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信息通信

中國工程院發布“電子信息工程科技發展十三大挑戰(2022)”

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2月15日,中國工程院信息與電子工程學部、中國信息與電子工程科技發展戰略研究中心在北京發布“電子信息工程科技發展十三大挑戰(2022)”(以下簡稱“挑戰”)?!疤魬稹狈治隽宋覈娮有畔⒐こ炭萍?3個領域所面臨的技術挑戰,具體如下:

1.信息領域

以數字化、網絡化、智能化為特征的信息化浪潮方興未艾,信息技術一日千里、欣欣向榮,全面融入人類社會生產生活,與各行業不斷交叉融合,正深刻改變著世界的經濟格局、文化格局、安全格局和競爭格局。在雙循環戰略下,如何快速有效組織國內外優勢科技力量,構建新型體制機制,攻克系列關鍵核心技術,補短板,加長板,建立與新時代大國競爭力和經濟社會可持續發展相適應的信息體系,確保國家在信息領域自主可控、安全可靠是該領域當前面臨的重要挑戰。

2.微電子光電子

全球范圍內,3nm制程有望今年推出,2nm制程也已列入研發計劃。先進芯片工藝日益趨近物理極限,涉及設計到制造產業鏈關鍵環節,如設備、材料、EDA/IP核等基本被國際大企業壟斷。中國國內企業創新能力提升面臨重大挑戰。新器件、新結構、新材料、新工藝、新封裝等技術協同創新推進產業化,是應對微電子領域挑戰的重要技術途徑。實現超高速、高性能、低功耗、多功能、高密度光電子器件是信息光電子領域面臨的重要挑戰,發展光子集成、光電集成和光電融合等技術是應對信息光電子領域挑戰的重要技術途徑。

3.光學工程

光學工程是融合光學、精密機械、電子學、材料、計算機等技術解決多種工程應用問題的交叉學科,重點研究光信息的獲取、傳輸、處理、存儲、顯示以及激光技術應用,正向著紫外、可見光、紅外等多頻段,強度、光譜、偏振、相位等多維度,探測、成像、測距、通信等多功能,微納、超快、超分辨、X射線及太赫茲光學等多種新技術方向發展。如何實現光學工程高質量的信息化、網絡化、自動化、芯片化、數字化、智能化,提高復雜環境下的動態感知和處理能力是該領域當前面臨的重要挑戰。

4.測量計量與儀器

新一代國家測量體系建設已經啟動,國家儀器產業體系建設已開始布局,重要場景下的關鍵核心測量技術亟待突破,整體測量能力亟待提升,特別是支撐超精密光刻機、高端航空發動機和高端工業母機等為代表的高精尖裝備研發制造中的超精密測量與儀器技術亟待率先突破,制造質量調控能力亟待提升;支撐數字化制造、數字化醫療、智慧城市建設等領域發展的數字化測量、網絡化測量、精密儀器和傳感器等共性核心技術突破是該領域當前面臨的重要挑戰。

5.網絡與通信

隨著5G移動信息網絡的加速構建,5G網絡與各行業應用的垂直整合面臨較大挑戰。6G研發加速布局?;ヂ摼W作為支撐未來十年全球信息傳輸基礎設施的主導體系架構,面臨萬物互聯、萬事互聯時代toB、toM、toX、高速核心器件等多樣化需求帶來的前所未有挑戰。在網絡流量的爆發式增長、陸??仗烊采w和“雙碳”背景下,網絡需滿足巨容量、大連接、廣覆蓋、高可靠、綠色節能、低成本等需求,彈性智能網絡架構、服務質量、用戶體驗、網絡安全性和可靠性等是該領域當前面臨的重要挑戰。

6.網絡安全

新形勢下的網絡安全在于風險消減與賦能增值雙輪驅動。在網絡系統的缺陷管控與縱深防御中,如何應對海量存量威脅治理及其有效防護不足、網絡安全邊界的削弱,如何構建威脅畫像、威脅情報運營機制及安全知識體系;在運行任務的威脅管控與時機防御中,如何應對動態環境下“未知的未知”攻擊,如何構建威脅感知的時機防御形態,如何打造計算和防護融合新模式、形成運行和防御并行雙結構;如何實施風險管理與量化評估手段以支撐網絡安全保險;如何破解數據安全和隱私保護與數據流動和開發利用相悖等難題,都是該領域面臨的主要挑戰。

7.水聲工程

以實時化信息獲取傳輸與大數據處理為手段,掌握與復雜多變海洋環境規律耦合的水下目標聲學信息,實現海洋水下信息自主掌控是該領域當前面臨的重要挑戰。

8.電磁場與電磁環境效應

隨著5G、物聯網、無人系統、人工智能等技術領域的快速發展、重大基礎設施和先進智能化裝備或系統的建設與應用,電磁環境適應性和電磁安全性成為各類智能裝備系統可靠安全運行的重要制約因素。促進電磁場與電磁環境效應學科建設,開展電磁場基礎問題研究,加強電磁環境主動感知、智能電磁防護、電磁防護仿生、高性能電磁綜合仿真計算等自主原創性技術攻關,提升智能化裝備電磁防護能力是該領域當前面臨的重要挑戰。

9.控制

物理信息因果關系不清的復雜工業動態系統建模、控制與優化機理不清情況下的數學建模、開放環境下輸入/輸出相關信息處于開放環境且變化不確定、感知信息難以獲取、控制與決策目標多尺度多沖突等控制理論與技術問題,為此需開展工業動態系統人工智能研究,并將工業互聯網、工業自動化與信息化技術與制造業深度融合,研發出基于新一代信息技術的智能化管控系統和智能化工業軟件,是該領域當前面臨的重要挑戰。

10.認知

腦認知與人工智能加速融合,多尺度動態腦觀測、針對記憶、情緒、視覺等認知功能的機理揭示,和易泛化、魯棒性、低功耗的腦啟發人工智能理論與模型的建立是當前技術難點;在邊緣計算設備、可穿戴設備、高速設備等高速低功耗場景應用需求迫切,打破馮諾依曼計算架構,研制感存算一體、大帶寬的新型智能計算器件與系統,是突破當前算力與能效核心瓶頸的重要挑戰。

11.計算機系統與軟件

當前存在智能計算理論基礎不堅實、人網物協同計算范式不成熟、內生安全計算機理不清晰等新型應用帶來的對計算理論、機理和方法的挑戰,后摩爾時代單位體積和能耗下算力提升困難、單一計算架構難以有效應對計算環境對全場景及不確定性的支撐的挑戰,以及新型泛在計算基礎軟件理論與技術的挑戰。為此需開展多元計算架構形態研究,深耕量子、類腦、光子等前沿技術,將計算、存儲、網絡深度融合,在微體系結構、微納結構、新材料新工藝新器件等方面持續創新,研發軟件定義、軟硬協同、場景驅動、應用感知、智能賦能的基礎軟件,這些都是該領域當前面臨的重要挑戰。

12.計算機應用

新時代、新態勢、新征程背景下,計算機應用正在邁向新的階段、催生新的理念、推向新的格局。隨著萬物互聯與智能技術融合程度的不斷加深,滿足工業、農業、能源、金融、商務、交通、政務、教育、醫療、健康、養老等復雜場景應用需求成為計算機應用技術發展的內在驅動力。通過對復雜場景異構信息系統之間進行功能調用或者交換共享數據,實現系統間數據、信息、知識的互聯互通,實現現實世界與虛擬世界的新型虛實相融,將越來越重要。技術發展如何與經濟社會復雜場景應用相融合是該領域當前面臨的重要挑戰。

13.應對重大突發事件

如何建立國家、省、市三級重大突發事件(比如新冠肺炎爆發、特大暴雨災害等)信息化決策體系,集思廣益,突破局限性,延伸到經濟社會發展各領域;如何整合相關部門的數據資源和科技力量,包括醫療衛生、公安、交通、建設、環保、教育、能源、民政、國企數據等,建立重大突發事件大數據綜合平臺,形成預警能力和快速反應能力,把災害損失降到最小,是應對重大突發事件、提升國家綜合治理能力的重要挑戰。

據悉,中國工程院信息與電子學部從2014年起開展《中國信息電子工程科技發展研究》(藍皮書)系列研究工作,主要目標是分析研究電子信息領域年度科技發展情況,綜合闡述國內外年度本領域重要突破及標志性成果,為我國科技人員準確把握電子信息領域發展趨勢提供參考。

責任編輯:趙強


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