论我国信息技术的发展与创新
邬贺铨
【我国信息技术发展概论】
进入新世纪，世界上创新型国家几乎都将发展信息技术作为国家战略重点。美国2001年决定的优先研究领域为国土安全、网络和信息技术、纳米技术、物理优先领域、复杂系统生物技术、气候与水和氢。美国2004年将氢燃料技术、数字医疗保健和宽带技术列为新一代创新计划的主要内容。欧盟的第6框架研究计划重点是生命科学、信息社会技术、纳米技术和新材料、航空和航天、食品质量与安全、全球变化和生态系统、知识社会。日本2001-2005的科技基本计划的优先研究领域是生命科学、信息技术、环境、纳米技术和材料。韩国“2025年构想”将信息、生命、环境、能源、材料列为五大重点领域。
随着信息技术的迅速发展和应用的普及，信息产业已成为我国的支柱产业。2005年信息产业对GDP贡献达7.2%（其中电信运营业和ICT制造业增加值分别占GDP为2.29%和4.91%），在GDP的增速中14.8%来自信息产业的贡献。2005年我国ICT制造业销售收入达到3.84万亿元，增速24.8%，总量在世界占第二位，其中显示器、手机、彩电、激光视盘机、笔记本电脑分别占全球总产量的50%、35%、55%、80%和40%（2004年数据）。2005年ICT产品出口占全国外贸35%，占全球ICT产品出口15%。我国ICT制造业仍处于加工组装阶段，销售收入中80%源自三资企业。在我国的信息技术类发明专利申请量中，外国企业占92%。由于缺乏自主核心技术，2005年我国电子企业平均营业收入利润率仅为3.4%，其中国有控股企业仅为0.627%（2005年1-9月统计）。我国信息产业大而不强、核心技术受控于人的局面须尽快改变。
以建设创新型国家为目标，我国把掌握装备制造业和信息产业核心技术的自主知识产权作为提高国家竞争力的突破口。虽然我国信息技术的总体水平与国际先进水平仍有不少差距，但近年来我国在一些有较大影响的关键信息技术领域有了可喜的突破。本文分别就先进集成电路芯片与光电子器件、高性能计算机与软件、下一代互联网与信息安全、第三代移动通信与无线通信、数字电视与音视频编码，信息技术在产业中应用等六方面介绍我国在这些领域的现状和取得的进展与创新。
【微电子与光电子技术的发展与创新】
微电子技术，几十年来发展一直遵循摩尔定律，即集成度平均每18个月翻一番，30年时间内尺寸减小1千倍，性能提高1万倍。由于CMOS的技术极限被不断突破，在可预见的十多年内，摩尔定律仍将持续起作用，微电子技术仍然是未来信息产业发展的重要基础。我国经济长时间高速发展，使中国成为全球第二大集成电路（IC）市场，但目前国内市场自给率不到25%，尤其是在代表IC水平的计算机中央处理器（CPU）方面，国内的技术差距就更大。可喜的是近年来以64位通用高性能CPU为代表，我国微电子取得关键技术的突破，成功开发出863众志、龙芯等CPU。以龙芯（Goodson）为例，相同主频下Goodson-2的性能已经明显超过PII，Goodson-2E则相当于P4水平。我国CPU设计技术的突破集中体现在CPU逻辑设计和体系结构设计上，但在自主产权的核心技术方面仍较落后，而且在CPU产品物理设计和集成电路的加工技术上我们与国际先进水平还有较大差距。目前，微电子技术进入纳米尺寸和System-on-Chip时代，CPU时钟进入GHz。中国具有较强整机系统设计能力，SOC时代的到来是我国IC产业跨越发展的机遇。
光电子技术是继微电子技术之后近30年来迅猛发展的综合性高新技术。据预测，到2010年，全球光电子产业的产值将达5407亿美元，2015年将达9631亿美元，成为21世纪支柱产业。我国光电子产业近年来的发展很快，光电子产业约占全球市场的5%。我国在光电子技术方面有所突破，在国际上独立提出并实现了优于现有其它结构性能的40Gb/s
DFB+EA（带电吸收的分布反馈激光器） 和SOA+EA（带电吸收的半导体放大器）。研制出国际领先的可调谐长波长探测器，包括Si基和GaAs基垂直腔RCE（共振腔增强型）和WDM（波分复用）
系统用的OMITMiC（一镜斜置三镜腔）探测器。在全固态激光器技术方面，我国在国际上首次研制成功具有自主知识产权的深紫外六倍频全固态激光器和宽调谐全固态激光器。
【高性能计算机及软件的发展与创新】
计算机模型/仿真与理论研究和实验并列为分析复杂系统的三大支柱，高性能计算越来越受到重视。其技术发展呈现四大趋势，大量采用COTS（商业现货供应）技术同时发展定制技术，高性能计算机与Grid（网格）计算共存，从“高性能”走向“高效能”，从HPC（高性能计算）走向HPS（高性能服务）。目前代表国际水平的是2005年IBM研制的367万亿次/秒大规模并行机“蓝色基因”。我国近年来在高端计算机的研制方面取得了较好的成绩，出现了神威、银河、曙光、深腾等知名产品。在全球超级计算机TOP500的排名中，2004年曙光4000A排名第10，中国成为继美国、日本之后第三个能制造和应用十万亿次级商用高性能计算机的国家。面向某些应用领域的超级计算机和可重构计算机以及网格是我国高端计算可能的创新方向。
随着计算机的发展，软件变得越来越复杂，如果说在1971年软件为10万行代码，2001年为700万行，软件的高可信已成为软件系统开发和运行的关键和着眼点。2002年全球软件产业为7000亿美元，中国仅占1.91%，在中国市场的系统软件中，国外品牌占95.3%。这一状况目前有所改变，中文处理软件保持国际领先，我们自行开发了服务器操作系统，实现了桌面Linux操作系统的基本功能，国产Office办公软件产品取得进步，但应用软件的开发和移植不足。在2005年我国ICT产品销售收入中软件仅占10.15%，但与2004年相比，软件产品销售收入增速40.4%，高于ICT产品销售收入的增速24.8%。今后电子政务的推开和开放源代码将为我国软件发展带来前所未有的机遇。
【下一代互联网与信息安全技术的发展与创新】
互联网从数据业务进入到承载如电话等实时业务，面对QOS（业务质量保证）和可扩展性、安全性等挑战，传统电信网也承受来自宽带业务的压力，网络技术处在换代的前夜。在最近几年，NGI（下一代互联网）和NGN（下一代网）成为网络发展的热点，这也是我国网络技术发展与创新的难得机遇。中国开展了NGI和NGN的研究和试验，其中最重要的是CNGI项目（中国下一代互联网示范工程），该项目已建成目前世界上最大规模的IPv6试验网。与国外进行的NGI试验不同，由于我国电信运营商的积极参与，CNGI重视支持QOS的体系和技术的研究，意在对无线和移动业务的支持，以走向商业应用为目标关注网络和业务的可控可管。CNGI项目在国际上第一次提出鼓励开展旨在促进NGI与NGN在技术发展方向上协调的研究试验，开发支持NGI并有可能向NGN发展的网络软、硬件和应用，CNGI在探索NGI与NGN融合之路。基于CNGI项目的研究，我国向国际互联网标准化组织IETF提交IPv4
over IPv6和IP真实地址的提案，受到IETF的重视。
随着社会和经济发展及人们生活对网络的依赖越来越大，信息安全的重要性和紧迫性日益突出，密码理论、密码算法、安全协议、网络安全和信息隐藏等技术发展很快。我国专家在某些方面取得了一些创新成果。如被国际同行称之为“肖-Massey定理”的相关免疫布尔函数的频谱特征。又如环导出二元伪随机序列，揭示了密码设计一类新的非线性资源的密码学性质。我国学者对移动通信GSM系统中使用的序列密码算法A5-1、A5-2和A5-3进行了系统分析，得到了目前国际上破译该类序列密码算法的最好结果。我国学者还提出了一种新的分析Hash函数的方法——比特跟踪方法，动摇了MD-x类和SHA-x类Hash函数的设计基础，在国际上产生了重大影响。在国内电子政务市场，国产PKI系统已占主流。但总的来看我国在信息安全领域的发展不平衡，我国信息安全现状仍然较为严峻，还有赖于信息产业自主关键技术的突破。
【第三代移动通信与无线通信的发展与创新】
中国有全球用户规模最大的移动通信网，目前普及率仅是世界平均水平，还有很大的发展空间，但现有网上使用的移动通信设备和终端的关键技术基本依赖国外。第三代移动通信（3G）时代的到来给我们提供了难得的机会，由中国提议并得到国际电信联盟（ITU）和3G标准化组织3GPP通过的TD-SCDMA（时分-同步码分多址）成为国际3G三大主流标准之一，它采用时分双工（TDD）模式和有自主知识产权的智能天线等技术，其频谱效率优于采用频分双工（FDD）模式的另外两个3G标准（WCDMA和CDMA2000）。在重要的电信标准上取得如此位置这是我国百年电信史上还没有过的，不仅如此，目前正在进行的规模应用技术试验已表明，我国已基本具有从基站、终端到芯片的全套TD-SCDMA系统的自主开发能力。
互联网和移动通信的普及应用推动了无线技术的发展，从无线局域网（WLAN）扩展到无线城域网（WMAN），而WLAN/WMAN应用的一个值得关注的问题是认证与安全。我国提出的WAPI（无线局域网鉴别和保密基础结构）标准较好地解决了这一问题，性能上优于802.11i国际标准。此外，我国提出的SCDMA技术以其优良的性能价格比领先于其它无线接入技术，成为我国农村“村通工程”的首选方式，产品还出口到一些发展中国家，该技术还进一步发展为宽带无线接入系统，成为有竞争力的WMAN产品。
【数字电视与视频编码的发展与创新】
我国是电视大国，我国不仅有全球最大的电视观众，而且是世界上最大的电视机生产和出口国，2005年生产电视机9124万台，但核心技术基本依赖国外，直到2005年才有自己开发的电视机芯片投入应用。在新世纪，显示器平板化，传统的CRT将让位给LCD、PDP等技术，我国在CRT生产技术上的优势将受到很大冲击，在平板显示技术上的差距突显，面临严峻的挑战。进入新世纪，广播电视数字化兴起则给我们带来机遇，有线电视、卫星电视和地面无线广播电视的数字化都发展很快，有线数字电视的另一个发展趋势是利用IP技术的IPTV，数字电视地面无线广播技术新的应用领域是手机电视。我国数字电视地面无线广播系统技术研究较早，提出了多种方案，其中采用伪随机序列（PN）的时域同步频域处理技术等构成了基础性发明专利，所实现的性能优于按照ITU已有的三项国际标准实现的系统。不仅在信道处理技术上而且在信源编码技术上我国也有可喜的创新，我国发布了AVS音视频编码标准，它的压缩效率与国际标准MPEG4/AVC相当，但复杂度低，AVS的部分技术已被吸纳进相应的国际标准。
【信息技术应用与创新】
在信息技术的应用方面，我国在CMIS（计算机制造综合系统）技术的推广获得了国际大学奖和企业奖，农业信息化示范系统及其应用获得了联合国的奖励。我国开发了“用于测量与控制系统的EPA系统结构和通信规范”，被列入国际标准IEC
61158，标志着我国在工业自动化的现场总线领域有了国际认可的核心技术。信息技术在产业的应用能够渗透到从设备控制、过程管理、生产制造到企业资源优化和决策支撑的各个环节，有很大的开发和应用空间。我国自行开发了仿真网格和先进制造网格，开展了多种网格应用试验。企业信息化技术的开发和应用取得了可喜的效果，在这方面，鞍钢是一个应用信息技术改造老企业提高市场竞争力的很好的例子。
作为近代科技革命重要标志的信息技术发展方兴未艾，正在渗透到社会、经济和人们生活的方方面面，信息技术成为新一轮竞争的重要手段，信息化对我国来说也是难得的机遇，我们要正视在信息科学和技术方面的差距，加大自主创新力度，大力发展信息产业并重视推动信息技术在国民经济和社会信息化的应用，走出一条用信息化带动工业化，用工业化促进信息化的新型工业化之路，进一步提高我国的国际竞争力。
（作者单位：中国工程院）
来源《中国信息年鉴-2006》
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