十六大技術(shù)挑戰(zhàn)！中國電子信息工程科技發(fā)展將面臨這些

  為深入貫徹黨的十九大和黨中央關(guān)于推進我國新型數(shù)字基建相關(guān)精神，推動我國電子信息工程科技領(lǐng)域高質(zhì)量發(fā)展，助力數(shù)字基建科學(xué)發(fā)展驅(qū)動壯大經(jīng)濟新動能。4月26日，中國工程院信息與電子學(xué)部、中國信息與電子工程科技發(fā)展戰(zhàn)略研究中心在中國工程院發(fā)布“中國電子信息工程科技發(fā)展十六大技術(shù)挑戰(zhàn)(2020)”(以下簡稱“挑戰(zhàn)”)。

  “挑戰(zhàn)”分析了我國電子信息工程科技16個領(lǐng)域方向所面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)，具體如下：

  1.微電子光電子

  摩爾定律不斷逼近物理與工藝極限，新結(jié)構(gòu)、新器件、新材料、新工藝和新封裝是該領(lǐng)域補短板、加長板和可持續(xù)發(fā)展面臨的重要挑戰(zhàn)。當前圍繞通信用激光的收、發(fā)、調(diào)制、放大等光子集成和光電集成芯片技術(shù)的微小型化、高速率、低成本、低功耗、多功能、光電融合與智能化是該領(lǐng)域補短板、加長板和可持續(xù)發(fā)展面臨的重要挑戰(zhàn)。

  2.光學(xué)工程

  自然界許多生物具有目前人工系統(tǒng)無法比擬的光學(xué)感知能力。圍繞“仿生光學(xué)如何模擬這些生物的可調(diào)諧、寬光譜、寬視野、抗反射和隱身的視覺系統(tǒng)，以及將這些生物及其群體智能感知的機理和功能賦予人工智能系統(tǒng)，提高仿生光學(xué)在強背景干擾下的動態(tài)感知和處理能力”等是重要挑戰(zhàn)。

  3.感知

  遙感技術(shù)正向著主動與被動相結(jié)合和小型化高重復(fù)周期觀測的方向發(fā)展，結(jié)合圖像信息的智能處理技術(shù)推進遙感信息的廣泛應(yīng)用;信息技術(shù)的快速發(fā)展正推動著數(shù)字化和智能化傳感器研發(fā)?！熬邆渥灾鞑杉?、數(shù)據(jù)處理、傳輸和安全管理等能力的智能傳感器”是該領(lǐng)域當前面臨的重要挑戰(zhàn)。

  4.測量計量與儀器

  通過實施基于”常數(shù)”重新定義的國際單位制，中國計量體系正在經(jīng)歷從多層金字塔架構(gòu)向扁平化的歷史性變革，直接推動國家測量體系向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向跨越，支撐中國科技、產(chǎn)業(yè)、健康和國防的持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展,特別是加快研制和生產(chǎn)服務(wù)生命安全和生物安全的計量標準和測量儀器，滿足國家迫切急需，是該領(lǐng)域面臨的重要挑戰(zhàn)。

  5.電磁空間

  電磁頻譜已成為信息時代、智能時代人類社會的主要活動空間和競爭資源之一，用戶數(shù)量、類型和頻次爆炸式增長。電磁空間探測感知，通信傳輸和管制控制等系統(tǒng)形態(tài)和技術(shù)體制漸現(xiàn)一體化趨勢。實現(xiàn)智能全譜和多元一體的頻譜感知、高頻寬帶高效的頻譜利用、動態(tài)精細的用頻管控以及系統(tǒng)設(shè)備的高集成、低成本，是該領(lǐng)域當前面臨的重要挑戰(zhàn)。

  6.網(wǎng)絡(luò)與通信

  受可用頻譜資源限制、關(guān)鍵光電器件指標等制約，移動通信和光纖通信容量提升趨緩。伴隨網(wǎng)絡(luò)流量的爆發(fā)式增長和天空海全覆蓋的重大需求，技術(shù)代際躍升急需突破性的理論和技術(shù)。在人網(wǎng)物三元萬物互聯(lián)，以及網(wǎng)絡(luò)與各行業(yè)深度融合所帶來的網(wǎng)絡(luò)極大復(fù)雜性、巨容量、大連接、廣覆蓋、高可靠、低能耗、低成本等壓力和驅(qū)動下，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、服務(wù)質(zhì)量、用戶體驗、安全性和可靠性等是該領(lǐng)域當前面臨的重要挑戰(zhàn)。

  7.網(wǎng)絡(luò)安全

  面對各國激烈角逐制網(wǎng)權(quán)的變局，“維護網(wǎng)絡(luò)安全主權(quán)需創(chuàng)新主動、自適應(yīng)的多層聯(lián)動技術(shù)體系，構(gòu)建以快打快、以智對智的積極防御屏障，突破“御攻擊于外”的網(wǎng)絡(luò)邊防關(guān)鍵技術(shù)，形成以我為主的威脅感知和攻擊預(yù)判能力”是該領(lǐng)域當前面臨的重要挑戰(zhàn)。

  8.水聲工程

  針對復(fù)雜多變的海洋環(huán)境開展水下網(wǎng)絡(luò)化的聲學(xué)觀測，獲取海洋水下聲學(xué)環(huán)境規(guī)律及水下目標聲學(xué)信息，以實時化的信息傳輸和大數(shù)據(jù)信息處理為手段，實現(xiàn)海洋水下信息自主掌控是該領(lǐng)域當前面臨的重要挑戰(zhàn)。

  9.電磁場與電磁環(huán)境效應(yīng)

  隨著5G、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及其在高速通信、無人系統(tǒng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、先進能源、先進空天等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，各類裝備面臨嚴峻的電磁安全問題。突破傳統(tǒng)思維和方法束縛，建立電磁環(huán)境效應(yīng)與防護新理論，發(fā)展新技術(shù)、新材料和新器件，提升我國信息電子及其應(yīng)用的電磁環(huán)境適應(yīng)性和電磁制衡能力是該領(lǐng)域當前面臨的重要挑戰(zhàn)。

  10.控制

  “在智能制造、無人駕駛、深空深海等不確定復(fù)雜動態(tài)環(huán)境下，如何采用自動化與人工智能相融合的理論、技術(shù)和系統(tǒng)，針對重大裝備、自主運動體和流程工業(yè)過程等機理不清及難以建立數(shù)學(xué)模型的被控對象，實現(xiàn)自主智能控制、人機協(xié)同優(yōu)化決策、決策與控制一體化”是該領(lǐng)域當前面臨的重要挑戰(zhàn)。

  11.認知

  腦認知與人工智能加速融合，在無人系統(tǒng)、類腦芯片、智能視覺等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。以腦認知機理為基礎(chǔ)創(chuàng)新的人工智能技術(shù)是國際熱點?！岸喑叨葎討B(tài)腦觀測、針對記憶、情緒、視覺等認知功能的機理揭示和易泛化、魯棒、低功耗的人工智能理論與模型的建立”是該領(lǐng)域當前面臨的重要挑戰(zhàn)。

  12.計算機系統(tǒng)與軟件

  隨著人工智能應(yīng)用的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)爆炸式增長和計算模型日趨復(fù)雜，人們對計算力的需求呈高速增長態(tài)勢。面對后摩爾時代的物理制約，計算系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)硬件、系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件等多個環(huán)節(jié)面臨著高效能、高可靠、低能耗、敏捷設(shè)計、智能化及應(yīng)用多樣性等重要挑戰(zhàn)。智能計算已經(jīng)成為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和新興產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展的基礎(chǔ)使能技術(shù)。

  13.計算機應(yīng)用

  隨著人機融合、區(qū)塊鏈、虛擬現(xiàn)實、數(shù)字孿生等為代表的計算機應(yīng)用技術(shù)與各行各業(yè)融合程度的加深，支持各類工業(yè)設(shè)備、信息系統(tǒng)、業(yè)務(wù)流程、企業(yè)產(chǎn)品與服務(wù)、人員之間的互操作技術(shù)也愈加復(fù)雜。構(gòu)建一個更高效、更適人、更智能的互操作技術(shù)體系是該領(lǐng)域當前面臨的重要挑戰(zhàn)。

  14.工業(yè)軟件系統(tǒng)

  軟件運行固有的離散性和工業(yè)系統(tǒng)運行固有的連續(xù)性之間的適配成為操作系統(tǒng)和中間件等工業(yè)基礎(chǔ)軟件的首要難題，高穩(wěn)定性三維幾何引擎、工程分析仿真求解器、電子設(shè)計自動化等工業(yè)核心軟件，以及大型高可信嵌入式工業(yè)軟件和新型工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)軟件是該領(lǐng)域當前面臨的重要挑戰(zhàn)。

  15.應(yīng)對重大突發(fā)事件(屬信息領(lǐng)域的部分)

  “如何建立國家、省、市三級重大突發(fā)事件(比如新冠肺炎爆發(fā)等)信息化決策平臺，集思廣益，突破局限性，延伸到經(jīng)濟社會各領(lǐng)域;如何整合相關(guān)部門的數(shù)據(jù)資源，包括醫(yī)療衛(wèi)生、公安、交通、建設(shè)、環(huán)保、教育、能源、民政、國企數(shù)據(jù)等，建設(shè)重大突發(fā)事件大數(shù)據(jù)平臺;如何建立平戰(zhàn)結(jié)合能支撐應(yīng)急科研的計算環(huán)境和平臺，用于新藥、疫苗研發(fā)等”是應(yīng)對重大突發(fā)事件、提升國家治理能力的重要挑戰(zhàn)。

  16.新基建

  以5G、數(shù)據(jù)中心、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等為代表的新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)步伐加快，正在發(fā)揮戰(zhàn)略性和先導(dǎo)性作用，支撐疫情期間及后期的經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展。隨著建設(shè)速度的加快和規(guī)模不斷擴大，新型基礎(chǔ)設(shè)施在技術(shù)協(xié)同、大規(guī)模組網(wǎng)、應(yīng)用模式創(chuàng)新、光電芯片和關(guān)鍵軟件等核心技術(shù)支撐、網(wǎng)絡(luò)安全、高可靠綠色化低成本、與各行業(yè)融合的垂直整合等是該領(lǐng)域當前面臨的重要挑戰(zhàn)。

  據(jù)了解，中國工程院信息與電子工程學(xué)部自2014年起持續(xù)開展《中國電子信息工程科技發(fā)展研究》研究工作，并基于研究成果，每年上半年發(fā)布“中國電子信息工程科技發(fā)展最新挑戰(zhàn)”，下半年發(fā)布“中國電子信息工程科技發(fā)展最新趨勢”，旨在為我國科技人員把握電子信息工程領(lǐng)域的發(fā)展趨勢提供參考，為我國制定電子信息工程科技發(fā)展戰(zhàn)略提供支撐。

  該項研究工作由中國工程院、中央網(wǎng)信辦、工業(yè)和信息化部、中國電子科技集團聯(lián)合成立的中國信息與電子工程科技發(fā)展戰(zhàn)略研究中心承擔(dān)。由余少華、陸軍兩位院士具體負責(zé)，有學(xué)部院士、各方面專家共300余人參加，在完成撰寫《中國電子信息工程科技發(fā)展研究》綜合篇、專題篇和多個專題分冊的基礎(chǔ)上，凝練出中國電子信息工程科技發(fā)展的最新挑戰(zhàn)與趨勢。

  中國工程院副院長陳左寧院士表示，當前疫情正深刻改變?nèi)蛘谓?jīng)濟和社會發(fā)展格局，信息科技作為關(guān)系國計民生的戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性、先導(dǎo)性行業(yè)，要走在前列，助力我國打造數(shù)字經(jīng)濟和信息治理“升級版”，特別要以數(shù)字基建為契機，聚焦發(fā)布的關(guān)鍵性、全局性、戰(zhàn)略性問題和挑戰(zhàn)，加強協(xié)同融合和統(tǒng)籌發(fā)展，推動我國信息科技更好發(fā)揮經(jīng)濟社會發(fā)展中引擎與紐帶作用。