人工智能竞赛赛：从论文突破性看中国人工智能立异水平

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人工智能正成为未来全球科技打破的重要方向。回忆其展开进程，美国在人工智能曩昔三个严峻打破阶段都占有主导方位。以ChatGPT为代表，人工智能打破性立异出现新一轮快速添加，但我国好像仍扮演跟随者人物。为了探求我国在人工智能范畴的打破性立异才能终究怎么，本文依据论文宣布这一首要的立异效果方法建立人类常识网络，从影响力和原创性两大特征动身，结构打破性指数，描写我国的立异才能与世界间隔。

咱们发现，总量上，我国人工智能的论文宣布量在2017年反超美国成为全球榜首，打破性论文宣布量在2016年升至全球第二、2020年世界比例达17%；结构上，我国在模式辨认、核算机视觉、数据发掘、语音辨认范畴的打破性体现尚可，而在算法、天然言语处理和人机交互范畴相对单薄。世界比照来看，我国相较除美国以外的其他国家堆集起必定的打破性立异优势，中美打破性立异的间隔逐步缩小、但依然较大。大国竞赛下，中美人工智能论文的协作比例在2018年后出现下滑，但并未对我国打破性立异形成很大的消极影响，与美国的打破性论文协作比例被其他国家代替。

我国人工智能打破性立异的痛点在哪？榜首，我国科研组织在人工智能的论文宣布量上占有半壁河山，但论文量多质低、良莠不齐，全球百强打破组织榜上仅有十席。第二，我国人工智能范畴的科研人员数居于全球首位，并在不断添加，但由于短少顶尖科研人员，这一规划优势还未充沛转化为打破性立异才能。第三，在人工智能的打破性研讨中，商业组织的缺位很或许也是我国在商业运用导向的人工智能打破性立异上难以抢先的重要原因。

2022年11月30日，OpenAI发布对话式大型言语模型ChatGPT，在2个月内用户量破亿，被称为“人工智能范畴的里程碑[1]”。2023年2月8日，集成了ChatGPT言语模型的查找引擎新版“必应”上线，呼应功率显着进步；3月15日，该公司随即发布更为完善的多模态预练习大模型GPT-4，较ChatGPT进化出读图和长内容生成等才能[2]。

这些运用创造使人工智能在运用广度和智能程度上都获得严峻进展，可以经过多个职业的入门考试[3]，并在人机交互中深刻了解用户目的。由此掀起的人工智能浪潮中涌现出大批草创企业，而头部科技大厂之间的竞赛也进入白热化，Google的Bard、百度的“文心一言”、Anthropic的Claude、Quora的Poe接踵而来。回忆人工智能范畴的每次打破，我国好像一向处于立异跟随者的方位，我国在人工智能范畴的打破性立异才能终究怎么？

打破性立异是开辟认知鸿沟、引领未来立异活动的严峻立异效果。论文宣布因其杰出的可比性、客观性和科技相关性，被干流世界组织当作衡量立异效果的重要方针[4]。

环绕打破性，本文依据论文宣布建立人类常识网络，从影响力和原创性两大特征动身，结构打破性指数[5]来衡量每篇论文的打破性程度，将各年度内排名前1‰的论文认定为打破性论文，并依据作者在宣布年份所属组织的国别按作者人数核算奉献比例，以评价我国在人工智能范畴的打破性立异才能与世界间隔。

一、人工智能是未来科技打破的重要方向，我国立异落人一步？

人工智能正成为未来全球科技打破的必争之地。在不一同代，人类在常识范畴完结打破性立异的重点学科并不相同。从学科结构来看，数理化学科在20世纪中期前是科学研讨的首要范畴，建立了相对论、量子力学和原子核结构等理论柱石，而跟着根底结构的建成和研讨转向技能运用，其打破高发期好像现已曩昔，打破性效果越来越多地出现在医学和核算机学科（图表1）。其间，后者作为打破比例位列榜首（30%）且坚持长时间添加态势的范畴，其论文宣布阅历了曩昔一个世纪的稳步堆集，在信息年代一跃成为强势学科。跟着硬件功能进步、数据的指数型添加，以及深度学习等技能的不断展开，人工智能在核算机学科中的方位越发凸显，打破性论文的比例快速上升至核算机范畴的38%、全范畴的11%，不只可作为技能根底大幅进步功率、下降成本，还在自动驾驶、智能家居、医疗健康和金融风控等许多范畴具有宽广的运用远景。此次ChatGPT正是人工智能范畴的一次严峻打破，其定坐落通用使命帮手，背面的AIGC技能推翻了现有的信息获取与人机交互方法，对查找、引荐、内容生成等工业流程都发生了深远影响。受方针支撑和市场竞赛推进，人工智能的打破性立异趋势或将持久继续，AI与人类社会的深度交融已是必定。

图表1：数理化逐步式微，核算机医学快速打破

材料来历：Microsoft Academic Graph，中金研讨院

回忆人工智能的展开进程，美国曩昔三个历史阶段的学术打破中都占有主导。自1956年美国科学家提出“人工智能”的概念以来，该范畴的展开进程可划分为三个阶段[6]：20世纪50-70年代，人工智能的学术研讨尚处于启蒙期，致力于处理机器定理证明、代数运用、言语翻译、几许证明等初级使命；20世纪70-90年代出现了常识库和推理机等方法的专家体系，推进人工智能由理论研讨走向实践运用，常识立异也跟着新技能的开发和运用场景的添加而添加；20世纪90年代后，机器学习和深度学习技能使人工智能得以处理更为杂乱的问题，一同数据同享和代码开源促进论文数量出现指数级添加。

可是，依据欧盟委员会总结的各阶段的严峻学术打破（图表2），其间绝大多数都来自美国组织的学者。2018年人工智能常识立异出现新一轮快速添加，依据无监督学习的大规划言语模型使阅览了解、机器翻译、问答总结等无特定使命的练习得以高功能地完结，一同科技大厂加快研制出品，以抢占新市场、夺得拟定规矩的话语权，这或标志着人工智能正在进入第四个“类人交互”的新阶段。

图表2：人工智能范畴的全球论文宣布数与严峻学术打破

材料来历：欧盟委员会，中金研讨院

就打破性而言，近年来我国的人工智能展开好像总是跟跟着美国的脚步。人工智能曾被认为是“几百年来我国榜首次与世界前沿的发达国家站在相同起跑线竞赛的可贵时机[7]”，其作为快速迭代的近代学科，以显着短于动力、制作等范畴[8]的常识立异效果转化和商业化周期[9]敏捷落地，好像让各国看到了“弯道超车”的期望。

可是，实际中人工智能范畴的赶超并不简单，在技能、数据、人才、资金和工业生态方面都具有很高的壁垒。近年的绘图师DALL·E和图文比照器CLIP等具有革新含义的打破性立异，均发生在谷歌和OpenAI等外国科技公司，我国公司虽然也紧随其后地推出了相似的产品，却无法逾越抢先，且或许在功能水平、参数规划、样本容量上还略逊一筹（图表3）。

图表3：以通用人工智能ChatGPT为代表，我国在人工智能的打破性方面较为落后

材料来历：各公司官网，中金研讨院

由此看来，我国在人工智能范畴好像处于立异跟随者的方位。果真如此吗？依据结构的打破性指数，咱们发现了一些初露打破潜力的子范畴，也提醒出阻止打破性立异的痛点，并探讨了大国科技竞赛下中美学术协作放缓的影响，这为未来的方针发力方向供给了参阅。

二、我国人工智能打破性常识立异的展开气势怎么？

运用论文引证联系构建的人类常识网络，咱们发现，我国人工智能的打破性立异才能虽然与美国比依然有较大的间隔，但在曩昔二十年仍获得了显着的前进；科技竞赛虽然伴跟着中美学术协作的相对削减，但还未显着连累我国在该范畴的打破性立异的进步。

（一）我国打破性论文数已升至全球第二

我国人工智能范畴的论文宣布总量在2017年反超美国成为全球榜首。我国在该范畴的立异活动起步晚、但前进快，尤其是2016、2017年出台《“互联网+”人工智能三年举动实施方案》和《新一代人工智能展开规划》等工业展开规划的方针后，发文数增速显着进步，于2017年逾越美国、居世界首位，2020年我国论文数（5.1万篇）较美国（4.3万篇）已多出近33%（图表4）。从结构上看，核算机视觉（46%）、模式辨认（20%）、机器学习（11%）和天然言语处理（8%）成为21世纪以来研讨最多的人工智能细分范畴，相对全球而言，我国更聚集模式辨认（33%），而美国则更多在机器学习（18%）和天然言语处理（9%）方面宣布论文（图表5）。

图表4：2017年以来我国人工智能论文宣布量坚持世界首位

材料来历：Microsoft Academic Graph，中金研讨院

图表5：全球、中、美人工智能论文的细分范畴散布差异

材料来历：Microsoft Academic Graph，中金研讨院

我国人工智能的打破性论文宣布量已跻身世界前列，相较除美国以外的其他国家堆集起必定的优势。我国人工智能范畴论文数的快速添加始于21世纪初期，其间具有高影响力和原创性的打破性论文在2010年后开端出现。尔后新增打破性论文的世界比例由2010年的1.4%，超越日韩、加拿大和英德等欧洲发达国家，于2016年升至全球第二，2020年到达17%（图表6）。

从结构上看，2010-2020年我国在模式辨认、核算机视觉、数据发掘、语音辨认范畴的打破性体现尚可，而在算法、天然言语处理和人机交互范畴相对单薄（图表7）。此次ChatGPT所触及的天然言语处理是美国的强势范畴，也是图中人工智能的首要范畴中，中美人工智能间隔最大的范畴。

图表6：2020年我国新增打破性论文比例加快升至17%，居全球第二

材料来历：Microsoft Academic Graph，中金研讨院

图表7：ChatGPT所触及的天然言语处理是中美间隔最大的范畴之一

材料来历：Microsoft Academic Graph，中金研讨院

中美人工智能范畴打破性论文的肯定间隔依然显着。虽然近年来美国的新增打破性论文比例有所下降，但根本维持在40%以上。存量来看，2015-2020年间美国打破性论文数到达304篇，超越其他排名前十国家的总和（图表8）；假如将时间尺度拉得更长，从有史以来的打破性论文组成的人类常识网络直观地看，美国人工智能起步早、打破性立异效果的累积优势更为显着，图表9中代表“首要奉献者来自美国组织的打破性论文”的蓝色节点数量多、掩盖广，而与我国相关的赤色节点则数量相对较少且集中于特定范畴。

图表8：2015-2020年美国AI打破性论文数一骑绝尘

材料来历：Microsoft Academic Graph，中金研讨院

图表9：依据人类常识网络看，中美AI打破性论文数量间隔依然显着

材料来历：Microsoft Academic Graph，中金研讨院；注：该常识网络以自AI范畴出现以来一切打破性论文为节点，以引证联系为衔接，节点色彩标明论文的首要奉献组织地点国家

（二）中美协作强度下降，但没有对我国AI范畴打破性立异形成显着连累

各国技能运用抢先和专业人才引入等方针和行动推进世界科技竞赛愈演愈烈，我国也不破例。那么，人工智能范畴的学术协作状况怎么？大国科技竞赛是否对我国宣布打破性论文形成连累呢？

2016年以来，各国开端密布出台相关法律法规及方针，着重人工智能的战略方位并添加投入（图表10），我国也在尔后发布了20多份文件全方位地强化布置。

2017年国务院发布《新一代人工智能展开规划》，标明“人工智能成为世界竞赛的新焦点、经济展开的新引擎和社会建造的新机遇”，并提出“人工智能根底理论完结严峻打破，技能与运用到达世界抢先水平”的战略方针，在高端人才培养上要“加大顶尖人工智能人才引入力度，鼓舞和引导国内立异人才、团队加强与全球顶尖人工智能研讨组织协作互动”。

各国技能运用抢先和专业人才引入等方针和行动推进世界科技竞赛愈演愈烈，政府纷繁大幅进步拨款，我国也不破例，据OECD陈述，2019年以来我国政府在人工智能范畴的科研经费投入已与美国适当[10]。一同《天然》期刊发现，跟着中美联系不确定性添加，两国协作论文数自2018年开端增速放缓[11]。

图表10：2016年以来各国密布出台人工智能相关的法规和方针

材料来历：OECD.AI，中金研讨院

我国人工智能范畴的中外协作论文数仍在加快添加，但中美协作比例在2018年后出现下滑。2000年以来，我国与海外协作完结的论文数量呈指数级上升，由2000年的500多篇添加至2020年的近1.8万篇，成为除美国（2.5万篇）外海外协作论文数最多的国家。从协作比例来看，2020年中外协作宣布论文占我国参加宣布论文的比重为29.5%，低于2020年美外协作宣布论文占美国参加宣布论文的比重59.3%。其出现的U型趋势体现出协作联系的演化时期，别离是2001-2008年国内人工智能论文宣布数大幅上升、世界协作相对平稳，2009-2016年中外协作规划快速强大，2016年后国内和中外协作论文同步加快进步，以及2018年后因中美联系出现曲折，中美协作带动中外协作占比出现暂时性的下降（图表11）。从协作目标来看，我国最首要的协作目标仍是美国，两国协作的人工智能论文占中外协作总量的51%左右，其他首要协作国家还包含英国、澳大利亚、新加坡、加拿大等（图表12）。

图表11：海外协作越来越成为我国人工智能范畴论文的重要方法

材料来历：Microsoft Academic Graph，中金研讨院

图表12：美英为我国人工智能范畴海外学术协作的首要国家

材料来历：Microsoft Academic Graph，中金研讨院

打破性论文的中外协作比重远高于悉数论文，中美论文协作比例被我国与其他国家的协作代替。2010-2020年我国人工智能范畴打破性论文的协作比例一直高于60%，远高于悉数论文中的协作比例（图表13），这印证了世界协作可以结合科研人员的差异化视角和不同地域的多样化场景，激起打破性立异的创意[12]。

趋势上看，打破性论文的协作比例未随悉数论文的协作比例一同显着上升，而是在高位小幅动摇，2018年以来中美在人工智能范畴协作打破的气势出现显着式微，两国一起宣布的打破性论文占悉数打破性论文的比例由2017年的62%下降至2020年的38%，而同期我国与其他国家的协作则由17%上升至30%，在必定程度或体现出学术协作目标的改变。考虑到我国人工智能范畴打破性论文的世界比例加快进步，且打破性论文中的中外协作比例没有出现确定性下滑趋势，中美学术协作下降或没有对我国打破性立异形成很大的消极影响。

究其原因，虽然我国也是美国在人工智能范畴宣布论文的最大协作目标，2010-2020年两国协作发文数为排名第二的美英协作发文数的两倍左右，但在同期美国参加宣布的打破性论文中，美英协作比例（27%）却高于美中（20%），这或许也在必定程度上标明中美在最具打破性方面展开论文协作的比例并不高。

图表13：打破性论文的中外协作比例更高

材料来历：Microsoft Academic Graph，中金研讨院

图表14：我国打破性论文的协作状况

材料来历：Microsoft Academic Graph，中金研讨院

三、人工智能打破性立异的痛点在哪？

虽然我国人工智能范畴的立异气势迅猛，但间隔美国还有显着间隔。从科研组织和科研人员的状况来看，打破性立异尚存在一些痛点，或阻止我国改变“落人一步”的被动局势。

（一） 优秀科研组织相对稀缺，立异效果良莠不齐

世界一流水平的科研组织是孕育打破性立异的摇篮。依据2010-2020年人工智能范畴的打破性论文数量对作者的所属组织进行排名，咱们发现我国存在优秀科研组织相对稀缺、立异效果良莠不齐的问题。

我国科研组织在人工智能的论文宣布量上占有半壁河山（图表15），但百强打破榜上仅有十席（图表16）。在论文宣布总量坐落全球前20名的科研组织中，有11家来自我国、6家来自美国，其间我国科学院以近1.8万篇居于榜首。但聚集打破性效果时，我国的论文数量并未充沛转化为质量优势，这11家我国组织宣布的打破性文献仅占其宣布总量的0.2‰，远低于6家美国组织的5.6‰。百强打破组织中，仅有大陆的6所高校和百度公司，以及我国香港的3所高校上榜，而美国则包办了前20名中的13家，谷歌更是以断层式的123篇排名榜首。

图表15：我国科研组织在人工智能范畴的论文宣布量上排名靠前（2010-2020）

材料来历：Microsoft Academic Graph，中金研讨院

图表16：我国科研组织在人工智能范畴的百强打破性组织中仅占十席（2010-2020）

材料来历：Microsoft Academic Graph，中金研讨院

立异效果良莠不齐。我国人工智能范畴的打破性体现相对优异，但论文宣布全体上仍出现“量多质低”的缺点。从论文打破性程度的散布来看，2010-2020年我国一切论文的均匀打破性程度坐落全球第55百分位，57%文献低于全球均匀水平，超四成未曾被引证；而美国一切论文的均匀打破性程度坐落全球第46百分位，44%文献低于全球均匀水平，近三成未曾被引证。这标明我国影响力差和原创性低的论文宣布还许多，除了促进打破性立异，其他非打破性立异效果的质量较低。

（二） 科研人员规划优势并未转化为打破性立异

人才是促进常识立异的榜首资源，撬动人口规划优势促进打破性立异是我国加快人工智能范畴展开进程的重要方向。依据2010-2020年宣布论文的作者，分国别和范畴计算科研人员数量，咱们发现我国科研人员的规划优势没有充沛转化为打破性立异优势。

我国在人工智能范畴宣布论文的科研人员量居全球榜首，但在各范畴均未充沛转化为平等比例的打破性论文宣布。2010-2020年间，总共有超越54万名我国科研人员在人工智能范畴宣布论文，占全球总发文科研人员数的27.2%，高于美国的36万名（图表17）。可是，图表18中各细分范畴我国科研人员数量的世界比例均显着高于图表7中打破性论文的比例，标明科研人员中具有打破才能的顶尖人才比例较低，全体科研本质有待进步。

图表17：2010-2020年在人工智能范畴宣布论文的我国科研人员数超越54万

材料来历：Microsoft Academic Graph，中金研讨院

图表18：2010-2020年人工智能细分范畴发文科研人员的国别散布

材料来历：Microsoft Academic Graph，中金研讨院

结合趋势来看，2010-2020年我国在算法以外的细分范畴的发文科研人员增速均快于美国（图表19）。在我国打破性论文的世界比例相对较高的模式辨认、核算机视觉和数据发掘范畴，我国发文的科研人员数均超越美国，并在前两个范畴以快于美国的增速继续上升，但两国在数据发掘范畴的科研人员数均略有下滑；在我国打破性论文的世界比例相对较低的机器学习、天然言语处理和人机交互范畴，我国发文的科研人员数均少于美国，虽然近年以快于美国的增速加快上升，但2020单年仍别离仅为美国的77%、84%和62%；在人工智能算法范畴，我国科研人员的世界比例显着超越美国、居全球榜首，却鲜有打破性常识效果，2020年该范畴的我国科研人员数阅历了此前较为长时间的下降后有所反弹，而美国则稳中略升；而在语音辨认范畴，中美科研人员数量的间隔在2020年已根本弥合、相差不大。

图表19：在算法以外的细分范畴，2010-2020年我国的发文科研人员增速均快于美国

材料来历：Microsoft Academic Graph，中金研讨院

（三）商业组织参加程度低，或不利于商用场景落地

放眼全球人工智能的立异推进者，商业组织在宣布打破性论文方面起到非常重要的效果。一方面，商业组织具有较强的打破性立异才能。2010-2020年全球人工智能范畴的论文宣布中，商业组织的比例根本稳定在5%左右[13]，而在图表16的百强打破组织中，18家商业组织的打破性文献占总打破数的28%。另一方面，商业组织奉献更高的打破性论文的研讨方向具有更清晰的商业落地场景，如图表20红圈中的机器翻译、问题答复、核算机视觉、图像辨认等，而学术组织则更多地宣布通用性理论和算法相关的打破性论文，如红圈外的深度学习、卷积神经网络、强化学习等。举例来说，谷歌宣布的《BERT: Pre-training of Deep Bidirectional Transformers for Language Understanding》提出了预练习模型，可运用于问题答复、文本分类、机器翻译等天然言语处理使命，并直接嵌入谷歌查找引擎和语音帮手；Facebook在2014年宣布的《Deepface: Closing the Gap to Human Level Performance in Face Verification》介绍了人脸辨认算法，现已在门禁体系、付出验证和交际网络等场景得到广泛运用。这些来自商业组织的打破性论文或更倾向于处理实践问题和市场需求，可以依托现有的东西和体系等根底设施进行集成和布置，且更简单经过组织的商业模式快速落地，发生经济效益和社会影响。

图表20：商业组织奉献更高的打破性论文研讨方向具有更清晰的商业落地场景

材料来历：Microsoft Academic Graph，中金研讨院；注：依据2010-2020年一切宣布过打破性论文的科研组织榜单，红圈内为商业组织参加比例更高的细分范畴（高于其参加各范畴打破性论文宣布的均值）

我国商业组织宣布的人工智能打破性文献较少，或严峻阻止我国人工智能在商业运用上的立异和落地。我国的商业组织相对更少地参加人工智能的学术论文创造，约占我国年发文总量的3.9%，低于世界均匀（5.2%）和美国水平（9.8%）；且我国商业组织的打破性立异才能较美国有非常大的间隔，曾在2010-2020年宣布过打破性效果的只要百度、华为、商汤、腾讯、阿里巴巴、京东6家，它们相较海外商业组织宣布的打破性论文也更少，进入百强打破榜的仅有百度和华为（图表21）。久远来看，商业组织的缺位或导致我国技能运用方面的打破性论文进步缓慢，从而阻止人工智能产品商业化落地。

图表21：我国商业组织在人工智能范畴的打破性论文效果相对较少（2010-2020）

材料来历：Microsoft Academic Graph，中金研讨院

四、总结与启示

经过整理全球人工智能范畴的论文宣布状况，衡量和比较人工智能范畴论文的打破性程度，咱们大致描写出我国人工智能立异水平在全球所在的方位。从总量上看，我国人工智能的论文宣布量在2017年反超美国成为全球榜首，打破性论文宣布量在2016年升至全球第二、2020年世界比例达17%；结构上，我国在模式辨认、核算机视觉、数据发掘、语音辨认范畴的打破性体现尚可，而在算法、天然言语处理和人机交互范畴相对单薄。从世界比较来看，我国在人工智能范畴现已堆集起必定的打破性立异优势，并开端抢先于大多数国家，可是我国与美国在打破性立异的间隔依然显着，我国人工智能范畴的打破性论文尚缺乏美国的一半。大国科技竞赛下，中美人工智能论文的协作比例在2018年后出现下滑，不过没有对我国打破性立异形成显着连累，除了原先协作的质量或许不高以外，与非美国家的协作也起到了必定的代替效果。

数字年代，人工智能的“先发者优势”显着，在逆全球化思潮昂首，常识协作壁垒升高的布景下，进步我国人工智能打破性才能具有重要含义。可是经过比较我国在全球人工智能研讨范畴中所在方位，推进我国人工智能竞赛力面临着三大应战：

榜首，虽然论文总量快速添加，打破性论文的世界比例进步，但我国人工智能范畴的论文依然出现出量多质低的特征。我国科研组织在人工智能的论文宣布量上占有半壁河山，但在全球打破立异才能最强的百强组织榜上却仅有十席，全体影响力相对较低。

第二，我国人工智能范畴的科研人员数量并不低，现已居于全球首位，而且还在不断添加，但由于短少顶尖科研人员，这一规划优势还未充沛转化为打破性立异才能。这或许进一步导致国家因立异气氛低迷而堕入“中等技能圈套”，不利于科研生态的良性展开。

第三，在人工智能的打破性研讨中，商业组织的缺位是我国在商业运用导向的人工智能打破性立异稀缺的重要原因。美国商业组织在打破性论文宣布以及人工智能商业运用落地的亮眼体现，标明商业组织在打破性论文宣布中具有不可或缺的效果。我国商业组织在打破性立异研讨中的缺位，或许导致我国在商业运用导向的人工智能打破性立异上难以改变立异跟随者的局势，从而失掉抢占新市场、拟定新规矩的先机，而这背面的原因值得咱们沉思。

本文作者：陆趣（执业：S0080121070288）等，来历：中金研讨院，原文标题：《CGI深度 | 竞赛人工智能：从论文打破性看我国人工智能立异水平》

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