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,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,2,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,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,3,一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 。？,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,4,信息与通讯技术(ICT),信息与通讯技术(ICT: Information andCommunications Techn

2、ology)以计算机为核心，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。,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,5,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。,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,6,Small is beautiful,PC,WorkStation,Clusters 阵列机,Super Computer,Computational Grids计算网格,Laptop,?

3、,Bigger is better,Computer Revolution,?,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,7,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；,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,8,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；,2020年9月16日,信息科学

4、技术发展现状及未来趋势,9,软件技术发展需要新思想应对新需求,2006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,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,10,通信传输技术的换代发展,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,11,通信传输技术的换代发展,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,12,智能手机推动

5、移动互联网发展,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,13,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）。,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,14,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,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,15,20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

6、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、香侬等一批奠基性的大科学家。,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,16,20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) 1912.06.231954.06.07,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,17,20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

7、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。,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,18,20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。,2020年9月16

8、日,信息科学技术发展现状及未来趋势,19,20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。,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,20,20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 Vo

9、n 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。,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,21,20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。,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,22,Shannons theorem香农定理,Claude E

10、. Shannon 1916 - 2001,In 1948, Claude E. Shannon published a research paper at Bell System Technical Journal , i.e. “A Mathematical Theory of Communication通信中的数学原理”.,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,23,Shannons theorem香农定理,Claude E. Shannon 1916 - 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

11、系.,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,24,Fibers光纤 everywhere?,offices,campus,residentials,ISP,metro ring,ISP,Core 40+Gbps,Internet Data Center,2.5Gbps,1Gbps Giga Ethernet,10Gbps,10Gbps,2.5Gbps,xDSL WiFi WiMax ,Communication revolution,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,25,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

12、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。,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,26,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。,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,27,摩尔定律Moores law,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,28,19

13、74,2004,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,29,How fast does the CPU work?,2x / 18 months,全球人均拥有晶体管数： 2004年500个2010年10亿个,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,30,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。,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,31,Historical

14、 Events,1948: first commercial computer installed UNIVAC I 1958: first U.S. communication satellite 1969: 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,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,32,Historical Events,1971: first computer

15、chip(芯片) 4 bit, 2,300 transistors 1972: Ethernet specifications formulated 1974: IBM introduces SNA 1975: Bill Gates formed Microsoft 1976: Woznaik and Jobs formed Apple Computer Company,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,33,Historical Events,1981: IBM* introduced IBM PC, one floppy 1983: TCP/IP becomes the

16、 official protocol on ARPANET 1984: Apple introduced GUI with Apple Macintosh 1986: first laptop,*IBM: International Business Machines Corp.国际商用机器公司(美国),2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,34,Historical Events,1988: IBM releases OS/2, first multitasking operating system for PC 1989: Microsoft releases Window

17、s 3.0 1989: NSF replaces ARPANET as internet backbone 1991: WWW invented by CERN* physicist Tim Berners-Lee,*CERN: European laboratory for particle physics欧洲粒子物理研究所,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,35,Lawrence G. Roberts One of the leading founders of the basic technical basement of Internet - packet netw

18、ork He was responsible for the design, initiation, planning and development of ARPANET, the worlds first major packet network, the predecessor to Internet,Historical Events,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,36,The ARPANET,Growth of the ARPANET (a) December 1969. (b) July 1970. (c) March 1971. (d) April 197

19、2. (e) September 1972.,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,37,Tim Berners-Lee a graduate of Oxford University, England When he worked at the CERN in 1989, he invented the World Wide Web,Tim Berners-Lee, the man who invented the Internets World Wide Web,Historical Events,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,38,Tim Bern

20、ers-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 Web,Historical Events,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,39,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

21、 who invented the Internets World Wide Web,Historical Events,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,40,Growth of the Internet,December 1994,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,41,The Exponential Growth of the Internet,Faster Growth The Internet is growing faster than all other technologies that have preceded it. Radio e

22、xisted for 38 years before it had 50 million listeners, Television took 13 years to reach that mark. The Internet crossed the line in just 4 years.,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,42,互联网体系的演进,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,43,互联网体系的演进,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,44,Growth of the Internet,2020年9月16日,信息科学技术发展现状

23、及未来趋势,45,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，今天一部新车的价格仅为0.01美元。,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,46,权威专家的经典预测,“Computers in the future may weigh no more than 1500Kg”, -Thomas Watson, Chairman of IBM, 1948,IBM ThinkPad Lapt

24、op 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/.,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,47,DELL Desktop 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,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,48,

25、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,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,49,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,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,50,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。,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,51,信息化的效果,2006年对66个发展中国家和27

26、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。,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,52,信息化的效果,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,53,我国ICT产业对国民经济的贡献,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,54,在华申请专利的前十个外国公司,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,55,各国纷纷开展新一代互联网的研究,2020年9月16日,信息科学技术发展现状及未来趋势,56,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 e-Science网格：联合跨科学界的普通计算机能力，形成海量