李国杰-21世纪上半叶发展信息科学技术的战略取向

21世纪上半叶发展信息科学技术的战略取向2121世纪上半叶世纪上半叶发展信息科学技术的战略取向发展信息科学技术的战略取向INSTITUTEOFCOMPUTINGTECHNOLOGY李国杰中国科学院计算技术研究所2009.10.23李国杰李国杰中国科学院计算技术研究所中国科学院计算技术研究所2009.10.232009.10.23z信息科学技术面临重大突破z对信息科学技术认识的转变z计算机科学技术的“三国定律”——云计算是信息化的一个阶段z我国信息领域要强调重点跨越报告目录报告目录信息科学技术面临重大突破信息科学技术面临重大突破信息科学技术面临重大突破INSTITUTEOFCOMPUTINGTECHNOLOGYz劳动资料不仅是人类劳动力发展的测量器，而且是劳动借以进行的社会关系的指示器。－卡尔，马克思：《马克思恩格斯全集》23卷204页z技术仅仅是一种社会变量，可以根据我们的选择而做出改变。鉴于技术具有政治性，我们还必须看到，在现存的政治结构下以及可预见的未来，技术仍然将构成权力与控制的扩展。z获得技术的真正成就的唯一有效方式就是变更整个体系的技术基础。这是人的问题，而不是技术问题。只有人才能解决它。这无疑是一个巨大的挑战，它要求我们从根本上反思科技的形式与作用，反思建构更为民主、更为平等、更为人道、更具有创造性的和谐社会的现实途径。z劳动资料不仅是人类劳动力发展的测量器，而且是劳动借以进行的社会关系的指示器。－卡尔，马克思：《马克思恩格斯全集》23卷204页z技术仅仅是一种社会变量，可以根据我们的选择而做出改变。鉴于技术具有政治性，我们还必须看到，在现存的政治结构下以及可预见的未来，技术仍然将构成权力与控制的扩展。z获得技术的真正成就的唯一有效方式就是变更整个体系的技术基础。这是人的问题，而不是技术问题。只有人才能解决它。这无疑是一个巨大的挑战，它要求我们从根本上反思科技的形式与作用，反思建构更为民主、更为平等、更为人道、更具有创造性的和谐社会的现实途径。从更全面的角度认识技术变革从更全面的角度认识技术变革z当代世界学术名著·经济学系列戴维．诺布尔：《生产力：工业自动化的社会史》，中国人民大学出版社，２００７年z当代世界学术名著·经济学系列戴维．诺布尔：《生产力：工业自动化的社会史》，中国人民大学出版社，２００７年新技术扩散不是自发的市场行为而是取决于人们的战略取向新技术扩散新技术扩散不是不是自发的市场自发的市场行为行为而是取决于人们的而是取决于人们的战略取向战略取向z创造美国制造体系的主要动机并不是经济的，而是军事的；这种新型制造方法的主要推动者并不是自我调节的市场而是站在市场之外的美国陆军军械部。z存在许多影响这种新技术扩散的因素，其中大部分都不是依靠自发的市场力量所能解释的。这些因素通常不能用所谓的理性经济行为来解释。。z因为技术发展过程本质上是一种社会过程，而这种社会过程很大程度上隐含着不确定性和自由。技术并非必要条件。它仅仅存在于人们从中做出选择的可能范围之内。z技术并非症结所在，也不是解决之道。真正的问题是政治的、道德的与文化的，解决之道也是如此。z创造美国制造体系的主要动机并不是经济的，而是军事的；这种新型制造方法的主要推动者并不是自我调节的市场而是站在市场之外的美国陆军军械部。z存在许多影响这种新技术扩散的因素，其中大部分都不是依靠自发的市场力量所能解释的。这些因素通常不能用所谓的理性经济行为来解释。。z因为技术发展过程本质上是一种社会过程，而这种社会过程很大程度上隐含着不确定性和自由。技术并非必要条件。它仅仅存在于人们从中做出选择的可能范围之内。z技术并非症结所在，也不是解决之道。真正的问题是政治的、道德的与文化的，解决之道也是如此。康德拉季耶夫经济长波理论康德拉季耶夫经济长波理论康德拉季耶夫经济长波理论电力蒸汽机内燃机铁路信息技术石化20世纪下半叶信息技术发展迅猛21世纪上半叶信息科学将取得突破性发展21世纪下半叶将出现一次新的信息技术革命20-21世纪信息科学与技术发展态势示意图2020--2121世纪信息科学与技术发展态势示意图世纪信息科学与技术发展态势示意图信息技术的基础理论大部分是1960年代以前完成的，近40年信息科学没有取得重大突破科学院2050年路线图对信息技术的基本判断科学院科学院20502050年路线图年路线图对信息技术的基本判断对信息技术的基本判断z通过一年多的战略研究工作，我们做出的昀基本的判断是：信息技术不会像机械和电力技术一样，经过半个世纪的高速发展以后，就变成以增量改进为主的传统产业技术，在21世纪上半叶让位于生物技术和纳米技术，而是面临一次新的信息科学革命；在整个21世纪，信息科学与技术将与生物、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。z不论是集成电路、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理性的突破。z通过一年多的战略研究工作，我们做出的昀基本的判断是：信息技术不会像机械和电力技术一样，经过半个世纪的高速发展以后，就变成以增量改进为主的传统产业技术，在21世纪上半叶让位于生物技术和纳米技术，而是面面临一次新的信息科学革命临一次新的信息科学革命；在整个整个2121世纪世纪，信息科学与技术将与生物、纳米、认知等科学技术交织在一起，继续焕继续焕发出蓬勃的生机发出蓬勃的生机，引领和支撑国民经济的发展，改变人们的生活方式。z不论是集成电路、高性能计算机，还是互联网和存储器，20202020年前后都会遇到只靠延续现有技术难以逾越的障碍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理性的突破。挖掘并行性和可扩展的困难挖掘并行性挖掘并行性和可扩展的和可扩展的困难困难信息处理的高功耗信息处理信息处理的高功耗的高功耗复杂信息系统安全可靠性低复杂信息系统复杂信息系统安全可靠性低安全可靠性低当前信息技术面临三座高墙当前信息技术面临三座高墙当前信息技术面临三座高墙2020－2030年之间可能出现的“技术墙”20202020－－20302030年之间可能出现的年之间可能出现的““技术墙技术墙””z许多信息技术不约而同地将在2020-2030年之间出现难以逾越的障碍。z到2020年左右，摩尔定律将不再有效，集成电路正在逐步进入“后摩尔时代”，我们必须更多地从BeyondCMOS中寻找新的出路。z计算机正逐步进入“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。z2020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，2030年肯定做不出Zettaflops级（1021flops)水平的计算机。z进入“后IP”时代是不可避免的发展过程，可能需要20年时间才能真正突破TCP/IP协议的局限。11信息领域的技术突破重点方向信息领域的技术突破重点方向信息领域的技术突破重点方向低功耗低功耗低功耗可靠安全可靠安全可靠安全可扩展性可扩展性可扩展性可扩展到亿级并行度惠及数十亿用户低功耗的信息系统高可信的信息系统21世纪网络科学技术的变革2121世纪网络科学技术的变革世纪网络科学技术的变革z传统的计算机科学主要致力于研究如何昀好地设计、构造、分析和编程计算机，而现在研究的问题主要是如何昀好地设计、构建、分析和操作网络。z传统的计算机科学主要致力于研究如何昀好地设计、构造、分析和编程计算机，而现在研究的问题主要是如何昀好地设计、构建、分析和操作网络。z继20世纪发展系统论、信息论和控制论之后，21世纪将提出新的网络论（NetTheory）,将整个网络看成一个复杂巨系统，发现其中的规律，这一理论将对网络的发展与普及产生深远影响。z继20世纪发展系统论、信息论和控制论之后，21世纪将提出新的网络论（NetTheory）,将整个网络看成一个复杂巨系统，发现其中的规律，这一理论将对网络的发展与普及产生深远影响。z没有人设计互联网,Internet是自己演化涌现（emerge）形成的。未来网络一定要建立在对网络的深刻理解上，不仅要理解网络的协议层，而且要理解网络的动力学行为、可控制性、安全性、健壮性和演化规律。z没有人设计互联网,Internet是自己演化涌现（emerge）形成的。未来网络一定要建立在对网络的深刻理解上，不仅要理解网络的协议层，而且要理解网络的动力学行为、可控制性、安全性、健壮性和演化规律。z网络领域引用率昀高的6篇论文中有4篇发表在Science,Nature和ReviewsofModernPhysics。zScaleFreeModel不符合Internet的真实情况zNetworkScienceCommunity和NetworkResearchCommunity必须相互交流，才能对网络有正确的认识。z网络领域引用率昀高的6篇论文中有4篇发表在Science,Nature和ReviewsofModernPhysics。zScaleFreeModel不符合Internet的真实情况zNetworkScienceCommunity和NetworkResearchCommunity必须相互交流，才能对网络有正确的认识。发展真正的网络科学发展真正的网络科学发展真正的网络科学z网络科学是研究人机物三元世界的网络共性规律、表达模型和计算理论的新兴学科，涉及经济、社会等和信息科学交叉领域所面临的科学问题。网络科学将会提出新的网络信息理论的概念并发展新的理论体系。z网络科学是研究人机物三元世界的网络共性规律、表达模型和计算理论的新兴学科，涉及经济、社会等和信息科学交叉领域所面临的科学问题。网络科学将会提出新的网络信息理论的概念并发展新的理论体系。z网络是否要继续采用分组交换；z端对端原理是否要改变¾端对端原理的提出者Clark教授在2009的一次FIND工作会议上建议：将EtoE原理改为trust-to-trust原理，即应用的智能不一定在终端，而是放在有足够的信任能正确完成任务的设备上z路由和包转发是否要分开；z拥塞控制和资源管理问题；z身份认证和路由问题。美国未来网络研究FIND计划希望解决的五个问题美国未来网络研究美国未来网络研究FIND计划计划希望解决的五个问题z不同于桥梁、计算机等人造物的设计（有具体的需求和目标），设计未来网络不是造一个有具体目标的人造物品，实际上是设计一个环境，能引发出我们希望出现网络产品与服务。z新的网络设计方法论应该基于theoretically-derivedarchitectures，即基于能适应未预见到的未来变化的严格理论。z必须形成一种能力，通过明确规定局部的功能和限制就能达到所希望的整体行为。z研究未来网络首要的挑战是难以确定目标，如要不要设定“构建今后可使用100年的Internet”的目标。设计未来互联网不同于其他工程设计设计未来互联网不同于其他工程设计设计未来互联网不同于其他工程设计z传感网络是数字世界与物理世界的桥梁，将实现人与机器，机器与机器之间的信息交互，数字物理系统（CPS）是数字世界与物理世界交互的网络系统，具有监视与控制功能。z传感器和CPS是典型的多学科交叉，涉及通信、光学、微机械、化学、生物等诸多领域。z传感网络是数字世界与物理世界的桥梁，将实现人与机器，机器与机器之间的信息交互，数字物理系统（CPS）是数字世界与物理世界交互的网络系统，具有监视与控制功能。z传感器和CPS是典型的多学科交叉，涉及通信、光学、微机械、化学、生物等诸多领域。无处不在的传感器网络无处不在的传感器网络无处不在的传感器网络z随着大量的嵌入式设备和传感器纳入信息系统，网络边缘设备与服务器之比将增大几百倍，每个服务器的客户端设备数量将达到几万个之多，对这些嵌入式设备和传感器发送的海量信息进行存储、搜索、校对、汇总和分析，将是21世纪信息领域新的挑战任务。z随着大量的嵌入式设备和传感器纳入信息系统，网络边缘设备与服务器