论文部分内容阅读
全球信息技术竞争十分激烈，其经济和国家安全意义备受关注。最近，美国国家研究理事会发布报告，分析了先进计算技术的发展方向和全球格局。报告认为，经济、通信和科技的全球化，以及智能移动设备的兴起，可能使美国逐渐丧失先进计算领域的技术领先地位，并对美国的经济竞争力和国家安全产生深远影响。
一、技术发展方向由串行计算向并行计算转变
计算技术的显著进步推动了信息技术革命。数十年来，由于时钟频率的提高、晶体管体积的缩小、制造工艺的改进以及系统结构和软件的不断创新，单核处理器的性能一直呈指数级增长，映证了摩尔定律。然而，近年来由于物理和技术因素的限制，单核处理器的性能提高速度大为放缓，这促使计算机体系结构明显由单核处理器向同质多核处理器和现在的异质多核处理器转变，使并行计算处于提高计算机性能的前沿。与串行计算不同，并行计算现在还没有普遍公认的编程模式，因此对并行算法和并行编程方法进行进一步研究有巨大的需求，这既提供了巨大的机遇，又带来了艰巨的挑战。处理器性能的提高速度持续放缓，且并行软件的未来发展不定，这对美国经济和国家安全构成了潜在的短期和长期风险，为全球先进计算的格局变化提供了机会。
二、全球研发和市场化格局分析
美国一直是通用计算、高性能计算、图形处理器和其他专用处理器研发方面的领头羊。过去15年美国大学和产业界的研发投资强劲，产生了无数创新。从过去15年先进计算领域顶尖国际科技会议收录的会议论文来看，美国在半导体器件和电路、系统结构、编程系统、应用软件方面均位于世界前列，在系统结构研发上更是优势明显。从主要半导体公司、计算机硬件公司和软件公司的收入以及信息通讯技术出口情况来看，美国同样继续保持领先地位。
报告指出，尽管如此，由于欧洲和亚洲的技术能力和制造能力日益上升，美国的地位正受到挑战。例如，中国作为信息通信技术产品的主要消费国和供应国，其国内半导体产业持续增长，对半导体产品预期和标准的影响力日益增强，中国在全球半导体价值链中的地位将不断提高。
三、主要国家创新政策比较
未来美国在先进计算领域的竞争地位，在某种程度上越来越取决于其他国家的基础研究能力、研发政策以及相应的经济环境。各国发展水平和经济环境存在差异，因而采取的创新政策也大不相同。美国依靠市场力量和私营部门把大学在政府资助下取得的基础研究成果转化为市场上的产品，而欧盟和中国、韩国等新兴经济体则更多依靠政府来制定战略目标和关键指标。中国的创新政策越来越强调自主创新，并向战略性新兴产业聚焦。韩国则鼓励大财团开展引进消化吸收再创新，获得了后发优势的好处。欧盟实施一体化的创新政策，制定了关键使能技术计划。
美国、中国、韩国和欧洲的创新政策各不相同，但是通过政策调研和对技术的深刻认识，可以得出一些基本的道理。首先，在科技及信息交流全球化的背景下，能够将发明和创意转化为产品并取得商业成功的，不见得总是发明者。发明和创意能否被成功地商业化，这取决于国家或地区的创新政策和创业环境。第二，半导体制造设施的成本呈指数级上升，中小企业力所不及，大型跨国公司、国家和州政府才具投资实力。第三，不能保证美国能在新兴计算领域再现传统的统治地位。为提供新的功能特性，并提高计算性能，需通过并行计算实施体系结构创新和软件创新，这为改变先进计算的世界创新格局提供了机会。第四，各国政策决策者均将信息技术，尤其是消费领域的计算技术，视为使当地和地区受益的主要经济力量。他们投资未来，期望成功，但哪种创新政策最有成效还很难预测。
如今新设备和新服务不断涌现，改变着先进计算格局。全球对信息技术主导权的激烈竞争已经拉开帷幕，全球价值链缠绕交叉，没有哪个国家、哪个地区或哪家公司会收获全部经济利益，但是随着技术更替，总会有赢家和输家。
四、全球先进计算格局变化对美国家安全的重要影响
美国国家研究理事会的报告强调，美国当前在先进计算软硬件能力上享有技术优势，但优势差距正在缩小，因为其它经济大国，如中国，正全力发展自己本土的计算机设计和制造能力，同时这种能力与软件开发活动也日益分布在全球各地。要取得市场成功，卓越的技术只是一方面，供应商、消费者、市场规模和网络效应也是重要的决定因素。
报告认为，与先进计算领域长期发展展望有关的国家安全担忧不仅来自其技术优势面临的潜在威胁，也来自技术创新和技术市场的性质及结构的变化。日益激烈的全球竞争将影响全球供应链，将改变在市场竞争中生存下来的企业的数量和类型。传统硅芯片的性能提高放缓、智能移动设备的兴起和云计算服务使格局变化更为复杂。报告指出，全球先进计算格局的如下新变化将对美国国家安全产生重要影响。
（1）并行计算。美国国家安全一直依赖其信息技术优势。面对向并行计算的巨大转变，美国军用信息通信技术需要有效运用新的并行软件和硬件，使工具、技术和工艺能满足国防需求。这种转变对军方和业界均非易事，而且计算机性能的增长速度继续放缓，将使其它国家，包括对手，更容易赶上美国。
（2）供应链的安全性。保持全球供应链的安全对美国是一项严峻挑战。美国日益依靠外国生产微型芯片，器件组装和测试也集中在少数几个国家，折中产品和伪劣产品可能被用在关键基础设施上。因此，查明和监测半导体产品来源的方法将越发重要。软硬件的验证和确认依然很关键，尤其当系统的复杂性继续上升时。此外，由于芯片设计、零部件制造和组装的全球化依存，供应中断的风险会增大。
（3）定制产品减少。能够为国防部门制造定制产品的专业公司数量减少，也事关国家安全。尽管一些商用成品广泛用于国防设备，但也有许多专业部件和产品不是商用产品。先进生产设施成本高企，使企业响应国防产品生产需求的积极性降低，而且设计和生产向少数企业巨头集中可能会显著增加成本。
（4）军民两用技术加速融合。商业市场竞争激烈，技术进步迅猛，而且成本效益高，这促使军民两用技术加速融合。与此同时，美国国防部门对全球半导体产业发展的影响已经减弱。这种融合趋势会让对手更有可能缩小与美国的技术差距。
（5）后个人电脑时代的兴起。信息通讯技术消费的大众化推动了后个人电脑时代的兴起。在后个人电脑时代，智能手机、平板电脑、云计算等商业技术成为时代标志。廉价入网设备的普及和大量的云数据中心催生了大数据分析方法，传统计算观念受到挑战。价值天平由孤立的设备和软件向整合设备、数据和服务的系统能力倾斜。在当前由消费者驱动的数据世界，数据无处不在、易于获取，这对美国军界的信息优势、信息保密和信息安全等观念产生了深远影响。
（6）市场驱动与创新中心的转移。国外市场比美国市场更大，可能更有利可图，而且长期增长前景更佳，这对美国引领技术方向的能力有重大影响，因为全球商业重心的转移可能会导致全球研发中心的转移。
（7）教育与研发。过去10年中国一直在增加先进计算领域的研发投资，既针对渐进式创新，也瞄准更高端的创新。同时，中国正在本科生和研究生层次投入大量资金，在国内外培养高级科学家和工程师。长此以往，中美两国的教育与研发差距将缩小。
（8）网络安全与软件。软件开发日益成为计算机技术创新的核心趋动因素，而软件开发的全球化和网络间谍活动提出了网络安全问题。报告认为，其他国家研发竞争力增强，可能对美国网络安全产生深远影响。未来网络安全很可能是中美等国展开长期竞争的关键领域。
一、技术发展方向由串行计算向并行计算转变
计算技术的显著进步推动了信息技术革命。数十年来，由于时钟频率的提高、晶体管体积的缩小、制造工艺的改进以及系统结构和软件的不断创新，单核处理器的性能一直呈指数级增长，映证了摩尔定律。然而，近年来由于物理和技术因素的限制，单核处理器的性能提高速度大为放缓，这促使计算机体系结构明显由单核处理器向同质多核处理器和现在的异质多核处理器转变，使并行计算处于提高计算机性能的前沿。与串行计算不同，并行计算现在还没有普遍公认的编程模式，因此对并行算法和并行编程方法进行进一步研究有巨大的需求，这既提供了巨大的机遇，又带来了艰巨的挑战。处理器性能的提高速度持续放缓，且并行软件的未来发展不定，这对美国经济和国家安全构成了潜在的短期和长期风险，为全球先进计算的格局变化提供了机会。
二、全球研发和市场化格局分析
美国一直是通用计算、高性能计算、图形处理器和其他专用处理器研发方面的领头羊。过去15年美国大学和产业界的研发投资强劲，产生了无数创新。从过去15年先进计算领域顶尖国际科技会议收录的会议论文来看，美国在半导体器件和电路、系统结构、编程系统、应用软件方面均位于世界前列，在系统结构研发上更是优势明显。从主要半导体公司、计算机硬件公司和软件公司的收入以及信息通讯技术出口情况来看，美国同样继续保持领先地位。
报告指出，尽管如此，由于欧洲和亚洲的技术能力和制造能力日益上升，美国的地位正受到挑战。例如，中国作为信息通信技术产品的主要消费国和供应国，其国内半导体产业持续增长，对半导体产品预期和标准的影响力日益增强，中国在全球半导体价值链中的地位将不断提高。
三、主要国家创新政策比较
未来美国在先进计算领域的竞争地位，在某种程度上越来越取决于其他国家的基础研究能力、研发政策以及相应的经济环境。各国发展水平和经济环境存在差异，因而采取的创新政策也大不相同。美国依靠市场力量和私营部门把大学在政府资助下取得的基础研究成果转化为市场上的产品，而欧盟和中国、韩国等新兴经济体则更多依靠政府来制定战略目标和关键指标。中国的创新政策越来越强调自主创新，并向战略性新兴产业聚焦。韩国则鼓励大财团开展引进消化吸收再创新，获得了后发优势的好处。欧盟实施一体化的创新政策，制定了关键使能技术计划。
美国、中国、韩国和欧洲的创新政策各不相同，但是通过政策调研和对技术的深刻认识，可以得出一些基本的道理。首先，在科技及信息交流全球化的背景下，能够将发明和创意转化为产品并取得商业成功的，不见得总是发明者。发明和创意能否被成功地商业化，这取决于国家或地区的创新政策和创业环境。第二，半导体制造设施的成本呈指数级上升，中小企业力所不及，大型跨国公司、国家和州政府才具投资实力。第三，不能保证美国能在新兴计算领域再现传统的统治地位。为提供新的功能特性，并提高计算性能，需通过并行计算实施体系结构创新和软件创新，这为改变先进计算的世界创新格局提供了机会。第四，各国政策决策者均将信息技术，尤其是消费领域的计算技术，视为使当地和地区受益的主要经济力量。他们投资未来，期望成功，但哪种创新政策最有成效还很难预测。
如今新设备和新服务不断涌现，改变着先进计算格局。全球对信息技术主导权的激烈竞争已经拉开帷幕，全球价值链缠绕交叉，没有哪个国家、哪个地区或哪家公司会收获全部经济利益，但是随着技术更替，总会有赢家和输家。
四、全球先进计算格局变化对美国家安全的重要影响
美国国家研究理事会的报告强调，美国当前在先进计算软硬件能力上享有技术优势，但优势差距正在缩小，因为其它经济大国，如中国，正全力发展自己本土的计算机设计和制造能力，同时这种能力与软件开发活动也日益分布在全球各地。要取得市场成功，卓越的技术只是一方面，供应商、消费者、市场规模和网络效应也是重要的决定因素。
报告认为，与先进计算领域长期发展展望有关的国家安全担忧不仅来自其技术优势面临的潜在威胁，也来自技术创新和技术市场的性质及结构的变化。日益激烈的全球竞争将影响全球供应链，将改变在市场竞争中生存下来的企业的数量和类型。传统硅芯片的性能提高放缓、智能移动设备的兴起和云计算服务使格局变化更为复杂。报告指出，全球先进计算格局的如下新变化将对美国国家安全产生重要影响。
（1）并行计算。美国国家安全一直依赖其信息技术优势。面对向并行计算的巨大转变，美国军用信息通信技术需要有效运用新的并行软件和硬件，使工具、技术和工艺能满足国防需求。这种转变对军方和业界均非易事，而且计算机性能的增长速度继续放缓，将使其它国家，包括对手，更容易赶上美国。
（2）供应链的安全性。保持全球供应链的安全对美国是一项严峻挑战。美国日益依靠外国生产微型芯片，器件组装和测试也集中在少数几个国家，折中产品和伪劣产品可能被用在关键基础设施上。因此，查明和监测半导体产品来源的方法将越发重要。软硬件的验证和确认依然很关键，尤其当系统的复杂性继续上升时。此外，由于芯片设计、零部件制造和组装的全球化依存，供应中断的风险会增大。
（3）定制产品减少。能够为国防部门制造定制产品的专业公司数量减少，也事关国家安全。尽管一些商用成品广泛用于国防设备，但也有许多专业部件和产品不是商用产品。先进生产设施成本高企，使企业响应国防产品生产需求的积极性降低，而且设计和生产向少数企业巨头集中可能会显著增加成本。
（4）军民两用技术加速融合。商业市场竞争激烈，技术进步迅猛，而且成本效益高，这促使军民两用技术加速融合。与此同时，美国国防部门对全球半导体产业发展的影响已经减弱。这种融合趋势会让对手更有可能缩小与美国的技术差距。
（5）后个人电脑时代的兴起。信息通讯技术消费的大众化推动了后个人电脑时代的兴起。在后个人电脑时代，智能手机、平板电脑、云计算等商业技术成为时代标志。廉价入网设备的普及和大量的云数据中心催生了大数据分析方法，传统计算观念受到挑战。价值天平由孤立的设备和软件向整合设备、数据和服务的系统能力倾斜。在当前由消费者驱动的数据世界，数据无处不在、易于获取，这对美国军界的信息优势、信息保密和信息安全等观念产生了深远影响。
（6）市场驱动与创新中心的转移。国外市场比美国市场更大，可能更有利可图，而且长期增长前景更佳，这对美国引领技术方向的能力有重大影响，因为全球商业重心的转移可能会导致全球研发中心的转移。
（7）教育与研发。过去10年中国一直在增加先进计算领域的研发投资，既针对渐进式创新，也瞄准更高端的创新。同时，中国正在本科生和研究生层次投入大量资金，在国内外培养高级科学家和工程师。长此以往，中美两国的教育与研发差距将缩小。
（8）网络安全与软件。软件开发日益成为计算机技术创新的核心趋动因素，而软件开发的全球化和网络间谍活动提出了网络安全问题。报告认为，其他国家研发竞争力增强，可能对美国网络安全产生深远影响。未来网络安全很可能是中美等国展开长期竞争的关键领域。