中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)

1、信息科学技术发展现状及未来趋势南京工业大学白光伟 博士/教授6/24/20221中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)报告目录信息科学技术领域发展现状信息科学技术发展历程回顾信息科学技术未来发展趋势6/24/20222中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)一种技术主导一个世纪18世纪：大机械系统伴随着工业革命；19世纪：蒸汽机的时代；20世纪：信息技术时代（电子、计算机、通讯）；21世纪 。？6/24/20223中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)信息与通讯技术(ICT)信息与通讯技术(ICT: Information andCommunications Technology)以计算机

2、为核心，凭借通信网络的飞速发展，渗透到社会生活的各个领域。ICT产生的背景是行业间的融合以及对信息社会的强烈诉求。6/24/20224中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)微纳技术正在重构集成电路产业体系传统微电子技术临近极限；集成电路技术十年内仍可能按摩尔定律增长；集成器件由单纯追求性价比正在转向追求功耗比的技术创新。6/24/20225中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)Small isbeautifulPCWorkStationClusters阵列机SuperComputerComputationalGrids计算网格Laptop?Bigger is betterComputer

3、Revolution?6/24/20226中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)软件技术发展需要新思想应对新需求软件的运行环境已经从传统的单机环境发展为网络环境，用户数量和复杂程度剧增；需要解决可信性问题、多核计算环境下的“软件执行效能墙”问题、基于语义的信息资源聚合和互操作；6/24/20227中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)软件技术发展需要新思想应对新需求下一代互联网、网格技术、软件中间件技术、Agent技术、本体技术和云计算异军突起；软件加速向开源化、智能化、高可信和服务化方向发展；6/24/20228中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)软件技术发展需要新思想应对新需求20

4、06年卡内基梅隆大学 (CMU: Carnegie Mellon University)一份研究报告认为：“目前的软件工程理论、方法和实践将无法应对ULS系统增长的规模和复杂度我们需要转变视角，需要新的思想来应对遇到的问题。”ULS: 城市地下物流系统或地下货运系统是一种新兴的运输物流系统6/24/20229中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)通信传输技术的换代发展6/24/202210中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)通信传输技术的换代发展6/24/202211中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)智能手机推动移动互联网发展6/24/202212中国信息科学技术发展现状及未来趋势

5、(上)互联网流量继续高速增长1998年Google只有2600万页搜索结果，现在是1万亿页；目前全球每天有2100亿件emails，其中73% 是垃圾邮件；2008年全球发出1 3 万亿条SMS（中国近7000亿条占全球53.8）。6/24/202213中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)报告目录信息科学技术领域发展现状信息科学技术发展历程回顾信息科学技术未来发展趋势6/24/202214中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)20世纪的信息科学技术回顾20世纪科学技术的辉煌发展时，不能不提及20世纪最杰出的几位科学家。2040年代是信息科学发展的爆发期，涌现了图灵、冯诺依曼、香侬等一批奠

6、基性的大科学家。6/24/202215中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)20世纪的信息科学技术英国数学家A.M.图灵提出的一种抽象计算模型，用来精确定义可计算函数。图灵机作为计算机的理论模型，在有关计算理论和计算复杂性的研究方面得到广泛的应用。 艾伦麦席森图灵(Alan Mathison Turing)1912.06.231954.06.076/24/202216中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)20世纪的信息科学技术1923年关于集合论中超限序数的论文，显示了冯诺依曼处理集合论问题所特有的方式和风格；1925年的一篇论文中，冯诺依曼就指出了任何一种公理化系统中都存在着无法判定的命

7、题约翰冯诺依曼John Von Nouma，19031957冯诺依曼在数学的诸多领域都进行了开创性工作，并作出了重大贡献。6/24/202217中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)20世纪的信息科学技术1933年，冯诺依曼证明了局部欧几里得紧群是李群冯诺依曼创立了博奕论这一现代数学的又一重要分支1944年发表了奠基性的重要论文博奕论与经济行为约翰冯诺依曼John Von Nouma，19031957冯诺依曼在数学的诸多领域都进行了开创性工作，并作出了重大贡献。6/24/202218中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)20世纪的信息科学技术1945年，发表了一个全新的存储程序通用电子计算

8、机方案-EDVAC（Electronic Discrete Variable AutomaticComputer）约翰冯诺依曼John Von Nouma，19031957冯诺依曼在数学的诸多领域都进行了开创性工作，并作出了重大贡献。6/24/202219中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)20世纪的信息科学技术EDVAC方案明确奠定了新机器由五个部分组成，包括：运算器、逻辑控制装置、存储器、输入和输出设备，并描述了这五部分的职能和相互关系约翰冯诺依曼John Von Nouma，19031957冯诺依曼在数学的诸多领域都进行了开创性工作，并作出了重大贡献。6/24/202220中国信息科

9、学技术发展现状及未来趋势(上)20世纪的信息科学技术EDVAC机两个非常重大的改进：(1) 数据与指令采用二进制；(2) 建立了存储程序，指令和数据便可一起放在存储器里，并作同样处理简化了计算机的结构，大大提高了计算机的速度 约翰冯诺依曼John Von Nouma，19031957冯诺依曼在数学的诸多领域都进行了开创性工作，并作出了重大贡献。6/24/202221中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)Shannons theorem香农定理Claude E. Shannon1916 - 2001In 1948, Claude E. Shannon published a research

10、paper at Bell System Technical Journal , i.e. “A Mathematical Theory of Communication通信中的数学原理”.6/24/202222中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)Shannons theorem香农定理Claude E. Shannon1916 - 2001香农定理描述了有限带宽，带有随机热噪声信道的最大传输速率与“信道带宽H”和“信号噪声功率比S/N”之间的关系.6/24/202223中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)Fibers光纤 everywhere?officescampusresiden

11、tialsISPmetro ringISPCore40+GbpsInternetDataCenter2.5Gbps1GbpsGiga Ethernet10Gbps10Gbps2.5GbpsxDSLWiFiWiMaxCommunication revolution6/24/202224中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)摩尔定律Moores law 摩尔定律：集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍，当价格不变时；或者说，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔18个月翻两倍以上。这一定律揭示了信息技术进步的速度。6/24/202225中国信息科学技术发展现状及未

12、来趋势(上)摩尔定律Moores law 戈登摩尔(Gordon Moore)- Intel创始人之一；加州大学伯克利分校获得化学和物理学博士学位；现为美国国家工程院院士，1990年获得国家科技奖章，2002年布什总统授予他国家最高市民荣誉-自由勋章。6/24/202226中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)摩尔定律Moores law 6/24/202227中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)197420046/24/202228中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)How fast does the CPU work?2x / 18 months全球人均拥有晶体管数：2004年5

13、00个2010年10亿个6/24/202229中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)信息科学技术面临重大突破上世纪4070年代是信息技术发展的黄金季节，很多今天仍在使用的信息技术都是在那个时段取得关键性的突破：例如：集成电路的硅平面工艺、光纤通信、计算机体系结构、高级编程语言、数据库、人工智能、互联网、图形界面等。6/24/202230中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)Historical Events1948: first commercial computer installed UNIVAC I1958: first U.S. communication satellite196

14、9: ARPANET+, the first packet-switched network developed by DARPA+DARPA: Defense Advanced Research Projects Agency国防部高级研究计划局美国6/24/202231中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)Historical Events1971: first computer chip(芯片) 4 bit, 2,300 transistors1972: Ethernet specifications formulated1974: IBM introduces SNA1975: Bi

15、ll Gates formed Microsoft1976: Woznaik and Jobs formed Apple Computer Company6/24/202232中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)Historical Events1981: IBM* introduced IBM PC, one floppy1983: TCP/IP becomes the official protocol on ARPANET 1984: Apple introduced GUI with Apple Macintosh1986: first laptop*IBM: Internatio

16、nal Business Machines Corp.国际商用机器公司(美国)6/24/202233中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)Historical Events1988: IBM releases OS/2, first multitasking operating system for PC1989: Microsoft releases Windows 3.0 1989: NSF replaces ARPANET as internet backbone1991: WWW invented by CERN* physicist Tim Berners-Lee*CERN: Eu

17、ropean laboratory for particle physics欧洲粒子物理研究所6/24/202234中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)Lawrence G. RobertsOne of the leading founders of the basic technical basement of Internet - packet networkHe was responsible for the design, initiation, planning and development of ARPANET, the worlds first major packet n

18、etwork, the predecessor to InternetHistorical Events6/24/202235中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)The ARPANETGrowth of the ARPANET (a) December 1969. (b) July 1970.(c) March 1971. (d) April 1972. (e) September 1972. 6/24/202236中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)Tim Berners-Lee a graduate of Oxford University, England When he wor

19、ked at the CERN in 1989, he invented the World Wide WebTim Berners-Lee, the man who invented the Internets World Wide WebHistorical Events6/24/202237中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)Tim Berners-Lee 1989年夏天， Tim Berners-Lee开发出了世界上第一个Web服务器和第一个Web客户机。Tim Berners-Lee, the man who invented the Internets World Wide W

20、ebHistorical Events6/24/202238中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)Tim Berners-Lee 1989年12月，为他的发明正式定名为World Wide Web (WWW)1991年5月WWW在 Internet上首次露面，从此揭开了Internet的新纪元。Tim Berners-Lee, the man who invented the Internets World Wide WebHistorical Events6/24/202239中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)Growth of the InternetDecember 1994 6

21、/24/202240中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)The Exponential Growth of the InternetFaster Growth The Internet is growing faster than all other technologies that have preceded it. Radio existed for 38 years before it had 50 million listeners, Television took 13 years to reach that mark.The Internet crossed the line

22、 in just 4 years. 6/24/202241中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)互联网体系的演进6/24/202242中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)互联网体系的演进6/24/202243中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)Growth of the Internet6/24/202244中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)So fast ?1982年以来：CPU性能提高3500倍，内存价格下降45000倍，硬盘价格下降360万倍；如果汽油的性能能够以同样的速度发展，那么现在1 升汽油能够使飞行器环绕地球旅行573圈；如果汽车的价格以与硬盘同等速率下降，今天一

23、部新车的价格仅为0.01美元。6/24/202245中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)权威专家的经典预测“Computers in the future may weigh no more than 1500Kg”, -Thomas Watson, Chairman of IBM, 1948IBM ThinkPad Laptop Intel Pentium X200 7457/7458 酷睿2 双核处理器 P8400 (2.26GHz,3MB,1066MHz ) /2GB内存/160GB硬盘/1.32KG/. 6/24/202246中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)DELL Des

24、ktop Intel Pentium,4 GB RAM (6552640 KB)“640KB RAM ought to be enough for anybody” -Bill Gates, President of Microsoft, 1981权威专家的经典预测6/24/202247中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)20-21世纪信息科学与技术发展-李国杰院士，2009年10月，中国计算机大会6/24/202248中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)报告目录信息科学技术领域发展现状信息科学技术发展历程回顾信息科学技术未来发展趋势6/24/202249中国信息科学技术发展现状及未来

25、趋势(上)信息领域成为国际战略竞争重点在高技术领域中ICT无论在出口和就业岗位以及风险投资方面均成为最受关注领域；ICT领域是国际标准化程度最高的领域之一；ICT领域是国际知识产权竞争中力图抢占的制高点。6/24/202250中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)信息化的效果2006年对66个发展中国家和27个发达国家的一项研究表明：互联网用户数每增长一个百分点出口就增长4.3个百分点；根据世界银行最近对120个国家的计量经济分析，宽带服务每增长10个百分点会带来1.3个百分点的经济增长。6/24/202251中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)信息化的效果6/24/202252中国信息

26、科学技术发展现状及未来趋势(上)我国ICT产业对国民经济的贡献6/24/202253中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)在华申请专利的前十个外国公司6/24/202254中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)各国纷纷开展新一代互联网的研究6/24/202255中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)美国的优先研究领域2001年：国土安全、网络和信息技术、纳米技术、复杂系统、生物技术、气候、水和氢(Updated R&D budget priorities,Aug.2004)；2004年“A New Generation of American Innovation ”计划：氢燃料技术、电

27、子医疗记录和安全的医疗信息交换、宽带技术；6/24/202256中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)美国的优先研究领域2006年总统研发优先项目: 气候变化、反恐、氢燃料、纳米技术、网络和信息技术；宽带化目标：2007年美国宽带普及率将提高440%；2010年实现一亿家庭100Mb/s上网，将来可扩展到1Gbps。6/24/202257中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)美国的优先研究领域“我们需要发展对于我们的经济繁荣至关重要的、开放的互联网，同时又不会对我们的安全造成威胁的信息技术”-美国总统奥巴马在美国国家科学院146届年会上演讲（2009.04.27）6/24/202258中国

28、信息科学技术发展现状及未来趋势(上)美国的优先研究领域宽带网建设成为美国的经济振兴计划的重点：大规模改造联邦政府办公楼，使之更加节能；大力投资公路和桥梁建设；大规模改造学校硬件设施，安装节能系统，创造“21世纪的学校”；在美国各地推广宽带网络应用，让每个孩子都有机会使用互联网；改善医院等设施，确保这些地方能够运用“前沿科技”。6/24/202259中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)SMART EARTH智慧地球当前的金融海啸、全球气候变化、能源危机与安全问题迫使我们审视过去，思考未来。世界正发生着重大的变化，我们站在一个全新的起点上：世界正向着“智慧”的方向快速迈进！我们坚信，IBM 可

29、以与您共建智慧的医疗、智慧的能源、智慧的城市乃至“智慧的地球”！6/24/202260中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)SMART EARTH智慧地球“这个概念不仅能够为美国人创造就业机会，而且能够将投资用在开发多种能源、更安全的道路交通、更好的医疗卫生和现代教育上，还能投入在宽带和新兴技术上。”6/24/202261中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)欧盟的优先研究领域2002-2006 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6/24/202262中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)欧盟的优先研究领域20072013 农业和食品能源环境保健与生命科学产业研究信息社会安全研究空间交通运输6/24/202263中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)欧洲ICT的未来创新方向2009年1月28日欧盟提出立法建议，在2009和2010年以50亿欧元用于重点能源和宽带网设施建设，作为经济增长点。6/24/202264中国信息科学技术发展现状及未来趋势(上)欧洲ICT的未来创新方向2009年3月5日欧盟发表“e-Science的ICT基础设施”报告，探索并开发信息化基础设施的创新潜能-面向2020年的欧洲信息化基础设施