鄔賀銓院士談 ICT的演進(jìn)與創(chuàng)新　

作者/ 迎九 《電子產(chǎn)品世界》編輯

摘要：在3月23日南京舉行的“2017中國(guó)半導(dǎo)體市場(chǎng)年會(huì)暨第六屆中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新大會(huì)”上，中國(guó)工程院院士鄔賀銓介紹了ICT演進(jìn)與創(chuàng)新的三個(gè)方面：ICT技術(shù)的新時(shí)代;無(wú)線(xiàn)寬帶的新技術(shù);網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的新進(jìn)展。

ICT技術(shù)的新時(shí)代——大智物移云

　　我們現(xiàn)在進(jìn)入了一個(gè)“大智物移云”的時(shí)代，即大數(shù)據(jù)、智能化、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算?，F(xiàn)在是一個(gè)計(jì)算無(wú)處不在、軟件定義一切、網(wǎng)絡(luò)包容萬(wàn)物、連接隨手可及、寬帶永無(wú)止境、智慧點(diǎn)亮未來(lái)的時(shí)代。

　　去年是計(jì)算機(jī)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(dòng)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(gè)換代發(fā)展的新起點(diǎn)。

　　集成電路

　　集成電路(IC)已經(jīng)有60年的歷史，目前來(lái)看，通過(guò)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(guò)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(shí)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(duì)硅基材料的顛覆。例如，2015年IBM發(fā)布了由片級(jí)石墨烯材料做的集成電路，實(shí)現(xiàn)了速度更高、能效更低和成本更低。

　　軟件

　　軟件已有很長(zhǎng)的歷史。早年的軟件是在計(jì)算機(jī)平臺(tái)上來(lái)支撐軟件平臺(tái)應(yīng)用和開(kāi)發(fā)環(huán)境。后來(lái)到了互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，現(xiàn)在到了在云平臺(tái)上來(lái)支撐軟件。

　　軟件需要適應(yīng)云上的運(yùn)算和存儲(chǔ)能力的動(dòng)態(tài)變化。雖然各類(lèi)終端能支撐海量的用戶(hù)，能有更高的安全性和隱私保護(hù)，但軟件的上層(開(kāi)發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)和開(kāi)發(fā)環(huán)境)也在完善，可以用云平臺(tái)上的開(kāi)發(fā)工具，可以在線(xiàn)開(kāi)發(fā)、異地開(kāi)發(fā)、協(xié)同開(kāi)發(fā)，可以通過(guò)云來(lái)實(shí)現(xiàn)知識(shí)的積累和軟件的復(fù)用。

　　通過(guò)云平臺(tái)，軟件的內(nèi)容可以有SaaS(軟件即服務(wù))、PaaS(平臺(tái)即服務(wù))等。

　　軟件開(kāi)發(fā)，從面向模塊到面向數(shù)據(jù)、面向事件、面向用戶(hù)、面向?qū)ο?、面向硬件銜接，向著?gòu)建化、語(yǔ)義化、智能化、服務(wù)化的方向發(fā)展。例如，現(xiàn)在美國(guó)有一個(gè)平臺(tái)，如果你要寫(xiě)App，不用自己寫(xiě)程序，只要把需求寫(xiě)上去，它就會(huì)自動(dòng)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(méi)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(jì)算機(jī)的發(fā)展，我們以為計(jì)算機(jī)什么都能干，但是那時(shí)無(wú)法想象計(jì)算機(jī)能寫(xiě)歌曲和電影。后來(lái)發(fā)現(xiàn)，把專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)輸入到計(jì)算機(jī)，通過(guò)模仿，人工智能能夠得到一定的發(fā)展，但無(wú)法超越已有的專(zhuān)家。

　　現(xiàn)在發(fā)展的新一輪的人工智能強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)(因?yàn)槿烁鷦?dòng)物的主要區(qū)別是學(xué)習(xí))。例如AlphaGO與李世石下圍棋時(shí)，AlphaGo和李世石都收集了已有的所有棋譜，所不同的是，AlphaGO通過(guò)自我對(duì)弈產(chǎn)生了3000萬(wàn)盤(pán)棋譜，這是李世石沒(méi)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(pán)。

　　2016年10月，美國(guó)發(fā)布了《國(guó)家人工智能研究和發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃》[1]，稱(chēng)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(guó)家各方面的優(yōu)勢(shì)，包括繁榮經(jīng)濟(jì)、改進(jìn)戰(zhàn)略、提升生活質(zhì)量，增強(qiáng)國(guó)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(jìn)行匹配。盡管深度學(xué)習(xí)的理論機(jī)制還不清晰，但是基于深度學(xué)習(xí)的語(yǔ)音和圖象識(shí)別率已經(jīng)提升到了95%。例如，經(jīng)過(guò)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(jī)器會(huì)把它們歸類(lèi)，并對(duì)蘋(píng)果、花等照片進(jìn)行分類(lèi)，然后告訴機(jī)器這類(lèi)照片都是狗。當(dāng)再有狗的照片時(shí)，機(jī)器就能識(shí)別這就是狗了。當(dāng)然，這看起來(lái)很簡(jiǎn)單，其實(shí)它經(jīng)過(guò)了很多層的訓(xùn)練。

　　區(qū)塊鏈

　　另外一個(gè)值得注意的技術(shù)是區(qū)塊鏈。區(qū)塊是包含了時(shí)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?zhǔn)怯擅艽a關(guān)聯(lián)的區(qū)塊串組成的一個(gè)分布式的數(shù)據(jù)庫(kù)，也稱(chēng)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(huì)提出來(lái)，但是需要通過(guò)使用加密和計(jì)算，不是任意的節(jié)點(diǎn)都可以發(fā)布，誰(shuí)能計(jì)算出來(lái)，誰(shuí)就獲得發(fā)布權(quán)來(lái)驗(yàn)證，發(fā)布完之后由所有的節(jié)點(diǎn)來(lái)驗(yàn)證，然后產(chǎn)生新的區(qū)塊加進(jìn)去，再跟前一個(gè)區(qū)塊關(guān)聯(lián)起來(lái)。

　　所以，一旦信息經(jīng)過(guò)驗(yàn)證并添加到區(qū)塊鏈，就會(huì)永久地存儲(chǔ)，所有當(dāng)前參與的節(jié)點(diǎn)來(lái)共同維護(hù)這個(gè)交易用戶(hù)的數(shù)據(jù)。所以，單個(gè)節(jié)點(diǎn)獨(dú)自修改數(shù)據(jù)是無(wú)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(duì)稱(chēng)的加密技術(shù)，公鑰是公開(kāi)發(fā)布的(這是用戶(hù)名)，私鑰是密碼，通過(guò)解這個(gè)哈希函數(shù)來(lái)對(duì)應(yīng)檢查你的數(shù)據(jù)有沒(méi)有錯(cuò)誤并驗(yàn)證數(shù)字簽名。所以它不需要中介方，通過(guò)密碼學(xué)的方式來(lái)進(jìn)行驗(yàn)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(gè)P2P網(wǎng)絡(luò)(自組織網(wǎng)絡(luò))，它沒(méi)有中心節(jié)點(diǎn)(中介)。

　　但是上文提到，計(jì)算能力在所有節(jié)點(diǎn)里，只有率先計(jì)算出來(lái)的節(jié)點(diǎn)才具有發(fā)布權(quán)，而其它節(jié)點(diǎn)用來(lái)驗(yàn)證，所以不用擔(dān)心某個(gè)節(jié)點(diǎn)受到損壞。

　　還有一個(gè)共識(shí)層。怎么能說(shuō)明這個(gè)節(jié)點(diǎn)比其他節(jié)點(diǎn)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(jī)制，大家都可以計(jì)算，但是這個(gè)挖礦誰(shuí)最先能算出這個(gè)解，就能得到發(fā)布權(quán)(注：這個(gè)解是有一定難度的，如果大家都能算出來(lái)的話(huà)，這個(gè)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(fèi)些時(shí)間，所以，最近的區(qū)塊鏈已改成股權(quán)證明機(jī)制和授權(quán)股權(quán)證明機(jī)制了。

　　還有激勵(lì)層，你怎么能促進(jìn)所有節(jié)點(diǎn)都去挖礦呢?這里有一些利益的平衡機(jī)制。

　　最終，還有一個(gè)是智能合約，所謂以太網(wǎng)是一種類(lèi)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(gè)中介機(jī)構(gòu)，A要轉(zhuǎn)帳給D，銀行要驗(yàn)證A有沒(méi)有錢(qián)，再驗(yàn)證一下D的帳號(hào)對(duì)不對(duì)，然后再轉(zhuǎn)帳?，F(xiàn)在區(qū)塊鏈沒(méi)有中介了，A需要轉(zhuǎn)帳給D的時(shí)候，A就向周邊節(jié)點(diǎn)來(lái)廣播，周邊節(jié)點(diǎn)來(lái)驗(yàn)證一下A有沒(méi)有錢(qián)、是不是合法的，D是否可以收錢(qián)。當(dāng)一定數(shù)量的節(jié)點(diǎn)經(jīng)過(guò)驗(yàn)證以后，這個(gè)交易就成立了，這個(gè)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(qián)的新主人已經(jīng)到了D，這個(gè)交易就被記錄下來(lái)。除了銀行以外，區(qū)塊鏈還可以用在公正、驗(yàn)證、仲裁、審計(jì)、股市、保險(xiǎn)、支付、清算、保薦、供應(yīng)鏈等。

　　區(qū)塊鏈?zhǔn)羌軜?gòu)在互聯(lián)網(wǎng)上的，互聯(lián)網(wǎng)的主要用途是實(shí)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(chǔ)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(jī)和容器

　　現(xiàn)在發(fā)展得比較快的還有虛擬機(jī)和容器。一個(gè)公有云是要為很多企業(yè)服務(wù)的，每個(gè)企業(yè)之間是有隔離的，也可以利用虛擬機(jī)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)隔離，也可以通過(guò)操作系統(tǒng)來(lái)隔離，每一個(gè)服務(wù)、進(jìn)程都要帶一個(gè)操作系統(tǒng)，這是一種比較重型化的虛擬化，它在分鐘級(jí)啟動(dòng)，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(duì)進(jìn)程隔離，操作系統(tǒng)是共享的)。這樣，它就可以簡(jiǎn)化來(lái)實(shí)現(xiàn)輕量化和秒級(jí)啟動(dòng)。當(dāng)然，容器的安全性可能沒(méi)有虛擬機(jī)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(fèi)電子，還用在了產(chǎn)業(yè)上。美國(guó)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(lái)的。CPS的底層有現(xiàn)場(chǎng)控制層，通過(guò)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(lái)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化。中間作為車(chē)間級(jí)，企業(yè)級(jí)有運(yùn)營(yíng)管理層，還有產(chǎn)品的研發(fā)、創(chuàng)新，以及對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的管理。再上一層是集團(tuán)級(jí)的企業(yè)層，包括SCM(供應(yīng)鏈管理)、ERP(企業(yè)資源計(jì)劃)、PDM(產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理)、WEMS、CRAM等等，當(dāng)然，這上面會(huì)利用到外部的資源。

無(wú)線(xiàn)寬帶的新技術(shù)

　　現(xiàn)在5G出來(lái)了，外圈是5G的性能，內(nèi)圈是4G的性能。5G相比于4G用戶(hù)體驗(yàn)提高了10倍[2]，頻譜效率提高了3倍，移動(dòng)性提高了3倍，可以支持高鐵(注：高鐵時(shí)速500公里);無(wú)線(xiàn)接口延時(shí)減少90%(不高于1毫秒)，能夠支持高速公路時(shí)速200公里的汽車(chē)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(wàn)個(gè)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(wú)非是增加基站數(shù)(蜂窩變密)、增多天線(xiàn)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(xiàn)是增加天線(xiàn)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(lái)支撐5G的發(fā)展。