重大科技基础设施产出：分析与启示
经过对12类重大科技基础设施（同步辐射光源、X射线自由电子激光装置、核聚变设施、超强超短激光装置、空间科技基础设施、地球数值模拟器、生物成像设施、蛋白质研究设施、高性能计算设施、生物医学大数据设施、综合极端条件实验室装置、强磁场设施）的国际发展态势进行分析，总体而言，各发达国家均重视对各类重大科技基础设施的发展规划和长期支持，但根据国情不同，在支持力度上各有所侧重。不同类型的设施也因所属学科领域不同、建设进度和运行时间不一，在科学产出、成果影响力、学科交叉、国际合作情况上有各自的特点。但是，经过对比12类重大科技基础设施，能够看出一些与我国相关的共性问题，值得我国在未来的重大科技基础设施建设乃至综合性国家科学中心的创建过程中予以关注。
关于科学产出和影响力
依靠我国已经建成并运行的一些重大科技基础设施，我国科学家做出了许多科学成果，已经在国际上占有一席之地：在综合极端条件实验设施、强磁场设施领域，我国科学论文数量均居世界第二位；在蛋白质研究设施、核聚变设施、地球数值模拟器设施领域，我国科学论文数量均居世界第三位。但是，无论从论文的篇均被引频次，还是从各国论文被引总数来看，我国科学论文的影响力都偏低；从高被引论文数量、H指数等指标衡量，也能看出我国重大科技基础设施的科学产出数量多，但影响力偏弱的特点。
从国际科研机构层面来看，中国科学院表现不俗，在核聚变设施、超强超短激光装置、地球数值模拟器领域，论文产出数量均居世界第二位，在综合极端条件实验装置、高性能计算设施领域论文数量居世界第三位，在强磁场设施、蛋白质研究设施领域论文数量居世界第四位。论文产出数量的第一位一般由美国能源部国家实验室、加州理工大学、德国马普学会等国际一流的科研机构占据。与总体情况类似，中国科学院的科学产出总体被引频次和篇均被引频次也均偏低，前者一般在TOP10机构之外，后者低于TOP10机构的平均水平。
如何使重大科技基础设施更好地支撑科学研究，提升我国科研能力和水平，产出有影响力的成果，推动科学产出从量大到质优的转变，也是我们亟待研究和考虑的问题。
关于优势和空白领域
在12类重大科技基础设施的部署建设上，我国具有明显的优势和空白领域。
我国高性能计算设施、核聚变设施均属于国际知名、技术较为先进的设施。在世界上性能最强大的500个超级计算设施中，我国拥有其中160个设施，且计算峰值性能、内核数量也位于领先地位，因此从数量规模和计算性能上，我国高性能计算设施已经接近美国的水平，但软件水平仍有待加强；我国的全超导托卡马克装置曾在世界上首次实现百秒级别的稳态高约束等离子体运行，并支持我国制订了至2050年的中国聚变工程实验堆发展计划，使我国的聚变设施有望持续保持在世界一流水平。
我国综合极端条件设施是目前世界上唯一综合各类极端条件的实验室，虽然在强磁场和激光等单项条件方面与国际知名设施，如美国佛罗里达州立大学国家强磁场实验室和极低温实验室、日本东京大学固体研究所极端条件实验室，仍存在差距，但我国的集成技术和能力已经达到世界领先水平，可实现各类极端条件的集成。设施建成后，将具备世界上最先进的综合极端条件试验研究能力，与北京同步辐射光源结合，为能源、材料、生命科学等研究提供强大的实验能力。
我国同步辐射光源、X射线自由电子激光装置、超强超短激光装置、地球数值模拟器均在国际上拥有一席之地，但面临激烈的国际竞争。这种竞争一方面体现在数量上，例如世界上同步辐射存储环光源约有52个，而我国仅有3个（美国7个、日本8个），其中只有一个三代同步辐射光源；另一方面体现在设施的性能参数、技术水平和投资金额上，例如我国上海超强超短激光用户装置的主要科技目标是建成峰值功率为10PW级的超强超短激光系统，并通过组束技术建成峰值功率为100PW级的系统，而欧洲极端光设施计划提出拟发展峰值功率为200PW的超强超短激光装置，并且自2012年以来已投入经费8.5亿欧元。因此，对于这一类设施而言，我国应密切关注国际进展，广泛开展国际合作、取长补短，在我国设施的升级发展、人才培养及引进、设施高效运行和利用等方面加大支持力度。
我国生物医学大数据设施与发达国家相比具有明显差距，是我国的空白领域。生物医学大数据是国家战略资源，但我国尚无被国际认可的数据库系统，使我国生物医学的“数字主权”受到威胁，目前我国的生物医学大数据科技基础设施仍处在论证阶段，急需推进落地实施。
关于与基础研究和关键核心技术的关系
重大科技基础设施是国家综合国力的体现，设施的性能受到基础研究水平的制约，同时应用设施从事基础研究的能力也制约了设施水平的提高和能力的释放。例如，超强超短激光装置的性能受到光学元件材料（晶体、光栅等）、大能量高重复频率泵浦激光器的制约；地球数值模拟器的性能受到高性能计算设施的计算能力制约；高性能计算设施的性能受到芯片、半导体产业的制约；空间科技基础设施不仅受到雷达、光学镜片性能制约，还与一个国家的国土面积、地缘环境等有关，例如美国能够在南北半球的不同维度上建设航天器跟踪测控的台站，而我国要实现这一目标则要困难得多。因此，对于我国目前与发达国家存在差距的重大科技基础设施，我们一方面应当有耐心，不能强求建设和规划的每一项新的重大科技基础设施都达到世界领先水平，应与我国的研究能力相适应；另一方面应当厘清限制我国重大科技基础设施性能和水平的关键技术、关键材料，加大对设施相关基础研究的投资力度。
此外，还需关注重大科技基础设施的实验技术、分析方法进展，提高设施建成之后的运行、管理、实验研究能力；加强设施产出的科研数据的开放管理、分析利用效率，特别是不同种类的重大科技基础设施数据之间的协同分析能力，例如综合应用地球数值模拟器数据和空间对地观测设施数据研究气候变化，或综合应用X射线自由电子激光装置数据和冷冻电镜观测数据研究蛋白质结构等。
关于产业集群和带动效应
在国外，许多企业在重大科技基础设施的建设和利用中扮演了重要角色。例如，在ESRF建设期间，德国柏林哈恩·迈特纳公司曾经发表论文，研究了利用ESRF开展康普顿散射的可能性。在ESRF建成后，许多在医疗健康、生物制药领域具有全球影响力的大型企业（如法国的赛诺菲公司、瑞士的诺华公司、丹麦的诺维信集团等）均利用ESRF开展与药物研发、生命过程与机理相关的研究；还有许多企业利用ESRF进行有关纳米材料、催化剂、结晶过程、磁测量、半导体、聚合物加工等研究，如美国国际商业机器公司、荷兰DSM公司、德国Bayer公司等。
对于一些在社会经济中应用广泛、具有较大商业价值的设施，大型企业甚至是其设计研发和制造的主体。例如，在生物成像设施（包括核磁共振等）中，专利排前10位的机构中只有1家属于高校（加州大学系统），其余9家全部属于大型跨国公司，包括美国通用电气公司、荷兰皇家飞利浦公司、德国西门子股份公司等。在蛋白质研究设施中，制药企业也是许多重要专利的所有者。
值得引起我国重视的是，在大部分重大科技基础设施领域，我国企业发挥的作用远没有像外国那样显著；但是在高性能计算设施领域，我国企业的地位却明显强于科研院所——我国高性能计算设施大多被部署在互联网公司、云服务提供商、电信运营商、电力公司和政府部门，这与美国大多数高性能计算机被部署在国家实验室、大学以及研究机构中的情况相反，可能导致我国一些尖端的高性能计算研究的开展受到限制。因此，如何平衡企业和科研院所在重大科技基础设施的建设、利用等环节所扮演角色的关系，使重大科技基础设施获取最大的科学效益，同时又能最大限度地发挥产业经济带动作用，这可能是需要在实践中认真探索和解决的问题。
最后，尽管目前我国重大科技基础设施的建设发展还存在一些问题和差距，但是相信随着我国综合国力和整体研究水平的提升，我国重大科技基础设施的性能也必将水涨船高，逐步走向世界一流水平。届时，基于世界一流的重大科技基础设施，我国实现创建国际一流的综合性国家科学中心的目标也将水到渠成。
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