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（报告出品方/作者：东海证券，胡少华，刘思佳，谢建斌）
1.1.早期阶段：英国遥遥领先，实行封锁，美国立足突破
18 世纪末 19 世纪初，大西洋对岸的英国掀起第一次工业革命的浪潮，大机器生产取 代手工业，生产力得到突飞猛进的发展。同时，英国还是全球的科技创新中心，大量发明 创造诞生于此，例如 1765 年哈格里夫斯发明珍妮纺织机、1785 年瓦特改良蒸汽机、1814 年史蒂芬孙发明蒸汽机车、1831 年法拉第发现电磁感应现象并发明圆盘发电机。进入 19 世纪中叶，受益于第一次工业革命引发的生产力变革，英国的金属制品、棉纺 织品产量约占世界总产量的一半，造船业和铁路业位居世界之首，而此时美国的工业实力 落后于英法德，位居世界第四。但美国是英国纺织品最大的原料来源地，且农业生产较为 发达，美国棉花产量长期稳居世界前三。
为防止技术外流美国，英国政府制定了一系列封锁政策以保持本国的技术优势，例如 禁止包括水力织布机在内的机器设备的出口；禁止纺织设备相关的图纸、模具和零部件外 流；禁止纺织、机器制造、煤铁冶炼等领域的工匠、技术人员移民他国。此外，英国利用 英镑霸权优势挤压美元的生存空间，联合法国等欧洲国家抛售美元，并将自己的殖民地封 锁于美元体系之外，同时对美国商品增收高额关税。面对英国的技术封锁，美国“明的一 手”和“暗的一手”齐出，来突破技术难题。
一方面，美国政府组建了科技情报网络，软 硬兼施在英国发展了一批科技情报分析人员，从而获取先进技术的情报信息，并针对英国 封锁政策的漏洞将机器设备、设计图纸等“引进”美国。另一方面，美国通过“三步棋” 冲破英国的技术封锁：一是提供政策支持，颁布《专利法》、成立专利局，明确专利的授予 对象仅限于美国公民，并鼓励本国人民在改良的基础上发明新专利。二是鼓励外国技术人 员移民美国，制造舆论，向英国的工匠和专业技术人员宣传美国的美好生活，展示美国对 技术移民的优厚待遇。1860 年，世界各地移居美国的机械师达到 40.7 万人。1三是建立一 系列配套保障制度，拥有专利权的专业技术人才可享受土地租金、税收等大幅减免的优惠。
这一时期，美国借助技术改进的浪潮不断引进、改良先进技术，蒸汽船、收割机、伐 木机、升降机等实用发明源源不断出现在美国，为美国之后的工业化进程提供技术支撑。
1.2.发展阶段：英国固步自封，美国趁势超越
19 世纪 60 年代，英国通过工业革命实现了财富集聚后，逐渐呈现出科技与生产相分 离的趋势，如英国在电磁学领域拥有创新性的科学成就，但在以电力为标志的第二次工业革命兴起时却未能抓住先机，电机、变压器、二极管等关键性技术发明源于英国，却最终 在美德等国得到广泛的产业应用。第一次工业革命使英国经济处于全球领先地位，大量国 家资本用于海外投资，资源输入、商品输出和资本输出的模式为英国带来丰厚收益，资本 家大多安于现状，缺乏技术创新的动力，国家对科技活动的支持较为有限，缺乏系统性的 政策支持和资金投入。
19 世纪 70 年代，美国抓住第二次工业革命的历史机遇，大力发展以电力技术为核心 的重工业，并与内燃、冶金、石油化工等组成全新的技术体系，电力在生产部门的广泛应 用和工业流水线的发明实现了生产力质的飞跃，例如 1877 年第一台电话交换机诞生于波士 顿、1879 年爱迪生研制成功碳丝灯泡、1891 年特斯拉取得高频交流电发电机专利、1896 年福特制造出第一辆四轮汽车并设计 T 型生产线、1897 年特斯拉帮助尼亚加拉发电站制造 水力发电机组。
以电力和内燃机为核心的科技进步推动生产力的提升，美国工业生产总值、 GDP 和人均 GDP 分别于 19 世纪 80 年代、1894 年和 1910 年超越英国。21870-1913 年， 美国工业生产总值增长约 8 倍，3其中重工业增长尤为显著，1880-1920 年，美国钢产量由 126 万吨增至 4280 万吨， 生铁产量由 389 万吨增至 3751 万吨，1880-1929 年美国石油产量由 2628 万桶激增至 10 亿桶，1929 年美国工业生产总值全球占比达 48.5%，超过英、法、德、日四国总和。
1.3.超越阶段：战争刺激需求，开放环境提供沃土
进入 20 世纪，两次世界大战对美国科技发展起到强烈的刺激作用，工业研究实验室和 研究型大学成为美国国家创新体系的两大支柱，开放多元的研究环境和对科学人才的引进 是美国科技实力腾飞的重要推动力。首先，两次世界大战不仅未使美国遭受重大损失，反而刺激了科学技术的重大发展， 催生了大量科技成果的出现。例如，香农建立了基于通信工程的数学模型，为信息论的建 立提供理论支柱；维纳提出了应用于通信和控制系统的控制论；奈奎斯特发现了应用于确 定动态系统稳定性的判断准则；以奥本海默为首的科学家负责实施研发原子弹的曼哈顿计 划带动大批新兴工业发展和科学技术进步。战争的客观需求使科学技术在第二次世界大战 中的重要性被放大，政府的大力扶持成为这一阶段美国科技进步和技术创新的核心，二战爆发后美国联邦政府成为研发投入的绝对主体。
其次，美国工业研究实验室如雨后春笋般涌现。工业研究实验室是依照企业经营战略、 在企业内部建立的研发机构，旨在从事与企业主营业务高度相关的研发活动。工业研究实 验室发源于 19 世纪末期的德国化学工业，美国的柯达、通用电气、杜邦公司和贝尔系统分 别于 1893 年、1900 年、1901 年和 1907 年建立起自己的工业研究实验室。
第三，研究型大学占据美国高等教育的主导地位，自主性、竞争性的高等教育体系推 动科技进步。1876 年成立的约翰霍普金斯大学把研究生教育和科技研发放在首位，开创了 美国研究型大学的先河。1900 年，12 所美国大学联合成立美国大学协会以加强科技研究， 逐渐培养出大量本土科学家。随后，科学研究在高等教育中的价值得到充分实现，研究型 大学逐步占据美国高等教育的主导地位。此外，美国高等教育体系的两个特点是推动大学 科技创新的重要原因。
最后，美国引进大量欧洲的优秀学者和科学家人才。20 世纪初，美国加大了对知识移 民的支持力度。1920 年，美国首次将“引进人才的原则”写入移民法案，明确将知识移民 列入非限额移民范围，科学家等知识精英不受移民数额限制。8二战期间，大量科学家离开 战火纷飞的欧洲并移民美国，西方的科学知识中心从欧洲转向北美。1900-1960 年，移民 到美国的杰出科学家、美国科学院院士和诺奖获得者分别约占全美总数的 20%、22%和 35%，9爱因斯坦、费米、冯·诺伊曼等人对美国科学技术发展举足轻重，而美国开放包容和相对稳定的研究环境为科学家发挥创造力提供条件，助推美国在 20 世纪 30 年代成为世 界的科技创新中心。
2.1.高通胀与制造业下行，倒逼美国科技创新
20 世纪 60 年代末期，日本和西欧快速发展，美国制造业在全球的领先地位逐步受到 挑战，贸易顺差不断下降，同时越南战争的干扰叠加扩张性财政政策使得美国财政赤字连 创新高，宽松的财政政策未能减缓经济内生性下行的步伐，美国开始进入衰退期。同期， 由于国际石油垄断公司掌握石油的定价权，通过瓜分市场、干预价格等方式使油价长期处 于 3 美元/桶以下的水平，产油国对低价的不满与石油垄断公司的矛盾愈发尖锐。另外，阿 拉伯国家试图通过石油武器要求美国等西方国家放弃支持以色列，迫使以色列退出占领阿 拉伯国家的领土。
1973 年 10 月，第四次中东战争的爆发导致第一次石油危机，美国公开向以色列提供 军事援助，欧佩克国家通过削减产量、石油禁运等措施作为应对，导致油价不断飙升。美 国进口原油价格从 1968 年的 2.9 美元/桶飙升至 1974 年的 12.5 美元/桶，六年涨幅 3.3 倍。同时，美国石油进口对欧佩克的依赖度较高，1977 年达到峰值水平约 70%。1978 年底， 当时的全球第二大石油出口国伊朗爆发“伊斯兰革命”，亲美国王巴列维下台，伊朗国内局 势动荡导致石油供给严重不足。1980 年底，受“两伊战争”影响，产油设施遭到严重破坏，第二次石油危机接踵而至， 全球石油市场每天约存在560万桶缺口，供需关系失衡，油价再次飙升。1978-1981 年， 美国原油进口价格从14.6美元/桶升至37.1美元/桶，涨幅近 154%。
20 世纪 70 年代初，美国采取宽财政、宽货币政策以保持经济高速增长。但受水门事 件影响，美国政府对物价行政管控的有效性大打折扣，叠加过去两年来的货币增量，以及 美联储加息进程缓慢，失控的通胀水平如脱缰野马。前期货币政策纪律性不强带来的“必 然内因”，加上水门事件后物价管控失效与石油危机的“偶然外因”，共同促使美国大通胀 强势启动，美国经济受到严重冲击，深陷滞涨泥潭。
1973 年初到 1974 年底，美国 CPI 同比从 3.6%升至 12.3%，GDP 同比增速由 5.6%跌 至-0.5%，失业率从 4.8%升至 7.7%，同期工业生产指数从同比增长 9.75%跌至-8.44%， ISM 制造业 PMI 指数由 60.6 下跌至 30.9；大宗商品价格暴涨，有色金属价格同比增速从 3%飙升至 50.5%；金属制品价格同比增速从 3.2%飙升至 39.3%。1978-1980 年，美国 GDP 同比增速由 5.5%跌至-0.3%，CPI 同比从 6.4%飙升至 12.5%，有色金属价格同比增 速从 6.2%升至 46%，失业率从 6%升至 7.8%，同期工业生产指数由同比增长 5.1%跌至0.8%。为应对高企的通胀水平，FOMC 开始严肃考虑缩紧货币政策。1970-1982 年美国共经历两轮明显的加息周期，分别是 1972 年 2 月-1973 年 7 月，基 准利率从 3.4%上调至 11.2%；1977 年 3月-1980 年 4 月，基准利率从 4.7%上调至 19.9%。
美国经济面临的压力不仅来自于内忧，还有外患。20 世纪 60 年代开始，日本经济保 持高速增长，借助 1964 年东京奥运会和 1966 年大阪世博会，日本向全世界展示了从战败 阴影中复兴的国家形象。从 GDP 全球占比来看，美国与日本、欧盟背道而驰。1970-1980 年，美国 GDP占全球比重从 42.6%降至 25.2%，同期日本从 7.3%升至 9.8%，欧盟从 24.8% 升至 29.1%。钢铁、汽车等美国强势的传统制造业逐步衰退。1974-1982 年，美国钢铁价 格同比增速大幅度下滑，从高点的+43.8%跌至-3%；美国汽车年产量从 960 万辆下降至 500 万辆，而同期日本汽车年产量则逐年攀升，并于 1980 年突破 1100 万辆，取代美国成 为世界第一。经济增速下行、国内通胀火热、市场需求疲弱、欧日经济崛起等因素共同促使美国政 府决定发展科技以实现经济转型。
2.2.促进创新的政策措施与经济金融力量
2.2.1.二十世纪后半叶的创新与发展
美国科技创新驱动经济发展的成功，可归功于完备的科技创新制度和灵活的资本市场 机制。其中，1980-2000 年，美国宏观政策转向、产业重心转移、融资结构转优三管齐下， 大力发展科学技术，促进国家产业结构转型。
1）宏观政策方面。美国在 20 世纪 50 年代初就开始出台针对中小企业科技创新的相关 法律，以 1953 年的《小企业法》和 1958 年的《小企业投资法》为核心，1964 年的《机会 均等法》、1980 年的《小企业经济政策法》和 1982 年的《小企业技术创新法》等一系列法 案为补充。20 世纪 30 年代大萧条之后，美国宏观经济以管理需求不足为主要目标，但扩 大有效需求难以解决美国竞争力日益衰落的问题。1981 年，里根政府摒弃需求管理思想， 转向供给管理思路，旨在优化生产结构、提高生产效率。改革内容主要包括：大幅降低个 人所得税；压缩政府开支，控制财政赤字；减少行政干预，放松运输、通信、能源等传统 保护领域的准入限制，引入新兴资本强化市场竞争；增加研发投入，颁布技术创新法律法 规，扶持新兴产业发展。特别是在技术创新方面，美国政府多措并举合力攻关。
2）产业重心方面。美国政府将发展科技提升至国家战略层面，重点发展高端制造和现 代服务业。进入 20世纪70年代，日本、西欧经济逐步恢复，部分领域具有与美国相抗衡的 实力。最初表现在钢铁和汽车方面，后来又扩展到半导体、计算机、生物医药等高新技术 产品。20世纪80年代，日本经济连续赶超法国、英国和德国，成为亚洲第一、世界第二经 济强国，日本制造业产品遍布全球，甚至在电子、汽车、钢铁、造船等领域超过美国。同 期，日本在半导体、电视、机械工具、机器人等美国优势领域进行赶超。1980-1988年，日本集成电路厂家在世界中的市场份额从24%跃升至50%，而同期美国企业则由67%下降 到38%。
3）融资结构方面。20 世纪 80 年代美国大力发展股权融资，融资结构的变化为产业升 级提供强效支撑，其中利率市场化改革、养老金入市和机构投资者走向成熟是股权融资助 推产业升级的三个推动力。第一，利率市场化改革。20 世纪 70 年代中期，美国开始着手利率市场化改革。1980 年，美国颁布《吸收存款机构放松管制和货币控制法》，分 6 年逐步取消存款利率限制和贷 款利率上限，存款利率走高导致居民财富从股市流入银行，股权融资受此下挫，这一时期 股权融资额占非金融企业融资总额的比例处于相对低位，1980-1984 年股权融资比重下降 约 13 个百分点（78%降至 65%）。
111986 年 4 月，除住房贷款、汽车贷款等极少数例外情 况，所有存款和贷款利率均无限制，美国利率市场化改革宣告结束。12此时银行存款利率 不再具有吸引力，资金从银行体系流回资本市场，同时新兴科技产业需要长期稳定的资金 支持，产业升级对融资结构的优化提出新要求，股权融资比重就此回暖。1984-2000 年， 美国非金融企业股权融资占比从 65%逐步攀升至约 90%。从 IPO 数量来看，1980-2000 年， 美国产业结构逐步偏向高端制造和消费，金融、信息技术和可选消费企业的 IPO 数量位列 前三，分别为 250 家、197 家和 150 家，而同期机械制造和能源设备企业的 IPO 数量仅为 30 家和 11 家。
第二，养老金入市。1978 年美国通过《国内税收法》，其中第 401K 条款规定企业为员 工设立专门的 401K退休账户，员工和企业每月拿出一定资金存入该账户，计入个人退休账 户的资金在员工退休前不可领取，但可用于投资股票、债券等金融资产，员工可在企业提 供的证券投资组合中任选一种，投资收益将直接影响员工的退休金数额。此外，之前养老 保险个人缴费的部分需要纳税，而 401K条款规定固定缴费型养老金可享受税收优惠。养老 金逐步成为美国资本市场最主要的资金来源之一，养老金资产持有股票市值占美国股市总 市值的比重稳定在 25%-30%，其中共同基金管理的 401K 资产占 401K 计划总额的比重从 1994 年的 27.3%升至 2004 年的 51.5%。
第三，机构投资者走向成熟。1980 年以前，美国机构投资者大多充当被动投资者的角 色，很少在股东大会或董事会上投反对票，多以抛售公司股票来表达对公司发展的不满。进入二十世纪八十年代中期，机构投资者通过所持股份对应的投票权参与公司治理活动的 风气逐步兴起，美国股市中机构投资者占比不断提升，机构投资者持股比例从 1950 年的 7.2%升至 2000 年的 46%，并于 2003-2017 年持续稳定在 60%上下，14机构投资者的介入 促进了资本市场资金配置效率的提升。
除融资结构转优之外，连接科技创新项目与研发资金支持的底层制度是合作研究开发 协议（CRADA）与技术授权许可办公室（OTL）。CRADA 是联邦实验室与非联邦机构建立 科研合作的常用工具，1986 年国会通过的《联邦技术转移法》确定联邦实验室与其他联邦 机构、州和地方政府、大学以及企业之间可通过 CRADA 开展科研合作，拥有符合联邦政 府研究需求项目的主体可申请项目资助，联邦政府择优选择后与之签订 CRADA 提供研究 经费资助。15OTL 模式由斯坦福大学于 1968 年首次创立，该模式的目的是在高校内部设立 专门机构负责本校发明的商业化运作。1980 年之前，美国大学发明的所有权基本掌握在联 邦政府手中，《拜杜法案》提出高校有义务申请专利并开展许可活动，中小企业可优先获得 许可并申请政府基金资助进行创新活动。
2.2.2.站在新的风口，新世纪以来继续高歌猛进
进入 21 世纪，美国继续从政策和资本两方面支持高科技产业发展。政策支持方面，2005 年，美国国家科学院发布报告《站在风暴之上》，文中阐述了世 界各国在科技创新领域的最新进展，并提出振兴美国科学的若干建议。面对来自其他国家 在科技创新方面的激烈竞争，美国政府加大研发投入 2006 年 1 月，时任美国总统布什宣布 通过“美国竞争力计划”（以下简称“ACI”），该计划旨在通过科技创新的方式使美国保持 在世界经济中的领先地位，具有较强的前瞻性与时代意义。ACI 计划在十年间（2007-2016 年）累计投入超 1360 亿美元的研发经费，保持美国在创新领域的世界领先地位。
该计划提 出了若干量化目标，例如创新研究投资 10 年内预算翻一番；2015 年前培养 10 万名高质量 的科学教师；为中小学提供 300 余项拨款，用于改进或开设基于研究的数学课程；每年向 80 万劳动者提供培训机会。为实现目标，该计划主要制定了四项针对性措施：完善中小学 教育制度；加大关键性基础研究投入；加强劳动力培训；促进私人部门研发投资。ACI 实 施的第一年（2007 年），美国联邦政府在研发领域的投资预算达到创纪录水平，为 1370 亿 美元，相较 2001 年增加 50%，对基础研究的投资也增长 32%。尽管 ACI 在 2007、2008 年的研发投入预算并未全部被国会通过，但关于科技创新的税收整改措施受到了国会认可。截至 2009 年末，联邦政府研发投入增至 1411 亿美元，较 1999 年增长约 87.3%。
美国国家科学基金会（NSF）是 ACI 的核心落地执行部门之一，肩负着提升美国科学 竞争力的重任。NSF 的投资重点是通过发现基础原理以创造有价值、可应用的技术，同时 通过世界领先的设备和基础设施促进科学研究、改良研究方式。由于计算机与信息科学工 程（CISE）技术是提升研究效率、促进研究方式改良的重要基础，因此 CISE 成为 NSF 的 核心研究领域之一。CISE 主要负责计算机与信息科学工程领域的基础研究，维持并升级全 球计算机和通信基础设施，通过研究互联网技术革新发展新一代网络信息体系，并不断强 化信息软件安全、人工智能、设计高端软件等能力。
在 ACI 的促进下，2007-2009 年， NSF 在 CISE 领域的预算投入逐年增加，分别为 5.3 亿、5.7 亿和 6.4 亿美元。从国家创新 竞争力的角度回顾 ACI，2015 年美国在 G20 中排名第一。具体来看，2015 年美国国家创新竞争力综合得分为 78.6 分，是 G20 平均分的两倍多，其中在创新基础、创新投入、创新 产出和创新持续四个方面美国均为第一。
2008 年发生的次贷危机虽使美国经济受到严重冲击，但联邦政府对研发资金的投入却 未因此而显著下降，主要原因在于奥巴马政府提出的经济刺激计划的核心部分集中在科技 投资上，特别是以清洁能源为主的绿色经济，主要包括：大规模改造联邦政府办公设施以 提高节能水平；大规模投资公路、桥梁等基础设施；大规模升级学校硬件设施，安装节能 系统等。然而，从 2011 年开始，美国部分决策者极力控制财政赤字，政府研发资金有所降 低，2012—2017 年从 1385 亿美元降至 1190 亿美元。随后重新保持上升势头，到 2021 年 增至 1795 亿美元。
除 ACI 计划外，美国围绕创新竞争力还出台了一系列支持政策。如 2007 年，美国参议 院通过《美国竞争法》，把提高美国在创新领域的竞争力升至法律层面；2009 年，美国发 布《美国国家创新战略》，重点提出三个创新战略：创造高质量就业并促进经济增长、聚焦 国家优先突破点和建立创新型政府；2012 年后，美国对大数据、人工智能等数字技术予以 重点支持，先后发布《联邦大数据研发战略计划》《国家人工智能研究和发展战略计划》 《为人工智能的未来做好准备》《美国机器智能国家战略》等政策，力图构建以开放创新为 基础，以促进传统产业转型为目的的政策体系。
资本助力方面，美国完善的多层次资本市场体系为科技创新提供助推力。从早期风险 投资来看，2009-2019 年美国整个风险投资额占 GDP 比例整体呈上升趋势。截至 2019 年， 美国风险投资额占 GDP 的比例虽不到 1%，但经风险投资后存活下来的企业所创造的价值 约占当年 GDP 的 21%。美国的风险投资金额和交易数量不断攀升，截至 2021 年三季度， 美国风险投资交易金额已达 2390 亿美元。2009-2021 年，美国风险投资主要投资于软件、 制药和生物技术、IT 硬件等领域，有力支撑了美国的科技发展。
从交易所市场来看，大致分为全国性交易所和地区性交易所两个层次，前者主要包括 纽约证券交易所和纳斯达克证券交易所，后者则主要面向各地区或特定交易对象的交易所， 如芝加哥股票交易所。在全国性交易所市场中，纽交所定位于传统行业及成熟的大型企业；纳斯达克则主要服务于高成长性中小企业，特别是科技型企业，纳斯达克为许多规模较小、 盈利偏低甚至盈利为负的创新型中小企业提供直接融资机会，以解决企业发展初期面临的 资金困境。纳斯达克证券交易所从 2006 年开始增设市场分层，采取不同的上市标准以吸引 不同规模的企业，形成了纳斯达克全球精选、纳斯达克全球市场和纳斯达克资本市场三个 具有不同风险特征的市场板块。
作为美国上市公司数量最多的证券交易所，截至 2021 年， 纳斯达克上市公司数量超过 5000 家，主要分布在医疗健康、信息科技与电信和金融行业， 培育了苹果、微软等一大批科技巨头，凸显了金融支持美国高科技产业发展的作用。为应 对纳斯达克带来的市场竞争压力，纽交所分别增设了供股票和 ETPs 上市交易的高增长板 块以及服务初创期、高成长企业的中小板块，以加强对高科技企业和中小企业的融资支持， 最终形成包含主板、高增长和中小板等板块的多层次市场结构。分层后，对于不符合主板 上市标准的企业可先在中小板上市，一旦满足条件后可直接转至主板市场，从而吸引科技 创新型上市公司资源。
从场外市场来看，美国的场外交易市场主要包括公告栏市场和粉单市场。由于美国证 券交易委员会强化了对公告栏市场的监管，强制要求挂牌公司进行信息披露，导致许多公 司转向粉单市场，进而促进了粉单市场的繁荣，粉单市场随之更名为 OTC 市场集团。后者 被进一步细分为可信任市场、注册市场和粉单市场三个由高到低的层次，以更好满足不同 规模企业的融资需求。
2.3.公共研发投入是驱动美国经济增长的引擎
从研发领域来看，二战后美国政府最为重视的是国防领域的研发工作，用于国防领域 的联邦研发资金占比始终维持在 50%上下，其次是卫生健康、能源和航空航天，分别占比 约 25%、10%和 7%。21范内瓦·布什在《科学：无尽的前沿》中提出，科学发现的可能性 是无限的，但科学无止境的前沿同时意味着探索成本的增加，而私营企业缺乏开创性研究 的动力，私营融资机构也难以负担资本密集型行业所需的巨额资金。第二次世界大战后， 美国公共部门填补了这一空白，公共部门持续不断的研发投入成为美国经济增长的助推力。
公共研发投资具有杠杆效应。1988 年，美国国会同意资助人类基因组计划的研发工作， 该项目于 1990 年正式启动，总额约 30 亿美元的预算用于资助公共研究机构和私营企业。1988-2012 年，与人类基因组测序相关的直接和间接经济活动支出高达 9650 亿美元，2230 亿美元的公共投资撬动了近 320 倍杠杆。2012 年，人类基因组测序计划共创造了 28 万个 就业岗位和 190 亿美元的个人收入，同时基因组研发所支持的工业部门产生了近 39 亿美元 的联邦税收和 21 亿美元的地方税收收入，换言之，仅 2012 年的政府税收收入已完全覆盖 人类基因组计划过去 13 年的全部投资。
此外，作为主要承担美国医学研究的官方机构，美 国国立卫生研究院每增加 1000 万美元的公共资金投入，私营企业将产生 2.7 项专利，且私 营企业股票市值将多增 3020 万美元；美国国立卫生研究院对于药品领域的基础研究每增加 1 美元，市场将追加投资 8.38 美元。
研发驱动技术进步具有溢出效应。人类基因组项目的研发不仅局限于医药行业，还可 应用于粮食安全领域，例如通过将基因组研究与粮食作物相结合，确定合适的养分、杀虫 剂等投放剂量，可有效提高农作物产量并保障粮食安全。此外，生物技术、食品加工、维 生素生产等领域的事例不胜枚举。假设人类基因组研究计划可为 5000 万美国居民多提供一 年健康，以 2012 年美国居民平均消费支出 3.63 万美元/年计算，则可直接创造近 1.82 万亿 美元的经济增量，相当于 2012 年美国 GDP 的 11.2%。
公共研发投资的增加可“带动所有的船前进”，而不止是“快艇”。收入方面，1973- 2015 年，美国最富有 20%的人年收入与最贫穷 20%的人年收入之比从 7.5 上升至 13.3，25 尽管美国贫富差距呈逐渐扩大之势，但二战后美国公共研发投资带动了社会整体收入水平 的提高。1950-2019 年，美国公共研发投资从 15.2 亿美元增长至 1266.67 亿美元，年均增 长约 6.52%；美国人均 GDP 同比年均增长约 2.05%；美国家庭收入中位数从不足 3400 美 元升至 8.6 万美元，年均增长约 4.76%。公共研发投资的增加提高了全要素生产率，基于 生产效率水平提升的经济增长“带动了所有的船向前进”。
2.4.研发投入可获得超额回报
2.4.1.美国研发投入强度很大
总量上，美国研发投入持续位居全球第一。从绝对值来看，1981 年美国研发投入为 727.5 亿美元，2020 年升至 7209 亿美元，四十年增幅近 9 倍；从研发强度来看，1981- 2020 年美国研发投入占 GDP 比重从 2.27%升至 3.45%，2020 年 OECD 国家的平均水平 为 2.68%。
结构上，企业部门是美国研发投入的主体。从绝对值来看，1981 年美国企业部门、联 邦政府、高校和非营利组织的研发投入总额分别为 359.5 亿美元、347.8 亿美元、10.6 亿美 元和 9.7 亿美元，2020 年则分别升至 4776 亿、1448 亿、226.7 亿和 240.4 亿美元，涨幅 分别为 12.3 倍、3.2 倍、20.4 倍和 23.8 倍；从比重来看，企业部门研发投入占总投入的比 例从 1981 年的 49.4%升至 2020 年的 66.3%。2008-2018 年，美国企业研发支出总额中占 比最高的是信息通信服务业，占比从 17.2%升至 24.7%，其次是药品及制剂和电子元器件， 2018 年二者分别占比 16.7%、7%。除了研发资金的持续投入外，美国研发人员数量也不 断增长，1981-2014 年，美国研发人员总数从 53.1 万增至 135.2 万人。
2.4.2.研发投入成果丰厚
大量的研发资金和人员投入促进了美国在科研领域的迅猛发展，专利数量、获诺奖人 数、发表论文数量等科技产出持续增长。从专利数量来看，1993-2021 年，美国专利商标局收到的专利申请数从 18.8 万件升至 65.1 万件，涨幅近 2.46 倍；获批的专利数从 10.7 万件升至 37.4 万件，涨幅 2.5 倍。从获 诺奖人数来看，1981-2021 年，美国获诺贝尔科学奖27共 145 人，其中 1990-2009 年为美 国获诺贝尔科学奖高峰期，共计 81 人，约占获奖总人数的 60%。从科技类期刊发表文章数 量来看，美国 2000-2018 年在科技类期刊发表的文章数量从 30.5 万篇增长至 42.2 万篇， 其中 2018 年占全球比例约 16.6%。
此外，研发投入的增加驱动企业业绩持续向好，叠加行业需求大量释放，共同带动纳 斯达克近 20 年长牛。2002-2019 年，美国计算机与电子产品行业税后利润年平均增速达 12.84%，而基本金属、采矿和木制品则分别为-46.68%、-28.92%和 11.33%。同期，纳斯 达克指数最大涨幅为 709.83%，标普 500 指数为 378.92%，道琼斯指数为 337.53%。
2.4.3.高研发带动高技术产业快速发展
研发资金的快速增长成为美国科技崛起的重要推动力，科学技术的发展推动生产方式 变革，各产业生产效率得到提升，美国产业结构实现优化升级。产业内部结构持续优化，计算机和电子产品行业增加值占 GDP 比重从 1.8%增长至 2.2%，传统制造业例如机械行业增加值占 GDP 比重从 2.4%下降至 1.1%。1981-2000 年 美国人均 GDP 在此期间从 12575 美元上升到 36330 美元，二十年 CAGR 约 5.5%，研发 投入力度的加大使得高科技产业成为推动美国经济发展的重要引擎。
2.4.4.研发投入与经济产业具有相当高的相关性
为展现美国研发投入对美国经济增长和制造业发展的影响，我们选取 1967-2020 年美 国研发投入总额、研发投入占 GDP 比例、人均 GDP、制造业增加值，以及 1977-2020 年 三类行业增加值 GDP 占比等数据进行相关性分析。
根据测算，1967-2020 年，美国研发投入总额与人均 GDP、制造业增加值呈现较强的 正向相关关系，且拟合效果较好，研发投入的持续增加或成为拉动人均 GDP 和制造业增长 的重要因素之一。其中研发投入总额与人均 GDP 的相关系数为 0.95，拟合优度为 0.9；研 发投入总额与制造业增加值的相关系数为 0.97，拟合优度为 0.93。1977-2020 年，研发投 入总额与信息和数据处理服务行业增加值 GDP 占比的相关系数为 0.96，而与机械制造、加 工金属制品行业增加值 GDP 占比的相关系数则分别为-0.81、-0.87，表明研发支出的增加与以信息服务为代表的高新技术产业增长密切相关，而传统制造业则难以享受研发支出增 加带来的正面效应。
3.1.钢铁业
技术进步降低钢材生产成本，钢铁行业的迅猛发展助推美国实现工业化。19 世纪后半 叶，钢铁工业的快速发展是支撑美国经济崛起的关键点之一。英国作为现代钢铁行业的先 驱，早在 1709 年英国人亚伯拉罕·达比通过改良后的高炉成功用焦炭炼出生铁，焦炭炼铁 的成功成为英国钢铁业发展的起点。美国钢铁行业起步稍晚于欧洲，对处于起步阶段的美国钢铁行业起到关键作用的是发 生于 19 世纪中期的两项技术创新：贝塞麦炼钢法和西门子马丁平炉炼钢法。
前者是由英国人贝塞麦于 1855 年实验成功，并由美国人凯利将其完善并应用推广；后者是由英国人西门 子和法国人马丁于 1864 年共同发明，并迅速从欧洲推广至美国。冶炼技术的重大进步有效 降低了生产成本，美国原钢冶炼成本大幅下降约 80%，钢轨价格从 1865 年的 165 美元/吨 下降到 1898 年的 18 美元/吨，钢材借助较低的成本优势和坚硬、可塑等特殊性能优势很快 取代铁成为主要黑色金属材料，新型钢材、钢梁及其他钢制品大范围应用于各种生产设备、 交通设备和大型建筑当中。
19 世纪 70-90 年代，美国实现钢铁工业生产力的爆炸性增长， 钢材产量从 1870 年的不足 7 万吨增长至 1890 年的 428 万吨，并于 1910 年增至 2610 万 吨，四十年间产量增长 372 倍，年均增长率达 15.9%。1890 年，美国钢铁产量占世界总产 量的34.4%，超过英国的29.4%，成为世界钢铁生产的领导者，并于 1918年最高升至60%。钢铁工业的迅猛发展助推美国实现工业化转型，1860-1894 年美国工业制成品总值从世界 第四跃居世界第一，1860-1914 年美国制造业产值增长约 18 倍。
进入 20 世纪，几项重大技术创新成果在美国的落地应用继续推动美国钢铁行业的快速 发展，例如 1906 年引入美国的电炉炼钢技术，1923 年的连续热轧技术，1950 年的氧气炼 钢技术，1952 年的连续浇铸技术。1920-1955 年，美国粗钢产量从 4280 万吨升至 1.06 亿 吨。此外，美国钢铁工业将国内矿产资源与下游制造业紧密连接成一条产业生态链，围 绕钢铁行业迅速发展了铝业、玻璃、汽车、机械、电气、航工等制造业，推动了美国在工 业领域的生产力飞跃。
3.2.汽车业
三大里程碑式创新成为美国汽车工业腾飞的关键。19 世纪末期，美国工业生产水平已 超越英国位居世界首位，钢铁和石油化工等工业的快速发展为汽车制造创造有利条件。同 时，欧洲先进的汽车制造技术扩散到美国，通过对欧洲汽车生产技术的消化、吸收和本土 化创新，美国制造汽车的技术已趋于成熟。
20 世纪初，美国汽车产业实现三次里程碑式的创新：一是福特汽车采用流水线装配生 产模式，将原本近 3000 道组装部件工序简化为 84 道，流水线模式出现后的 1913-1914 年， 福特工厂日产近 800 辆汽车，相比之前的 27 辆/天，生产效率提高了近 30 倍。高效的生产模式降低了汽车的制造成本，福特生产的 T 型车售价由最初的 780 美元降至流水线应用后 的290美元，30近相当于同类汽车价格的四分之一，较低的购车成本强势拉动了汽车消费需 求，使汽车成为大众消费品。1910-1920年，美国人车比从 210：1下降至 13：1，到 1929 年更是下降至 5：1。
二是斯隆的多项创新举措，斯隆不仅对福特流水线进行改良，使之针 对不同价格范围可生产不同类型的汽车，推出每年更新车型的理念，而且对公司内部管理 体制进行改革，使各职能机构分工明确，提高企业活力。此外，斯隆在通用汽车总部和子 公司均设置研究机构以支持基础和应用型研究。三是钢制轿式车身技术的创新，引领了当 时世界汽车车身制造的潮流。
一战的爆发使身处战火的欧洲汽车产业发展陷入停滞，而相对和平的美国趁势崛起， 以福特和通用汽车公司为代表，利用优秀的技术创造力使美国取代欧洲成为世界汽车霸主。受益于钢铁、橡胶等工业的发展，以及廉价的石油提供了低成本能源，1911-1929 年，美 国汽车年产量从 21 万辆增至 460 万辆，稳居世界第一。此后，福特、通用和克莱斯勒三大 车企寡头垄断格局基本确立，美国汽车产业进入成熟期。1929 年，三大车企的汽车产量占 全国总产量的 95%以上，当年共生产汽车近 500 万辆，而同期法国仅为 25 万辆、英国不 足 40 万辆、德国不足 35 万辆。
自动化技术的应用使美国汽车工业在二战后快速回暖，美国汽车工业景气度与制造业 兴衰基本同步。尽管受三十年代经济大萧条和二战等负面影响，美国汽车产量大幅减少。但得益于 20 世纪 50 年代信息技术的发展，计算机控制的自动化流水生产线应用于汽车生 产领域，32自动化生产技术大幅度提高生产效率，33美国汽车产业在二战后快速恢复元气， 1948 年汽车产量达 528 万辆，占当年世界总产量的 70%，之后于 1965 年突破千万大关， 1978 年达到 1287 万辆。20 世纪 90 年代之前，美国汽车产量与制造业 PMI 变化基本同步 （相关系数为 0.71），汽车行业景气度一定程度上反映了美国制造业的强弱，同时美国汽车 行业增加值占 GDP 比重较为稳定；20 世纪 90 年代后，受服务业兴起等因素影响，美国汽 车行业增加值占 GDP 比重逐步降低，汽车产量与制造业 PMI 走势逐步背离（相关系数为0.17）。
3.3.信息通信业
美国信息产业发展主要分为三个阶段：20 世纪 40-70 年代以大型计算机的研究、开发 和应用为主，20 世纪 70-90 年代以个人计算机研发和大规模普及应用为主，20 世纪 90 年 代至今呈现移动互联网、物联网、云计算等多种技术百花齐放的局面。1947-2021 年，美 国信息业行业增加值占 GDP 比重从 2.8%升至 5.6%，同期农业、林业、渔业和狩猎业行业 增加值占GDP比重从8.2%降至0.9%，采掘业行业增加值占GDP比重从2.4%降至1.4%， 运输仓储行业增加值占 GDP 比重从近 3%降至 0.7%。
美国紧握核心技术，先发优势明显。1904 年，弗莱明利用爱迪生效应34研制出第一个 二极管并获得专利；1906 年，福雷斯特发明了第一个真空电子三极管；1912 年，美国通用电气公司和美国电话电报公司联合研制出高真空电子三极管，基于三极管工作性能稳定 的特性，电子管正式进入应用阶段，为后续计算机等行业的出现奠定基础。
电子技术早期作为国家战略资源，与美国军事需求密切相关，美国军方是研发生产的 主要资助者。第二次世界大战期间，美国陆军资助了由宾夕法尼亚大学提出的电子弹道火 力表项目（ENIAC），ENIAC 是世界上第一台以电子管为元器件的计算机。此前弹道轨迹 的计算需要通过机械计算器手动计算，计算单个轨迹需要约 20-40 小时，而 ENIAC 计算仅 需 30 秒。1947 年，贝尔实验室研发出的晶体管是电子行业的重大技术突破，解决了电子 管计算机能耗高、故障多、价格贵等缺点，成为美国电子行业腾飞的起点，1954 年贝尔实 验室为美国空军建造第一台全晶体管计算机。尽管晶体管计算机体积相较电子管计算机更 小，价格也相对较低，但仍难以成为大众消费品。截至 1956 年，美国电子设备销售额超 30 亿美元，其中一半来自军方的采购。
为应对各行各业对计算机的大量需求，提升计算机的运行效率，德州仪器于 1958 年研 制出世界上第一块集成电路，仙童半导体第二年发明了第一块以硅为原材料的集成电路， 因其体积更小、处理速度更快等特性，集成电路革命性地开创了微处理器时代。随着超大 规模集成电路和微处理机技术的不断进步，计算机进入寻常百姓家的技术障碍已基本被突 破。20 世纪 70 年代中期，美国计算机制造商开始着手将计算机带给普通消费者。1981 年， IBM 推出个人计算机并应用于家庭、办公室和学校；1984 年苹果公司推出第一代麦金塔个 人计算机。技术进步使计算机制造成本不断降低，个人计算机逐步进入美国千家万户， 1978-2000 年，美国计算机销售额从 98 亿美元飙升至 1099 亿美元。
信息技术革命推动美国制造业变革和产业结构调整。20 世纪的最后二十年，在信息技 术的发展和广泛应用当中，信息技术产业成为拉动美国经济增长的主要动力。1978-1982 年，美国信息产业发展速度超过制造业平均增速，信息产业的销售额、就业人数、研发费 用和利润增幅分别为 66%、11.8%、111%和 37%，而同期制造业为 40%、-7.8%、81%和 6.4%。信息产业的快速发展推动了美国制造业产业结构的变革，20 世纪 80 年代中期，美 国信息技术制造业已经与传统制造业规模不相上下，1975-1985 年，美国电子信息产品销 售总额从 422 亿美元增长至 2014 亿美元，而 1985 年除电子信息产品之外的其他制造业销 售总额约为 2100 亿美元。
电子信息产业不仅从传统机械制造产业中分离出来，而且超过其他非电子机械制造业规模的总和，取代汽车制造业成为新的支柱产业。信息技术的广 泛应用从根本上改变了美国制造业增长的内在机制，美国制造业从单纯的资本密集型转变 为资本+技术密集型产业。
技术创新是美国信息通信产业持续领跑全球的源动力。进入 21 世纪，美国信息通信产 业在 GDP 中占比波动上升，2000-2018 年从 7.9%升至 8.3%；信息通信产业产值从 2000 年的 8100 亿美元增长至 2018 年的 1.7 万亿美元。在此过程中，技术创新对信息通信产业 的发展产生强大助推作用。美国布局 ICT 领域时间早，产业创新能力较强，龙头企业掌握 行业话语权并始终占据产业价值链的顶端位置，从第一台计算机、第一部手机的成功研制 和商用，到人工智能技术的兴起和发展，美国始终领跑全球。
2000 年，美国在高新技术产 业的研发经费投入总额为 2653 亿美元，约占世界研发经费总支出的 41.7%。372018 年， 美国有 28 家公司上榜全球信息技术上市公司研发投入 50 强，主要分布在半导体和设备、 软件、互联网软件和服务、硬件存储和外设等领域。同年美国半导体人均研发投资超 18 万 美元，研发支出占销售收入比重约为 17.4%，高于欧洲的 13.9%，而日本、中国、韩国分 别为 8.8%、8.4%和 7.3%。
产业发展战略政策的更新迭代支撑美国信息通信产业不断发展。21 世纪以来美国坚持 以“保持国家竞争力”为优先原则，从知识产权保护、基础技术研发等方面持续推出有关 信息通信产业发展的支持政策，确保美国在全球新一轮产业迭代过程中拥有话语权。
美国信息通信业中大部分技术的产业化均受益于大学与企业的共同推动。其中，大学 基础研究侧重于开放的长期关键点、难点等共性问题，而企业研发则倾向于更容易得到专 利保护和商业化的应用技术研究。纵观美国近半个世纪的信息产业发展，信息技术的基础 研究与形成规模化、产业化的工业集群存在以下四点关系：1）新兴技术走向产业化需要同 时依赖大学基础研究和企业应用研发；2）大学与企业的研发互动反馈周期约 3-5 年；3） 基础研究的开始到第一代产品的出现，周期大约为 5-10 年；4）基础研究的开始到形成十 亿美元规模的产业，周期大约为 10-15 年。
硅谷的成功是美国大学与企业共同推动产业发展的典范。20 世纪 50 年代，斯坦福工 学院院长弗里德里克教授创建了世界上第一个高技术园区——斯坦福工业园，即硅谷原型。因斯坦福大学土地不能出售，所以通过出租的形式为入园企业提供便利，硅谷较早地实现 了产学研融合发展。随着入园的高新技术企业不断增多，斯坦福工业园逐步成为高技术企 业创业的聚集地，为硅谷成为高技术中心奠定了基础。斯坦福工业园与斯坦福大学紧密的 联系，推动了大学实验室与企业之间的技术转移，加速了科研成果的商品化，教授、大学 生与企业的结合，促进了高技术企业的发展，高技术产业在大学与企业的相互作用下不断 向周围扩张，最终形成了如今的硅谷。
4.1.福特汽车
汽车诞生于 19 世纪末期，1900-1930 年汽车工业的飞速发展成为当时美国社会经济发 展的主导产业。19 世纪末，美国工业生产水平已位居世界前列，钢铁、石油化工等重工业 的快速发展为福特汽车的闪耀布置了舞台，成立于 1903 年的福特汽车通过两项重大创新引 领美国汽车行业发展：第一，1908 年，福特将新型钢材、带有新型点火系统的发动机等多 种创新工艺应用于汽车制造当中，推出了价格较低、面向大众、契合美国市场需求的 T 型 汽车，改变了汽车只有少数富人才能购买的格局，推动汽车从奢侈品转变为普通消费品。
T 型车改变了美国人对于汽车的固有观念，颠覆了只有富人才能买得起汽车的格局，拓宽了 民众的活动范围，刺激了美国消费主义社会的发展。T 型车在美国国内的销售成功加快了 福特公司进军海外市场的步伐，福特逐步在全球 20 多个城市建立分销点。一战期间，欧洲 各国退出南美洲汽车市场的竞争，福特在南美洲市场取得巨大成功。到 1917 年，南美大陆 几乎各国都有福特的销售代表处，南美汽车市场几乎被福特一家垄断。
第二，福特公司将飞轮磁石电机应用于首创的流水线装配生产当中，大幅度提高了汽 车的生产效率并降低制造成本。流水线出现之前，福特汽车年产量约 1 万辆，年销售额为 850 万美元。1913 年，福特把制造一辆汽车的所有工序逐一拆分并简化为 84 道，在流水线 模式下，每辆汽车的装配时间从原来的近 12 小时缩短为 90 分钟。1913 年福特汽车年产量 升至18万辆，年销售额7200万美元；1916年升至54万辆， 年销售额近 2 亿美元；到 1920 年年产量突破 100 万辆，年销售额 3.6 亿美元，1927 年福 特已累计生产 1500 万辆 T 型汽车。39此外，标准化的流水线作业模式不仅颠覆了传统的汽 车生产方式，而且改变了只有专业技术人员才能制造汽车的历史。任何人不分背景和工种， 只要培训合格即可上岗作业，且效率不逊于专业的汽车制造人员，在比同行高两倍的日薪吸引下，福特汽车解决了大批美国人的 就业问题。
福特对生产线创新的意义不仅在于使汽车走进美国千家万户，更是推动了大规模标准 化生产在汽车领域的广泛应用，美国以汽车为核心的相关工业产品都通过标准化、批量化 的方式生产。流水线生产模式快速被通用汽车、克莱斯勒等同行所采用，汽车工业成长为 美国经济发展的支柱产业。汽车工业的快速崛起带动了美国工业产值的提升，1925-1935 年，美国工业总体产出指数同比增速从 2.8%升至 29.8%；1947-1968 年，美国制造业增加 值占 GDP 比重持续位于 25%上下。
1921 年经济危机结束后，福特 T 型车在美国汽车市场的占有率最高突破 60%，但在消 费市场回暖以及汽车变为家庭必需品的背景下，美国汽车消费进入新时代，消费者对汽车 的诉求从经济实用逐步提升至美观舒适、性能优越等，特别是高收入人群把高档车作为身 份和地位的象征。市场消费观念的转变促使福特汽车改变市场战略，1922 年，福特收购了 定位于马力强、舒适度高的豪华品牌林肯汽车，进军高档车市场；1927 年，福特推出代替 T 型车、拥有更多款式选择的 A 型车；1931 年，福特推出针对海外市场的 Y 型车并成功挺 过经济萧条期；1938 年，福特创立水星汽车品牌以填补普通福特和高档林肯之间的中等价 位市场空白，并于当年售出近 7 万辆。
二战结束后，日本汽车制造业快速崛起，美国汽车产业自 20 世纪 70 年代末开始逐步 走向下坡。1976-1990 年，美国汽车年产量从 838 万辆降至 608 万辆，而同期日本汽车年 产量则从 784 万辆增至 1349 万辆。1979 年，福特收购马自达 25%的股份，马自达在轿车、 跑车方面的先进经验为福特汽车的产品线提供了日本精益生产的技术，并扩大福特品牌影 响力。此外，1989 年，福特收购英国豪华汽车品牌捷豹，并与林肯品牌共同开拓高档车市 场。1980-1989 年，福特股价从约 1.3 美元涨至 8 美元，涨幅约 515%；同期标普 500 涨幅 约 192%。20 世纪 90 年代后，平台化战略、新车型 Explorer 对市场的快速占有、多元化产 品结构等优势，叠加汽车行业向上周期，福特汽车业绩持续向好。
由此可见，站在科技创新的角度看待福特汽车创造辉煌业绩，以及股价攀升，其特征 可归结为以下两点：1）生产方式的创新。早期汽车工业由于生产条件和生产理念的限制， 大多采用手工安装方法，生产效率较低。福特汽车通过将电力技术与流水线相结合的生产 方式，极大提高了汽车的生产装配效率，开启汽车自动化生产时代。2）汽车产品的创新。社会进步推动着市场需求不断变化，福特汽车通过研发新车型、扩大细分市场品类、填补 产品价格空白区等方式迎合市场需求，扩大市场份额，实现公司业绩的不断增长，并映射 于资本市场的高回报。
4.2.微软
1975 年，比尔·盖茨与好友保罗艾伦创办微软公司。五年后，微软收购了 DOS 系统 并将其进行二次开发后授权给 IBM 使用。对 DOS 系统41的收购成为微软发展初期的关键之 举，IBM 对 DOS 系统的认可引发市场的一致性采购，各大计算机厂商纷纷采购微软 DOS 操作系统。1983 年，微软销售额突破 5000 万美元。正是看到了为计算机开发操作系统的美好前景，盖茨决定将微软的未来发展方向聚焦于软件开发上。20 世纪 80 年代，集成电 路、微处理器等技术的广泛商用使计算机制造成本不断降低，个人计算机逐步进入美国千 家万户，个人计算机的普及叠加互联网的加快发展为微软制定行业标准奠定基础。
由于 DOS 系统采用的是字符操作界面，用户对计算机的操作需要通过输入特定命令才 能完成，普通人须学习相应命令才可上手，且其操作界面不如图形直观，对家庭用户的使 用造成一定困难。为降低个人用户的使用门槛，解决操控计算机难度大的市场痛点，1985 年微软在 DOS 系统的基础上发布第一代 Windows 操作系统，并于随后的 1990 年发布第三 代Windows系统，后者对用户界面做出巨大改进，它以丰富多彩的图形界面提供了比 DOS 系统更直观、更高效的工作环境，用户也不必经过大量学习培训即可自如使用，使用户从 繁杂的 DOS命令中解脱出来，大幅降低家庭用户使用计算机的门槛。Windows系统的应用 使计算机从以商用为主迅速扩大至美国普通家庭，为引领美国信息业高速发展创造条件。
操作系统的升级为计算机大规模普及奠定基础，而创新性的办公软件则成为提升美国 劳动生产率的关键工具。第三代 Windows 系统搭载 Word、Excel 和 PowerPoint 三款重量 级办公软件，极大提高了基于计算机相关工作的生产效率，微软以具有竞争力的价格和 “全家桶”式的服务项目成功占领市场，正式建立了软件领域的护城河，1994 年微软的操 作系统在 PC 领域的市占率最高达到 90%。421995 年微软推出的 Windows95 增加了 Web 服务器，用户可通过拨号与 IE 浏览器进行绑定，微软 IE 浏览器的市场份额逐步完成了对网 景浏览器的超越。微软 Office 办公软件的应用提高了美国以计算机、软件服务、金融保险 为主的服务业生产效率，并推动美国信息业行业增加值不断攀升。
1975-2000 年，美国服 务业增加值占 GDP 比重从 62.7%升至 72.8%，其中信息业行业增加值占 GDP 比重从 3.7% 上升至 5%。1990-2000年，微软营收从 11.8 亿美元升至 229.6 亿美元，CAGR为 34.6%；净利润从 2.8 亿美元增至 94.2 亿美元，CAGR 为 29.7%，同期股价从 0.5 美元涨至 30 美 元，区间最大涨幅为 748%，标普 500 为 356%。
进入 21 世纪，鲍尔默接替比尔·盖茨掌舵微软，公司的科技创新方向逐步呈现多元化 态势。2001 年微软推出 Xbox 游戏机，正式进军视频游戏行业；2009 年推出搜索引擎 Bing；2010 年推出云服务平台 Azure，并与亚马逊 AWS 平台“二分天下”；2011 年推出 Office 365，并于当年收购视频电话公司 Skype；2012 年推出笔记本平板二合一产品 Surface。2014年，纳德拉被任命为微软新任 CEO，此后微软的业务重心更加偏向云端服务和企业业务，并进行多项关键性收购，如 2016 年收购职业社群平台 LinkedIn；2018 年收购原始码 托管服务平台 GitHub。2021 年微软财报显示，在三大营收类别中智慧云端业务占比最高， 达到 37.5%，同比增长 31%。
1992-2021 年，微软研发费用占比稳定在 12%-20%，ROE 从 25%上升至 43%（剔除异常值）。2000-2021 年，微软净利润从 94 亿美元飙升至 612.7 亿美元，44股价从 20 美元涨至 330 美元，区间最大涨幅 1828%，同期标普 500 为 281%。
微软在不断发展壮大的过程中体现出两个特征：1）产品创新满足多元化市场需求。Office 系列软件的研发为用户在商业、医疗、计算机等各个领域提供了更加便捷、更高效 的办公方式，促进生产力的大幅度提升，将企业端市场的办公软件需求牢牢握在手中，而 且多样化的软硬件产品矩阵迎合了市场不断变化的需求。2）顺应时代发展趋势，及时调整 战略重心。在苹果、谷歌等系统市占率不断提升的背景下，纳德拉接替鲍尔默后将微软的 战略从“一切以 Windows 为先”调整为“一切与 Windows 相连接”，微软放弃了以 Windows 系统为核心做产品研发，而是更多地聚焦于将微软旗下软件与苹果、谷歌等系统 进行适配，从而扩大微软产品的应用范围。
4.3.苹果公司
20 世纪 70 年代，美国经济陷入滞胀困境，产业结构亟待转型，而以乔布斯、沃兹尼 亚克为代表的创新者看到“危”中之“机”。当时的电脑大多都没有显示器，在半导体行业 快速发展的背景下，1976 年苹果公司生产出第一代苹果电脑 Apple Ⅰ，它以电视机作为显 示器，且比其他同级别的主机使用零件更少、启动速度更快。此后十年，苹果推出 Apple Ⅱ、Apple Ⅲ、Macintosh 等一系列创新产品，快速抢占个人计算机市场份额。
1993 年，克林顿政府在“国家信息基础设施行动动议”中提出建设“信息高速公路”， 计划用 20 年时间投资4000亿美元，将电信光缆铺设到美国千家万户。“信息高速公路”的 建设对美国社会经济产生巨大影响：1）它为宏观经济信息的采集、传输、存储、共享、处理和分析提供了全新的技术可能性，通过对信息及时、准确、全面和科学地分析，促进了产业结构的优化调整，增强了国家整体经济实力；2）促进企业的科学管理，特别是促进企业全面采集信息，在大量信息的基础上进行管理与决策，提高劳动生产率；3）受益于网络技术等信息基础设施的完善，美国信息技术产业加速发展，为培育苹果等一众高新技术公司提供土壤。
在此背景下，1997 年乔布斯重新接手处于亏损状态的苹果公司，当年苹果公司亏损 10 亿美元，市值仅 40 亿美元（惠普和戴尔分别为 620 亿美元、80 亿美元）。45此时微软、英 特尔、IBM 各守一方，苹果的生存空间较为狭小，而乔布斯开出“坚持技术创新、开拓多 元化电子消费产品”的药方，苹果公司的业务版图不再局限于个人计算机。1998-2000 年， 苹果公司先后推出 iMac、iTunes 和 iPod 并受到市场的广泛认可，同期公司净利润从 3.1 亿 美元升至 7.9 亿美元，股价也从 0.2 美元上下升至最高 1.15 美元，涨幅 475%，标普 500 为 47.3%。
2000 年，摩托罗拉推出的 A6188 手机是智能手机的鼻祖，也是全球第一部具有触摸屏 的手机。此后七年，各家手机厂商基本确立了自身的手机风格，同时又兼容并包，一个品 牌的成功经验迅速被复制到另一个品牌，超薄、智能、拍照等卖点屡见不鲜。2007 年，苹 果公司发布首款 iPhone，上市 74 天卖出 100 万部，其处理器、显示屏、操作系统等核心 要素比竞争对手领先五年，为用户带来革命性体验；次年苹果发布的 iPhone 3G 上市仅 3 天就售出 100 万部，iPhone 的出现颠覆了整个智能手机市场，苹果引领智能手机进入移动 互联网新时代。此后，苹果每年发布的新版 iPhone 手机成为全球手机市场的标杆。2012- 2022 年苹果手机全球市占率围绕 16%上下波动，其中 2022 年苹果在全球高端手机市场占 有率达到 60%。
除智能手机外，苹果公司的科技创新产品多点开花。2001 年，苹果推出 macOS 操作 系统，以其稳定性、安全性和用户界面的易操作性深受市场欢迎；2003 年，苹果推出 Power Mac G5，凭借充满未来感的塔式设计和氧化铝机箱奠定了“精干、简练、强大”的 专业级计算机风格；2005 年，苹果面向中低端市场发布 Mac mini；2006 年，苹果发布搭 载英特尔处理器的 iMac；2008 年公司发布当时市面最薄笔记本电脑 Macbook Air；2010 年公司发布平板电脑 iPad；2014 年发布第一代智能手表 Apple Watch；2016 年发布第一 代无线耳机 Airpods。
其中，智能手表和无线耳机成为市场竞相模仿的对象，此后多家厂商 以苹果为标杆推出对标产品。除多元化的产品矩阵外，苹果公司对其他高新技术公司的收 购也不断强化着自身的科技创新实力。NeXT，AuthenTec，Prime Sense 均为苹果公司提 供大量软件开发、生物识别、结构光等领域的科研力量和专利技术。
1992-2021 年，苹果公司研发费用总额从 6.02 亿美元增至 219 亿美元，其中 2021 年 研发费用总额名列世界第五，同期研发费用占比平均值为 5.13%，ROE 从 5%上升至 30% （剔除异常值）。2001-2021 年，苹果公司营收从 53.6 亿美元增至 3658.2 亿美元，净利润从-0.25 亿美元增至 946.8 亿美元，47股价从 0.35 美元飙升至 178 美元，涨幅近 507 倍，同 期标普 500 为 3.2 倍。作为美国高新技术产业的核心企业之一，苹果公司所在产业链上分 布着原材料采购、技术采购、应用开发、电子元器件和整机生产、包装印刷、运营商分销 等多个环节，市场对苹果公司产品的广泛认可推动着整条产业链高速发展，高新技术企业 业绩的持续向好助推科技股聚集的纳斯达克指数不断上扬。
从科技创新的角度来看，造就苹果公司全球市值第一的原因可总结为以下两点：1）创 新是核心竞争力。手机从通讯工具转变成了信息获取、发布、交流的主要渠道，移动互联 网走进了每个人生活重要的部分。在外观设计上，苹果设计师对每项新的设计都会拿出至 少十项具有充足创新空间的设计方案，以保持产品对市场的吸引力和时代感；在软件设计 上，苹果通过应用重力感应器、光线传感器等众多专利技术和自研芯片，使产品性能始终 领跑市场，最大程度提升用户的使用体验。2）创新理念从“技术至上”转变为“以人为 本”。在遭遇 1990 年以“技术至上”思维为主导的 Mac 电脑销售下滑后，苹果公司的创新 思维将用户研究放在实践的核心位置，善用同理心、观察用户习惯、挖掘用户需求等因素 成为苹果公司设计创新产品的初衷，从而将创新技术更好地融入用户的生活体验。
5.1.他山之石：美国科技创新的启示
人类历史上每一次大的发展都是由技术进步引发。从纺织工业及蒸汽机、钢铁和铁路， 到电气和重化工业、汽车工业，再到电子计算机、信息技术等，每一轮创新带来的“康波 周期”都具有历史性的变革。研发是创新的基础，参考美国近 200 年的科技发展史，也是 从模仿引入、创新到引领时代的发展。第一次工业革命时期，美国科学技术的发展更注重实用主义，缺乏对基础科学理论的 深入研究。借助技术改进的浪潮，美国利用欧洲的基础研究成果，不断学习、引入、改良 先进技术，蒸汽船、收割机、伐木机、升降机等实用型发明源源不断地出现，为加速美国 工业化进程提供技术支撑。
第二次工业革命时期，美国在电力领域实现突破性创新，电力在生产部门的广泛应用 和工业流水线的发明推动美国社会生产力的极大提升，电力革命推动了美国经济的腾飞， 美国也超越英国成为世界头号经济大国。两次世界大战促使美国完成科技实力的全面赶超，并持续引领全球科技发展。一战时 期，美国政府建立国家航空咨询委员会（NASA 前身），目的是研究航空科学技术以保障国 家安全；二战期间，美国成立国防科研委员会，组织开展军事科技研发工作。同时，政府 持续加大军事研发支出，大规模动员国内科技力量，并从欧洲挖掘大量科技人才，重点突 破军事技术难点。
善于利用每一次危机。二战结束后，美国借助科学理论的重大突破，以及产业政策和 组织机构的支持，引领了以原子能、航空航天和电子计算机为代表的第三次科技革命。20 世纪中叶，众多科技发明诞生于美国。例如，1945 年宾夕法尼亚大学研制出世界第一台电 子计算机；1947 年美国物理学家肖克利等人发明了点接触晶体管；1958 年代美国电气工 程师基尔比等人发明了集成电路。
战争结束后，众多战时的军用技术快速转为民用，原 子能、空间技术、电子、新材料等技术带动了核能、航空航天、计算机等新兴工业部门的 建立。同时，雄厚的物质条件、政府对科技发展的高度重视、基础科学理论研究的领先等 因素，共同促使第三次科技革命兴起于美国。得益于现代化信息技术、自动化技术的应用， 美国工业设计、生产、组装等各环节的技术水平再上台阶，美国制造业实现了从低附加值、 初级技术化向高附加值、高端制造的飞跃。
5.2.创新引领型企业的一些基本特征
创新企业引领时代发展，收获超额回报。福特、微软、苹果等公司的创新活动，不仅 巩固了美国的霸主地位，推动了世界科技的突破性发展，其自身也收获了超额收益。总体 来看，这些成功的创新型企业，体现出以下共同特征：1）创新符合时代发展的方向，引领全球社会发展，拓宽了社会活动边界，创造了巨 大的社会需求。福特汽车通过研发更高效的交通工具颠覆交通方式，拓展了现实生活中的 物理边界；微软通过研发更高效的计算机系统和办公软件颠覆办公方式，拓展了商业生产 力的边界；苹果通过研发更高效的移动终端设备颠覆生活方式，拓展了人们线上交流的边 界，这些创新活动都创造了新的巨大的社会需求。
2）企业家自身热爱科技创新，企业的研发投入力度很大。人类的好奇心和永不止步的 创新精神是推动世界进步的重要动力，作为企业发展的领导者，亨利福特、比尔盖茨和乔布斯都极具创新和冒险精神，带领企业走上创新发展之路。为持续保持科技创新的竞争力， 近二十年，微软和苹果公司研发投入力度很大，微软的研发费用占比稳定在 12%-20%；苹 果公司的研发费用占比虽低于微软，但总额与其相当，三十年间从 6 亿美元增至 219 亿美 元。3）研发投资的回报率很高，成功的创新企业能够持续保持很高的 ROE 水平。研发投 入的增加驱动企业经营业绩的改善，从而提升企业的盈利能力和收益质量。近三十年，福 特汽车 ROE 从 16.2%升至 25%，微软 ROE 从 25%升至 43%，苹果公司 ROE 从 5%升至 30%，这些创新引领型企业的投资回报率都非常高。
4）企业高盈利能力，最终映射于股价上涨之中，投资者可以获得很高的回报率。优 秀的盈利能力持续推动企业股价上涨，且企业股价涨幅明显跑赢市场指数，为投资者带来 丰厚的投资回报。福特汽车在 1980-1989 年、1993-1999 年的两次股价攀升涨幅分别为 515%和 311%，而同期标普 500 指数为 192%和 209%；2000-2021 年，微软股价涨约 15 倍，苹果股价涨约 25 倍，同期标普 500 指数仅涨 3 倍。
5.3.在赶超式创新发展中收获更大回报
中美国情和文化不同，美国的经验不能直接借用和模仿，更不能生搬硬套。但是，历 史虽不会简单重复但总是押着相同的韵脚，科学技术的发展以及利用科学技术为国家经济 社会发展服务，存在着普遍规律。我们认为中国正在进入科技进步突破的分水岭，中国的经济发展也将经历从“提供劳 动力——提供产品——建立标准——掌握定价权——高附加值输出”的过程。2021 年我国 制造业增加值占全球比重从 2012 年的 22.5%提高到 2021 年的近 30%。根据 IMF 数据， 2021 年中国国内 GDP 约 17.5 万亿美元，约占全球的 18%；美国 GDP 近 23 亿美元。
近年来，产业转型升级推动了中国在全球价值链中的位置变化，光伏、新能源汽车、 家电能产业位居世界前列，通信设备、工程机械、高速铁路等高端制造品牌走出国门，中 国商品的创新性和专业性显著提高。中国研发投入总额从 91.5 亿美元增至 5838 亿美元， 研发强度从 0.72%升至 2.44%，2020 年接近 OECD 国家平均水平，已经进入转型升级创 新发展的新阶段。
中国具有基础设施完善、产业链完备、市场容量大等优势，创新发展已经具备一定基 础。我国电子信息网络、医学生物等硬科技领域，已经进入核心技术突破升级关键阶段， 估计高科技领域的创新能力和自给率会持续上升，并为全球提供产品和服务。在中国 GDP 不断提升的过程中，中国的资源消耗也在提升。根据 BP 能源统计数据，2021 年中国消耗 的总能源在全球占比为 26%，其中消耗全球石油的 17%、天然气的 9%、煤炭的 54%等。目前光伏、风电等新能源发展浪潮已经进入产业化平价大规模应用阶段，我国产业优势很 强，发展空间很大。但总体来看，我国许多核心技术仍然受制于人，创新发展还处于追赶 和超越的关键阶段。
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