[论文]美国总统信息技术咨询委员会给总统的报告.doc

21世纪信息技术1998年8月美国总统信息技术咨询委员会给总统的报告，基于美国在全球竞争中的地位、国家安全、人民生活质量改进等战略高度,提出21世纪信息技术中优先研究（或者说重点投资研究）的四个方面是：软件、可扩展信息基础设施、高端计算(High-End Computing)、信息时代的社会经济与就业问题。之后每年在各个方面都有具体的建议报告给总统。9.11后的报告则突出强调国家安全问题。本文依据98报告及其后的有关报告，介绍美国在这四个方面的研究内容。1 软件软件是国家的一种新的物理设施，是经济、科技和国家安全的基础。微处理器的快速发展使得越来越多的功能可以由软件实现。人们依赖（或者说“期望”）的软件应该是无故障、可因需求改变而修改、提供更多功能更好性能的软件。但是，人们的这个期望并不总是能满足的。1.1 问题信息技术的“爆炸性”增长，引发的新的基础服务要求软件支持，要求越来越快，复杂性越来越高，劳动力密集与劳动储备的短缺以及难以适应科学技术要求，国家的软件生产能力不能满足要求。第二，国家需要健壮的软件，然而，系统所依赖的软件基本上是脆弱的（即不可靠、不安全、有故障、升级困难）。总统信息安全顾问警告，依赖Internet的政府网络，任何时候都可能出现“数字珍珠港“事件。软件提交后的故障排除大多依赖于用户的发现。70%的软件提交滞后、超预算，不满足要求或被淘汰。第三，现在的技术不适应开发可靠、安全的软件。构造大型复杂系统和预料系统性能的能力不足。开发的自动化程度、复用程度、系统分析和系统测试的完全性评价能力都很低。尽管有很多标准，但是应用标准的水平以及文档与代码的一致性很差。第四，对于基础软件研究的国家投入较低。这种情况造成了硬件现实能力与它的理论潜力之间的差距。联邦高性能计算和通信计划（HPCC）认为“软件先进性存在的危机影响了高性能群集并行计算机体系结构的成功”。另外，注重解决现实问题的短期投资行为，影响了年青专家的培育。1.2 建议美国总统IT咨询委员会把软件放到国家基础设施的重要位置。针对上述问题，建议特别强调“国家必需给基础软件的研究予绝对的优先权”。否则，不足以解决开发不满足需求、软件不满足硬件、基础研究不应用要求的矛盾。9.11之后，安全的软件在国家安全、遭受打击抵御风险的重要性更得到重视。具体的建议有：设立专项基金在软件开发方法和构件技术方面的基础研究：（1）基于构件的设计和生产技术及其支持软件构件工业的科学技术理论；（2）可靠构件及其组装的可容错系统的检测技术；（3）支持自动化的构件分析、模拟、测试、集成的理论、语言、工具；（4）集成安全的构件到安全的系统的证实技术；（5）在广域网络上并行运行的应用之间进行交互的协议和数据结构。赞助在面向领域主题的国家软件构件库的建设。总统IT咨询委员会认为在软件方法和构件技术研究的基础上，有必要启动一个建设国家软件构件库的计划以支持科学、工程和教育。构件库应该有测试构件的方法和技术、集成健壮软件的标准、登记和分享的规则。然而，这还只是一个正在考虑的目标，还有若干问题需要研究：（1）高级的构件规格说明机制；（2）构件的可靠性和性能保证；（3）构件的进化；（4）不可预见的构件应用障碍；（5）现成软件（COTS, Commercial-Off-The-Shelf） 的发现和集成；（6）构件库组织有关的知识产权；（7）防范侵害的完整性保护；（8）构件成熟度的检验；（9）构件库存取的国家信息平台。所支持的软件研究目标必需同时支持国家IT研究的目标。例如，支持“可扩展信息基础设施”建设所要求的软件可扩展性、分布式、可靠性研究，以及“高端计算”所要求的软件体系结构。9.11事件后，美国总统的IT安全顾问Richard A. Clarke给布什总统的建议，提出建设脱离Internet的政府网络GovNet，可能花费数亿美元。GovNet仍将基于Internet协议（IP）但不与商业的或公众的网络连接，具有防范其它网络用户进入或干扰的能力。 2 可扩展信息基础设施2.1 问题信息基础设施是提供通信和信息存取服务的互连的电讯网络和计算机。可扩展信息基础设施强调的是服务的可扩展性，这是一个极富挑战性的问题。第一，Internet不仅用户数量每年在成倍增长，而且服务的要求也因IT技术的进步而多种多样。例如，卫星和无线通讯应用于信息基础设施，推动了“anytime, anywhere”式的信息存储、查询、电子邮件、付费系统的要求。第二，国家对信息基础设施的依赖性在与日俱增。与人们生活关系极大的服务，如电话、广播、电视、交通、电力网络、银行业务、订货和服务请求、娱乐、医疗、政府服务等，都要依靠计算机网络。第三，Internet应用的持续增长，增加了信息基础设施的系统复杂性，某些服务请求和相应的技术提出来了，但是我们不知道它们是否能够可靠地、有效地、安全地与系统的其它部分一起工作。第四，大规模、高可靠、安全的系统扩展问题：健壮、高速地存取以提高交互质量；信息的多个“刻面”（不同视角呈现的性质）表达以提供与人的多种连接；提供无处不在的存取以扩展服务面；可靠的高质量服务（认证、资源目录、搜索引擎、数据仓库等）；真实的信息设施（知识产权、隐私权的保护，系统故障和系统被攻击的防范）。2.2 建议增加直接对上述可扩展信息基础设施问题的核心软件和通信技术研究的投资。建议的三个关键领域是：（1）可扩展性研究，包括具有更大的多样性和能够表达上百万个性能因子的大复杂系统的模型，流量模型，不同条件下模拟网络性能的聚合各种要求的效果模型，支持标准的适应性和可扩展性的测试和检验工具，支持可扩展性、海量用户业务处理、滤除大量不真实数据的软件算法。（2）物理的可分布性研究，包括地理上的分布带来的可靠通信和安全通信的问题，大量计算机接入，特别是移动主机（Mobile host）、多级服务搜寻等所带来的困难，网络容量与阻塞的处理，多种硬件混杂、多种服务软件的交互操作问题。（3）可用性研究，包括用户模型和人的因素在web浏览器的普适性，智能信息检索系统，话音和图像的理解系统，人机智能会话系统，支持安全、隐私保护、网络检测管理、数据库管理、业务处理、应用集成的软件作为计算部件和通信部件开发。下一代Internet实验平台（Testbed）的研究，这个实验平台将吸引所有工业伙伴的参与，它的实验投资超过了任何一个公司的能力，大到足够测试整个系统，提供硬件、软件、协议、服务、网络管理的概念验证。实验平台将推动参加的工业伙伴的快速贸易和技术的合理应用。3 高端计算随着1991年美国高性能计算法案通过，联邦高性能计算和通信计划（HPCC）启动，其目的是促进创新、增强国家安全和推进教育。历史上的高性能计算处理的是计算敏感的应用，使用的是昂贵的高性能超级计算机。但在今天，HPCC上游研究的技术已经向中游发生了重大转移，从纯计算敏感的应用转向数据敏感和通信敏感的应用，超级计算机体系结构转向对称多处理器和并行系统体系结构。高性能计算的概念也扩展为“高端计算”的概念。高端计算主要面向三个高技术市场：（1）数据敏感和通信敏感市场的高端应用，如数据挖掘、web服务、数字资料库（Digital Library）、事务处理等，这是一个发展很快很好的市场；（2）基于微机的大规模计算敏感的市场，由于软件技术的缺陷，在市场的高端如并行计算还有要研究和实验的问题；（3）基于矢量体系结构计算的市场，这是一个萎缩的市场，是老的体系结构应用依然存在的市场。3.1 问题高端计算是科学和工程研究的基础，在今后的几十年里，高端计算的基础研究性质只会变得更强。高端计算的市场至少一半在国家组织机构，政府要完成从超级计算机应用到新的高端计算体系结构应用的转移还存在技术困难。高端计算在整个IT工业有些萎缩，然而，它的应用开发至少在人工智能、计算机辅助设计和辅助工程、交通管理、风险控制、大规模网络设施方面有优势。由于中、低端市场的参与，国外竞争的影响，高端计算系统面临着不寻常的压力。3.2 建议高端计算研究的一个很强的推动力就是在2010年将要达到的千万亿次计算能力。建议的第一个内容就是支持计算技术和体系结构的创新研究。当前的并行计算体系结构并不适应很多重要应用的要求，特别是高度不规则的计算和要求在内存进行海量计算的场合，因此需要推出新的计算机体系结构（高效并行性和分级存储器体系）和新的计算技术（光、量子、DNA计算）。第二是改进高端计算性能的软件研发，重要的是推出支持新的计算机体系结构的操作系统和算法。第三是研发的投资导向使新体系结构、系统软件、算法、硬件技术达到紧耦合的平衡发展，试图达到2010年支持千万亿次计算的实际应用。第四是支持科学与工程研究的更强有力的高端计算。第五是政府的高端计算项目（HECC）应把所有有关的项目纳入通盘考虑。4 信息时代的社会经济与就业越来越先进的技术在改变着我们的社会、经济、文化。研究信息技术的采用和传播对国家社会经济、劳动者就业的影响，成了国家要用新技术推动社会进步的重要课题。4.1 IT对社会经济的影响及研究课题IT对于社会、经济、政治、文化的影响似乎无处不在，尽管涉及这种影响的许多推断还缺乏真实可靠的数据支持，但是以下的事实是显而易见的。为保证国家能够适应信息时代的挑战与机遇，必须扩展人们的IT文化知识，使用IT工具进行学习、研究、交流、协作的能力；吸引更多的企业、学校、研究所参与IT研究（扩展和增强研究、教育、企业机制的课题）。IT工具的应用，减小了因人的种族、性别、年龄、残疾、收入、居住地等原因造成的不公正机会的影响（减小IT负面影响的课题）。IT，特别是Internet的应用，引发了许多重要、复杂的问题，如隐私权、知识产权、商业秘密等，这些问题影响着国家政策；一些影响着IT发展的社会、政治、法律壁垒受到了IT利益的挑战，例如，地理信息系统（GIS）碰到的跨组织数据共享问题、电子商贸的真实性问题、电子医疗的（跨州）许可权问题（政治、经济、社会、法律壁垒研究课题）。社会科学的研究影响着信息系统的设计，如“人群将怎样分享信息做出决策”的研究直接推动着“组件”的开发（IT工业自调节解决社会复杂问题的课题）。电子商贸在国家经济的角色及其影响，经济、法律法规、市场等因素对于电讯公司投资于国家信息基础设施建设的影响（激励企业投资国家建设的课题）。4.2 IT对劳动就业的影响及建议课题国家经济对IT的依赖越来越强，但是接受过电子计算、信息、通信技能再教育的劳动者并不多，国家必须通过教育渠道（学校，从基本教育到继续教育）帮助劳动者掌握信息时代的劳动技能。工业界对于R&D专门人才需求的快速增长，使得教育和培养专门人才也成了国家实验室和培训中心的紧迫任务。应当鼓励电子工程和计算机科学的学生继续学习达到博士学位。公司的发展规模起决于公司可能雇佣到的专门人才（而