科学技术

信息科学技术的长期发展趋势和我国的战略取向

2020-07-03 09:57

 

  在过去几十年中,信息技术一直走在信息科学的前面,无论是图灵机理论、冯·诺依曼计算机模型,还是香侬信息论,都是在20世纪30~40年代建立起来的。半个多世纪过去了,尽管信息技术飞速发展,但许多重要的信息科学基本理论问题仍没有得到解决。根据前苏联经济学家康德拉季耶夫提出的经济长波理论,我们预计21世纪上半叶信息科学将取得突破性发展,而下半叶将出现一次基于科学突破的新的信息技术。

  第一,信息技术经过半个世纪的高速发展以后,不会变成以增量改进为主的传统产业技术,而是面临一次新的信息科学;在整个21世纪,信息科学技术将与生物、纳米、认知等科学技术交织在一起,继续焕发出蓬勃的生机,引领和支撑国民经济的发展,改变人们的生活方式。

  第二,不论是集成电、高性能计算机,还是互联网和存储器,2020年前后都会遇到只靠延续现有技术难以逾越的障碍(信息技术墙),孕育着新的重大科学问题的发现和原的突破。所谓信息技术墙是指:挖掘并行性和可扩展的困难, 信息处理的高功耗, 复杂信息系统安全可靠性低。

  到2020年左右,摩尔定律将不再有效,集成电正在逐步进入“后摩尔时代”,我们必须更多地从“Beyond CMOS”中寻找新的出。计算机也正逐步进入“后PC时代”,终端设备将从“高大全”向“低小专”(“专”指个性化 )转变,降低功耗是首要目标。2020年以后 ,超级计算机的“千倍定律”将失效,只在现有的技术基础上做改进,到2030年将无法制造出Zettaflops级(1021 flops ) 水平的计算机。进入“后IP”时代是不可避免的发展过程,可能需要15-20年时间才能真正突破TCP/IP协议的局限。

  信息领域的技术在以下三个方向必须有性的突破:在扩展性方面,要可扩展到亿级甚至百亿千亿级并行度,惠及数十亿用户;在低功耗方面,性能功耗比要提高几个数量级;在可靠安全方面,要致力于研制自检测、自诊断、复的高可信系统。

  基于以上的分析,我们认为,信息领域的科技工作者在2020年以前必须积极探索攻克“信息技术墙”的核心技术,重点解决信息系统的可扩展性、低能耗、安全性和易用性等难题;2020年以后,什么技术将成为新的主流技术就会逐步明朗;2020到2035年将是信息技术改天换地的大变革期;2035到2050年,符合科学发展观的新的信息网络体系会逐步形成。

  这样的结论给我们的重要是:从现在开始,历史留给我们难得的机遇期只有10~15年左右。 如果错过这15年,我国就很难在21世纪上半叶成为信息产业的强国,也必将对我国的现代化进程产生十分不利的影响。