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邬贺铨院士谈 ICT的演进与创新 

作者:迎九时间:2017-04-27来源:电子产品世界
编者按:在3月23日南京举行的“2017中国半导体市场年会暨第六届中国集成电路产业创新大会”上,中国工程院院士邬贺铨介绍了ICT演进与创新的三个方面:ICT技术的新时代;无线宽带的新技术;网络技术的新进展。

作者/ 迎九 《电子产品世界》编辑

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201704/358510.htm

摘要:在3月23日南京举行的“2017中国半导体市场年会暨第六届中国集成电路产业创新大会”上,中国工程院院士邬贺铨介绍了ICT演进与创新的三个方面:ICT技术的新时代;无线宽带的新技术;网络技术的新进展。

ICT技术的新时代——大智物移云

  我们现在进入了一个“大智物移云”的时代,即大数据、智能化、物联网、移动互联网和云计算。现在是一个计算无处不在、软件定义一切、网络包容万物、连接随手可及、宽带永无止境、智慧点亮未来的时代。

  去年是计算机应用的60周年、人工智能概念提出的60周年、光纤通信发明的50周年、摩尔定律提出的50周年、蜂窝移动通信应用的40周年、互联网WEB技术的25周年。 上述技术的融合发展,现在到了一个换代发展的新起点。

  集成电路

  集成电路(IC)已经有60年的历史,目前来看,通过片上系统(SoC),以及SoC和SIP(堆叠封装)两者结合,集成电路还在继续发展。通过一些新技术,诸如自旋螺旋器件、碳基器件等,集成电路技术在走向“后摩尔时代”。石墨烯技术还在发挥作用,但石墨烯等碳基材料有可能成为对硅基材料的颠覆。例如,2015年IBM发布了由片级石墨烯材料做的集成电路,实现了速度更高、能效更低和成本更低。

  软件

  软件已有很长的历史。早年的软件是在计算机平台上来支撑软件平台应用和开发环境。后来到了互联网平台,现在到了在云平台上来支撑软件。

  软件需要适应云上的运算和存储能力的动态变化。虽然各类终端能支撑海量的用户,能有更高的安全性和隐私保护,但软件的上层(开发应用系统和开发环境)也在完善,可以用云平台上的开发工具,可以在线开发、异地开发、协同开发,可以通过云来实现知识的积累和软件的复用。

  通过云平台,软件的内容可以有SaaS(软件即服务)、PaaS(平台即服务)等。

  软件开发,从面向模块到面向数据、面向事件、面向用户、面向对象、面向硬件衔接,向着构建化、语义化、智能化、服务化的方向发展。例如,现在美国有一个平台,如果你要写App,不用自己写程序,只要把需求写上去,它就会自动生成App的程序。但是,现有的软件理论和技术还难以支撑互联网软件的新形态和特征,软件技术的颠覆性创新现在还没有形成。

  人工智能

  人工智能已经有60年的历史了。在60年前看计算机的发展,我们以为计算机什么都能干,但是那时无法想象计算机能写歌曲和电影。后来发现,把专家的经验输入到计算机,通过模仿,人工智能能够得到一定的发展,但无法超越已有的专家。

  现在发展的新一轮的人工智能强调学习(因为人跟动物的主要区别是学习)。例如AlphaGO与李世石下围棋时,AlphaGo和李世石都收集了已有的所有棋谱,所不同的是,AlphaGO通过自我对弈产生了3000万盘棋谱,这是李世石没有的。所以,AlphaGO战胜了李世石。今年年初,Master在网络围棋快棋方面,也分别战胜了中日韩高手,赢了60多盘。

  2016年10月,美国发布了《国家人工智能研究和发展战略规划》[1],称人工智能具有变革我们工作、生活、学习、发现和交往的潜力,人工智能的研究能够增加国家各方面的优势,包括繁荣经济、改进战略、提升生活质量,增强国家安全。

  人工智能主要是基于深度学习,利用GPU等处理器,现在可以模拟超大型的人工神经网络,且效果在不断地提升。另外,深度学习更能够跟我们所需要的技术进行匹配。尽管深度学习的理论机制还不清晰,但是基于深度学习的语音和图象识别率已经提升到了95%。例如,经过多层的神经网络,把各种各样的狗的照片输入给神经网络,机器会把它们归类,并对苹果、花等照片进行分类,然后告诉机器这类照片都是狗。当再有狗的照片时,机器就能识别这就是狗了。当然,这看起来很简单,其实它经过了很多层的训练。

  

  另外一个值得注意的技术是。区块是包含了时间戳的数字资产交易的信息数据块。的数据有多种交易形式,彼此相邻的区块是有关联的。

  区块链是由密码关联的区块串组成的一个分布式的数据库,也称为分布式帐本。例如,假设有一些交易发生,那么这些交易会提出来,但是需要通过使用加密和计算,不是任意的节点都可以发布,谁能计算出来,谁就获得发布权来验证,发布完之后由所有的节点来验证,然后产生新的区块加进去,再跟前一个区块关联起来。

  所以,一旦信息经过验证并添加到区块链,就会永久地存储,所有当前参与的节点来共同维护这个交易用户的数据。所以,单个节点独自修改数据是无效的。因此,区块链的稳定性和可靠性很高。

  当然,区块链不仅仅是底层有加密、数字签名,它提供了不对称的加密技术,公钥是公开发布的(这是用户名),私钥是密码,通过解这个哈希函数来对应检查你的数据有没有错误并验证数字签名。所以它不需要中介方,通过密码学的方式来进行验证。

  当然,仅有数据层是不够的,区块链的网络层是一个P2P网络(自组织网络),它没有中心节点(中介)。

  但是上文提到,计算能力在所有节点里,只有率先计算出来的节点才具有发布权,而其它节点用来验证,所以不用担心某个节点受到损坏。

  还有一个共识层。怎么能说明这个节点比其他节点具有优先发布权呢?有几种方法:其中工作量的证明机制,大家都可以计算,但是这个挖矿谁最先能算出这个解,就能得到发布权(注:这个解是有一定难度的,如果大家都能算出来的话,这个难度就要加大;如果大家都算不出,难度就要降低)。当然这可能要费些时间,所以,最近的区块链已改成股权证明机制和授权股权证明机制了。

  还有激励层,你怎么能促进所有节点都去挖矿呢?这里有一些利益的平衡机制。

  最终,还有一个是智能合约,所谓以太网是一种类似于JAVA的程序,它可以编程,可以用作于分散担保交易、投票域名等。比如传统的银行是一个中介机构,A要转帐给D,银行要验证A有没有钱,再验证一下D的帐号对不对,然后再转帐。现在区块链没有中介了,A需要转帐给D的时候,A就向周边节点来广播,周边节点来验证一下A有没有钱、是不是合法的,D是否可以收钱。当一定数量的节点经过验证以后,这个交易就成立了,这个帐就可以转到D。一旦转帐完成,A要向全网广播,证明这笔钱的新主人已经到了D,这个交易就被记录下来。除了银行以外,区块链还可以用在公正、验证、仲裁、审计、股市、保险、支付、清算、保荐、供应链等。

  区块链是架构在互联网上的,互联网的主要用途是实现信息的快速发送和接收,而区块链的主要用途是形成数据的存储和记录,区块链有高度的防篡改性。而互联网通常除了加密外,不具备这种能力。

  虚拟机和

  现在发展得比较快的还有虚拟机和。一个公有云是要为很多企业服务的,每个企业之间是有隔离的,也可以利用虚拟机的技术实现隔离,也可以通过操作系统来隔离,每一个服务、进程都要带一个操作系统,这是一种比较重型化的虚拟化,它在分钟级启动,效率比较低。

  现在,改成了(注:它不是用操作系统隔离,而是对进程隔离,操作系统是共享的)。这样,它就可以简化来实现轻量化和秒级启动。当然,容器的安全性可能没有虚拟机隔离得那么好,但是目前技术也在发展,应该还是可用的。

  产业用ICT/产业物联网

  信息技术(包括软件)的发展,不只是用在一般的消费电子,还用在了产业上。美国产业互联网的参考模型基本上是CPS(信息物理系统)的概念打造出来的。CPS的底层有现场控制层,通过DCS(分布式控制系统)等,把生产装置和传感器关联起来,实现生产过程的自动化。中间作为车间级,企业级有运营管理层,还有产品的研发、创新,以及对生产过程的管理。再上一层是集团级的企业层,包括SCM(供应链管理)、ERP(企业资源计划)、PDM(产品数据管理)、WEMS、CRAM等等,当然,这上面会利用到外部的资源。

无线宽带的新技术

  现在出来了,外圈是的性能,内圈是4G的性能。相比于4G用户体验提高了10倍[2],频谱效率提高了3倍,移动性提高了3倍,可以支持高铁(注:高铁时速500公里);无线接口延时减少90%(不高于1毫秒),能够支持高速公路时速200公里的汽车避免碰撞;连接密度提高了10倍,要做到1平方公里内可以有100万个传感器可以上网,支持大规模的物联网;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的性能为何比4G高很多?

  根据香农定理,要提高网络的容量,无非是增加基站数(蜂窝变密)、增多天线数(空分复用)、增加带宽(更多的带宽资源)、增加信噪比。大规模的天线是增加天线数,超密集组网是增加基站数,全频谱接入是增加带宽,新型多子接入是增加信噪比。当然,还有更多的技术来支撑5G的发展。



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