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2020年中国的在美专利发明与美日的比较——十年之内超越日本
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陈立新 张琳 黄颖：中美欧日韩五局专利报告1793.docx
█武汉大学科教管理与评价研究中心 陈立新 张琳 黄颖
第二部分 2020年美国发明专利统计分析报告
17 中国在美专利状况
17.1 中国在美专利发明的领域分布和发展态势
17.1.2 中国的在美专利发明与美国、日本的比较
尽管中国近年来在美专利发明数量翻番，有多个技术领域位居前列。但是与美国和日本相比，中国的在美专利发明并不多。与美国相比，数量差距极大。例如在农业和食品领域，2020年中国只是美国专利发明数量的5%，比上一年提高了一个百分点，估计还需要26年的追赶时间；在该领域，中国是日本的50%，比上一年提高了5个百分点，还需要6年才可能赶上。事实上，对中国来说几乎不可能追赶上美国，但是完全可以追赶上日本，因为美国在本国获得的专利数量显然会远远多于其他国家。
表17.1.2-1 我国的在美专利发明数量占美国和日本的比例及追赶年限（按发明人统计）
技术领域 | 2020年占比 | 2014年占比 | 年均增长率 | 追赶年限 | |||||||||
美国 | 日本 | 美国 | 日本 | 美国 | 日本 | 中国 | 美国 | 日本 | |||||
1 | 农业和食品 | 5% | 50% | 2% | 19% | 2% | 0% | 18% | 26 | 6 | |||
2 | 生活和运动用品 | 8% | 71% | 2% | 20% | 5% | 3% | 28% | 16 | 2 | |||
3 | 医学诊断与外科 | 4% | 25% | 1% | 5% | 8% | 9% | 44% | 13 | 6 | |||
4 | 医学治疗和护理 | 3% | 43% | 1% | 10% | 4% | 7% | 35% | 16 | 5 | |||
5 | 药物和家庭日用化学品 | 7% | 82% | 3% | 25% | 3% | -2% | 19% | 22 | 2 | |||
6 | 分离和混合加工作业 | 10% | 37% | 4% | 12% | 6% | 4% | 24% | 18 | 7 | |||
7 | 成型加工作业 | 9% | 18% | 4% | 9% | 8% | 10% | 23% | 21 | 17 | |||
8 | 一般车辆 | 6% | 9% | 2% | 3% | 12% | 11% | 33% | 19 | 15 | |||
9 | 铁路、船舶和飞行器 | 8% | 90% | 1% | 11% | 19% | 11% | 59% | 10 | 1 | |||
10 | 包装和储运 | 6% | 22% | 3% | 10% | 6% | 2% | 16% | 35 | 15 | |||
11 | 材料化学与纳米 | 12% | 21% | 7% | 11% | 8% | 6% | 19% | 25 | 16 | |||
12 | 化工 | 10% | 24% | 5% | 12% | 8% | 9% | 22% | 22 | 15 | |||
13 | 有机化学 | 10% | 65% | 5% | 23% | 1% | -3% | 15% | 22 | 4 | |||
14 | 有机高分子化合物 | 12% | 16% | 5% | 8% | 5% | 7% | 21% | 18 | 18 | |||
15 | 生物化学 | 5% | 41% | 2% | 17% | 2% | 2% | 18% | 26 | 8 | |||
16 | 纺织、造纸和印刷 | 10% | 10% | 4% | 3% | 1% | -3% | 20% | 16 | 14 | |||
17 | 建筑和采矿 | 7% | 74% | 3% | 35% | 7% | 10% | 25% | 21 | 3 | |||
18 | 发动机和泵 | 5% | 11% | 2% | 5% | 8% | 7% | 24% | 27 | 18 | |||
19 | 一般机械和武器 | 8% | 24% | 3% | 8% | 9% | 7% | 27% | 19 | 10 | |||
20 | 照明与制冷制热 | 18% | 55% | 8% | 25% | 13% | 12% | 28% | 16 | 5 | |||
21 | 物理测量 | 11% | 33% | 3% | 8% | 10% | 7% | 34% | 13 | 6 | |||
22 | 材料测试 | 7% | 26% | 3% | 8% | 10% | 7% | 30% | 18 | 9 | |||
23 | 光电辐射测量与核物理 | 12% | 38% | 6% | 15% | 10% | 6% | 24% | 20 | 8 | |||
24 | 光学和摄影 | 34% | 29% | 12% | 6% | 10% | 0% | 30% | 8 | 6 | |||
25 | 物理信号和控制 | 7% | 27% | 4% | 14% | 13% | 13% | 26% | 27 | 13 | |||
26 | 显示展示用品和声学 | 34% | 85% | 8% | 13% | 9% | 1% | 38% | 6 | 1 | |||
27 | 计算机接口 | 16% | 50% | 4% | 8% | 15% | 6% | 43% | 10 | 3 | |||
28 | 控制器和运算器CPU | 12% | 129% | 3% | 22% | 0% | -8% | 23% | 13 | -1 | |||
29 | 计算机一般零部件 | 13% | 80% | 6% | 24% | 8% | 1% | 23% | 18 | 2 | |||
30 | 计算机模式体系架构 | 9% | 102% | 4% | 28% | 0% | -10% | 11% | 27 | 0 | |||
31 | 计算机应用与软件工程 | 8% | 97% | 4% | 22% | 8% | -3% | 24% | 21 | 1 | |||
32 | 计算机安全 | 11% | 109% | 4% | 26% | 13% | 5% | 33% | 16 | 0 | |||
33 | 数据识别 | 16% | 50% | 5% | 7% | 11% | -2% | 35% | 11 | 3 | |||
34 | 图像处理 | 14% | 40% | 5% | 11% | 29% | 24% | 54% | 12 | 5 | |||
35 | 电子商务和管理系统 | 5% | 69% | 1% | 25% | 13% | 20% | 41% | 15 | 3 | |||
36 | 信息存储 | 10% | 25% | 2% | 3% | 0% | -7% | 30% | 11 | 6 | |||
37 | 电气元件和结构部件 | 16% | 27% | 12% | 18% | 7% | 6% | 13% | 41 | 25 | |||
38 | 半导体制造 | 16% | 26% | 8% | 13% | 2% | 2% | 14% | 20 | 15 | |||
39 | 半导体零配件 | 15% | 24% | 6% | 8% | 13% | 8% | 31% | 15 | 9 | |||
40 | 半导体元件 | 31% | 41% | 8% | 8% | 6% | 0% | 32% | 7 | 4 | |||
41 | 半导体组件与集成电路 | 44% | 51% | 10% | 7% | 19% | 11% | 53% | 4 | 3 | |||
42 | 电池 | 20% | 18% | 7% | 6% | 12% | 9% | 32% | 11 | 11 | |||
43 | 发电和输变电 | 16% | 27% | 10% | 14% | 13% | 10% | 22% | 27 | 15 | |||
44 | 基本电子电路 | 15% | 37% | 8% | 17% | 4% | 2% | 16% | 22 | 10 | |||
45 | 电热与等离子体 | 23% | 45% | 16% | 23% | 10% | 4% | 17% | 28 | 9 | |||
46 | 通信传输系统 | 18% | 84% | 12% | 34% | 5% | -2% | 13% | 27 | 2 | |||
47 | 数字信息传输 | 27% | 169% | 11% | 45% | 13% | 5% | 31% | 10 | -2 | |||
48 | 数据交换网络 | 13% | 151% | 11% | 73% | 13% | 3% | 17% | 70 | -4 | |||
49 | 数据传输控制协议 | 11% | 134% | 7% | 61% | 19% | 12% | 28% | 32 | -2 | |||
50 | 数据传输控制程序 | 10% | 142% | 6% | 62% | 37% | 30% | 49% | 25 | -2 | |||
51 | 图像通信 | 15% | 22% | 5% | 6% | 6% | 2% | 28% | 12 | 9 | |||
52 | 无线通信网络 | 29% | 147% | 15% | 61% | 10% | 5% | 22% | 14 | -3 | |||
53 | 无线通信业务 | 14% | 110% | 16% | 79% | 14% | 6% | 12% | +∞ | -2 | |||
54 | 广播和电话 | 19% | 100% | 8% | 44% | 1% | 1% | 16% | 15 | 1 | |||
注：本表按照专利第一发明人进行统计（中国的数据暂未包含香港、澳门、台湾地区的专利）。年均增长率指2014-2020年的年均复合增长率。追赶年限指中国与其他国家的差距。例如追赶年限为1，则表示1年后将会实现数量上的赶超；为-1，则表示1年前已经实现了数量上的赶超；为+∞则表示其他国家增长速度更快，或与其差距较大，理论上暂时无法在短期内赶超；为-∞则表示在2014年之前已经实现了对其他国家的赶超，理论上对方在短期内不太可能反超。
2020年，中国在半导体组件与集成电路、光学和摄影、显示展示用品和声学、半导体元件，共4个技术领域上达到了美国专利发明数量的44%、34%、34%、31%（2014年均未超过12%），而在其他技术领域上均不足美国专利发明数量的30%，甚至在医学治疗和护理等19个技术领域上还不足美国专利发明数量的10%。整体而言中国与美国在专利发明数量上的差距是比较大的。但是，中国在53个技术领域（无线通信业务除外）上的年均增长速度超过了美国。
预计未来20年，中国有可能在半导体组件与集成电路、光学和摄影、显示展示用品和声学、半导体元件、计算机接口、信息存储、铁路船舶和飞行器、图像处理、图像通信、数据识别等技术领域中，中国在个别技术领域的专利发明数量可能会超过美国，这些领域的追赶年限小于20年。在其他一些技术领域上，追赶时间将会超过20年，甚至超过50年。例如在无线通信业务领域，美国的增长速度更快，其年均增长率为14%，中国为12%，追赶年限为+∞，理论上暂时无法追赶。对绝大部分技术领域来说，中国在美专利发明数量有可能与美国的差距大幅缩小，几乎不可能在美国本土追上美国，预计能超过日本，达到美国的一半左右。
图17.1.2-1 2014年和2020年我国在美专利发明数量占美国的比例（按发明人统计）
图17.1.2-2 2014年和2020年我国在美专利发明数量占日本的比例（按发明人统计）
如上文所述，在美国本土，中国的专利数量应该不会超过美国，至多有个别领域的专利发明数量超过美国。目前日本也仅有3个技术领域的专利数量超过美国。
利用美国专利商标局授权的专利数量和美国进行比较，对我国来讲确实不公平。但是和日本相比，中国的差距依然巨大。2020年，中国在一般车辆等31个技术领域上的专利发明数量还不到日本的一半。
2020年，中国在机械、交通、材料等传统技术方面和电子电气技术方面，包括电气元件和结构部件、发动机和泵、有机高分子化合物、成型加工作业、材料化学与纳米、一般车辆、半导体制造、包装和储运、化工、发电和输变电、纺织造纸和印刷、物理信号和控制、电池、基本电子电路等技术领域上，中国还需要10多年，甚至20多年的追赶时间。日本和美国都是专利大国，整体而言，中国和日本的差距比较大。
近年来，中国在专利技术上取得了巨大的进步。2014年，中国在所有54个技术领域上的在美专利发明数量均低于日本，其中在49个技术领域上的专利数量不到日本的一半，甚至有18个技术领域的专利数量还不到日本的10%。到2020年，中国在数字信息传输、数据交换网络、无线通信网络、数据传输控制程序、数据传输控制协议、控制器和运算器CPU、无线通信业务、计算机安全、计算机模式体系架构，共9个领域上的专利发明数量超过了日本，比上一年增加了3个领域，在这些领域我国已经提前实现了追赶。这些领域均属于通信、计算机方面，在通信的9个技术领域中，这6个技术领域已经超过了日本，有2个技术领域和日本相差数年，仅在图像通信（即电视和摄像技术）领域大幅落后日本。
近几年日本的在美专利发明数量增长缓慢，而我国增长较快，并且在所有54个技术领域上的增长速度都超过了日本。按照目前的专利发明增长速度，估计10年之内，即2030年前有可能追赶上日本，并且在大部分技术领域上超过日本。
综合来看，日本在半导体技术方面具有强大的优势，在机械、交通、材料、化学等传统技术方面也具有长年累积的巨大优势。中国要抓住当前世界技术变革的机遇，大力发展新兴技术，重点研发通信、半导体和计算机技术，包括无线通信、计算机网络、人工智能、半导体制造、屏幕显示技术、数据识别、图像处理、计算机软件技术。因此我国要继续扩大在通信技术方面的研发投入，保持领先优势；同时大力加强人工智能技术和半导体芯片技术方面的研发。争取在无线通信、半导体芯片、人工智能、计算机核心硬件和软件方面，取得全面突破，实现对日本的追赶和超越。
致谢
感谢河南师范大学梁立明教授、科技部中国科学技术发展战略研究院武夷山研究员、大连理工大学丁堃教授对本报告的大力支持与帮助。同时，向以不同形式对本报告提出意见和建议的专家学者们表示诚挚的感谢。
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