鄔賀銓院士談 ICT的演進與創(chuàng)新
作者/ 迎九 《電子產(chǎn)品世界》編輯
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201704/358510.htm摘要:在3月23日南京舉行的“2017中國半導(dǎo)體市場年會暨第六屆中國集成電路產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新大會”上,中國工程院院士鄔賀銓介紹了ICT演進與創(chuàng)新的三個方面:ICT技術(shù)的新時代;無線寬帶的新技術(shù);網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的新進展。
ICT技術(shù)的新時代——大智物移云
我們現(xiàn)在進入了一個“大智物移云”的時代,即大數(shù)據(jù)、智能化、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)和云計算?,F(xiàn)在是一個計算無處不在、軟件定義一切、網(wǎng)絡(luò)包容萬物、連接隨手可及、寬帶永無止境、智慧點亮未來的時代。
去年是計算機應(yīng)用的60周年、人工智能概念提出的60周年、光纖通信發(fā)明的50周年、摩爾定律提出的50周年、蜂窩移動通信應(yīng)用的40周年、互聯(lián)網(wǎng)WEB技術(shù)的25周年。 上述技術(shù)的融合發(fā)展,現(xiàn)在到了一個換代發(fā)展的新起點。
集成電路
集成電路(IC)已經(jīng)有60年的歷史,目前來看,通過片上系統(tǒng)(SoC),以及SoC和SIP(堆疊封裝)兩者結(jié)合,集成電路還在繼續(xù)發(fā)展。通過一些新技術(shù),諸如自旋螺旋器件、碳基器件等,集成電路技術(shù)在走向“后摩爾時代”。石墨烯技術(shù)還在發(fā)揮作用,但石墨烯等碳基材料有可能成為對硅基材料的顛覆。例如,2015年IBM發(fā)布了由片級石墨烯材料做的集成電路,實現(xiàn)了速度更高、能效更低和成本更低。
軟件
軟件已有很長的歷史。早年的軟件是在計算機平臺上來支撐軟件平臺應(yīng)用和開發(fā)環(huán)境。后來到了互聯(lián)網(wǎng)平臺,現(xiàn)在到了在云平臺上來支撐軟件。
軟件需要適應(yīng)云上的運算和存儲能力的動態(tài)變化。雖然各類終端能支撐海量的用戶,能有更高的安全性和隱私保護,但軟件的上層(開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)和開發(fā)環(huán)境)也在完善,可以用云平臺上的開發(fā)工具,可以在線開發(fā)、異地開發(fā)、協(xié)同開發(fā),可以通過云來實現(xiàn)知識的積累和軟件的復(fù)用。
通過云平臺,軟件的內(nèi)容可以有SaaS(軟件即服務(wù))、PaaS(平臺即服務(wù))等。
軟件開發(fā),從面向模塊到面向數(shù)據(jù)、面向事件、面向用戶、面向?qū)ο?、面向硬件銜接,向著?gòu)建化、語義化、智能化、服務(wù)化的方向發(fā)展。例如,現(xiàn)在美國有一個平臺,如果你要寫App,不用自己寫程序,只要把需求寫上去,它就會自動生成App的程序。但是,現(xiàn)有的軟件理論和技術(shù)還難以支撐互聯(lián)網(wǎng)軟件的新形態(tài)和特征,軟件技術(shù)的顛覆性創(chuàng)新現(xiàn)在還沒有形成。
人工智能
人工智能已經(jīng)有60年的歷史了。在60年前看計算機的發(fā)展,我們以為計算機什么都能干,但是那時無法想象計算機能寫歌曲和電影。后來發(fā)現(xiàn),把專家的經(jīng)驗輸入到計算機,通過模仿,人工智能能夠得到一定的發(fā)展,但無法超越已有的專家。
現(xiàn)在發(fā)展的新一輪的人工智能強調(diào)學(xué)習(xí)(因為人跟動物的主要區(qū)別是學(xué)習(xí))。例如AlphaGO與李世石下圍棋時,AlphaGo和李世石都收集了已有的所有棋譜,所不同的是,AlphaGO通過自我對弈產(chǎn)生了3000萬盤棋譜,這是李世石沒有的。所以,AlphaGO戰(zhàn)勝了李世石。今年年初,Master在網(wǎng)絡(luò)圍棋快棋方面,也分別戰(zhàn)勝了中日韓高手,贏了60多盤。
2016年10月,美國發(fā)布了《國家人工智能研究和發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃》[1],稱人工智能具有變革我們工作、生活、學(xué)習(xí)、發(fā)現(xiàn)和交往的潛力,人工智能的研究能夠增加國家各方面的優(yōu)勢,包括繁榮經(jīng)濟、改進戰(zhàn)略、提升生活質(zhì)量,增強國家安全。
人工智能主要是基于深度學(xué)習(xí),利用GPU等處理器,現(xiàn)在可以模擬超大型的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),且效果在不斷地提升。另外,深度學(xué)習(xí)更能夠跟我們所需要的技術(shù)進行匹配。盡管深度學(xué)習(xí)的理論機制還不清晰,但是基于深度學(xué)習(xí)的語音和圖象識別率已經(jīng)提升到了95%。例如,經(jīng)過多層的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),把各種各樣的狗的照片輸入給神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),機器會把它們歸類,并對蘋果、花等照片進行分類,然后告訴機器這類照片都是狗。當(dāng)再有狗的照片時,機器就能識別這就是狗了。當(dāng)然,這看起來很簡單,其實它經(jīng)過了很多層的訓(xùn)練。
另外一個值得注意的技術(shù)是區(qū)塊鏈。區(qū)塊是包含了時間戳的數(shù)字資產(chǎn)交易的信息數(shù)據(jù)塊。區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)有多種交易形式,彼此相鄰的區(qū)塊是有關(guān)聯(lián)的。
區(qū)塊鏈是由密碼關(guān)聯(lián)的區(qū)塊串組成的一個分布式的數(shù)據(jù)庫,也稱為分布式帳本。例如,假設(shè)有一些交易發(fā)生,那么這些交易會提出來,但是需要通過使用加密和計算,不是任意的節(jié)點都可以發(fā)布,誰能計算出來,誰就獲得發(fā)布權(quán)來驗證,發(fā)布完之后由所有的節(jié)點來驗證,然后產(chǎn)生新的區(qū)塊加進去,再跟前一個區(qū)塊關(guān)聯(lián)起來。
所以,一旦信息經(jīng)過驗證并添加到區(qū)塊鏈,就會永久地存儲,所有當(dāng)前參與的節(jié)點來共同維護這個交易用戶的數(shù)據(jù)。所以,單個節(jié)點獨自修改數(shù)據(jù)是無效的。因此,區(qū)塊鏈的穩(wěn)定性和可靠性很高。
當(dāng)然,區(qū)塊鏈不僅僅是底層有加密、數(shù)字簽名,它提供了不對稱的加密技術(shù),公鑰是公開發(fā)布的(這是用戶名),私鑰是密碼,通過解這個哈希函數(shù)來對應(yīng)檢查你的數(shù)據(jù)有沒有錯誤并驗證數(shù)字簽名。所以它不需要中介方,通過密碼學(xué)的方式來進行驗證。
當(dāng)然,僅有數(shù)據(jù)層是不夠的,區(qū)塊鏈的網(wǎng)絡(luò)層是一個P2P網(wǎng)絡(luò)(自組織網(wǎng)絡(luò)),它沒有中心節(jié)點(中介)。
但是上文提到,計算能力在所有節(jié)點里,只有率先計算出來的節(jié)點才具有發(fā)布權(quán),而其它節(jié)點用來驗證,所以不用擔(dān)心某個節(jié)點受到損壞。
還有一個共識層。怎么能說明這個節(jié)點比其他節(jié)點具有優(yōu)先發(fā)布權(quán)呢?有幾種方法:其中工作量的證明機制,大家都可以計算,但是這個挖礦誰最先能算出這個解,就能得到發(fā)布權(quán)(注:這個解是有一定難度的,如果大家都能算出來的話,這個難度就要加大;如果大家都算不出,難度就要降低)。當(dāng)然這可能要費些時間,所以,最近的區(qū)塊鏈已改成股權(quán)證明機制和授權(quán)股權(quán)證明機制了。
還有激勵層,你怎么能促進所有節(jié)點都去挖礦呢?這里有一些利益的平衡機制。
最終,還有一個是智能合約,所謂以太網(wǎng)是一種類似于JAVA的程序,它可以編程,可以用作于分散擔(dān)保交易、投票域名等。比如傳統(tǒng)的銀行是一個中介機構(gòu),A要轉(zhuǎn)帳給D,銀行要驗證A有沒有錢,再驗證一下D的帳號對不對,然后再轉(zhuǎn)帳。現(xiàn)在區(qū)塊鏈沒有中介了,A需要轉(zhuǎn)帳給D的時候,A就向周邊節(jié)點來廣播,周邊節(jié)點來驗證一下A有沒有錢、是不是合法的,D是否可以收錢。當(dāng)一定數(shù)量的節(jié)點經(jīng)過驗證以后,這個交易就成立了,這個帳就可以轉(zhuǎn)到D。一旦轉(zhuǎn)帳完成,A要向全網(wǎng)廣播,證明這筆錢的新主人已經(jīng)到了D,這個交易就被記錄下來。除了銀行以外,區(qū)塊鏈還可以用在公正、驗證、仲裁、審計、股市、保險、支付、清算、保薦、供應(yīng)鏈等。
區(qū)塊鏈是架構(gòu)在互聯(lián)網(wǎng)上的,互聯(lián)網(wǎng)的主要用途是實現(xiàn)信息的快速發(fā)送和接收,而區(qū)塊鏈的主要用途是形成數(shù)據(jù)的存儲和記錄,區(qū)塊鏈有高度的防篡改性。而互聯(lián)網(wǎng)通常除了加密外,不具備這種能力。
虛擬機和容器
現(xiàn)在發(fā)展得比較快的還有虛擬機和容器。一個公有云是要為很多企業(yè)服務(wù)的,每個企業(yè)之間是有隔離的,也可以利用虛擬機的技術(shù)實現(xiàn)隔離,也可以通過操作系統(tǒng)來隔離,每一個服務(wù)、進程都要帶一個操作系統(tǒng),這是一種比較重型化的虛擬化,它在分鐘級啟動,效率比較低。
現(xiàn)在,改成容器了(注:它不是用操作系統(tǒng)隔離,而是對進程隔離,操作系統(tǒng)是共享的)。這樣,它就可以簡化來實現(xiàn)輕量化和秒級啟動。當(dāng)然,容器的安全性可能沒有虛擬機隔離得那么好,但是目前技術(shù)也在發(fā)展,應(yīng)該還是可用的。
產(chǎn)業(yè)用ICT/產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)
信息技術(shù)(包括軟件)的發(fā)展,不只是用在一般的消費電子,還用在了產(chǎn)業(yè)上。美國產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的參考模型基本上是CPS(信息物理系統(tǒng))的概念打造出來的。CPS的底層有現(xiàn)場控制層,通過DCS(分布式控制系統(tǒng))等,把生產(chǎn)裝置和傳感器關(guān)聯(lián)起來,實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化。中間作為車間級,企業(yè)級有運營管理層,還有產(chǎn)品的研發(fā)、創(chuàng)新,以及對生產(chǎn)過程的管理。再上一層是集團級的企業(yè)層,包括SCM(供應(yīng)鏈管理)、ERP(企業(yè)資源計劃)、PDM(產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理)、WEMS、CRAM等等,當(dāng)然,這上面會利用到外部的資源。
無線寬帶的新技術(shù)
現(xiàn)在5G出來了,外圈是5G的性能,內(nèi)圈是4G的性能。5G相比于4G用戶體驗提高了10倍[2],頻譜效率提高了3倍,移動性提高了3倍,可以支持高鐵(注:高鐵時速500公里);無線接口延時減少90%(不高于1毫秒),能夠支持高速公路時速200公里的汽車避免碰撞;連接密度提高了10倍,要做到1平方公里內(nèi)可以有100萬個傳感器可以上網(wǎng),支持大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng);能效提高了100倍、流量密度提高了100倍、峰值速率提高了30倍。
5G的性能為何比4G高很多?
根據(jù)香農(nóng)定理,要提高網(wǎng)絡(luò)的容量,無非是增加基站數(shù)(蜂窩變密)、增多天線數(shù)(空分復(fù)用)、增加帶寬(更多的帶寬資源)、增加信噪比。大規(guī)模的天線是增加天線數(shù),超密集組網(wǎng)是增加基站數(shù),全頻譜接入是增加帶寬,新型多子接入是增加信噪比。當(dāng)然,還有更多的技術(shù)來支撐5G的發(fā)展。
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