“以科學咨詢支撐科學決策、以科學決策引領科學發展”是黨和國家賦予中國特色新型智庫的光榮使命。中國科學院作為國家自然科學學術機構和科學技術高咨詢機構，面向決策組織開展事關國家發展全局和長遠的重大問題的咨詢研究，面向社會公眾傳播科學思想和科學理念。全新改版形成的“中國科學院年度報告系列”聚焦國家科學技術發展、創新發展、可持續發展需求，每年向全社會報告相關領域前沿進展，科學解讀公眾關注的熱點問題，為科學決策提供咨詢意見，對政府部門、科研院所、大專院校和社會公眾具有重要參考價值。
目錄
科學謀劃和加快建設世界科技強國{代序) 白春禮 i
前言 中國科學院 高技術發展報告 課題組 Vii
第一章 2016年高技術發展綜述 樊永剛 張久春 1
第二章 生物技術新進展 71
2.1 基因組學技術新進展 馮旗黃 濤韓斌 71
2.2 蛋白質組學技術新進展 趙群 張麗華 張玉奎 80
2.3 千細胞與再生醫學技術新進展 周琪 87
2.4 合成生物學技術新進展 劉曉 熊燕 王勇 94
2.5 基因組編輯技術新進展 陳坤玲 高彩霞 106
2.6 轉基因生物技術新進展 王友華 孫國慶 張春義 114
2.7 新型生物農藥——RNA殺蟲劑新進展 苗雪霞 123
2.8 納米生物技術新進展 陳義祥 申有青 王樹濤 130
2.9 海洋生物技術新進展 王廣策 張久春 137
2.10 醫藥生物技術新進展 陳志甫 146
2.11 工業生物技術新進展 陳堅 155
2.12 環境生物技術新進展 鄧嘩 莊國強 163
2.13 免疫治療技術新進展 于益芝 曹雪濤 170
第三章 生物技術產業化新進展 179
3.1 新型抗體藥物和疫苗產業化新進展 衛江波 181
3.2 特色創新中藥產業化新進展 劉海濤 孫曉波 189
3.3 海洋生物醫藥產業化新進展 史大永 吳寧 李祥乾 江波 王立軍 郭書舉 196
3.4 生物種業技術產業化新進展 薛勇彪 景海春 張可心 206
3.5 工業生物制造技術產業化新進展 王欽宏馬延和 217
3.6 生物質能源技術產業化新進展 馬隆龍 226
第四章 醫藥制造業國際競爭力與創新能力評價 239
4.1 中國醫藥制造業國際競爭力評價 曲婉菌潔 241
4.2 中國醫藥制造業創新能力評價 王孝炯 260
第五章 高技術與社會 279
5.1 精準醫學的未來審視 王國豫李磊 281
5.2 基因編輯的倫理爭議 范月蕾王慧援于建榮 291
5.3 公共視野中的科學同行爭議 杜鵬王孜丹曹芹 302
5.4 人工智能一一 以人為本 的設計和創造 李真真齊昆鵬 311
5.5 虛擬現實技術的社會倫理問題與應對 段偉文 319
5.6 負責任的產業創新以中國智慧養老產業為例 廖苗 趙延東 331
第六章 專家論壇 341
6.1 深化全面創新改革 推進高新區轉型發展 穆榮平馮海紅 343
6.2 推動軍民融合創新體制機制改革的思路與對策 游光榮 趙林榜 廉振宇 趙旭 351
6.3 我國高技術產業開放發展現狀、問題與建議 顧學明 361
6.4 努力將我國發展成為生物經濟強國 王昌 林韓棋 368
6.5 加快發展我國精準醫療產業的政策思考 王甲一 李青 375
CONTENTS
Planning Scientifically and Speeding up the Construction of World's Scientific and Technological Power i
Introduction Vii
Chapter 1 Overview of lligh Technology Development in 2016 1
Chapter 2 progress in Biotechnology 69
2.1 Genomics Technology 79
2.2 Proteomics 87
2.3 Stem Cell and Regenerative Medicine 93
2 4 Synthetic Biology 105
2.5 Genome Editing 113
2.6 Transgenic Research 123
2.7 RNA Insecticides 129
2.8 Nano-Biotechnology 136
2.9 Marine Biotechnology 145
2.10 Pharmaceutical Biotechnology 155
2.11 Industrial Biotechnology 162
2.12 Environmental Biotechnology 169
2.13 Immunotherapy 177
Chapter3 progress in Conunercialization of Biotechnology 179
3.1 Commercialization of Antibody Drug and Vaccine 189
3.2 Commercialization of Traditional Chinese Medicine 195
3.3 Commercialization of Marine Biological Medicine 205
3.4 Commercialization of Bio-Seed 216
3.5 Commercialization of Industrial Biomanufacturing 225
3.6 Commercialization of Bio-Energy Technology 237
Chapter 4 Evaluation on Phannaceutical Industry Competitiveness and hmovation Capacity 239
4.1 International Competitiveness of Chinese Pharmaceutical Industry 258
4.2 Innovation Capacity of Chinese Pharmaceutical Industry 277
Chapter 5 High Technology and Society 279
5 1 Reflections on the Future of Precision Medicine 290
5.2 The Ethical Issues of Gene Editing Technology 301
5.3 Controversy between Fellow Scientists in Public View 310
5.4 Artificiallntelligence-Design and Creation Based∞ People-Oriented 318
5.5 Social and Ethical Issues of VR-Technology and Response 330
5.6 Responsible Research and Innovation in Industry: A Case Study of Smart Elderly Care Industry in China 340
Chapter 6 Expert Formn 341
6.1 To Promote Transformation of High-Tech Industrial Development Zone by Deepening the Comprehensive Innovation and Reform 349
6.2 The Development Plan and Strategy for Promoting the System and Mechanism Reform of Civil-Military Integration in China 360
6.3 Present Status， Problems and Suggestions of High-Tech Industry in China 368
6.4 To Build an Innovation-Driven BicγEconomic 374
6.5 Some Thoughts on Promoting the Development of Precision Medical Industry in China 380
第*章 2016年高技術發展綜述
樊永剛 張久春（中國科學院科技戰略咨詢研究院）
2016年，面對新一輪科技革命和產業變革的機遇與挑戰，世界主要國家持續強化科技創新投入，圍繞新一代信息技術、生命與健康、先進制造、先進材料、能源資源、空天海洋等新興技術和戰略高技術的競爭日趨激烈。美國發起尋找癌癥治愈療法的“登月計劃”、“全民聯網”的寬帶網普及計劃及“國家微生物組計劃”等，以確保其頭號科技強國地位。英國在“脫歐”公投后提出啟動“國家生產力投資基金”（NPIF），支持科技創新和基礎設施，重點支持機器人、人工智能、生物科技、衛星、先進材料等新興科技領域。德國發布《新高科技戰略——德國創新》，重點發展數字經濟與社會、可持續經濟和能源、健康生活、智能交通等領域。法國調整“新工業法國”戰略，聚焦數字經濟、智慧物聯網、新型能源、未來交通、未來醫藥等9大領域，并加大投資力度。日本出臺《第五期基本計劃》，提出加快發展“超智能社會”（“社會5.0”）。中國發布《國家創新驅動發展戰略綱要》，啟動實施《中國制造2025》，高技術在推動產業結構轉型升級、培育經濟發展新動能中發揮著不可替代的作用，有力地支撐了創新型國家和小康社會建設。
一、信息技術
2016年，信息技術領域取得多項重大突破。集成電路領域，在利用原子和分子自組裝復雜組件、DNA“折紙術”等新制造工藝方面取得突破性進展。超算領域，中國再次奪冠且實現核心部件國產化，日本在綠色超算領域繼續保持領先。人工智能領域，因“阿爾法狗”（AlphaGo）事件，人工智能領域受到空前關注，人腦結構圖譜繪制、運動轉換成語言、識別銀行黑客系統、車對車（V2V）網絡等進展也值得關注。云計算和大數據方面，五維存儲技術、DNA存儲技術、相變存儲技術、12U微型數據中心技術等令人印象深刻。網絡與通信領域，太赫茲激光器、實用高性能硅激光器、適用于邊遠地區的移動寬帶新技術都有不同程度進展。量子計算和通信領域，量子疊加延長、一維量子超材料、“薛定諤的貓”同時兩地的發現、量子計算機模擬實驗、量子光學結構集成到芯片上、超導傳輸量子自旋信息等成就尤為突出。
1.集成電路
2016年1月，美國麻省理工學院開發出一種全新的芯片制造技術［1］，可將兩種晶格大小非常不一致的材料（二硫化鉬和石墨烯）集成在同一芯片層上，得到一個橫向的異質結構，從而制造出通用計算機的電路元件芯片。與二硫化鉬類似的任何材料都可以和石墨烯集成在同一芯片層上，而此前只有晶格非常匹配的材料才能被整合在同一芯片層。新技術有助于將光學元件整合到計算機芯片內，制備出超低能耗的隧穿晶體管處理器，從而制造出功能更強大的計算機。
2016年3月，美國楊百翰大學研究人員提出一種用于制造芯片的DNA“折紙術”［2］。DNA體積非常小，具有堿基配對和自組裝的能力，可用于構筑更小規模的芯片。新技術將一條長的DNA單鏈與一系列經過設計的短DNA片段進行堿基互補，從而可控地構造出高度復雜的納米結構。研究人員采用新技術組裝了一個三維管狀結構，并讓它豎立在芯片底層的硅基底上，然后嘗試著用額外的短鏈DNA將金納米粒子等其他材料“系”在管子內特定位點上，zui終形成了一個電路。傳統芯片制造由于生產設施昂貴、生產步驟多，所以成本高。以往獲得速度更快、價格更便宜的芯片通常采用削減生產成本或者縮小元件尺寸的方法，而DNA“折紙術”可以更快、更便宜地制造出計算機芯片。
2016年4月，德國亥姆霍茲聯合會下屬卡爾斯魯厄理工學院（KIT）與其他機構合作，開發出一種創造無線數據傳輸記錄的新技術［3］。新技術在太赫茲頻率范圍內無線傳送信號20米的速度是100吉比特/秒。以這個速度可以在2秒內把一張藍光光碟的內容傳送到另一臺設備上，速度是此前的數百倍。該技術下一步將朝低成本和實用化的方向發展，未來可顯著提高筆記本電腦和其他移動通信設備無線網的接入速度，也可以在衛星上和不值得安裝光導纖維的偏遠地區進行數據傳輸。
2016年7月，荷蘭代爾夫特理工大學成功研制出單原子存儲芯片［4］。研究者用掃描式隧道顯微鏡（STM）的針尖推動材料表面的單原子，制作出比特編碼字母的信息，zui終制造出“原子級”存儲器，把存儲空間縮小到極限。新存儲器的存儲密度高達500太比特/平方英寸1平方英寸=6.4516平方厘米。（Tbpsi），是目前世界上zui好硬盤技術的500倍，未來可能會大大地推動計算機特別是數據存儲器的發展。
2016年11月，德國亥姆霍茲聯合會下屬德累斯頓羅森多夫實驗室和帕德博恩大學在開發遺傳物質電路方面，通過加入鍍金納米粒子，首次在單鏈DNA自組裝納米線中檢測到電流［5］。傳統芯片的制造工藝是把較大尺寸逐步剪切成小尺寸，已達物理極限。而利用原子和分子自組裝復雜組件可以替代傳統芯片的制造工藝，有可能獲得比現有zui小計算機芯片組件小很多的元件，并用來制造非常小的電路。但DNA電線不能很好地導電，新方法將鍍金納米顆粒鍵合到DNA電線上，再利用電子束光刻技術讓每條納米電線通過電極相連，這樣DNA電線內就能精確地檢測到電流。該技術未來將不斷改進，以獲得更好的導電性。
2.高性能計算
2016年1月，美國推出一臺運算速度達5340萬億次/秒的新型超級計算機“夏延”［6］。該計算機的計算能力是目前在美國國家大氣研究中心（NCAR）“服役”的超級計算機“黃石”的兩倍多，未來將安裝在NCAR位于懷俄明州的超級計算中心。它將在GPS和其他傳感器技術的協助下，在極端天氣、地磁風暴、地震活動、空氣質量及火山等諸多領域發揮作用。此外，它還可以更好地模擬大氣變化，為美國政府的政策制定和資源管理提供決策支持。
2016年6月，中國國家并行計算機工程技術研究中心成功研制出“神威·太湖之光”［7］。該計算機以每秒9.3億億次的浮點運算速度在2016年內兩次在全球超級計算機500強（TOP500）中奪冠，其速度是原冠軍中國“天河二號”的近三倍。特別值得強調的是，“神威·太湖之光”實現了包括處理器（核心處理器“申威26010”）在內的所有核心部件的國產化。
2016年6月，日本理化學研究所（RIKEN）的液浸冷卻式超級計算機“菖蒲”（Shoubu）蟬聯全球節能超級計算機“Green500”排行榜第*名［8］。“菖蒲”的浮點運算能力為6673.84MFLOPS/Watt，已連續3年在“Green500”排名中位居第*。RIKEN的超級計算機“皐月”（Satsuki）位列“Green500”排行榜第二名，運算能力為6195.22 MFLOPS/Watt。這兩臺超級計算機都采用了英特爾的Xeon處理器和PEZY集團的加速器。中國的“神威·太湖之光”超級計算機位列該排行榜第三位。
2016年8月，英特爾公司宣布其海法團隊采用14納米工藝開發出目前公司zui先進的Intel第七代酷睿處理器Kaby Lake［9］。Kaby Lake是處理器Skylake的升級，相比后者，其運行速度提高70%以上，3D圖形處理性能提高3.5倍，電池使用壽命更長，安全性更好。此外，它可滿足網絡用戶對高質量視頻、超高清高階標準、360度視頻格式、虛擬現實和數字體育內容等的需求。采用Kaby Lake處理器的計算機不需要安裝風扇，僅需搭配小型電池，有助于顯著減小計算機的厚度和重量。
3.人工智能
2016年2月，以色列初創企業Nexar推出世界首*V2V網絡，以檢測道路危險情況并防止撞車事故［16］。V2V網絡采用前車防撞預警等實時預警技術，當用戶加入網絡后，智能手機傳感器會分析周圍車輛的行進方向、速度、加速度和路況等，然后繪制出交通圖，再把信息共享給網絡中的用戶，以提醒用戶躲避危險，防止撞車。至11月該網絡已匯聚超過5萬名來自舊金山、紐約和特拉維夫用戶的數據，利用它可深入了解任何給定時間內的路況。該網絡對所有加入網絡的用戶開放，加入網絡的用戶越多，發生的交通事故就越少。數據表明，在超過2000萬英里1英里≈1.609千米。的全球駕駛里程內，借助該網絡避開的危險駕駛事件超過50萬起。
2016年3月，由美國艾倫腦科學研究所（Allen Institute for Brain Science）、哈佛醫學院（HMS）和弗蘭德斯神經電子學研究中心（NERF）組成的國際小組，公布了神經學領域里程碑式的研究成果——當時zui大的大腦皮層神經元連接網絡［10］。多年來，科學家一直在孤立地研究大腦活動和布線。新成果以前所未有的細節在這兩個領域之間架起了橋梁，揭示了大腦中有關網絡組織機制的幾個關鍵要素，將神經電活動與它們彼此之間的納米級突觸聯系起來。
2016年3月，美國谷歌的人工智能程序“阿爾法狗”以4∶1擊敗了圍棋世界冠軍李世石，成為機器深度學習領域的zui大事件［11］。圍棋一向被認為是人工智能領域具有標志性的大挑戰。傳統的人工智能算法幾乎不可能贏得比賽。因此，此次比賽結果表明了人工智能的新飛躍，也給本領域里其他看似難以實現的高級別人類智力項目帶來巨大希望。
2016年6月，中國科學院自動化研究所腦網絡組研究中心與國內外其他科學家合作，歷時6年成功繪制出全新人類腦圖譜——腦網絡組圖譜，首次建立了新的腦區亞區尺度上的活體全腦連接圖譜［12］。該圖譜包括246個精細腦區亞區，以及腦區亞區間的多模態連接模式。研究人員突破了傳統腦圖譜的繪制思想，利用腦結構和功能連接信息對腦區進行了精細劃分和腦圖譜的繪制，這比傳統的布洛德曼圖譜精細4～5倍。這項研究會加深對人類精神和心理活動的認識，為理解人腦結構和功能開辟新途徑，有利于治療臨床神經精神疾病，并為類腦智能系統的設計提供重要的啟示。
2016年9月，美國艾倫腦科學研究所在官網上公布了當時zui完整的數字版人腦結構圖譜［13］。該圖譜來自對一位因事故離世的34歲健康女性大腦的深入研究，是zui清晰的腦部微觀解剖學結構圖譜。其zui突出的特點是將宏觀高清人腦成像數據和能解釋大腦結構的細胞水平的數據集合在一張圖中，可為大腦研究人員開展相關研究進行“導航”，幫助他們從大腦的宏觀層面進入細胞層面更深刻地認識人類的大腦。
2016年11月，法國國家科學研究中心設計出一套全新系統，可直接將人體主要語音發音器（舌、顎、口和嘴唇）的運動轉換成智能語音［14］。
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