中國網(wǎng)/中國發(fā)展門戶網(wǎng)訊    2021?年?1?月，習(xí)近平總書記在省部級主要領(lǐng)導(dǎo)干部學(xué)習(xí)貫徹黨的十九屆五中全會(huì)精神專題研討班的報(bào)告中強(qiáng)調(diào)，“構(gòu)建新發(fā)展格局最本質(zhì)的特征是實(shí)現(xiàn)高水平的自立自強(qiáng)”。2021?年?5?月?28?日，習(xí)近平總書記在中國科學(xué)院第二十次院士大會(huì)、中國工程院第十五次院士大會(huì)、中國科協(xié)第十次全國代表大會(huì)上發(fā)出號(hào)召：“加快建設(shè)科技強(qiáng)國，實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)”。黨中央對科技自立自強(qiáng)進(jìn)一步提出了“高水平”的要求，這是對廣大科技人員的激勵(lì)和鞭策。為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，我們首先要理解什么是“高水平科技自立自強(qiáng)”。

新中國從?1949?年成立開始就一直堅(jiān)持“獨(dú)立自主，奮發(fā)圖強(qiáng)”的發(fā)展方針。經(jīng)過?70?多年的艱苦努力，中華民族已經(jīng)從站起來、富起來向強(qiáng)起來的目標(biāo)奮進(jìn)。當(dāng)今世界正在經(jīng)歷百年未有之大變局，到新中國成立?100?年時(shí)，中國將成為社會(huì)主義現(xiàn)代化強(qiáng)國。“高水平科技自立自強(qiáng)”就是現(xiàn)代化強(qiáng)國的自立自強(qiáng)，是以掌握當(dāng)代高科技為基礎(chǔ)，自立于世界民族之林的自立自強(qiáng)。

具體而言，“高水平科技自立自強(qiáng)”至少應(yīng)達(dá)到?4?項(xiàng)目標(biāo)：科技發(fā)展擺脫模仿、跟蹤的技術(shù)路線，在信息、生命、材料、制造、航天等領(lǐng)域進(jìn)入世界科技第一梯隊(duì)，在若干重要的科研方向上起到引領(lǐng)作用；在涉及國防和信息網(wǎng)絡(luò)安全的科技領(lǐng)域掌握非對稱的“撒手锏”技術(shù)，具備確保國家安全的自衛(wèi)能力；在高技術(shù)和高端產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域具有平起平坐的競爭能力，在全世界的技術(shù)共同體中取得充分話語權(quán)；在信息技術(shù)（IT）、制造等領(lǐng)域形成自主、開放的技術(shù)體系，使技術(shù)創(chuàng)新鏈和產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈的安全性得到可靠保證。 

信息技術(shù)領(lǐng)域自立自強(qiáng)的標(biāo)志是開放可控的技術(shù)體系

信息領(lǐng)域市場巨大，技術(shù)競爭激烈，幾十年來已形成“贏者通吃”的格局，比傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)更具壟斷性和技術(shù)排他性。決定市場勝負(fù)的主要因素不是單項(xiàng)技術(shù)，而是有優(yōu)勢的信息技術(shù)體系。所謂信息技術(shù)體系是指用一系列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)將器件、部件、整機(jī)、系統(tǒng)軟件、中間件、應(yīng)用軟件密切聯(lián)系在一起的技術(shù)整體。個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）和智能手機(jī)都已形成信息技術(shù)體系，5G?通信正在逐步形成信息技術(shù)體系。人們常常把信息技術(shù)體系比喻成一棵根深葉茂的參天大樹，中央處理器（CPU）等器件是“樹根”，操作系統(tǒng)等系統(tǒng)軟件是“樹干”，中間件等軟件開發(fā)環(huán)境和工具是“樹枝”，各類應(yīng)用軟件是“樹葉”，各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的產(chǎn)品和服務(wù)是“果實(shí)”。信息技術(shù)體系是在自然規(guī)律和社會(huì)因素共同作用下形成的，需要經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)、文化基礎(chǔ)、社會(huì)價(jià)值觀念等各種條件的配合，并受到國家和地區(qū)具體條件的制約。信息技術(shù)體系加上與之關(guān)聯(lián)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)環(huán)境就構(gòu)成信息產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。

高水平科技自立自強(qiáng)不是靠單項(xiàng)技術(shù)，而是要形成強(qiáng)大的國家技術(shù)體系，即“國家平臺(tái)”。信息領(lǐng)域各個(gè)企業(yè)之間的競爭不是個(gè)別產(chǎn)品之爭，而是產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)（信息技術(shù)平臺(tái)）之爭。在計(jì)算機(jī)行業(yè)中，主流技術(shù)已建立在英特爾（Intel）公司的?CPU?和微軟公司的操作系統(tǒng)（Windows OS）基礎(chǔ)上，Windows OS?與英特爾微處理器的指令集架構(gòu)（Intel ISA）的組合已成為事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；在移動(dòng)通信行業(yè)中，英國?Acorn?公司的芯片（ARM）與安卓操作系統(tǒng)（Andriod）的組合，以及蘋果公司手機(jī)與操作系統(tǒng)（iOS）已成為主流生態(tài)系統(tǒng)。決定信息技術(shù)企業(yè)競爭地位的關(guān)鍵是誰掌握了基礎(chǔ)技術(shù)平臺(tái)，不能自主的信息技術(shù)體系必然受制于人。我國信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的痛處就是在現(xiàn)有的產(chǎn)業(yè)生態(tài)環(huán)境中缺少發(fā)言權(quán)（定價(jià)權(quán)和發(fā)展方向的決定權(quán)）。如何在與國外龍頭企業(yè)的競爭中發(fā)展培育有較大技術(shù)發(fā)言權(quán)的新產(chǎn)業(yè)生態(tài)，如何在融入國際主流的過程中改變“跟隨者”的地位，擴(kuò)大創(chuàng)新空間，并逐步形成開放可控的技術(shù)體系，這是信息領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)自立自強(qiáng)的關(guān)鍵。 

構(gòu)建自立自強(qiáng)信息技術(shù)體系的歷史機(jī)遇

縱觀信息技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)體系演進(jìn)的歷史，可以發(fā)現(xiàn)一個(gè)規(guī)律：一旦一個(gè)技術(shù)體系占據(jù)了主導(dǎo)權(quán)，后發(fā)者就很難在同一賽道實(shí)現(xiàn)趕超或取代，而原賽道的領(lǐng)先者也很難在新“藍(lán)海”延續(xù)其成功。幾十年來，不少企業(yè)試圖將微軟和谷歌拉下?PC?和手機(jī)生態(tài)的霸主位置，但都未成功，微軟進(jìn)軍手機(jī)領(lǐng)域的種種努力也均宣告失敗。歷史告訴我們：形成新的技術(shù)體系必須把握住新應(yīng)用出現(xiàn)時(shí)的寶貴機(jī)遇。

信息技術(shù)領(lǐng)域有一個(gè)不同于其他領(lǐng)域的重要特點(diǎn)：新市場遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于舊市場。全球個(gè)人計(jì)算機(jī)?1993?年達(dá)到?1?億臺(tái)，互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備?2005?年達(dá)到?10?億個(gè)，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備?2016?年達(dá)到?100?億個(gè)，預(yù)計(jì)要不了多久物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備會(huì)超過?1?000?億個(gè)。信息技術(shù)領(lǐng)域的權(quán)威學(xué)者?Gordon Bell?將這一規(guī)律總結(jié)為：“計(jì)算設(shè)備約每?10?年左右完成?1?次升級換代，設(shè)備數(shù)和用戶數(shù)均增加至少?1?個(gè)數(shù)量級”，這被業(yè)界稱為“貝爾定律”。貝爾定律使計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的技術(shù)體系換代成為可能。人類已經(jīng)走過以桌面應(yīng)用為主的?IT 1.0?時(shí)代和以移動(dòng)端應(yīng)用為主的?IT 2.0?時(shí)代，未來的?IT 3.0?時(shí)代一定會(huì)產(chǎn)生不同于?IT 1.0?和?IT 2.0?時(shí)代的新技術(shù)體系，這是中國構(gòu)建自立自強(qiáng)信息技術(shù)體系的難得機(jī)遇。

隨著互聯(lián)網(wǎng)向人類社會(huì)和物理世界滲透延伸，萬物互聯(lián)、“人機(jī)物”融合、泛在計(jì)算的?IT 3.0?時(shí)代正在開啟。IT 3.0?時(shí)代的新特征是以“物”為核心，物端設(shè)備將出現(xiàn)爆炸式增長，越來越多的“物”，包括傳感器、家電、車輛、工業(yè)制造設(shè)備將加入到原有的人機(jī)二元互聯(lián)的信息空間，網(wǎng)上負(fù)載和信息交互需求也會(huì)出現(xiàn)新的變化。高品質(zhì)用戶“可測、可調(diào)、可控、可信”的新服務(wù)要求將成為剛需；實(shí)時(shí)控制、高吞吐率、高良率、自適應(yīng)性和個(gè)性化將成為新技術(shù)體系的突出特點(diǎn)。原來的技術(shù)體系不能滿足這些新需求，強(qiáng)勁的新需求必將促使新的技術(shù)體系應(yīng)運(yùn)而生。

由于基礎(chǔ)薄弱和國際環(huán)境制約，在過去的半個(gè)多世紀(jì)里，中國一直只能做信息技術(shù)的追隨者，錯(cuò)過了引領(lǐng)建立信息技術(shù)體系的機(jī)遇。但通過幾十年的努力，中國已在信息技術(shù)領(lǐng)域打下較堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)：信息技術(shù)領(lǐng)域整體技術(shù)和產(chǎn)業(yè)水平已居世界前列；工程師人數(shù)世界第一；專利申請數(shù)量世界第一；在全球前?10?家市值最大的信息通信技術(shù)（ICT）企業(yè)中，中國占據(jù)?3?個(gè)席位（華為、阿里巴巴、騰訊）。中國的另一個(gè)特點(diǎn)是市場大，2020?年我國數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī)模達(dá)到?39.2?萬億元。市場大意味著創(chuàng)新場景多，一個(gè)細(xì)分領(lǐng)域的未來市場就能形成足夠大的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。人才多意味著有足夠多的研發(fā)和工程隊(duì)伍應(yīng)對多個(gè)細(xì)分領(lǐng)域的技術(shù)體系建設(shè)。“摩爾定律”（Moore’s Law）已接近尾聲，一種產(chǎn)品“通吃天下”的格局即將結(jié)束，未來的信息產(chǎn)業(yè)生態(tài)將朝著領(lǐng)域?qū)Ｓ谩倩R放的方向發(fā)展，中國的優(yōu)勢將在未來的競爭中充分體現(xiàn)。

構(gòu)建信息技術(shù)體系應(yīng)重視的?5?個(gè)原則

在構(gòu)建和培育信息技術(shù)體系的過程中，需要重視?5?個(gè)原則性問題。

自主與開放“雙輪”驅(qū)動(dòng)。發(fā)展與安全是一體之兩翼，需要“雙輪”驅(qū)動(dòng)。走好科技自立自強(qiáng)之路，必須正確處理自立自強(qiáng)與開放合作的辯證統(tǒng)一關(guān)系。我們不但要重視自主研究開發(fā)，真正掌握信息領(lǐng)域的核心關(guān)鍵技術(shù)，而且要以更加開放的思維和舉措推進(jìn)國際科技交流合作，積極融入全球創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)，使我國成為全球科技開放合作的廣闊舞臺(tái)。“不拒眾流，方為江海”，在發(fā)展自立自強(qiáng)的信息技術(shù)體系中要抵制“為淵驅(qū)魚，為叢驅(qū)雀”的關(guān)門主義傾向。

以系統(tǒng)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新為主，重在跨層縱向整合。通觀計(jì)算機(jī)發(fā)展的歷史，體系結(jié)構(gòu)和芯片的進(jìn)步各自為計(jì)算機(jī)性能的提升作出了一半左右的貢獻(xiàn)。但隨著“登納德縮放比例定律”（Dennard Scaling）的失效和“摩爾定律”的放緩，芯片很難再繼續(xù)作出一半的貢獻(xiàn)。在變革性的新器件大規(guī)模進(jìn)入市場以前，提高計(jì)算機(jī)性能和能效的希望主要寄托在體系結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新上。體系結(jié)構(gòu)研究有縱橫交替、周期性發(fā)展的規(guī)律。過去?30?年的重點(diǎn)是?CPU?芯片、存儲(chǔ)系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、編譯系統(tǒng)等各個(gè)層次的橫向獨(dú)立研究，今后需要透徹了解各個(gè)層面技術(shù)的聯(lián)系和制約，從上到下實(shí)現(xiàn)整體的改進(jìn)和優(yōu)化。重點(diǎn)發(fā)展各個(gè)領(lǐng)域的跨層垂直優(yōu)化技術(shù)，用適應(yīng)不同場景的加速芯片和系統(tǒng)戰(zhàn)勝曾經(jīng)是主流的通用芯片。

發(fā)展開源生態(tài)，構(gòu)建技術(shù)命運(yùn)共同體。目前，世界上高達(dá)?99%?的軟件使用開源組件，開源模式也已擴(kuò)展到硬件領(lǐng)域。開源生態(tài)的快速崛起，為包括中國在內(nèi)的廣大發(fā)展中國家突破技術(shù)壟斷和市場壟斷帶來新機(jī)遇。開源是以弱勝強(qiáng)、打破技術(shù)壟斷的有效進(jìn)攻方式，也是我國構(gòu)建自立自強(qiáng)信息技術(shù)體系的重要途徑。長期以來，我國對開源社區(qū)的貢獻(xiàn)與科技大國的地位并不相稱，今后要采取“參與融入、蓄勢引領(lǐng)”的策略，鼓勵(lì)企業(yè)“參與融入”國際成熟的開源社區(qū)，爭取話語權(quán)；匯聚國內(nèi)軟硬件資源和開源人才，打造自主開源生態(tài)，伺機(jī)實(shí)現(xiàn)引領(lǐng)發(fā)展，構(gòu)建“人類技術(shù)命運(yùn)共同體”。

以多打少，重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域?qū)Ｓ卯a(chǎn)業(yè)生態(tài)。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)存在通用-專用（定制化-標(biāo)準(zhǔn)化）交替主導(dǎo)發(fā)展的“牧本周期”，被業(yè)界稱為“半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)之?dāng)[”。今后十幾年，特定領(lǐng)域系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（DSA）將成為計(jì)算機(jī)發(fā)展的主流。目前十分火熱的人工智能（AI）芯片、自動(dòng)駕駛芯片等都屬于?DSA?范疇。DSA?的目標(biāo)是通過抽取軟件的行為來發(fā)現(xiàn)不能被當(dāng)前架構(gòu)有效加速支持的部分，并進(jìn)行新的專用架構(gòu)設(shè)計(jì)從而提高系統(tǒng)性能。圖靈獎(jiǎng)獲得者?Hennessy?和?Patterson認(rèn)為，DSA?將開啟計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)新的黃金時(shí)代。中國市場廣闊、開發(fā)人員多，發(fā)展?DSA?具有天然優(yōu)勢。我們要充分利用這一優(yōu)勢，以多打少，通過發(fā)展領(lǐng)域?qū)Ｓ眯酒拖到y(tǒng)，打造具有中國特色的信息技術(shù)體系。

以快打慢，大力發(fā)展敏捷設(shè)計(jì)和敏捷制造。芯片設(shè)計(jì)代價(jià)很高，具有設(shè)計(jì)周期長、專業(yè)門檻高的特點(diǎn)。智能萬物互聯(lián)時(shí)代在芯片需求多和芯片設(shè)計(jì)代價(jià)高之間產(chǎn)生了尖銳的矛盾。敏捷設(shè)計(jì)是應(yīng)對碎片化應(yīng)用場景的最有效方式。芯片的設(shè)計(jì)與制造過程需要使用各種工具，包括微架構(gòu)設(shè)計(jì)空間優(yōu)化工具、測試與驗(yàn)證工具，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）工具、芯粒的硅基集成工具和芯片異質(zhì)集成工具等。只有這些工具能夠免費(fèi)并十分方便地獲得，才能大幅度降低芯片設(shè)計(jì)和制造的門檻，充分發(fā)揮中國的人才紅利。以快打慢，大力發(fā)展敏捷設(shè)計(jì)和敏捷制造是加速構(gòu)建我國自立自強(qiáng)信息技術(shù)體系的“奇招”。 

（作者：李國杰、孫凝暉，中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所、中國科學(xué)院大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院；《中國科學(xué)院院刊》供稿）

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