美國(guó)審勢(shì)全球先進(jìn)計(jì)算的新格局

全球信息技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)十分激烈，其經(jīng)濟(jì)和國(guó)家安全意義備受關(guān)注。最近，美國(guó)國(guó)家研究理事會(huì)發(fā)布報(bào)告，分析了先進(jìn)計(jì)算技術(shù)的發(fā)展方向和全球格局。報(bào)告認(rèn)為，經(jīng)濟(jì)、通信和科技的全球化，以及智能移動(dòng)設(shè)備的興起，可能使美國(guó)逐漸喪失先進(jìn)計(jì)算領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)先地位，并對(duì)美國(guó)的經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力和國(guó)家安全產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

一、技術(shù)發(fā)展方向由串行計(jì)算向并行計(jì)算轉(zhuǎn)變

計(jì)算技術(shù)的顯著進(jìn)步推動(dòng)了信息技術(shù)革命。數(shù)十年來(lái)，由于時(shí)鐘頻率的提高、晶體管體積的縮小、制造工藝的改進(jìn)以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和軟件的不斷創(chuàng)新，單核處理器的性能一直呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，映證了摩爾定律。然而，近年來(lái)由于物理和技術(shù)因素的限制，單核處理器的性能提高速度大為放緩，這促使計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)明顯由單核處理器向同質(zhì)多核處理器和現(xiàn)在的異質(zhì)多核處理器轉(zhuǎn)變，使并行計(jì)算處于提高計(jì)算機(jī)性能的前沿。與串行計(jì)算不同，并行計(jì)算現(xiàn)在還沒(méi)有普遍公認(rèn)的編程模式，因此對(duì)并行算法和并行編程方法進(jìn)行進(jìn)一步研究有巨大的需求，這既提供了巨大的機(jī)遇，又帶來(lái)了艱巨的挑戰(zhàn)。處理器性能的提高速度持續(xù)放緩，且并行軟件的未來(lái)發(fā)展不定，這對(duì)美國(guó)經(jīng)濟(jì)和國(guó)家安全構(gòu)成了潛在的短期和長(zhǎng)期風(fēng)險(xiǎn)，為全球先進(jìn)計(jì)算的格局變化提供了機(jī)會(huì)。

二、全球研發(fā)和市場(chǎng)化格局分析

美國(guó)一直是通用計(jì)算、高性能計(jì)算、圖形處理器和其他專用處理器研發(fā)方面的領(lǐng)頭羊。過(guò)去15年美國(guó)大學(xué)和產(chǎn)業(yè)界的研發(fā)投資強(qiáng)勁，產(chǎn)生了無(wú)數(shù)創(chuàng)新。從過(guò)去15年先進(jìn)計(jì)算領(lǐng)域頂尖國(guó)際科技會(huì)議收錄的會(huì)議論文來(lái)看，美國(guó)在半導(dǎo)體器件和電路、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、編程系統(tǒng)、應(yīng)用軟件方面均位于世界前列，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研發(fā)上更是優(yōu)勢(shì)明顯。從主要半導(dǎo)體公司、計(jì)算機(jī)硬件公司和軟件公司的收入以及信息通訊技術(shù)出口情況來(lái)看，美國(guó)同樣繼續(xù)保持領(lǐng)先地位。

報(bào)告指出，盡管如此，由于歐洲和亞洲的技術(shù)能力和制造能力日益上升，美國(guó)的地位正受到挑戰(zhàn)。例如，中國(guó)作為信息通信技術(shù)產(chǎn)品的主要消費(fèi)國(guó)和供應(yīng)國(guó)，其國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)持續(xù)增長(zhǎng)，對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)品預(yù)期和標(biāo)準(zhǔn)的影響力日益增強(qiáng)，中國(guó)在全球半導(dǎo)體價(jià)值鏈中的地位將不斷提高。

三、主要國(guó)家創(chuàng)新政策比較

未來(lái)美國(guó)在先進(jìn)計(jì)算領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)地位，在某種程度上越來(lái)越取決于其他國(guó)家的基礎(chǔ)研究能力、研發(fā)政策以及相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)環(huán)境。各國(guó)發(fā)展水平和經(jīng)濟(jì)環(huán)境存在差異，因而采取的創(chuàng)新政策也大不相同。美國(guó)依靠市場(chǎng)力量和私營(yíng)部門把大學(xué)在政府資助下取得的基礎(chǔ)研究成果轉(zhuǎn)化為市場(chǎng)上的產(chǎn)品，而歐盟和中國(guó)、韓國(guó)等新興經(jīng)濟(jì)體則更多依靠政府來(lái)制定戰(zhàn)略目標(biāo)和關(guān)鍵指標(biāo)。中國(guó)的創(chuàng)新政策越來(lái)越強(qiáng)調(diào)自主創(chuàng)新，并向戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)聚焦。韓國(guó)則鼓勵(lì)大財(cái)團(tuán)開(kāi)展引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新，獲得了后發(fā)優(yōu)勢(shì)的好處。歐盟實(shí)施一體化的創(chuàng)新政策，制定了關(guān)鍵使能技術(shù)計(jì)劃。

美國(guó)、中國(guó)、韓國(guó)和歐洲的創(chuàng)新政策各不相同，但是通過(guò)政策調(diào)研和對(duì)技術(shù)的深刻認(rèn)識(shí)，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，能夠?qū)l(fā)明和創(chuàng)意轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品并取得商業(yè)成功的，不見(jiàn)得總是發(fā)明者。發(fā)明和創(chuàng)意能否被成功地商業(yè)化，這取決于國(guó)家或地區(qū)的創(chuàng)新政策和創(chuàng)業(yè)環(huán)境。第二，半導(dǎo)體制造設(shè)施的成本呈指數(shù)級(jí)上升，中小企業(yè)力所不及，大型跨國(guó)公司、國(guó)家和州政府才具投資實(shí)力。第三，不能保證美國(guó)能在新興計(jì)算領(lǐng)域再現(xiàn)傳統(tǒng)的統(tǒng)治地位。為提供新的功能特性，并提高計(jì)算性能，需通過(guò)并行計(jì)算實(shí)施體系結(jié)構(gòu)創(chuàng)新和軟件創(chuàng)新，這為改變先進(jìn)計(jì)算的世界創(chuàng)新格局提供了機(jī)會(huì)。第四，各國(guó)政策決策者均將信息技術(shù)，尤其是消費(fèi)領(lǐng)域的計(jì)算技術(shù)，視為使當(dāng)?shù)睾偷貐^(qū)受益的主要經(jīng)濟(jì)力量。他們投資未來(lái)，期望成功，但哪種創(chuàng)新政策最有成效還很難預(yù)測(cè)。

如今新設(shè)備和新服務(wù)不斷涌現(xiàn)，改變著先進(jìn)計(jì)算格局。全球?qū)π畔⒓夹g(shù)主導(dǎo)權(quán)的激烈競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)拉開(kāi)帷幕，全球價(jià)值鏈纏繞交叉，沒(méi)有哪個(gè)國(guó)家、哪個(gè)地區(qū)或哪家公司會(huì)收獲全部經(jīng)濟(jì)利益，但是隨著技術(shù)更替，總會(huì)有贏家和輸家。

四、全球先進(jìn)計(jì)算格局變化對(duì)美國(guó)家安全的重要影響

美國(guó)國(guó)家研究理事會(huì)的報(bào)告強(qiáng)調(diào)，美國(guó)當(dāng)前在先進(jìn)計(jì)算軟硬件能力上享有技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但優(yōu)勢(shì)差距正在縮小，因?yàn)槠渌?jīng)濟(jì)大國(guó)，如中國(guó)，正全力發(fā)展自己本土的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)和制造能力，同時(shí)這種能力與軟件開(kāi)發(fā)活動(dòng)也日益分布在全球各地。要取得市場(chǎng)成功，卓越的技術(shù)只是一方面，供應(yīng)商、消費(fèi)者、市場(chǎng)規(guī)模和網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)也是重要的決定因素。

報(bào)告認(rèn)為，與先進(jìn)計(jì)算領(lǐng)域長(zhǎng)期發(fā)展展望有關(guān)的國(guó)家安全擔(dān)憂不僅來(lái)自其技術(shù)優(yōu)勢(shì)面臨的潛在威脅，也來(lái)自技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)市場(chǎng)的性質(zhì)及結(jié)構(gòu)的變化。日益激烈的全球競(jìng)爭(zhēng)將影響全球供應(yīng)鏈，將改變?cè)谑袌?chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中生存下來(lái)的企業(yè)的數(shù)量和類型。傳統(tǒng)硅芯片的性能提高放緩、智能移動(dòng)設(shè)備的興起和云計(jì)算服務(wù)使格局變化更為復(fù)雜。報(bào)告指出，全球先進(jìn)計(jì)算格局的如下新變化將對(duì)美國(guó)國(guó)家安全產(chǎn)生重要影響。

（1）并行計(jì)算。美國(guó)國(guó)家安全一直依賴其信息技術(shù)優(yōu)勢(shì)。面對(duì)向并行計(jì)算的巨大轉(zhuǎn)變，美國(guó)軍用信息通信技術(shù)需要有效運(yùn)用新的并行軟件和硬件，使工具、技術(shù)和工藝能滿足國(guó)防需求。這種轉(zhuǎn)變對(duì)軍方和業(yè)界均非易事，而且計(jì)算機(jī)性能的增長(zhǎng)速度繼續(xù)放緩，將使其它國(guó)家，包括對(duì)手，更容易趕上美國(guó)。

（2）供應(yīng)鏈的安全性。保持全球供應(yīng)鏈的安全對(duì)美國(guó)是一項(xiàng)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。美國(guó)日益依靠外國(guó)生產(chǎn)微型芯片，器件組裝和測(cè)試也集中在少數(shù)幾個(gè)國(guó)家，折中產(chǎn)品和偽劣產(chǎn)品可能被用在關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施上。因此，查明和監(jiān)測(cè)半導(dǎo)體產(chǎn)品來(lái)源的方法將越發(fā)重要。軟硬件的驗(yàn)證和確認(rèn)依然很關(guān)鍵，尤其當(dāng)系統(tǒng)的復(fù)雜性繼續(xù)上升時(shí)。此外，由于芯片設(shè)計(jì)、零部件制造和組裝的全球化依存，供應(yīng)中斷的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)增大。

（3）定制產(chǎn)品減少。能夠?yàn)閲?guó)防部門制造定制產(chǎn)品的專業(yè)公司數(shù)量減少，也事關(guān)國(guó)家安全。盡管一些商用成品廣泛用于國(guó)防設(shè)備，但也有許多專業(yè)部件和產(chǎn)品不是商用產(chǎn)品。先進(jìn)生產(chǎn)設(shè)施成本高企，使企業(yè)響應(yīng)國(guó)防產(chǎn)品生產(chǎn)需求的積極性降低，而且設(shè)計(jì)和生產(chǎn)向少數(shù)企業(yè)巨頭集中可能會(huì)顯著增加成本。

（4）軍民兩用技術(shù)加速融合。商業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，技術(shù)進(jìn)步迅猛，而且成本效益高，這促使軍民兩用技術(shù)加速融合。與此同時(shí)，美國(guó)國(guó)防部門對(duì)全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的影響已經(jīng)減弱。這種融合趨勢(shì)會(huì)讓對(duì)手更有可能縮小與美國(guó)的技術(shù)差距。

（5）后個(gè)人電腦時(shí)代的興起。信息通訊技術(shù)消費(fèi)的大眾化推動(dòng)了后個(gè)人電腦時(shí)代的興起。在后個(gè)人電腦時(shí)代，智能手機(jī)、平板電腦、云計(jì)算等商業(yè)技術(shù)成為時(shí)代標(biāo)志。廉價(jià)入網(wǎng)設(shè)備的普及和大量的云數(shù)據(jù)中心催生了大數(shù)據(jù)分析方法，傳統(tǒng)計(jì)算觀念受到挑戰(zhàn)。價(jià)值天平由孤立的設(shè)備和軟件向整合設(shè)備、數(shù)據(jù)和服務(wù)的系統(tǒng)能力傾斜。在當(dāng)前由消費(fèi)者驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)世界，數(shù)據(jù)無(wú)處不在、易于獲取，這對(duì)美國(guó)軍界的信息優(yōu)勢(shì)、信息保密和信息安全等觀念產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。

（6）市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)與創(chuàng)新中心的轉(zhuǎn)移。國(guó)外市場(chǎng)比美國(guó)市場(chǎng)更大，可能更有利可圖，而且長(zhǎng)期增長(zhǎng)前景更佳，這對(duì)美國(guó)引領(lǐng)技術(shù)方向的能力有重大影響，因?yàn)槿蛏虡I(yè)重心的轉(zhuǎn)移可能會(huì)導(dǎo)致全球研發(fā)中心的轉(zhuǎn)移。

（7）教育與研發(fā)。過(guò)去10年中國(guó)一直在增加先進(jìn)計(jì)算領(lǐng)域的研發(fā)投資，既針對(duì)漸進(jìn)式創(chuàng)新，也瞄準(zhǔn)更高端的創(chuàng)新。同時(shí)，中國(guó)正在本科生和研究生層次投入大量資金，在國(guó)內(nèi)外培養(yǎng)高級(jí)科學(xué)家和工程師。長(zhǎng)此以往，中美兩國(guó)的教育與研發(fā)差距將縮小。

（8）網(wǎng)絡(luò)安全與軟件。軟件開(kāi)發(fā)日益成為計(jì)算機(jī)技術(shù)創(chuàng)新的核心趨動(dòng)因素，而軟件開(kāi)發(fā)的全球化和網(wǎng)絡(luò)間諜活動(dòng)提出了網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題。報(bào)告認(rèn)為，其他國(guó)家研發(fā)競(jìng)爭(zhēng)力增強(qiáng)，可能對(duì)美國(guó)網(wǎng)絡(luò)安全產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。未來(lái)網(wǎng)絡(luò)安全很可能是中美等國(guó)展開(kāi)長(zhǎng)期競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵領(lǐng)域。