中国至2050年信息科技发展路线图

　　21世纪上半叶，信息科学与技术正在发生深刻的跃变，从2010年至2050年，我国信息科技发展路线图的总目标是：抓住信息技术跃变的机遇，提升自主创新和可持续发展能力，使我国全面进入信息社会（u社会）：绝大多数中国人成为信息用户，信息成为中国经济和社会发展最重要的资源，社会信息化总体上接近国外发达国家水平。

　　根据国家战略需求和信息科学技术发展趋势，至2050年我国发展信息科学技术应该聚焦在以下六大任务和目标：①构建无所不在、称心如意的信息网络。②实现信息器件和系统的变革性升级换代。③发展数据知识化产业。④以信息技术提升传统产业和实现低成本信息化。⑤创建发展新的信息科学和发展以计算为纽带的交叉科学。⑥构建国家与社会信息安全体系。

　　这六项重大任务可以凝聚成一个总的任务，即构建“惠及全民、以用户为中心、无所不在的信息网络体系（Universal, User-oriented, Ubiquitous Information Network Systems, U-INS）”。这一体系体现了21世纪上半叶我国要全面进入信息社会的重大战略需求，也包含了信息领域需要重点发展的科学技术。为了构建这一网络体系，我们必须在具有变革性的器件、升级换代的网络系统、个性化的网络服务和渗透到各个领域的网络应用、网络安全体系、网络科学与新的信息科学等方面开展具有独创性的科学研究与技术开发。

　　在这次路线图研究中，我们的主要发现、判断和建议包括以下几点：

　　（1）20世纪下半叶是以信息技术发明和技术创新为标志的时代，近半个世纪信息科学并没有根本性的突破。由于信息科学发展的滞后，集成电路、网络等主要信息技术到2020年前后都会难以靠渐进式的改进继续发展。预计今后20～30年是信息科学技术的变革突破期，21世纪上半叶将兴起一场以高性能计算和仿真、网络科学、智能科学、计算思维为特征的信息科学革命，信息科学的突破可能导致21世纪下半叶一场新的信息技术革命。

　　（2）今后10～40年发展信息技术的首要任务是要建设让大众非常便捷地获取信息和知识、更有效地协同工作、生活品质更高的信息网络。近10年内网络技术经历宽带化、移动化和三网融合将走向基于IPv6的下一代互联网，2020年以后世界各国将逐步形成共识，共同构建IP后（post-IP）的新网络体系。宽带无线通信是未来网络体系的重要基础。无处不在的传感网将与空间、地面、接入等网络全面融合，实现人与人、机器与机器、人与机器之间任何时间、任何地点的通信联络。

　　（3）要实现构建普惠泛在的信息网络的宏伟目标，我们必须消除“信息科学技术只是一种高科技工具”的狭义工具论的认知障碍，深刻理解人机物构成三元世界。在发展信息科学技术的过程中，我们必须攻克信息硬件发展受阻、大规模并行和三元世界编程、海量数据利用、信息网络的低成本、信息系统可靠可信、构建自主信息技术基础平台六大难题。

　　（4）传统的信息器件和设备在复杂性、成本、功耗等方面已遇到巨大障碍， 急切期待颠覆性的新技术，但目前尚未研发出一条像近30年CMOS集成电路一样的主导技术路线，量子、自旋、纳米等技术发展呈现出不确定性和多样性，确定新的主流器件技术可能需要15～20年的努力。石墨烯纳米带晶体管可能成为延续摩尔定律的重要推动力，又可能成为超越硅基CMOS的很有希望的研究方向。电子计算技术和光电子、光计算技术的融合最有可能成为未来开发汇集计算、存储、通信和信息处理于一体的新一代芯片技术, 可实现片上光互联和片上大规模光计算。

　　（5）到2050年，超级服务器的发展需要支持各种各样的个性化应用负载，突破低能耗、海量并行、可靠性、低成本等技术障碍， 40年内超级计算机的性能将增长108～109倍，达到每秒1024次运算速度。在这个进程中，重大难点和技术突破会发生在从Exaflops (1018 flops) 过渡到Zettaflops (1021 flops)阶段。发展信息技术的一个重要目标是使软件业和服务业也产生类似摩尔定律的走势，即同样功能和性能的软件开发成本平均每两年降低50%，同样质量的服务所需的成本每两年降低50%。

　　（6）从历史的长周期来衡量，电脑普及的速度和电力技术普及的速度差不多。低成本信息化不是以降低实效、降低价值为代价，价值要与普及成正比。全民普及不仅意味着享受低价值的用户增多，还意味着享受高价值的用户也要按一定比例增加。我们的预测表明：只有增值增长才是高实效的低成本信息化路线，才能推动信息产业良性持续发展。要为中国用户每人提供一个通用计算账号，使得用户在任何时间、任何地点，使用任何设备，都能方便而又高效地使用自己的信息环境。

　　（7）人机交互是计算机科学/工程研究的核心之一。在未来几十年中多模态人机交互将占据桌面、膝上和掌上系统，三维用户交互、实体交互、可交流情感的个性化交互、人机交互将得到普及。在人机交互研究领域，自然语言理解、图像语义理解是需要长期攻克的科学难题和关键技术。

　　（8）互联网也好，信息服务产业也好，将来的瓶颈都在计算机对语义的理解。发展语义互联网技术是实现全民应用互联网的重要途径。我们必须挖掘和利用中华文明的特色，研究支持语义、内容和文化的科学技术与普惠信息网络基础平台，使网上中文信息内容超过全世界网上信息总量的10％，为发展中国特色的数据知识产业提供科技基础。

　　（9）量子信息为信息科学的发展提供新的原理和方法，有望成为后摩尔时代的新一代信息技术之一。量子计算的实现不存在原理性的困难，当前的研究瓶颈在于量子计算的物理实现，基于固态物理系统和基于量子光学系统最有希望研制成功量子计算机。量子密码技术已到了工程研究和实际应用阶段，预计2020年可实现70公里内的城域光纤网量子密钥分配，2050年可实现基于量子密钥分配的全球实用安全通信网络。

　　（10）在网络环境中，分布、交互及并发成为计算的重要特征，需要新的计算模型和算法设计理论。为并发计算建立严格的数学模型和坚实的理论基础，是今后几十年内计算机科学面临的重大挑战。算法研究的重点将是从单个算法的设计分析转向多个算法的交互与协同。软件系统变得越来越庞大，越来越复杂，导致软件的可靠性与安全性低，可信计算的软件基础已成为未来几十年内必须解决的科学问题。

　　（11）探索智力的本质,了解人类的大脑和它的认知功能是当代最具挑战性的基础科学命题之一。基于认知机理的智能信息处理在理论与方法上的突破，有可能带动未来信息科学与技术的突破性发展。发展新的智能科学与技术，是今后50年的重要目标。脑反向工程和脑机界面是值得重视的研究方向。

　　（12）从计算的角度为细胞的发展过程建立模型，不仅有助于理解生物系统中的大量的基因和蛋白质如何协调工作控制细胞的新陈代谢及DNA修复等基本问题，而且对于通信协议设计、并行计算模型和机制的研究也具有重要意义。通过对生物分子和DNA等层次生命活动中信息转化过程的分析，可能产生与基于硅的电子计算机原理完全不同的计算系统。

　　（13）社会计算已成为继科学计算、生物计算之后新的国际前沿研究和应用方向。以认知科学、智能科学和复杂性科学为基础，开展社会计算研究和应用，已成为确保国家安全、建设和谐社会刻不容缓的任务。