第一章 科技变革：数字经济的引擎

当今时代，数字技术、数字经济是世界科技革命和产业变革的先机。以新一代信息技术为主的科技革命蓬勃兴起，并加速与各行各业深度融合。掌握了新技术发展的主动权，就能更好地占据数字经济新赛道，实现经济发展换道超车。

一、历次科技变革改变全球经济格局

（一）历次工业革命引起的强国兴替

从工业革命发展历程来看，人类社会经历了以机械化、电气化、自动化为标志的三次工业革命。凭借工业革命崛起的国家，也成功跻身世界强国之列。

1.工业革命英国

18世纪60年代至19世纪40年代，英国以蒸汽机技术引领第一次工业革命。以蒸汽为动力的汽船、火车等相继出现（见图1-1），蒸汽机广泛应用于煤矿、工厂、交通领域等，人类进入“蒸汽时代”，生产力大幅提高，社会生产关系也发生改变。资本替代土地成为主要生产要素，依赖手工劳动等落后生产方式的自耕农阶级逐步消失，失地农民变成工人，机器大工业不断发展壮大。率先完成第一次工业革命的英国，迅速成为头号资本主义强国，取代荷兰（荷兰是近代第一个称霸世界的国家）成为世界经济的重心。

2.电气革命德国

19世纪70年代至20世纪初，德国以电气化技术引领第二次工业革命。随着电流磁效应、电磁感应、电磁波、直流发电机等新发现、新发明不断涌现，电灯、电车、电钻、电焊机等新产品层出不穷，以煤气、汽油、柴油为燃料的内燃机相继问世，电力、内燃机等得到大规模应用，人类由“蒸汽时代”进入“电气时代”，迅速推动了工业、交通运输等领域的革新，工业结构实现了由轻工业向重工业的飞跃（重要成果耐用碳丝灯泡、三轮机动车如图1-2所示）。英国因错过第二次工业革命红利，丧失了“世界工厂”的地位；而德国抓住机遇，完成“赶超”，一跃成为世界第二大经济强国。

3.信息革命美国

20世纪50年代中期，美国以计算机和信息化技术引领第三次工业革命。这一时期以原子能、电子计算机（见图1-3）、生物工程、空间技术、新材料、新能源等的发明和应用为主要标志，人类由“电气时代”进入“信息时代”。美国凭借互联网技术、先进制造技术、新能源、生物技术等领先优势，重塑了新的竞争优势，扭转了“去工业化”进程导致的制造业产业日益空心化的不利局面，完成了“再工业化”的转变，并以高新技术为依托，发展了高附加值的制造业，引领了全球产业分工新布局，登上了世界霸主地位。

（二）科技变革与全球格局的关联性逐渐紧密

科技变革是科学革命与技术革命的统称。其中，科学革命主要是指在科学理论、方法等方面取得的革命性理论成果，将显著改变人类的思维方式；技术革命以科学革命为基础，是技术体系原理的根本性变革，将直接影响社会生产方式、生产力和生产关系，催生新兴的主导产业，进而推动产业革命暴发。

因此，科技变革能引起全球产业结构发生重大调整、产业布局发生重大变化，驱动全球经济增长重心转移，并给社会带来根本性变化，推动社会结构变革，最终影响全球格局变动。同时，全球政治经济格局变动和发展又必然对科学技术发展有新的、更高的要求，进而牵引新一轮科技变革暴发。因此，随着科学技术不断进步发展，科技变革与全球格局的关联性逐渐紧密。

历次工业革命本质上是重大的科技变革。每次科技变革的推进，都产生了更多的科学理论成果与主导技术，对经济、社会、政治等领域的渗透作用逐步增强，进一步打破原有的政治、经济发展平衡，促使世界力量对比格局发生新改变（见表1-1）。

（三）科技变革是大国兴起的关键核心

国家兴衰包括三种表现形态。一是国家崛起，是国家从弱小到强大、突然兴起，由发展中国家上升为发达国家的过程。二是国家复兴，是国家衰落后再次繁荣和兴盛，由发达国家下降为发展中国家后再次成为发达国家的过程。三是国家衰落，是国家水平下降、国家实力衰减或国家败亡，由发达国家下降为发展中国家的过程。

18世纪以来，科技变革与大国兴衰紧密相关。例如，第一次工业革命中，英国成为第一大国，印度沦为英国的殖民地；第二次工业革命中，德国成为世界强国，中国沦为半殖民地；第三次工业革命中，美国称霸全球，苏联解体，而日本、新加坡、韩国抓住科技变革的机遇期，崛起成为发达国家。

从历次科技变革、大国兴衰的发展规律来看，科技实力决定了各国各民族的前途命运，科技变革已成为大国兴起的关键核心。率先发起和完成科技变革的国家，能够占领先机、赢得优势、迅速兴起。这些国家掌握着最先进的科技成果，并通过在全国范围内推广应用，促进经济迅速发展、国力显著增强、国际地位大幅提高。反之，错失科技变革机遇的国家，因科技变革进程滞后，往往面临巨大的挑战，极有可能在新科技浪潮中被淘汰，并走向衰落或解体。

目前，全球范围内正在进行以新一代信息技术为引领的第四次工业革命。随着新一轮科技变革和产业变革深入发展，一大批数字技术取得创新突破，为数字经济发展奠定了基础。数字经济已成为第四次工业革命的主战场，世界各国在数字经济领域的竞争逐渐加剧。

二、新一代信息技术带来新一轮改变

（一）计算机正在计算世界

计算机技术是新一代信息技术的重要基础之一。计算机能够按照编写的程序处理各种信息，在科学计算、数据处理、过程控制、实时控制、辅助生产等方面，对社会、政治、经济、军事、科技等领域产生巨大影响。

例如，工程设计往往涉及成百上千个大型矩阵运算、高阶微分方程组等，利用计算机技术可以解决这些复杂的数学计算问题。在科技领域，超音速飞行器设计、人造卫星、运载火箭轨道等的计算，也离不开高速运算的计算机。

在非科技工程领域，计算机承担了大量的数据处理工作，包括对原始数据执行收集、存储、整理、统计、修改、增加、删除等操作，并基于数据处理与分析，实现趋势预测，例如，政府机关公文、报表和档案处理，气候变化预测，情报检索，企业财务、人事、物料管理，办公自动化，等等。

工业计算机能实现对连续工业生产过程的控制，即过程控制，如巡回检测、统计报表、状态监控、自动报警、自动启停等；能有效提高生产效率、降低生产成本，被广泛应用于冶金、电力、石化、机械、纺织等行业。导弹、载人宇宙飞船等现代化设施也离不开由计算机构成的实时控制系统，例如，导弹通过将飞行目标、轨迹等预先加载在弹载计算机中，命中率可接近100%。

在现代工业生产领域，计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）、计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）、计算机辅助测试（Computer Aided Test，CAT）、计算机集成制造系统（Computer Integrated Manufacturing Systems，CIMS）等计算机技术广泛用于工业产品辅助设计、制造及测试，极大地提高了生产自动化水平，节省了大量的人力和财力。

目前，量子计算已被认为可能是下一代信息革命的关键技术，全球也在加速布局量子计算机研发。量子计算机可产生远超过传统硅芯片超级计算机的算力，例如，对于传统超级计算机要在100亿年才能解决的大数因子分解问题，一台具有5000个量子位的量子计算机只需要约30秒便能解决。未来，量子计算有望在密码破译、材料设计、药物分析等领域发挥重要作用。

（二）互联网促进万物互联

互联网技术是计算机技术与通信技术的融合。彼此独立的计算机通过遍布全球的网络连接在一起，便形成了互联网。互联网打破了信息传播的时间和地域限制，已成为共享资源、交换信息的重要渠道。互联网技术改变了商业经济、工业生产、文化传播等领域，以智能手机为代表的移动互联网终端设备快速普及，惠及普通大众。可见，互联网技术对人类社会的影响体现在方方面面。

互联网催生了商业经济新业态、新模式。在互联网的驱动下，零售、餐饮、交通等领域消费迅速升级。例如，电子商务成为新经济代表，使人们足不出户便可完成全球购物；网络订餐送餐、共享单车、网约车等基于互联网的新型商业模式快速发展壮大，使人们的生活更加丰富、更加便利。

互联网改变了工业生产方式。互联网技术对制造业的制造模式，以及企业的组成和管理模式产生了极大影响，敏捷制造新模式由此诞生。该模式基于市场需求及变化，通过互联网连接不同企业的资金、技术、基础设施等优势，合法组建为一个具备最优资源、耗费最低成本、市场响应最迅速的“虚拟工厂”，实现工业生产利润最大化。

互联网促进了文化传播。在教学领域，教师可以通过互联网获取更多具象化的教学内容，不断提高教学的生动性；学生也可以在互联网上获取更多教学资源。面对新冠肺炎疫情等突发事件，互联网技术使得远程教育新模式成为可能，满足了多渠道学习需求。另外，互联网技术为文化跨行业、跨地域的传播奠定了良好基础，能实现全球文化的融合。

（三）新技术让世界变得更丰富

大数据、人工智能、区块链等新技术是新一代信息技术的代表性技术，是未来世界发展的重要方向，也是新一轮科技变革的重要驱动力量。

大数据具有大量的数据规模、高速的数据流转、多样的数据类型、较低的价值密度、较高的真实性五大特征。目前，大数据技术已经创造了个性化学习、精准营销等新模式。例如，运用大数据分析技术，教师能够详细记录学生的学习情况和成长轨迹，可以更加清晰地了解每个学生的学习能力和特征，从而实现更加个性化的教学；企业可以运用大数据进行精准营销，更好地开发潜在客户，并提供更适合的产品服务。大数据还能够更好地改善民生，如自助缴纳水电燃气费用、电子地图便利出行等。

人工智能是计算机模拟人类思维方式和智能行为的技术。近年来，人工智能已经在模式识别、语音识别、专家系统和机器人制作等方面取得明显成就，并广泛应用于医疗诊断、机器翻译、智能家居、智慧农业、智能机器人等领域。例如，利用模式识别技术，能够实现指纹分辨、身份鉴别；对人体细胞显微图像进行分析，可以确定是否发生病变；对机器人配置摄像机、声音接收器、机械装置等，可以模拟人类完成海底探测。

区块链本质上是一个去中心的数据库，具有不可伪造、全程留痕、可以追溯、公开透明、集体维护等特征，具有极高的数据稳定性和可靠性，目前其已开始应用于金融、政务、医疗、教育、军事国防等领域。在金融领域，基于区块链分布式账本体系，能够快速完成支付、清算、结算任务，降低跨行跨境交易的复杂性和成本。在医疗领域，区块链能够保障存储的医疗数据来源真实，并能实现永久保存，便于医院查看患者历史医疗记录，给出更具针对性的治疗方案。

三、新技术发展引领社会经济发展

（一）新旧产业的交替

随着新技术的迅猛发展，数字经济与实体经济正在走向深度融合。新技术已经成为新旧发展动能接续转换的强劲引擎。具体而言，新技术在传统产业的应用，不仅使原有生产力升级改造，而且衍生出新的生产力，促使资源重新高效配置，最终重塑经济发展模式。

从产业视角看，实体经济新旧产业交替更迭主要包括两种形式。

围绕技术，人工智能、新能源、新材料、新能源汽车、电子商务等新产业、新业态的产生及不断发展壮大，最终将可能取代传统产业成为国民经济的主导产业。在生活文化领域，在线媒体、电子书的发展，正在严重冲击传统报纸杂志、纸质书籍销售。在交通出行领域，网约车正成为主流，打击了传统出租车市场。

面向传统产业，新技术、新业态、新模式推广运用及渗透到传统产业中，使传统产业获得新的发展动力和活力，并焕发出新的生机。工业互联网作为新一代信息技术与工业技术深度融合的产物，通过人、机、物的全面互连，实现了工业经济的全要素、全产业链、全价值链连接，赋能传统制造业向“制造+服务”的模式转型升级，提高制造业的附加价值，推动制造业进一步向高端化迈进，成为工业经济高质量发展的重要推动力。

（二）三次产业的比重变化

当前，数字经济已成为撬动经济社会发展的“杠杆”。传统产业正在积极应用5G、物联网、大数据、人工智能、区块链、云计算等新技术，进行全方位、全链条的产业改造，发挥数字技术对经济发展的放大、叠加、倍增作用。数字技术作为农业现代化的助推器、工业变革的驱动器、服务业新模式的孵化器，正在推进产业结构向高层次演进，三次产业结构比例持续优化，产业发展协调性显著增强。

近年来，三次产业数字化转型不断提速，我国三次产业数字经济渗透率逐年提高，产业竞争力持续增强。数据显示，“十三五”期间，我国三次产业数字经济渗透率由“十三五”初期的第一产业6.2%、第二产业16.8%、第三产业29.6%，增长到了“十三五”末期的第一产业8.9%、第二产业21.0%、第三产业40.7%。总体来看，目前第三产业数字化转型最快，第三产业比重明显提高。

新的变化正在发生。在农业领域，物联网、人工智能等技术正用于数字化测土配肥、智能高效节水灌溉、机器人采摘；卫星遥感、区块链等技术正用于农作物品种筛选、精准农业等。在工业领域，数字工厂仿真、智能物流、企业资源计划（Enterprise Resource Planning，ERP）系统等广泛应用，更多企业迈上“云端”，2020年我国新增上云企业超过47万家。在服务业领域，在线学习、远程办公、远程会议、在线医疗、数字娱乐等服务新模式不断涌现，电子商务发展尤为迅猛，交易额由2015年的21.8万亿元增长到了2020年的37.2万亿元。

（三）软硬协同的未来世界

软件产业由最初的软硬一体化阶段，如今已经迈入网络化、服务化阶段，软件正在深刻改变着产品、企业和生态，未来世界也将是软件定义的世界。软件定义是指，利用软件程序赋予事物的应用功能和使用价值，满足日益复杂的多样化需求。软件定义的本质在于，通过软件虚拟化的方式，实现硬件资源虚拟化、管理功能可编程。

软件定义最先出现的概念是软件定义的无线电（Software Defined Radio，SDR）。SDR技术通过软件（或固件）代替硬件执行信号处理任务来实现射频通信。此后，软件定义逐步延伸渗透至整个IT环境。例如，软件定义网络（Software Defined Network，SDN）实现了通过软件编程的方式定义和控制网络；软件定义存储（Software Defined Storage，SDS）实现了通过软件自动控制存储资源，并最终达到存储即服务的目标；软件定义计算诞生了云计算；软件定义消费电子产生了智能手机、工业机器人、智能网联汽车等系列产品。

当前，业界已经将软件定义视为推进数字化转型的利器，积极发挥软件在引领创新、促进转型、培育动能中的支撑引领作用。例如，制造业基于软件定义加快推进高质量发展，应用研发设计类、经营管理类、生产控制类等软件，持续提升产品研发能力、提高企业管理水平、优化制造资源配置，实现生产设备故障诊断与预测性维护，并基于软件对数据进行深入分析，不断提高生产效率和资源利用率，全面优化企业生产经营模式。

在数字化的大趋势下，未来世界将是人、机、物融合的世界。各类信息资源的连接，以及信息资源与社会资源、硬件资源等的关联，将构成万物互联的世界。在新环境下，新型应用需求将层出不穷，这需要通过软件定义的方式来实现“按需定制”。因此，未来世界将无法脱离软件。