十六大技術挑戰(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于推進我國新型數(shù)字基建相關精神，推動我國電子信息工程科技領域高質量發(fā)展，助力數(shù)字基建科學發(fā)展驅動壯大經濟新動能。4月26日，中國工程院信息與電子學部、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個領域方向所面臨的技術挑戰(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，新結構、新器件、新材料、新工藝和新封裝是該領域補短板、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)、調制、放大等光子集成和光電集成芯片技術的微小型化、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)無法比擬的光學感知能力。圍繞“仿生光學如何模擬這些生物的可調諧、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

  遙感技術正向著主動與被動相結合和小型化高重復周期觀測的方向發(fā)展，結合圖像信息的智能處理技術推進遙感信息的廣泛應用;信息技術的快速發(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?shù)據(jù)處理、傳輸和安全管理等能力的智能傳感器”是該領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歷從多層金字塔架構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、網絡化、智能化方向跨越，支撐中國科技、產業(yè)、健康和國防的持續(xù)高質量發(fā)展,特別是加快研制和生產服務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)設備的高集成、低成本，是該領域當前面臨的重要挑戰(zhàn)。

  6.網絡與通信

  受可用頻譜資源限制、關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。伴隨網絡流量的爆發(fā)式增長和天空海全覆蓋的重大需求，技術代際躍升急需突破性的理論和技術。在人網物三元萬物互聯(lián)，以及網絡與各行業(yè)深度融合所帶來的網絡極大復雜性、巨容量、大連接、廣覆蓋、高可靠、低能耗、低成本等壓力和驅動下，網絡架構、服務質量、用戶體驗、安全性和可靠性等是該領域當前面臨的重要挑戰(zhàn)。

  7.網絡安全

  面對各國激烈角逐制網權的變局，“維護網絡安全主權需創(chuàng)新主動、自適應的多層聯(lián)動技術體系，構建以快打快、以智對智的積極防御屏障，突破“御攻擊于外”的網絡邊防關鍵技術，形成以我為主的威脅感知和攻擊預判能力”是該領域當前面臨的重要挑戰(zhàn)。

  8.水聲工程

  針對復雜多變的海洋環(huán)境開展水下網絡化的聲學觀測，獲取海洋水下聲學環(huán)境規(guī)律及水下目標聲學信息，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域當前面臨的重要挑戰(zhàn)。

  9.電磁場與電磁環(huán)境效應

  隨著5G、人工智能、物聯(lián)網、大數(shù)據(jù)及其在高速通信、無人系統(tǒng)、工業(yè)互聯(lián)網、先進能源、先進空天等領域的廣泛應用，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)境效應與防護新理論，發(fā)展新技術、新材料和新器件，提升我國信息電子及其應用的電磁環(huán)境適應性和電磁制衡能力是該領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、智能視覺等領域廣泛應用。以腦認知機理為基礎創(chuàng)新的人工智能技術是國際熱點?！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

  隨著人工智能應用的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)爆炸式增長和計算模型日趨復雜，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)的體系結構、系統(tǒng)硬件、系統(tǒng)軟件、應用軟件等多個環(huán)節(jié)面臨著高效能、高可靠、低能耗、敏捷設計、智能化及應用多樣性等重要挑戰(zhàn)。智能計算已經成為傳統(tǒng)產業(yè)轉型和新興產業(yè)融合發(fā)展的基礎使能技術。

  13.計算機應用

  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用技術與各行各業(yè)融合程度的加深，支持各類工業(yè)設備、信息系統(tǒng)、業(yè)務流程、企業(yè)產品與服務、人員之間的互操作技術也愈加復雜。構建一個更高效、更適人、更智能的互操作技術體系是該領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)網系統(tǒng)軟件是該領域當前面臨的重要挑戰(zhàn)。

  15.應對重大突發(fā)事件(屬信息領域的部分)

  “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，延伸到經濟社會各領域;如何整合相關部門的數(shù)據(jù)資源，包括醫(yī)療衛(wèi)生、公安、交通、建設、環(huán)保、教育、能源、民政、國企數(shù)據(jù)等，建設重大突發(fā)事件大數(shù)據(jù)平臺;如何建立平戰(zhàn)結合能支撐應急科研的計算環(huán)境和平臺，用于新藥、疫苗研發(fā)等”是應對重大突發(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、物聯(lián)網、人工智能等為代表的新型基礎設施建設步伐加快，正在發(fā)揮戰(zhàn)略性和先導性作用，支撐疫情期間及后期的經濟社會高質量發(fā)展。隨著建設速度的加快和規(guī)模不斷擴大，新型基礎設施在技術協(xié)同、大規(guī)模組網、應用模式創(chuàng)新、光電芯片和關鍵軟件等核心技術支撐、網絡安全、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。由余少華、陸軍兩位院士具體負責，有學部院士、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全球政治經濟和社會發(fā)展格局，信息科技作為關系國計民生的戰(zhàn)略性、基礎性、先導性行業(yè)，要走在前列，助力我國打造數(shù)字經濟和信息治理“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)揮經濟社會發(fā)展中引擎與紐帶作用。