La innovación clave en tecnología central se ha convertido en un camino estratégico importante para que los países mantengan la seguridad industrial en medio de la intensificación de la competencia tecnológica global. Como un paradigma de innovación importante, la colaboración en I+D se considera generalmente una forma efectiva de lograr dicha innovación. Sin embargo, el problema clave de cuál mecanismo de colaboración es más efectivo para promover la innovación en tecnología central sigue siendo insuficientemente explorado. Por lo tanto, comparar sistemáticamente la efectividad de diferentes mecanismos de innovación colaborativa tiene una gran importancia estratégica para lograr la innovación en tecnología central y superar los bloqueos tecnológicos occidentales. En este estudio, se incorporaron el nivel de I+D y la cuota de mercado de la tecnología central clave en un marco analítico y se aplicaron a un juego diferencial centrado en los comportamientos de innovación de las empresas líderes, las empresas de apoyo y las instituciones de investigación académica bajo mecanismos no colaborativos de Nash, de reparto de costos y colaborativos. Se realizó un análisis de simulación utilizando el software MATLAB 2020a. Los resultados muestran que las estrategias óptimas para la innovación en tecnología central clave de las entidades innovadoras están negativamente correlacionadas con el coeficiente de costo, la tasa de descuento, la tecnología y el coeficiente de recesión del mercado. Mientras tanto, están positivamente correlacionadas con el coeficiente de sensibilidad de la I+D tecnológica y la promoción del mercado. Además, los niveles de I+D y las cuotas de mercado de la tecnología central clave son más altos bajo el mecanismo colaborativo. En este escenario, los ingresos de la entidad innovadora y el sistema en general alcanzan la optimalidad de Pareto. Dentro de un rango de umbral, el mecanismo de reparto de costos mejora significativamente los esfuerzos innovadores, el nivel de I+D y la cuota de mercado de la tecnología central clave, lo que lleva a una mejora de Pareto tanto para los ingresos de los participantes como para los del sistema en general en comparación con el mecanismo no colaborativo. Este estudio no solo contribuye a los resultados teóricos de los juegos diferenciales, sino que también proporciona valiosas sugerencias para los responsables de políticas y las entidades de innovación para fomentar la innovación en tecnología central clave desde la perspectiva de la colaboración.