windows操作系统垄断，据海外调研公司Netmarketshare数据显示，截至2020年第二季度末，微软Windows操作系统市场份额为87%，苹果MacOS操作系统市场份额为9%，两家美国公司合计垄断了全球96%的市场份额。
在手机端的操作系统方面，基本上由安卓和苹果iOS两大操作系统垄断。据艾媒咨询数据显示，2019年手机端安卓操作系统的市场份额达到68.63%，同期iOS操作系统的份额为30.99%。它们合计就占据了全球99.62%的市场份额。
一款操作系统能构建起一个包括硬件开发者、应用软件开发者和用户在内的上下游生态链条和产业空间，围绕操作系统形成“生态圈”。微软为了维护自己的垄断地位，与英特尔等硬件、软件厂商共同组建了wintel联盟组，形成了一个牢不可破的生态体系。这也为后来者构筑了壁垒：即使研发出新的操作系统，也很难再去改变既有格局。
目前，国产操作系统大多基于LINUX开源内核开发，较为出名的有统信UOS、麒麟、Deepin 等。这些操作系统虽能满足日常上网办公的需求，但对常用或专业软件支持度不足，大多限于党政机关使用，进一步开拓市场依然面临瓶颈。由于没能形成生态，没有更多软件适配，真正的用户数量并不是很多。鉴于美国在操作系统领域的绝对优势地位，如果它真的对中国断供，后果不堪设想。
目前国产操作系统在国内的整体市场份额或许还达不到3%，为了打造中国操作系统软件生态，统信软件联合华为、龙芯等30家公司，成立了中国版的“同心生态联盟”，这样可以迅速形成自己的软件生态，为操作系统的国产替代创造条件。
2020年，华为遭遇美方打压，限制华为使用谷歌的安卓系统，12月16日，华为鸿蒙OS2.0手机应用开发者Beta版发布。这是华为自主研发的系统，也体现着其对国内操作系统共建生态的希望。
航空发动机短舱
航空发动机是世界上最复杂的工程机械系统之一，涉及气动热力学、燃烧学、传热学、结构力学、控制理论等众多学科，被称为现代工业“皇冠上的钻石”。
航空发动机为飞机提供动力，技术难度极高。如果说发动机是飞机的核心，那么发动机短舱则是确保核心能够正常运转的保护罩，是飞机飞行的关键设备。
短舱是在飞机上安放发动机的舱室，主要由发动机进气道、整流罩、内部固定装置、反推装置和尾喷口组成。短舱的集成技术要求非常高，涉及飞机性能、操作安全性、系统可靠性、重量、成本和环保相关的关键航空技术，需要在多重限制的极端环境下实现降噪、除冰、调节内外温差、防火防雷击、支撑发动机与机翼连接吊架之间的负载、刹车(借助反推装置)等多项功能。一旦短舱有损，飞行中可能会引起发动机严重事故。由于技术难度极高，成本约占全部发动机的1/4左右。
世界上能研制民用大涵道比发动机的共有3家公司，分别是美国通用电气(GE)、普拉特?惠特尼集团公司(Pratt&Whitney Group)和英国的罗尔斯?罗伊斯(Rolls-Royce)。而能独立研制高推力大涵道比涡扇发动机短舱的公司仅有两家。一个是航空顶级制造商美国古德里奇(GoodRich)，另一个是奈赛公司(Nexcelle)，由美国通用和法国赛峰合资。
目前我国尚无自主研制短舱的专门机构，高校也未设置相关学科。欧美国家则对中国持续了长达60多年的技术封锁。几乎所有的工艺、制造、蜡模、陶瓷芯等都不许出口给中国。
伴随C919项目的展开，国产航空发动机项目逐步推进。C919是中国商飞按照主流市场标准自主研发、具有自主知识产权的单通道干线客机。在研制之初，商飞就在发动机研发方面采取了“两条腿走路”的方针：一方面，计划引进通用电气的LEAP-1c发动机，以便快速通过国际适航认证开始运营；另一方面，自主研发CJ-1000A双轴大涵道比直驱涡扇发动机，用于后期的C919订单。
但由于中国在大涵道比涡扇发动机领域研发实力较弱，CJ-1000发动机的研发还需要一定时间。并且目前来看，这台初生的国产发动机仍是热力技术部件，尚无与之匹配的短舱。
因此，尽管现在国产航空发动机取得了较快的发展，但并不意味着中国的航空发动机问题从根本上得到了解决，要让国产航空发动机真正安装在国产大飞机上，有与之匹配的自主研发的短舱，还需要给予更多的时间和耐心。
工业机器人的触觉传感器
中国已经连续5年成为世界第一大机器人应用市场，但高端机器人仍然依赖于进口，除了核心算法的差距，工业机器人核心部件：触觉传感器也是制约因素。
传感器作为一种检测装置，通过接收被测量的信息，按一定规律变换成电信号或其他方式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。因为传感器的存在，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等器官，其技术难度远高于一般传感器。
目前国内传感器企业大多从事气体、温度等类型传感器的生产，却几乎没有传感器制造商进行触觉传感器的生产。国内市场中消费的绝大多数的触觉传感器均来自于欧美日韩等地区。
触觉传感器最重要的要求就是精确，而我国大部分关键零件缺乏稳定性和一致性，因此进一步阻碍触觉传感器的发展。除了生产工艺之外，制备材料也是制约行业发展的重要因素。石墨烯作为触觉传感器柔性发展的重要材料，我国目前只达到生产的标准，而尚未达到可以制作传感器的标准。
生产工艺与制备材料方面的薄弱使得我国触觉传感器与国外的差距进一步拉大，如日本阵列式传感器能在10厘米×10厘米大小的基质中分布100个敏感元件，售价10万元，而国内产品多为一点式，一般售价为100元，其中的品质差距可想而知。
我国在触觉传感器的研制上，其实早已有所涉足，早在1987年的时候，东南大学和中国科学院合肥机械智能研究所就获得过863重点专项的支持，目的是研制六维力传感器。从研究成果来看，在静态精度上来看，我们已经可以将误差率缩小到1%到2%，这和世界先进水平相差无几，但是在动态精度上，我们仍然存在较大差距，误差率高达5%到10%。
传感器作为感知的第一道防线，是人类社会走向智能的关键源头。中国目前生产大部分都是低端传感器。而我国中高端传感器进口占比达80%，传感器芯片进口更是达90%以上。在触觉传感器的自主研发上，我们还有很长的路要走。
高强度不锈钢
用于火箭发动机的钢材需具备多种特性，其中高强度是必须满足的重要指标。
但不锈钢也是会生锈的，钢材的耐蚀性主要依靠合金元素‘铬’的含量，但如果该元素加得太高，强度就上不去。因此高强度的材料，防锈能力一定会较差。当不锈钢运用到航天火箭发动机上的时候，再高强度的不锈 钢都会生锈。火箭发动机材料如果只是有点浮锈问题不大，但如果严重生锈，可能带来很大影响。完全依靠材料自身实现高强度和防锈性能兼备，这是世界性难题。
我国在航天材料研发方面与发达国家还有差距，目前主要处于仿制阶段。现在我国航天材料大多用的是国外上世纪六七十年代用的材料，只是如今工艺技术更先进，生产的同样材料性能更好。但如果遇到高端产品，国外不公开材料成分、工艺，我们难免会被“卡脖子”。发达国家在研制过程中对生产过程把控严谨，纯度有一点没达到要求，都会重做，这是中国厂家做不到的。
中国研究部门也在对材料和工艺上进行升级，增强材料自身的防锈能力，并采用往内部注入干燥空气、氮气等辅助手段缓解生锈问题。目前我国在不断创新发展火箭发动机，而今后要发射载人火箭，对防锈能力的要求会更高，也对材料自主研制的技术和管理上提出了更高的标准。
真空蒸镀机
OLED中文全称是有机发光二极管，它是未来科技所将使用到的终端屏幕的主要选材，有了它，显示屏才可以像纸一样轻薄，实现可卷曲的状态。OLED生产过程最重要的一环就是“蒸”，工艺难度极高。这就需要用到真空蒸镀机。
蒸镀是OLED制造工艺的关键，直接影响着OLED屏幕显示，蒸镀机的工作就是把OLED有机发光材料精准、均匀、可控地蒸镀到基板上。
通俗地说，OLED屏幕每个像素都是蒸上去的，除了发光材料，金属电极等也是这样蒸上去的，实际操作非常复杂。
如光刻机一般，真空蒸馏机如今被日本Canon Tokki独占高端市场，Canon Tokki能把有机发光材料蒸镀到基板上的误差控制在5微米内，1微米相当于头发直径的1%。没有其他公司的蒸镀机能达到这个精准度，在2016年产量仅为4台，2017年增加到了7台，到了2018年仅仅是11台的产量。即便每一台设备的报价高达上万美元，仍然一机难求。
然而遗憾的是，目前我国还没有生产蒸镀机的企业，在这个领域我们没有发言权。
中国平板显示全球第一，但大而不强。我国OLED企业主要聚集在产业链中下游的面板和手机等显示终端产品应用领域，上游核心生产设备完全依靠进口。
OLED的生产难度在精密制造，精密制造的技术壁垒在精密设备。业内专家表示，材料或设备并不是单一的产品，它牵涉到面板系统性的工艺和技术，如果只凭配套企业一己之力，可能只能实现某一种材料或设备的国产化替代。这是一场多维度、立体化的综合性突破。
因为蒸镀机数量有限，我国的OLED生产线一直无法扩张，也正因为如此，所以众多的国产厂商一直在努力，想要在蒸镀机上打破日本厂商的垄断，造福国产OLED屏。国内OLED大型生产线装备虽仍一片空白，但OLED科研型蒸镀设备已达国际水平，中试型生产装备已成功研发。虽然距离摆脱“真空”有点远，但已经在路上。
本文首发于《中国经济评论》杂志第8期
现在征订《中国经济评论》全年刊（2020年7月起，可改起订月）
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