在本文提到的11个事实中，我们探索了创新体系的核心特征，包括专利、研发投资以及科学、技术、工程和数学（STEM）教育。通过分析可知，我们必须重视提高创新制度有效性的机会，从而促进技术进步和经济增长。
人们的生活水平并不一定会随着时间的推移而得到提高，也不会自发得到改善。更重要的是，生活水平的提高有赖于物质和人力资本投入的增加、可能需要投入大量资金的技术进步和精心设置的机构等。在本文提到的11个事实中，我们探索了创新体系的核心特征，包括专利、研发投资以及科学、技术、工程和数学（STEM）教育。通过分析可知，我们必须重视提高创新制度有效性的机会，从而促进技术进步和经济增长。
我们很难夸大技术进步对提高生活水平的重要性。正如图A所示，阿根廷和奥地利就是这样的例子。这两个国家的人均投入（劳动力和资本）水平大致相同，但其经济产出却大相径庭：奥地利的人均收入是阿根廷的两倍多。在经济产出方面，劳动力和资本发挥着重要作用，并且可解释国民收入存在差异的原因，但人均国民收入（换句话说，即国民生活水平）的巨大差异缘于各经济体利用资源的方式存在差异，而不仅仅是因为可用资源的数量。
在增长核算领域，全要素生产率（TFP）是衡量一个经济体以给定投入获得经济产出的有效方法。发达国家和发展中国家人均收入差异的主要原因是全要素生产率存在差异。换句话说，大多数人均收入的差异并不能用可用资本和劳动力的差异来解释。此外，随着时间的推移，人均收入的持续增长有赖于全要素生产率的增长。如果技术未能取得进步，劳动力和资本的增加对于提高人均收入的潜力会受到限制。
图A显示，全要素生产率对于理解人均收入非常重要。在该范围的一端，德国和美国等国的全要素生产率相对较高。这表明在人力和物质资本利用方面，这些国家的效率较高。而在另一端，印度和印度尼西亚等国的全要素生产率较低，这表明它们的劳动力和资本的结合方式效率较低。
在一定程度上，全要素生产率反映了政策和制度的差异。即使两个国家采用同样的技术，如果其中一个国家有更好的支持其增长的机构，它们的经济产出将会有所不同。不过，尽管机构和制度构成了经济的基础，并形成了激励机制，但在商业实践中，全要素生产率的变化很大程度上反映了技术和创新的可用性和效率的差异。
在第二次世界大战结束后的10年里，美国的全要素生产率增长迅速，但在1973年左右放缓。从20世纪90年代中期开始，美国的全要素生产率又出现了短暂增长，但后来增速也有所放缓，而美国最近的生产率增长速度同样令人失望。考虑到生产率增长在提高生活水平方面的核心作用，近年来美国全要素生产率的有限增长成为一个严重的问题。值得注意的是，尽管全要素生产率和国民生产总值增长并未得到全面测量，但测量不够精确并不能成为最近生产率增长放缓的原因。
生产率增长放缓既是因为技术进步的步伐放缓，也是因为缺乏采用现有技术所必需的技能。美国最近之所以出现衰退，其中的一个原因是，与前几代的进步（如电力和内燃机等）相比，新技术创新的数量和对其的利用都受到限制，而且集中在娱乐、通信和信息处理方面。一些研究人员认为，2008的金融危机减缓了创新活动的实施，而且不断变化的人口结构降低了全要素生产率的增长。著名的生产率研究学者约翰·弗纳尔德（John Fernald）发现，生产率增长的放缓始于2004年，因为20世纪90年代末科技繁荣的影响已经消退，而它对后来的金融危机的作用有限。
创新投入的增长使生产率增长速度放缓的难题变得复杂。布鲁姆（Bloom）、琼斯（Jones）、范·雷南（Van Reenen）和韦伯（Webb）对全要素生产率和研发投入进行了对比（见图B）。到了21世纪，全要素生产率增长速度从20世纪60年代的2.1%下降至1.0%（深色条柱），研究人员的有效数量――被定义为用每10年研究经费支出聘请的研究人员的数量――实现了稳步增长（浅色条柱）。布鲁姆与其合著者将这一模式描述为研究生产率下降的结果，而新技术的进步需要数额更大的研究投入。
这一分析意味着，当谈到创新时，即使生产率的增长速度下降，也需要更多投资。这可能是由于一些综合因素导致的，这些因素将更简单的技术进步机会消耗殆尽，而且创新的效率低下。前者可能是技术进步一个不可避免的特征，但创新的低效问题可以得到解决。
专利和专利制度是消除这种低效并促进创新的主要焦点。专利制度的设计必须仔细进行调整，以实现成本与收益的平衡：一方面，专利帮助创新者从工作中获得更多回报，从而增加进行昂贵投资的动力。另一方面，专利会限制竞争，可以成为临时垄断权力的源头。例如，一个竞争者可能被阻止设计一个基于专利发明的新产品。专利诉讼或简单的诉讼威胁的成本也很高，专利的密集积累同样如此，它们都可能通过至关重要但难以量化的方式给创新设置障碍。
因此，只有当它们达到一定的新颖性、非显著性和实用性时才会被授予专利，这一点非常重要。在这些情况下，专利的社会效益更有可能超过社会成本。当专利不符合这些标准时，它们只会使专利接收者受益，同时损害其他公司和消费者的利益。在一项新的汉密尔顿项目政策提案中，迈克尔·弗雷克斯（Michael Frakes）和梅丽莎·沃瑟曼（Melissa Wasserman）对不允许无效专利授予的美国专利制度推出的改革进行了探讨。
只有在创新的决定因素被充分理解的情况下，创新中的无效专利和其他挑战才能被克服。本文首先考察了创新的过程以及一些关键投入，包括研发投资、STEM教育以及将创新者带到美国的移民潮。进而论述了一些挑战，包括创新的地域集中性、女性在STEM领域的有限参与度、无效专利的社会成本以及创新的长期滞后，这些都可能使新技术进入市场变得困难。通过应对这些挑战推进汉密尔顿项目的核心目标，即促进广泛的共享经济的增长。
事实1：美国专利局收到的申请数量是1980年的6倍
专利数量是衡量创新的一个指标。然而，这是一个不完美的衡量标准，因为不同专利的重要性不尽相同，有些可能质量低劣。在专利标准、市场规模和何种创新可授予专利方面，各国情况并不一致。由于标准各不相同，因此难以进行跨国比较和长期比较。但是，这种比较可以让我们了解不同国家专利制度的创新和差异。
图1显示了三边专利局（即美国专利商标局、日本专利局和欧洲专利局）的专利申请趋势。自2006年以来，美国在专利申请方面已经超过了日本和欧洲。最近之所以出现增长，部分原因是由于美国的外国专利活动更加活跃所致。在美国专利商标局，由于数量增加而导致目前积压的申请超过50万份。
几十年来，美国凭借其国民所提交的国际专利申请，一直是该领域的领导者。当一项专利由美国专利商标局授权，并向三边专利局的三个成员均提出申请时（此类专利被称为三边专利族），该专利不太可能会无效或授权不当，尤其是考虑到与美国专利商标局相比，日本专利局和欧洲专利局对于专利申请的审查更为严格。
专利申请数量的增加也可能产生误导。如中国的专利数量（未在图1中列出）自21世纪前10年中期以来一路飙升，不过很少属于三边专利。此外，中国国际专利申请的引用比例仅占34%，这进一步表明中国的专利质量较低。
事实2：专利申请与其他创新活动的措施密切相关
尽管许多专利对拥有这些专利的个人和企业来说极具价值，但专利与创新之间是否存在密切关系可能并不明显。衡量这一联系对于了解专利制度的社会效益和基于专利分析创新的方法的有效性至关重要。
图2是各行业每1000名员工所产出的专利数量和本行业中参与创新活动（产品、服务或经营方法得到改进）的企业所占比例的关系图。在没有专利活动的行业中，企业是否参与创新活动方面存在极大差异。相比之下，那些专利活动司空见惯的行业，包括半导体和基础化学品等行业，创新活动总是居高不下。
重要的是，这项创新措施独立于有关的专利信息，来源于对收集创新活动相关数据的企业开展的一项调查。图2显示的结果与发现专利与创新密切相关的研究保持一致，专利数量是最常用的创新手段之一。
事实3：研发投入更多的国家产生的专利往往质量更高
研发投入――即用于创新的关键投入――与高质量专利（定义为至少向两个专利局提出申请的专利）的高产出有关。这种关系在国家内部非常明显（参见事实8），而在对不同国家进行对比时同样显而易见，如图3所示。
研发支出相对较低的国家（根据研发支出在购买力平价调整的GDP中所占比例），如意大利和土耳其，很少产出高质量专利。研发支出高的国家，如日本和韩国，往往能够产出更多高质量专利。有趣的是，一些国家的表现会低于或高于其研发支出的预期，中国和新西兰就是典型的例子。在研发支出方面，中国正逐渐赶上美国，前者目前占全球研发支出的20%，而美国所占的比例为30%（根据联合国教科文组织2016年数据），但中国的高质量专利数量并不多。
当然，研发可以在不产出专利的情况下产出创新成果。如果两个国家的企业对申请国际专利的兴趣不同时更是如此，它们在图3中所处的位置将会有所不同。
此外，各国在分配研发支出时通常也存在很大差异。例如，美国有超过2/3的研发支出投入于生物制药、软件和技术硬件领域。而相比之下，欧盟和日本的研发支出更多地集中在汽车行业。
事实4：企业研发支出上升的同时，联邦研发支出有所下降
从基础研究到试验开发并将新产品推向市场，技术进步的成本越来越高。尽管美国研发支出占GDP的比例从1953年的1.3%上升至2015年的2.8%，但自20世纪80年代初以来，这一比例几乎没有增加，这意味着研发支出的美元价值在近几十年随着GDP的增长而提高。
然而，研发支出的构成已经发生了变化。联邦政府资助的研发支出并未与GDP的增长保持同步，企业研发支出却在增长。1953年，联邦资金占所有研发支出的54%，企业贡献了44%。到2015年，联邦政府和企业的研发支出所占比重已经分别调整至22%和69%。
由大学和其他非营利组织资助的研发活动只占总投资的一小部分。2015年，大约有55%的大学研发活动由联邦政府提供资助。然而，就像事实10所显示的那样，许多创新活动都在大学或大学周边地区开展。
鉴于此类投资的社会效益巨大，而联邦政府在研发方面发挥的作用却日益下降，这种状况令人吃惊。通常情况下，企业无法从研发支出中获得所有的回报，其中一些将会更广泛地溢出到其他企业和社会。为了使研发支出达到合理水平（即与社会成本和福利相称的水平），联邦政府的作用通常被认为恰到好处。重要的是，联邦投资倾向于增加其他来源的研究支出，而不是排斥他们。
事实5：近3/4的高质量专利申请者拥有研究生学历
除了研发支出，影响专利的另一个关键因素是教育。与大学辍学企业家的固有形象相反，至少以高质量的专利活动衡量，创新几乎完全是由拥有高学历的人完成的。大多数情况下，这需要在本科学位之后再进行一些深造：45%的三边专利持有者拥有博士学位、医学博士学位或同等学历，70%的人至少拥有硕士学位，只有23%的人仅获得学士学位，7%的人没有完成4年的本科教育。
专利持有者的受教育程度远远高于其他人群。只有3%的美国成年人拥有博士学位，但45%的专利持有者拥有博士学位。而且，尽管90%以上的专利持有者至少拥有学士学位，但其中只有27%是美国人。教育在创新活动中的重要性凸显了受过良好教育的劳动力对经济的溢出效应。随着时间的推移，创新者的受教育程度似乎有所提高。对这一趋势的一种解释是“知识负担”在不断增加，这就要求新研究人员在开始作出贡献之前，将更多时间投入到前沿研究。随着技术的进步，创新需要更高程度的专业化和团队合作。
事实6：聘请更多STEM员工的行业产出的专利更多
虽然专利可以在所有领域产出，但专利由科学家或工程师产出的印象基本上是正确的，且拥有更多STEM员工的行业往往会产出更多专利。在各行业，STEM员工的分布极不均衡。例如，在食品和纺织行业，只有不到2%的员工被劳工统计局认定为STEM员工；而在通讯设备行业则有超过40%的员工被认定是STEM员工。
这种截然不同的情况意味着在一个行业中，每1000名员工拥有的专利情况迥然不同――食品和纺织行业拥有的专利为0到2项不等，而通信设备行业则为135项。
拥有众多STEM员工的行业获得的专利也越来越多。从1975年到2007年，计算机和电子行业的专利产出不断增加。相比之下，在STEM员工所占比例低得多的化学品和制药行业，获得的专利则几乎未见增长。然而，其中一些模式可能是由软件和商业方法的专利性规则发生变化所驱动，而非创新活动的变化所驱动。
事实7：超过1/4的高质量专利被授予移民
创新通常由人才、教育和资金推动。移民是美国创新人才的主要来源之一，他们对研究和创新作出了突出贡献，但与其人口数量却极不相称。图7显示了美国移民在劳动力、STEM劳动力、拥有博士学位人数、高质量专利持有者以及诺贝尔奖获得者中所占的比例。在美国25岁以上的劳动力中，移民仅占18%，但在STEM劳动力和高质量专利持有者中，这一比例达到26%和28%。他们在获取专利人群中所占的高比例并不令人意外，因为他们当中拥有博士学位的人太多了。事实上，美国有31%的博士是移民。
除了直接促进创新外，高技能移民为创新体系引发了积极的溢出效应：亨特（Hunt）和高蒂尔-洛伊塞勒（Gauthier-Loiselle）发现，将上述溢出效应考虑在内时，大学毕业生移民人口每增加1%，人均专利增加9%至18%。1880年至1940年移民发明家相对活跃的具有典型特征的技术类型在1940年至2000年间获得了更多的专利权和引用数。
创新成果可以在世界各地传播，美国经济也得益于其他国家的技术进步，但移民流入美国似乎增强了这个国家作为全球创新中心的能力。
事实8：研发投资可带来新技术，但通常需要数年时间
创新需要投入大量的研发和高技能劳动力。这些投资可能难以实现货币化，因为它们对整体经济产生了巨大的溢出效应。此外，这些投资往往在数年后才会产生效益，这可能会使投资的组织和融资过程变得复杂。
图8摘自波普（Popp）的研究成果，揭示了三种可再生能源技术不同时期研究投资的回报。对专利引文而不是对专利授予日期的关注使我们对发明新技术之前的时间有了更好的认识。图8显示，在专利申请中，专利引用可为非专利文献提供参考，这是衡量知识从公共研究流动至后期发明的极好方法。
对于这三种技术，滞后时间很长，引用的最大概率出现在初始投资的10到12年后。在最初研究阶段和最终商业化阶段之间的这段滞后时间，可能会给美国的创新体系带来困难。在汉密尔顿项目政策建议中，安娜·戈尔茨坦（AnnaGoldstein）、皮埃尔·阿祖莱（Pierre Azoulay）、约书亚·格拉夫·兹文（Joshua Graff Zivin）和弗拉基米尔·布洛维奇（Vladimir Bulovi）考虑如何改善能源技术的创新，他们的建议对提高企业家将新技术推向市场的能力的改革予以了考虑，因此可解决投资和技术部署之间长期滞后的问题。
事实9：女性在整个创新中代表性不足
随着生产率增长速度放缓，研发活动变得更加困难，创新的效率低下可能比以往任何时候都更具破坏性。解决这些低效问题可能会带来巨大的社会效益。有数据表明，有改善潜力的一个重要领域是女性对STEM工作的贡献。
减少女性创新的障碍，改善人才分配，从而使整体经济实现增长。类似地，在STEM工作中，更好地利用女性以及来自低收入家庭的少数族裔和个人的才能，都有助于建立一个更完善的创新体系。女性受教育的程度越来越高于男性，但她们在STEM领域和获取专利方面的作用却落后于男性。
图9显示，在STEM各阶段中女性参与度呈急剧下降趋势。尽管有57%的学士学位获得者为女性，但只有35%的女性获得了STEM学士学位。参与创新活动的女性人数甚至更少――仅占STEM劳动力总数的22%，而她们所获得的专利只占16%。在很大程度上，这些比例逐渐降低似乎反映了来自STEM领域和创新的消耗，而不是年轻和年长的女性群体之间的差异。例如，在过去的20年里，女性获得STEM学士学位的比例仅增长了约4%，这表明女性在STEM方面的表现一直相对稳定。
在STEM领域，女性的代表性不足尤其体现在计算机科学与工程等数学密集型领域，这些工作中的性别差距在大学毕业之前就已经显现。到了后期项目中，女性很可能会退出STEM创新活动中。大学毕业后，拥有STEM学位的女性比男性更有可能在教育或医疗保健行业工作，而不是进入STEM领域。所有这些差异导致女性在科学探索和专利申请工作中代表性严重不足，因而可能使经济失去重要的创新机会。
事实10：专利申请高度集中于都市区和研究型大学周边地区
即使在对人口密度进行调整后，创新活动在全美各地仍然分布不均。在2000年至2015年间，美国59%的专利权授予了居住在20个城市地区的申请者，而这些地区的人口只占美国人口的36%。
图10显示了大都市统计区域的专利授予数量，圆圈的大小表示该地区专利数量所占的比重，大的圆圈表示比重高；菱形表示该地区拥有一流的研究型大学。这份地图的一个显著特征是在一流研究型大学或这些大学的附近地区，往往都会有专利。阿格（Aghion）等人发现，对于技术更先进的州来说，在4年制大学人均投资1000美元，则平均每人可多产出0.06项专利。当大学位于城市内部时，商业成果尤其显著。
在一个相关模式中，城区内受过STEM教育的大学毕业生的比例与获得专利的水平成正比。研究表明，除了美国之外，这种模式在其他国家同样如此。例如，托伊瓦宁（Toivanen）和瓦瓦阿纳宁（Vnnen）发现，通过新建三所技术大学，美国专利商标局授予芬兰发明者的专利数量增加了20%。
自21世纪90年代初以来，专利申请的空间集中度有所增加。为了促进全美各地生活水平的提高，需要采取措施以确保创新活动的传播，或者转移到更广泛的地区。
事实11：专利诉讼虽昂贵但很常见
专利既是促进创新的工具，也是衡量创新的有用指标。然而，即使是有效的专利也会带来巨大的成本。其中一项成本是以专利诉讼的形式出现的，这类诉讼既昂贵又耗时。据估计，2015年非专利运营实体（NPE）的专利诉讼让企业产生了74亿美元的直接成本。NPE是那些积累专利权但不使用这些专利生产商品或提供服务的个人或公司，其中有一些被称为“专利流氓”。相比之下，运营公司则是生产依赖于专利的产品或服务的公司。
图11显示了每年在专利诉讼中分别被非专利运营实体和运营公司起诉的被告数量。从2005年到2011年，非专利运营实体在专利诉讼中所占的比例不断上升，同时整个诉讼案件也在不断增加。这类诉讼可能会使创新速度放缓。
为了应对日益增长的法律成本，美国国会颁布了《2011年美国发明法》（AIA），该法案对每个案件中被允许的被告数量设置了上限。因此，尽管图11显示在2010年至2013年间，被告的诉讼数量相对稳定，但在此期间，案件的数量增加了146%。通过引入成本更低的专利效度审查程序，AIA可能也降低了非专利运营实体的整体诉讼成本。根据2017年美国知识产权法协会（AIPLA）对专利诉讼成本的调查，在2015年至2017年间，侵权诉讼费用的中值成本下降了47%。
资料来源 Brookings
责任编辑 田心