557
2月15日，中國工程院信息與電子工程學(xué)部、中國信息與電子工程科技發(fā)展戰(zhàn)略研究中心在北京發(fā)布“電子信息工程科技發(fā)展十三大挑戰(zhàn)（2022）”（以下簡稱“挑戰(zhàn)”）。“挑戰(zhàn)”分析了我國電子信息工程科技13個領(lǐng)域所面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)，具體如下：
1．信息領(lǐng)域
以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為特征的信息化浪潮方興未艾，信息技術(shù)一日千里、欣欣向榮，全面融入人類社會生產(chǎn)生活，與各行業(yè)不斷交叉融合，正深刻改變著世界的經(jīng)濟格局、文化格局、安全格局和競爭格局。在雙循環(huán)戰(zhàn)略下，如何快速有效組織國內(nèi)外優(yōu)勢科技力量，構(gòu)建新型體制機制，攻克系列關(guān)鍵核心技術(shù)，補短板，加長板，建立與新時代大國競爭力和經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展相適應(yīng)的信息體系，確保國家在信息領(lǐng)域自主可控、安全可靠是該領(lǐng)域當前面臨的重要挑戰(zhàn)。
2．微電子光電子
全球范圍內(nèi)，3nm制程有望今年推出，2nm制程也已列入研發(fā)計劃。先進芯片工藝日益趨近物理極限，涉及設(shè)計到制造產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如設(shè)備、材料、EDA/IP核等基本被國際大企業(yè)壟斷。中國國內(nèi)企業(yè)創(chuàng)新能力提升面臨重大挑戰(zhàn)。新器件、新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝、新封裝等技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新推進產(chǎn)業(yè)化，是應(yīng)對微電子領(lǐng)域挑戰(zhàn)的重要技術(shù)途徑。實現(xiàn)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(lǐng)域面臨的重要挑戰(zhàn)，發(fā)展光子集成、光電集成和光電融合等技術(shù)是應(yīng)對信息光電子領(lǐng)域挑戰(zhàn)的重要技術(shù)途徑。
3．光學(xué)工程
光學(xué)工程是融合光學(xué)、精密機械、電子學(xué)、材料、計算機等技術(shù)解決多種工程應(yīng)用問題的交叉學(xué)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(shù)應(yīng)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(xué)等多種新技術(shù)方向發(fā)展。如何實現(xiàn)光學(xué)工程高質(zhì)量的信息化、網(wǎng)絡(luò)化、自動化、芯片化、數(shù)字化、智能化，提高復(fù)雜環(huán)境下的動態(tài)感知和處理能力是該領(lǐng)域當前面臨的重要挑戰(zhàn)。
4．測量計量與儀器
新一代國家測量體系建設(shè)已經(jīng)啟動，國家儀器產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)已開始布局，重要場景下的關(guān)鍵核心測量技術(shù)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(fā)動機和高端工業(yè)母機等為代表的高精尖裝備研發(fā)制造中的超精密測量與儀器技術(shù)亟待率先突破，制造質(zhì)量調(diào)控能力亟待提升；支撐數(shù)字化制造、數(shù)字化醫(yī)療、智慧城市建設(shè)等領(lǐng)域發(fā)展的數(shù)字化測量、網(wǎng)絡(luò)化測量、精密儀器和傳感器等共性核心技術(shù)突破是該領(lǐng)域當前面臨的重要挑戰(zhàn)。
5．網(wǎng)絡(luò)與通信
隨著5G移動信息網(wǎng)絡(luò)的加速構(gòu)建，5G網(wǎng)絡(luò)與各行業(yè)應(yīng)用的垂直整合面臨較大挑戰(zhàn)。6G研發(fā)加速布局。互聯(lián)網(wǎng)作為支撐未來十年全球信息傳輸基礎(chǔ)設(shè)施的主導(dǎo)體系架構(gòu)，面臨萬物互聯(lián)、萬事互聯(lián)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(zhàn)。在網(wǎng)絡(luò)流量的爆發(fā)式增長、陸海空天全覆蓋和“雙碳”背景下，網(wǎng)絡(luò)需滿足巨容量、大連接、廣覆蓋、高可靠、綠色節(jié)能、低成本等需求，彈性智能網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、服務(wù)質(zhì)量、用戶體驗、網(wǎng)絡(luò)安全性和可靠性等是該領(lǐng)域當前面臨的重要挑戰(zhàn)。
6．網(wǎng)絡(luò)安全
新形勢下的網(wǎng)絡(luò)安全在于風(fēng)險消減與賦能增值雙輪驅(qū)動。在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的缺陷管控與縱深防御中，如何應(yīng)對海量存量威脅治理及其有效防護不足、網(wǎng)絡(luò)安全邊界的削弱，如何構(gòu)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(wù)的威脅管控與時機防御中，如何應(yīng)對動態(tài)環(huán)境下“未知的未知”攻擊，如何構(gòu)建威脅感知的時機防御形態(tài)，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(jié)構(gòu)；如何實施風(fēng)險管理與量化評估手段以支撐網(wǎng)絡(luò)安全保險；如何破解數(shù)據(jù)安全和隱私保護與數(shù)據(jù)流動和開發(fā)利用相悖等難題，都是該領(lǐng)域面臨的主要挑戰(zhàn)。
7．水聲工程
以實時化信息獲取傳輸與大數(shù)據(jù)處理為手段，掌握與復(fù)雜多變海洋環(huán)境規(guī)律耦合的水下目標聲學(xué)信息，實現(xiàn)海洋水下信息自主掌控是該領(lǐng)域當前面臨的重要挑戰(zhàn)。
8．電磁場與電磁環(huán)境效應(yīng)
隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)、無人系統(tǒng)、人工智能等技術(shù)領(lǐng)域的快速發(fā)展、重大基礎(chǔ)設(shè)施和先進智能化裝備或系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用，電磁環(huán)境適應(yīng)性和電磁安全性成為各類智能裝備系統(tǒng)可靠安全運行的重要制約因素。促進電磁場與電磁環(huán)境效應(yīng)學(xué)科建設(shè)，開展電磁場基礎(chǔ)問題研究，加強電磁環(huán)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(chuàng)性技術(shù)攻關(guān)，提升智能化裝備電磁防護能力是該領(lǐng)域當前面臨的重要挑戰(zhàn)。
9．控制
物理信息因果關(guān)系不清的復(fù)雜工業(yè)動態(tài)系統(tǒng)建模、控制與優(yōu)化機理不清情況下的數(shù)學(xué)建模、開放環(huán)境下輸入/輸出相關(guān)信息處于開放環(huán)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(shù)問題，為此需開展工業(yè)動態(tài)系統(tǒng)人工智能研究，并將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)自動化與信息化技術(shù)與制造業(yè)深度融合，研發(fā)出基于新一代信息技術(shù)的智能化管控系統(tǒng)和智能化工業(yè)軟件，是該領(lǐng)域當前面臨的重要挑戰(zhàn)。
10．認知
腦認知與人工智能加速融合，多尺度動態(tài)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(fā)人工智能理論與模型的建立是當前技術(shù)難點；在邊緣計算設(shè)備、可穿戴設(shè)備、高速設(shè)備等高速低功耗場景應(yīng)用需求迫切，打破馮諾依曼計算架構(gòu)，研制感存算一體、大帶寬的新型智能計算器件與系統(tǒng)，是突破當前算力與能效核心瓶頸的重要挑戰(zhàn)。
11．計算機系統(tǒng)與軟件
當前存在智能計算理論基礎(chǔ)不堅實、人網(wǎng)物協(xié)同計算范式不成熟、內(nèi)生安全計算機理不清晰等新型應(yīng)用帶來的對計算理論、機理和方法的挑戰(zhàn)，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(gòu)難以有效應(yīng)對計算環(huán)境對全場景及不確定性的支撐的挑戰(zhàn)，以及新型泛在計算基礎(chǔ)軟件理論與技術(shù)的挑戰(zhàn)。為此需開展多元計算架構(gòu)形態(tài)研究，深耕量子、類腦、光子等前沿技術(shù)，將計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)深度融合，在微體系結(jié)構(gòu)、微納結(jié)構(gòu)、新材料新工藝新器件等方面持續(xù)創(chuàng)新，研發(fā)軟件定義、軟硬協(xié)同、場景驅(qū)動、應(yīng)用感知、智能賦能的基礎(chǔ)軟件，這些都是該領(lǐng)域當前面臨的重要挑戰(zhàn)。
12．計算機應(yīng)用
新時代、新態(tài)勢、新征程背景下，計算機應(yīng)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(lián)與智能技術(shù)融合程度的不斷加深，滿足工業(yè)、農(nóng)業(yè)、能源、金融、商務(wù)、交通、政務(wù)、教育、醫(yī)療、健康、養(yǎng)老等復(fù)雜場景應(yīng)用需求成為計算機應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的內(nèi)在驅(qū)動力。通過對復(fù)雜場景異構(gòu)信息系統(tǒng)之間進行功能調(diào)用或者交換共享數(shù)據(jù)，實現(xiàn)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)、信息、知識的互聯(lián)互通，實現(xiàn)現(xiàn)實世界與虛擬世界的新型虛實相融，將越來越重要。技術(shù)發(fā)展如何與經(jīng)濟社會復(fù)雜場景應(yīng)用相融合是該領(lǐng)域當前面臨的重要挑戰(zhàn)。
13．應(yīng)對重大突發(fā)事件
如何建立國家、省、市三級重大突發(fā)事件（比如新冠肺炎爆發(fā)、特大暴雨災(zāi)害等）信息化決策體系，集思廣益，突破局限性，延伸到經(jīng)濟社會發(fā)展各領(lǐng)域；如何整合相關(guān)部門的數(shù)據(jù)資源和科技力量，包括醫(yī)療衛(wèi)生、公安、交通、建設(shè)、環(huán)保、教育、能源、民政、國企數(shù)據(jù)等，建立重大突發(fā)事件大數(shù)據(jù)綜合平臺，形成預(yù)警能力和快速反應(yīng)能力，把災(zāi)害損失降到最小，是應(yīng)對重大突發(fā)事件、提升國家綜合治理能力的重要挑戰(zhàn)。
據(jù)悉，中國工程院信息與電子學(xué)部從2014年起開展《中國信息電子工程科技發(fā)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(lǐng)域年度科技發(fā)展情況，綜合闡述國內(nèi)外年度本領(lǐng)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(lǐng)域發(fā)展趨勢提供參考。
作者丨劉晶
編輯丨連曉東
美編丨馬利亞
