世界前沿技术发展报告2021
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一、世界信息技术及产业发展重要动向

2020年,新冠肺炎疫情给世界带来严峻挑战。在应对疫情及复工复产的过程中,互联网、大数据、人工智能和区块链等新一代信息技术发挥了重要作用,在病毒检测溯源、疫苗新药研发、患者追踪和防控救治、供应链协同及在线服务等方面为抗疫提供了数字化保障。在助力抗疫的同时,信息技术也取得多方面的发展,量子计算机研究获得突破并逐步实现“量子优越性”;5G建设快速推进,为迈进万物互联时代打造坚实基础;人工智能研发与应用加快推进赋能社会智能化;半导体技术发展在全球范围受到进一步关注,为数字化深入发展提供底层支撑。信息技术发展与产业融合齐头并进,数字经济对全球的重要性越发显现,而国家间技术竞争日益激烈,全球信息产业在对抗与合作的双重环境下砥砺前行。

(一)数字经济成为疫情时期的发展支柱,但也暴露出许多新问题

一方面,2020年全球数字经济蓬勃发展,成为疫情期间全球经济发展的重要动力,并在一定程度上减缓了各国经济衰退的幅度;另一方面,随着全球对数字经济依赖的加深,掌握核心数字化平台与技术的跨国科技巨头迅速膨胀,不仅对实体经济产生越发严重的挤压,也因垄断行为受到多国监管机构的重视,征收数字税和强化监管等措施接踵而来。

1. 数字经济在全球经济体系中的重要性日益突出,欧盟加速“数字欧洲”发展

2020年11月,中国网络空间研究院发布《世界互联网发展报告2020》和《中国互联网发展报告2020》。《世界互联网发展报告2020》指出,新冠肺炎疫情在全球范围内的暴发与蔓延,给全球经济社会带来巨大冲击,互联网的重要性越发凸显,数字经济的影响力日益扩大。互联网在复工复产、经济复苏、社会运转中发挥了重要作用。新冠肺炎疫情的暴发加速了全球经济向数字化过渡,数字经济可能成为对冲疫情冲击、重塑经济体系和提升治理能力的关键力量。

《中国互联网发展报告2020》指出,2019年,中国数字经济规模达35.8万亿元,占国民生产总值的比重达36.2%,2020年,数字经济规模有望突破40万亿元大关,中国数字经济的总量规模和增长速度均位居世界前列。截至2020年5月底,中国光纤网络全面覆盖城乡,光纤用户占比达93.1%,位居世界第一。2019年,中国4G基站总数为544万个,移动互联网接入数据流量消费1220亿吉字节,居全球第一。5G基站建设数量至2020年9月已超过48万个。

2020年12月,欧盟拟为“数字欧洲”(Digital Europe)计划拨付76.8亿欧元,其中22亿欧元用于超级计算,21亿欧元用于人工智能,17亿欧元用于网络安全,11亿欧元用于推广数字技术,5.8亿欧元用于高级数字技能。该计划将在2021—2027年为欧洲数字化转型提供支持,确保民众和企业获得高质量的公共服务,提高欧洲在全球数字经济中的竞争力并实现技术主权。该计划具体包括:在2021年年底前至少收购1台百万兆级的超级计算机;在健康、制造和能源等领域建立可用于人工智能的全欧数据空间及测试设施;部署泛欧量子通信基础架构并支持建立网络安全产品认证计划;专设人工智能、高级计算和网络安全硕士计划;建立数字创新中心网络,为中小企业和公共管理部门提供数字技术获取途径;部署适合社区的开放、可互操作、可信赖的城市数字平台等。

2. 多国从税收和监管层面为数字经济添加新规则

2020年1月,意大利正式向大型科技公司征收数字税,税率为3%,税基为公司在意大利的营业额。该政策适用于全球年收入超过7.5亿欧元、在意大利的数字服务收入超过550万欧元的科技公司。该政策的实施有望为意大利带来每年6亿欧元的税收。

2020年4月,英国向全球销售额超过6.55亿美元,且在英收入超过3275万美元的大型科技公司征收数字税,税基为在英销售额,税率为2%。该项措施实施后,预计每年将为英国公共财政带来约1.13亿美元的收入。英国政府认为,大型科技公司已从疫情危机中受益,且更加有利可图,因此这些公司需要为其份额支付相应的税款,以资助英国从危机中复苏。

2020年9月,欧盟委员会市场专员谢瑞·布雷顿(Thierry Breton)表示,欧盟正考虑通过立法加强对科技巨头的监管。如果欧盟判断大型科技公司利用其市场主导地位,威胁到客户和较小竞争对手的利益,将迫使它们拆分或出售部分欧洲业务。在极端条件下,不排除将科技巨头完全排除在欧盟单一市场之外。布雷顿称,新的监督机制将基于欧盟及成员国政府的共同努力,其监管力度有可能是较大的,与金融危机后的银行业监管相似。

2020年12月,加拿大表示计划从2022年开始对谷歌、脸书等提供数字服务的公司征税。加拿大政府表示,对与世界经合组织迟迟未能就数字税问题达成协议表示关切。加拿大政府预计,这项税收将在未来5年内帮助其增加26亿美元的收入。新的税收将于2022年1月1日生效,并将在与世界经合组织达成共同税收方案之前一直存在。目前,世界经合组织正在研究一种方法和机制,以确保类似谷歌和脸书这样的大型科技公司支付它们应承担的税款。

3. 对中国的影响与启示

2020年,世界各国大力推进以5G、人工智能、物联网等为代表的信息基础设施建设,数字技术的快速发展带动产业深度融合。基础电信与电子信息制造业市场继续增长,大数据、人工智能、区块链等信息技术服务业持续发展,互联网信息内容服务业高速发展;制造业数字化进一步深化,服务业数字化转型升级加速,农业数字化稳步发展,金融科技与电子商务深化发展。

自新冠肺炎疫情暴发以来,中国数字经济企业在疫情防控、稳定经济增长和助力复工等方面发挥了不可替代的作用。疫情为数字经济带来了新一轮的发展契机,但从应急响应和长远发展来看,中国数字经济仍然面临产业数字化基础薄弱、与实体经济融合不深、数据开放共享水平不高、智慧社会建设与社会治理需求不匹配等诸多难题。这些问题是多方因素综合作用的结果,与中国长期以来形成的消费互联网发展路径、传统产业结构、人才基础有关,也有各方面对数字化认识不到位、转型动力不足、制度不健全等原因。而数字经济在短时间内的快速发展,也使政府难以对其发展进行合理规划和引导,相关制度及监管理念尚未跟上数字化转型的步伐。

同时,新冠肺炎疫情及针对性的防控行动进一步提升了全社会对数字化的认识水平,为数字经济发展按下了快进键。在此重要契机之下,应面向疫情期间暴露的数字经济短板采取针对性措施,进一步加快产业数字化转型。一是加快传统产业数字化转型步伐。鼓励企业结合自身需求,灵活实施数字化转型战略。推动制造企业与信息技术企业合作,发挥行业龙头企业的带头作用,通过试点示范、政府采购等方式,支持中小微企业加大数字化转型投入,开展生产装备的数字化改造升级,提高工业互联网应用水平。二是加快完善数据治理政策。制定数据共享标准或技术规范,提高数据共享的标准化水平。尽快出台数据使用及保护的相关法案,进一步明确数据权责边界、使用规范及信息保护责任。加快建设政务数据开放国家门户网站,完善公共数据开放制度,助力数据增值开发和再使用。三是推进数字城市建设,以数字化转型推动社会治理现代化。加强顶层设计和统筹协调,推动硬件设施共建共用,以强化系统集成、业务协同为出发点和落脚点,推动各类城市运行系统的互联互通,加快形成跨部门、跨层级、跨区域的协同运行体系。开展城市运行数据分析,健全应急事件协调处置机制,提升城市综合管理监控预警、应急响应和跨领域协同能力。

(二)全球人工智能战略竞争持续胶着

2020年,人工智能仍是各国战略竞争的重点。除持续加大政策扶持力度、增加资金投入、推进技术研发外,欧美国家更加关注人工智能治理,并开始重视对数据的规范利用,以期更安全、更规范地进行人工智能研发,激发人工智能的应用活力,推动技术革新和行业进步。

1. 世界主要经济体继续强化人工智能战略部署

2020年2月,美国白宫向国会提交2021财年联邦政府预算报告,提议将联邦研发支出增加到1422亿美元,比2020年预算增加6%,尤其计划大幅增加人工智能和量子信息科学等未来产业的研发投资,承诺到2022年将非国防人工智能和量子信息科学中的研发支出增加一倍。2020年8月,美国白宫科技政策办公室(Office of Science and Technology Policy,OSTP)宣布,将在2020—2025年投资超过10亿美元,在全美范围内设立12个新的人工智能和量子信息科学研究机构,旨在让美国在人工智能和量子技术方面保持全球竞争力。2020年12月,美国众议院投票通过一项提案,以支持制定国家人工智能战略,从而打破美国在全球人工智能领域的领导力真空状态。该提案包含数十条有关投资和监管人工智能的提议,以确保人工智能为社会积极创造价值,并重塑美国在全球人工智能领域的领导力。

2020年11月,巴西政府宣布启动针对人工智能的国家创新网络,旨在提高巴西国内公司的生产能力和竞争力。巴西政府将在2020—2025年拨款约1200万美元,用于加强对人工智能研究机构的扶持,促进其开发和创新能力的发展。

2020年12月,德国政府决定对2018年版的国家《人工智能战略》做出修订,计划到2025年把对人工智能的资助从30亿欧元增加到50亿欧元。德国希望成为欧洲未来人工智能技术的主要创新驱动力,确保欧盟能够引领全球标准,并最终在人工智能等未来领域增强欧洲的技术主权。

2020年12月,欧盟拟为“数字欧洲”计划拨付75亿欧元,其中21亿欧元用于人工智能。该计划将在2021—2027年,为欧洲数字化转型提供支持,确保民众和企业获得高质量的公共服务,提高欧洲在全球数字经济中的竞争力并实现技术主权。

2. 欧美国家越发重视人工智能治理和数据可利用性

人工智能在高速发展的同时,在可靠性、公平、透明度、安全等方面仍存在问题。这也是各国政府、学术界和业界长期博弈与争论的话题。为确保人工智能可控、向好发展,各国越发重视人工智能的治理,谨慎制定监管政策。然而,囿于隐私和人权的顾虑,欧美国家对于数据有着严格的保护,掣肘着人工智能应用的落地和发展。近年来,欧美国家意识到数据对于人工智能创新的重要性,拟推动数据规范利用以促进创新。

2020年1月,美国白宫科技政策办公室发布美国人工智能监管原则提案,敦促联邦法规放宽对人工智能的限制,以推动创新并避免监管过度。提案中主要包括初步规范私人部门人工智能技术开发和使用的10项监管原则,指示各联邦监管机构在考虑实施与人工智能相关的监管行动时,坚持“公平、非歧视、公开、透明、安全和保障”等原则,并听取公众对拟出台法规的反馈。2020年2月,美国国防部正式采用国防创新委员会(Defense Innovation Board)于2019年10月提出的“责任、公平、可溯源、可信赖和可控”等人工智能伦理准则。2020年8月,美国国家标准与技术研究院(National Institute of Standards and Technology,NIST)提出4项原则,以确定人工智能所做决定的“可解释”程度。具体的4项原则为:人工智能系统应为所有输出提供相关证据或原因;人工智能系统应向个体用户提供有意义且易于理解的解释;所提供的解释应正确反映人工智能系统生成输出结果的过程;人工智能系统仅在预设或系统对其输出有足够信心的情况下运行。该工作旨在通过理解人工智能的理论能力和局限性,以及通过提高人工智能使用的准确性(Accuracy)、可靠性(Reliability)、安全性(Security)、鲁棒性(Robustness)和可解释性(Explainability)来建立对人工智能系统的信任。

2020年2月,欧盟委员会在布鲁塞尔发布《人工智能白皮书》,旨在促进欧洲在人工智能领域的创新能力,推动道德和可信赖人工智能的发展。其提出一系列人工智能研发和监管方面的政策措施,并提出构建“卓越生态系统”和“信任生态系统”。同月,欧盟委员会宣布将放弃为期5年的面部识别禁令,并鼓励各成员国制定自己的面部识别法规。关于面部识别技术是否压制人权的讨论迫使欧盟放弃全面施行面部识别禁令,转而建议各成员国评估面部识别技术的影响后,再将其推广到公共场所。2020年11月,欧盟提出《数据治理法案》(Digital Governance Act)。该法案将促进整个欧盟及各部门之间的数据共享,从而在增强公民和企业对数据掌控力度和信任程度的同时,为欧盟经济发展和社会治理提供支撑。法案的相关条款将允许企业获取公共和个人数据,旨在促进欧洲企业与美国和亚洲的同行竞争。一旦获取大量真实的数据,欧洲企业将能够分析市场的实际需求,从而推出更好的人工智能产品和服务,提升自身竞争力。在该立法下,企业和研究机构将能够访问通常因隐私、商业机密或知识产权而被屏蔽的数据。同时,欧盟数据隐私保护法规《通用数据保护条例》(GDPR)仍将适用。2020年12月,欧盟基本权利机构(European Union Agency for Fundamental Rights,FRA)发布《走向正确的未来》(Getting The Future Right)报告,深入讨论必须考虑的人工智能技术伦理问题。该报告称,算法存在偏见和歧视,这可能带来社会问题。如果没有适当的透明度,这些偏见可能会对人类产生不利影响。FRA敦促决策者就现有规则如何适用于人工智能提供更多指导,并确保未来的人工智能法律保护人的基本权利。

2020年11月,加拿大隐私事务专员办公室(Office of the Privacy Commissioner of Canada,OPC)呼吁制定法律,使加拿大人能够负责任地创新并从人工智能中受益,同时确保基本权利得到尊重。该办公室还建议对《个人信息保护和电子文档法》进行修订,允许将受保护的个人信息用于研究目的,以促进人工智能创新和社会进步。

3. 对中国的影响与启示

中国是人工智能的后起之秀,发展路径与美国不同。美国人工智能发展源于学术界的兴趣,起于美国国防部、高校院所和众多私营企业的不断推动。这种模式促进了投资和人才培养,使得美国人工智能的发展轨迹具有韧性。中国人工智能的发展最早由国家级基金和科研计划推动,如今的研发主力包括国有企业、高校院所、互联网平台企业和人工智能开发企业等。

近年来,中国人工智能快速发展,应用成为其中的重要支撑。据统计,中国人工智能企业主要集中在应用层,占比近80%,主要是生产人工智能应用终端和提供人工智能应用行业解决方案的企业。如果将算力、算法、数据作为人工智能成功发展的三大要素,中国在数据方面有着最为突出的优势。凭借着众多的人口、机构和复杂的应用场景,以及多年来数字经济发展奠定的基础,中国有大量的数据可供训练人工智能算法与系统,这也成为吸引众多国外人工智能企业来华发展的重要因素。而阿里巴巴、腾讯等企业不仅拥有丰富的应用和数据资源,还在人工智能研究方面投入巨资,在全球招聘顶级人才,从而引领中国企业在全球人工智能赛场上脱颖而出。无论是产业整体,还是龙头企业等方面的进步,都是中国人工智能发展无可争议的成就。

然而,中国人工智能的发展水平与美国仍存在着明显差距。中国人工智能学术研究与行业发展间的联系仍十分有限,存在需要长期应对的脱钩情况。整体来看,国内研究对基础技术、尖端技术的自主掌握不足,且其中很多精力花在增加专利数量上,但这些专利的可用度并不高。借助与美国人工智能创新系统(如谷歌公司的TensorFlow和脸书公司的PyTorch平台等)的深度集成,中国的人工智能企业多将大部分精力集中在占领应用市场上,在人工智能的基础技术方面严重依赖国外技术。在人工智能高端人才方面,中国仍大量依赖海外高校培养的中国留学生,本土化培养模式仍有待进一步探索。在全球开源项目方面,中国开发者的贡献较为有限。

为此,中国应正视差距、找准短板,确定科学有效的路径和方法,深耕核心领域,如重视人工智能核心算法的开发,重视芯片等核心元器件的自主掌握。面对欧美国家开放数据使用带来的竞争压力,唯有打牢基础,不断扩大应用面、深化应用层次,才有望维持人工智能、大数据领域的应用优势,持续创造价值。而在数据应用方面,应加大数据保护力度,通过法律手段创造严格的监管环境,杜绝隐私泄露、大数据杀熟等现象,防止数据滥用带来的危害。

(三)全球主要经济体持续发力探索量子技术

自2019年谷歌公司宣布“量子优越性”(Quantum Supremacy)以来,量子技术研究的热度只增不减。世界各国已经认识到推动量子技术发展的重要性和紧迫性,明确将量子计算、量子通信、量子传感等技术作为未来的颠覆性技术,提前布局,积极研发。随着基础研究的不断突破,量子技术有望朝着高性能、实用化的阶段发展。

1. 美、日、欧为量子技术明确重点研发领域

2020年5月,欧盟“欧洲量子技术旗舰计划”(European Quantum Technologies Flagship Programme)官网发布《战略研究议程》(Strategic Research Agenda,SRA)报告称,未来3年将推动建设欧洲范围内的量子通信网络,完善和扩展现有数字基础设施,为未来的“量子互联网”远景奠定基础。为实现这一目标,欧盟将推动量子通信与传统的网络基础设施和应用相结合,利用量子通信协议和具有可信节点的网络开发用于全球安全密钥分发的、基于卫星的量子密码等。

2020年6月,日本政府宣布将构建产业、政府、科研一体化的研发体制,并在5年内陆续完善。日本计划在8个领域建立核心研发基地,涉及超导量子计算机、量子元件、量子材料、量子安全、量子生命、量子计算机利用技术、量子软件、量子惯性传感器与光晶格钟。为完善建立这些基地,日本政府在2019年度的补充预算和2020年度预算中总计列入超100亿日元,最终投资额有可能达到200亿日元的规模。核心研发基地将享受税制方面的支援并灵活使用特区制度等,还将吸引民间资金,以及从海外邀请顶尖研究者,把基地作为年轻研究者的人才培养平台加以利用。

2020年9月,美国众议院提出《量子网络基础设施法案》(The Quantum Network Infrastructure Act),以推进量子技术发展。该法案拟推动一项国家研发计划,其研究重点是促进新的量子基础设施技术的发展,包括开发量子存储器、小型量子计算机、量子路由器、多路复用器、中继器和安全长距离量子通信所需的相关技术,以及建立短程的量子计算机互联网络。美国能源部将主导该研发计划,并与美国国家标准与技术研究院、美国国家科学院等机构进行协作。该研发计划旨在通过互联网和内部网,促进分布式量子计算系统的发展、提高科学测量精度,以及开发安全的国家量子通信技术和策略。

2020年10月,美国白宫国家量子协调办公室(National Quantum Coordination Office,NQCO)发布一份名为《量子前沿》(Quantum Frontiers)的报告,确定了8个量子技术前沿领域,并表示这些领域包含量子信息科学面临的“基本核心问题”。这8个领域分别为:扩展量子科技造福社会的机会;建立量子工程学科;针对量子技术的目标材料科学;通过量子模拟探索量子力学;利用量子信息技术进行精确测量;为新应用生成和分配量子纠缠;表征和减轻量子误差;通过量子信息了解宇宙。

2. 研究机构与企业大力投入研发,探索量子技术商业化的可能性

2020年3月,中国台湾地区的鸿海集团(富士康母公司)下属的鸿海研究院正式启动量子计算机项目,并聘请台湾大学物理学系特聘教授张庆瑞担任该项目的主要负责人。不同于以往企业界从硬件研发着手,鸿海集团将从应用和软件层面切入量子计算机研究。业界预计,鸿海集团在量子计算机领域的研究将在5~10年后开始产出成果。

2020年9月,英国政府表示该国正在建造其第一台商用量子计算机,并得到了来自政府和行业的1000万英镑的投资。该计算机将部署于牛津郡的阿宾登,由美国Rigetti Computing公司、英国爱丁堡大学(The University of Edinburgh,Edin.)、牛津仪器(Oxford Instruments)、渣打银行(Standard Chartered)等多家组织共同在3年的期限内合作建造完成。企业和机构的客户届时可通过云服务访问与操作该计算机,执行机器学习、材料模拟和财务分析等领域的任务。

2020年10月,美国量子计算初创企业IonQ宣布,其已推出具有32个完美的量子比特且门误差相当低的新款量子计算机。参考IBM推出的“量子体积”(Quantum Volume)基准测试,IonQ的新计算机有望达成400万的量子体积,成为迄今为止最强大的量子计算机之一。该公司还发布了技术战略,包括:增加量子比特数量、提高量子比特门保真度、使其芯片和系统小型化、降低制造成本、利用纠错技术有效改善本地量子比特质量,以及使用光子网络将多个模块组合成一个更大的系统。

3. 对中国的影响与启示

中国的量子计算研究主要依托于高校和研究所进行,而少有商业公司在此方面开展研究。相比之下,西方国家的量子计算研究队伍中有占比较高的商业公司,因此其在商业化应用方面可能具有潜在优势。例如,美国IBM、霍尼韦尔(Honeywell)、谷歌、IonQ等公司在提高量子计算机本身能力的同时,亦在探索量子计算机的商业化,如将量子计算机与云服务结合,使开发者能够远程获取量子计算资源。这种方式将帮助这些公司推广其量子计算生态,以在未来的竞争中占据先机。为此,中国应积极探索科研成果向市场产品的转化,使技术成果形成规模、建立生态,强化竞争力。

在量子技术的三大方向中,中国已在量子通信领域抢占先机,取得了一定的成果,在量子计算领域小有成就,但与西方企业相比仍存在短板。未来,量子计算机将向多量子比特数、高容错率等方向发展;量子通信将向大规模组网、远距离传输等方向发展;量子传感将向高精度、高灵敏度等方向发展。就目前的科技水平来看,量子技术仍处于早期发展阶段,处理器、存储器、编码和算法有待进一步的开发与完善。在量子技术这条未来科技赛道上,中国须稳扎稳打,坚持自主创新,加大关键核心技术攻关,打造自主生态体系,以实现领跑。

(四)各国加快5G部署,提前布局6G

随着5G组网核心标准的陆续冻结,5G网络的部署规模进一步扩大,在许多国家加速商业化落地。截至2020年12月,全球5G用户数达到2.29亿人,5G商用网络数达到近180个。5G技术将促进工业互联网、远程医疗、智慧城市、自动驾驶等领域的应用落地,赋能行业,带来万物互联的新局面,改善人类的生产生活。

同时,各国担心5G技术的广泛应用可能带来频谱资源的紧张,而网联设备的进一步发展,对通信带宽、速率、容量和延迟的要求进一步提升。为实现更高性能的通信,研究人员开始提前布局规划6G技术。尽管目前国际上尚未建立对6G技术的通用标准,高频率、大带宽、高速率、大容量、低时延已成为各国对6G技术的普遍要求。

1. 各国加快5G部署,重视频谱分配与管理

2020年3月,美国FCC投票通过一项计划,同意拨款97亿美元用于收购卫星公司所掌握的中频频谱,以供5G使用。中频频谱是全球范围内普遍可用的频谱,并且已经在多个国家和地区被指定用于5G服务,而此前该段频谱用于广播电视和无线电内容的传输。FCC拟通过收购中频频谱为5G释放更多的可用频谱。2020年12月,FCC启动5G中频频谱拍卖,威瑞森电信、美国电话电报公司和德国电信美国子公司等具有代表性的竞标者均已登记参加竞拍,其他竞拍者还包括有线电视、科技和投资领域的公司。

2020年6月,日本政府宣布将从新能源·产业技术综合开发机构(New Energy and Industrial Technology Development Organization,NEDO)的1100亿日元基金中,划拨700亿日元作为5G开发援助资金。日本电气株式会社(Nippon Electronic Company,NEC)、富士通(Fujitsu)、乐天移动(Rakuten Mobile)等厂商有望获得相关援助,用于执行核心网络的开发和基站建设等任务。

2020年9月,英国通信管理局(Ofcom)宣布释放700兆赫兹频段,为2021年1月拍卖5G移动服务频谱腾出容量。英国原计划于2020年年初拍卖700兆赫兹和3.6吉赫兹频段,受疫情影响而推迟。

2020年9月,法国政府启动5G频谱拍卖。法国四家电信运营商——布依格电信、Free Mobile、Orange和SFR将竞拍3.4~3.8吉赫兹频段上的11个10兆赫兹带宽频谱块,起拍价总计21.7亿欧元。此前,上述4家运营商已经以固定价格分别获得3.4~3.8吉赫兹频段上的50兆赫兹频谱,总价为3.5亿欧元。

2. 各国竞相提前布局6G技术

2020年3月,国际电信联盟在第34次国际电信联盟无线电通信部门5D工作组(ITU-R WP5D)会议上,启动面向2030年及以后的技术研发,将6G技术作为其中的重要部分。该会议形成了6G研发的初步时间表,包括未来的技术研究趋势报告、未来技术愿景提案等重要规划节点。尽管国际电信联盟已宣布启动6G研发,并提出了相关的规划,但尚未确定6G标准的发展计划。

2020年4月,日本内政和通信部与信息通信技术部发布“6G综合战略”计划纲要,表示日本将通过财政支持和税收优惠等手段推动6G技术研发,力争在2025年内实现相关关键技术突破。“6G综合战略”定位于全球首个将6G技术作为国家发展目标和倡议发布的战略。日本判断,6G技术到2030年左右才有望普及,须确保日本届时具备该技术的全球竞争力。本次发布的计划纲要指出,日本公共部门和私营部门必须围绕该战略开展合作,政府应大胆放松管制并提供足额资金支持,尽快推动该技术的研发,以在未来制定6G国际标准时反映符合日本利益的技术要求。日本还将建立一个由政府、行业和学术界共同组成的合作组织,并与海外公司建立国际合作机制,推动实现其战略目标。

2020年8月,韩国科学与信息通信技术部发布《引领6G时代的未来移动通信研发战略》,计划在2021—2026年内投资2000亿韩元研发6G技术,专注于6G国际标准并加强产业生态系统,从而确保韩国成为全球首个6G商用国家。韩国政府将首先在超高性能、超大带宽、超高精度、超空间、超智能和超信任6个关键领域推动10项战略任务,并为试点项目选择了5个主要领域:数字医疗、沉浸式内容、自动驾驶汽车、智慧城市和智慧工厂。目前,韩国公司已陆续启动6G研发,继三星公司发布6G白皮书后,LG公司也宣布启动6G研发,并计划在2029年实现商业化。

2020年10月,高通、微软、脸书、InterDigital、威瑞森电信、美国电话电报公司和T-Mobile等公司宣布成立6G联盟,致力于在未来10年内推动美国的移动技术在6G及其后的行业领先地位,并同时促进5G的长期进化。该联盟确立了三大任务:建立6G的路线图;制订6G政策及预算;快速完成标准化及商业化并向全球推广。该联盟还邀请了三星、诺基亚(Nokia)、苹果、谷歌、英特尔和爱立信(Ericsson)等公司加入。

3. 对中国的影响与启示

《中国互联网发展报告2020》显示,2020年是5G规模建设的关键之年,5G网络部署进入快车道。目前,中国已建成5G基站超过48万个,5G网上终端连接数超过1亿个。据统计,从2020年起,全球5G网络中的中国技术占比超过1/3。在5G的强势带动下,数据中心、物联网、车联网等产业发展迅猛。同时在5G专利方面,据德国专利统计公司IPlytics统计,2020年年初,全球5G标准专利申请数量超过21570件。其中,从专利授权量来看,华为、三星、高通分别位居前三名,获得的专利授权量分别为2993件、2628件和2332件,诺基亚、LG分别以1963件、1663件位居第四名和第五名。总体来看,中国5G应用速度和专利占比都在世界上处于前列。

然而,在快速发展的同时,中国5G行业目前仍存在一些风险和隐患亟待解决。

一是部分核心技术仍无法完全自主掌握,如芯片、射频器件等零部件仍大量依赖进口。企业和研究机构须坚定不移地坚持自主创新,着手于重点技术加强攻关、前沿技术提前布局,避免关键技术出现卡脖子问题。

二是国际上出现了构建开放无线接入网(OpenRAN)的提议,并成立了OpenRAN联盟,意在基于开源软/硬件部署电信网络。通过开放无线接入网,运营商可以利用多家供应商的软/硬件部署无线网络,使供应链更具韧性。尽管短期内OpenRAN还没有形成通用的标准,但未来可能将有更多的厂商加入这一阵容,中国企业应及时跟进相关动向。

三是部分国家在5G中面临一定的失利局面,因而希望在6G竞赛中“扳回一局”。日本、韩国、加拿大、芬兰、法国等国均已启动前瞻性研究,针对高频通信、光通信、太赫兹等技术展开研究。在既有的5G优势下,中国应更进一步,在未来的6G竞赛中力争上游。

(五)网络安全形势不容乐观,各国强化措施防范风险

网络安全问题随全球网络空间的不断壮大而日益严重,成为决定网络空间是否能够继续良性发展的最根本因素。云计算、大数据和人工智能等技术的广泛应用,使得网络攻击的目标群体进一步扩充。同时,由于黑客使用智能化、自动化的攻击手段,防御难度进一步加大。面对汹涌而来的网络攻击和错综复杂的网络安全形势,各国从技术、人才和管理等不同角度采取行动,为网络空间发展保驾护航。

1. 全球大范围网络攻击事件频发,为网络安全敲响警钟

2020年1月,联合国表示曾于2019年夏季遭遇大规模网络攻击。不知名黑客利用微软SharePoint软件中的漏洞和一种未知类型的恶意软件入侵联合国日内瓦办事处、维也纳办事处及联合国人权事务高级专员办事处(The Office of the High Commissioner for Human Rights,UN Human Rights)的数十台服务器,导致服务器核心基础设施遭到破坏,包含员工个人隐私信息在内的400吉字节数据被盗。由于无法确定事件的确切性质和波及范围,联合国未及时公开披露相关事件信息。

2020年4月,致力于监视在线极端主义和恐怖分子的美国赛德情报集团(SITE Intelligence Group)表示,未知的激进分子已经在网络上发布了将近2.5万个电子邮件账号和密码,而这些邮件地址和密码据称属于美国国立卫生研究院、世界卫生组织、盖茨基金会(Bill & Melinda Gates Foundation,Gates Foundation)、武汉病毒研究所和其他致力于抵抗新冠肺炎疫情的机构和组织。赛德情报集团表示,这些账号和密码可能是黑客通过网络攻击获得的。黑客将相关信息在网络上曝光后,这些信息立即被极端分子用于煽动网络入侵和骚扰行为。

2020年5月,欧洲多个超级计算机集群感染门罗币(Monero)恶意挖矿软件,涉及英国、德国、西班牙和瑞士的多所研究机构,而同一批黑客亦入侵了中国、加拿大和波兰的高校。研究人员尚不清楚黑客发动网络攻击的动机,但推测黑客可能是想利用超级计算机进行更大规模的数字货币挖掘。时值疫情期间,全球多个研究机构正使用超级计算机进行病毒和疫苗研究,亦不排除黑客怀有窃取或破坏研究成果的意图。

2020年10月,诺基亚公司发布《威胁情报报告》(Threat Intelligence Report),称当前物联网设备受到的攻击威胁与日俱增。报告显示,在当前全球受到病毒感染的设备中,有33%是物联网设备,而2019年这一数值仅为16%。受恶意攻击影响最大的物联网设备是那些使用公众互联网IP地址的设备。而在使用运营商级网络地址转换服务的网络中,恶意网络扫描看不到易受攻击的设备,从而使这些设备的感染率较低。诺基亚公司希望通过该报告敦促消费者和企业提升物联网安全意识,以应对越发复杂的网络安全状况。

2020年12月,微软公司称,黑客组织Cozy Bear通过在美国信息系统供应商SolarWinds公司开发的软件中植入恶意代码,入侵了美国政府机构和私营企业的网络,受害者包括美国国务院(United States Department of State,DOS)、国土安全部、财政部、国家卫生研究院等。微软公司表示,这不仅仅是针对特定目标的攻击,还是对世界关键基础设施的信任和可靠性的攻击。

2. 以国家为主体的网络攻击和监控层出不穷

2020年2月,美国《华盛顿邮报》(The Washington Post)和瑞士德语广播电视(Schweizer Radio und Fernsehen,SRF)等联合调查后发现,美国中央情报局(Central Intelligence Agency,CIA)和德国联邦情报局(Bundesnachrichtendienst,BND)合作,通过控制瑞士加密通信设备公司Crypto AG,在数十年时间里持续监听了全球上百个国家的保密通信。德国前总理府部长伯恩德·施密德鲍尔(Bernd Schmidbauer)证实了BND的这一行动,同时强调BND已于1993年终止与CIA的相关合作。瑞士联邦经济事务部(Federal Department of Economic Affairs,Education and Research)则宣布,在明确澄清未解问题之前,将暂停对Crypto AG公司设备“普通出口许可证”的发放。

2020年3月,中国网络安全公司奇虎360表示,美国中央情报局所控制的攻击组织APT-C-39在2008—2019年间,使用“穹窿7”网络武器对中国进行了为期11年的渗透攻击,攻击活动集中于北京、广东、浙江等省市。在此期间,中国多个科研机构、大型互联网公司及政府机构等单位和组织均遭到不同程度的攻击。

2020年4月,俄罗斯黑客组织Digital Revolution声称入侵了俄罗斯联邦安全局(Federal Security Service,FSB)承包商的系统,并发现了有关其入侵全球物联网设备项目的详细信息。该项目被命名为Fronton,拥有一个专门针对物联网的僵尸网络。项目文件信息分析,该项目于2017—2018年间开始实施,通过入侵核心互联网服务商发起分布式拒绝服务攻击,其重点目标为网络摄像机。Digital Revolution还发现,该僵尸网络能入侵基于Linux系统的智能设备,这意味着全球绝大多数物联网设备都有被入侵的可能。

2020年7月,美国时任总统唐纳德·特朗普在接受《华盛顿邮报》采访时首次证实,他曾于2018年下令美国网络司令部发动对“俄罗斯互联网研究所”(Internet Research Agency,IRA)的网络攻击。特朗普称,前任总统巴拉克·奥巴马(Barack Obama)在大选前已知晓俄罗斯正在干扰总统选举,却并未进行干涉。特朗普是在掌握了有关俄罗斯干预大选的相关情报后才下令实施了攻击,而俄罗斯方面则一直否认曾干预美国大选。

3. 美、澳两国从法律、组织、资金、人才等层面采取行动防范网络风险

2020年2月,美国众议院国土安全委员会(House Homeland Security Committee)提出《州和地方政府网络安全改进法案》(State and Local Cybersecurity Improvement Act),意在改善州和地方政府的网络安全。在过去的两年中,针对美国各州和地方政府的网络攻击数量及破坏严重性均在上升,该法案拟通过促进网络安全建设拨款、要求国土安全部网络安全和基础设施安全局(Cybersecurity and Infrastructure Security Agency,CISA)制定网络安全战略等手段,提高州和地方政府的网络安全建设水平。2020年10月,美国国土安全部表示将推出网络人才管理系统(CTMS),拟通过现代化手段加强网络人才招募和管理。CTMS旨在帮助美国国土安全部与私营部门争夺网络人才,加快招聘流程,吸引来自非传统教育背景的人才,使用创新工具评估申请人,提供更灵活的基于绩效的薪酬。美国国土安全部希望CTMS能够使潜在的网络安全人才适应最紧迫的网络安全需求,并在其能力允许的范围内帮助这些人才加快职业发展。2020年11月,美国国土安全部科学技术局(Science and Technology Directorate,S&T)与网络安全和基础设施安全局共同拨款200万美元,用于建立国家网络安全技术研究院,培养网络安全人才。美国国土安全部认为,网络安全人员的短缺将使国家安全面临风险,政府需要与私营部门合作,通过培养网络安全领域更多的劳动力来确保未来的网络安全和国家安全。

2020年7月,澳大利亚联邦政府启动“网络强化态势感知与响应”系列项目,将对网络安全进行有史以来最大规模的投资。在未来10年内,澳大利亚预计将投入13.5亿澳元,用以加强澳大利亚国防信号局(Australian Signals Directorate,ASD)和澳大利亚网络安全中心(Australian Cyber Security Centre,ACSC)的监视能力建设,以确保其能为澳大利亚网络安全提供足够的保障。

4. 对中国的影响与启示

网络安全是国家安全的重要基础,没有网络安全就没有国家安全。2020年,疫情影响下的全球网络安全局势错综复杂,针对医疗体系的网络攻击呈规模化、集中化暴发,有国家背景的网络攻击行动针对关键基础设施和硬件持续进行入侵。尽管网络防御措施不断进行数字化、智能化技术升级,但仍不能阻止网络空间遭遇安全威胁,中国亦面临更多网络空间政治化、网络攻击军事化、个别国家霸权主义横行带来的威胁。

同时,中国网络安全防范体系在法律层面和技术层面均不完善。中国在网络空间安全方面的起步较晚,无论是法理基础还是核心技术都与美国差距较大。中国于2017年6月开始施行的《网络安全法》,是首个明确对网络空间领域的安全治理事项加以系统规范的基础性法律,具有重要意义。但与美国相比,中国在网络问题上的立法经验还十分不足,相应法律法规不够完善,仍有待进一步细化和充实。在技术层面,美国作为互联网的起源国,在网络攻防和追踪溯源等技术上都处于领先地位。中国虽是网络大国,拥有众多网民及浩大的网络系统,但仍不具备网络方面的核心技术,易遭受外部网络攻击带来的破坏和威胁。

针对上述问题,中国须加快行动步伐,完善安全防范体系。一是加快网络安全层面的立法进度。中国当下针对互联网的立法体系大多还集中在法规层面,应坚持“依法治网”的治理理念,加强对国内相关问题的研究,有效吸取其他国家在此问题上的经验,在现行《网络安全法》的良好基础之上,持续细化治理网络的诸多规范,加快完善本国网络管理体制,形成以法律为主的完整的立法体系,以应对网络攻击,掌握网络安全的主动权。二是提高网络综合技术水平。一方面,应当注重发展信息安全防御技术,为政府、企业和个人打造强有力的保护伞,保障信息安全。针对网络攻击的隐蔽性和难溯源性的特点,加强对网络攻击的探测和溯源能力,从而确认网络攻击的源头和发动网络攻击者的身份,确定攻击方的责任,进而行使自卫权。另一方面,应提升网络攻击的应对技术,增强打击能力。在提升侦测网络攻击能力的同时提高迅速响应的能力,对严重的网络攻击加以打击,强化在维护网络安全层面的威慑能力。

(六)全球超级计算机研发热度不减

超级计算机和普通计算机的构成组件基本相同,但在性能和规模方面存在差异。超级计算机极大的数据存储容量和极快的数据处理速度使其能够进行超大规模的复杂运算工作,为物理学、化学、数学、生物医药等领域的研究提供重要支撑。

1. 全球超级计算机性能持续提升

2020年3月,美国政府宣布将耗资6亿美元,使用AMD公司的芯片建造一台新型超级计算机。该计算机名为“酋长岩”(El Capitan),预计于2023年交付,供劳伦斯利弗莫尔国家实验室(Lawrence Livermore National Laboratory,LLNL)、桑迪亚国家实验室(Sandia National Laboratory,SNL)和洛斯阿拉莫斯国家实验室(Los Alamos National Laboratory,LANL)使用,并由劳伦斯利弗莫尔国家实验室管理。当该超级计算机正式交付时,其运行速度预计达到200京次/秒(1京为1亿亿),比2019年最强大的超级计算机“Summit”快10倍。

2020年11月,国际组织TOP500发布第56期超级计算机性能500强榜单,来自日本的超级计算机“富岳”(Fugaku)蝉联第一,其峰值算力为44.2京次/秒;第二名和第三名分别为美国能源部的“Summit”和“Sierra”超级计算机,峰值算力分别为14.88京次/秒和9.46京次/秒。中国的“神威·太湖之光”超级计算机位列第四位,峰值算力为9.3京次/秒;“天河2A”位列第六位,峰值算力为6.14京次/秒。其中,“富岳”是由日本理化学研究所和制造商富士通共同开发的超级计算机,是首个位列TOP500榜首的基于ARM架构的超算系统。2021年3月,“富岳”的开发全部完成,正式进入共享使用阶段。

2. 超级计算机应用面更加广阔

超级计算机的底层构成技术已较为成熟,其实际应用领域亦较为广泛,并在人工智能、生物技术、新材料技术、复杂系统模拟等方面的应用日渐丰富,使用效能日渐提升。在全球新冠肺炎疫情期间,超级计算机被广泛地运用于病毒传播模型模拟、疫苗及药物的开发等工作,为抗击疫情做出贡献。

2020年2月,英国气象局(UK Met Office)宣布将斥资12亿英镑搭建全球最快的气候预测超级计算机,提供更及时、更准确的预报。超级计算机将利用风速、气温和气压等数据创建气象模型,将预报范围缩减至方圆1千米甚至300米之内,而当前的天气预报范围一般为10千米。该超级计算机将于2022年投入使用,届时将服务于气象预报、灾害预防等具体应用。

2020年3月,美国白宫科技政策办公室宣布启动16台超级计算机,不分昼夜地破解新型病毒,以帮助科研人员尽快找到对病毒有效的特效药物和疫苗。其中,研究人员使用美国橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory,ORNL)的“Summit”计算机模拟了8000种不同化合物与病毒之间的作用情况,在2天内筛选出77种可能对抗击病毒有效的化合物。相关研究加速了特效药和疫苗的研发进程。

3. 对中国的影响与启示

总体来看,由于超级计算机的建设成本较高、性能强大,均由国家计划推动建设,并服务于重大科研、工程项目,为其提供算力保障。相较而言,美国超级计算机在商业化方面较为领先,拥有诸多商业超级计算机研发企业,且应用面广泛。而中国超级计算机依托于高校院所建立,在应用软件开发和商业化运营方面略有不足。

同时,尽管中国超级计算机在TOP500排行榜的上榜数量远超其他国家,但在运算能力上,美国超级计算机的平均运算能力依旧强于中国。在中美科技摩擦中,芯片等“卡脖子”技术频频受限,已为中国科技行业敲响警钟。当前,超级计算机作为衡量国家经济发展水平和科研创新实力的重要标志,也是硬科技创新的重要工具。

在当今大数据驱动的时代,超级计算机的运用潜力仍有进一步开发的可能性。为此,中国应正视与西方强国的差距,从硬件、操作系统、软件和应用等方面积极推进自主研发。应鼓励超算中心根据区域产业和合作单位的优势领域,把现有的超算中心建设成为各具特色的、聚焦于不同学科领域的合作交流平台、人才培养平台和应用开发平台,紧跟技术发展趋势,缩短创新技术的产业化链条,形成科技创新带动的产业化集群中心,更多地服务于区域产业结构升级,带动区域经济转型升级和为社会民生服务。

(七)半导体发展逼近物理规律极限,国家竞争更趋激烈

随着半导体工艺水平逐步逼近物理规律极限,各国开始加大对半导体领域的投资,以推动半导体制造工艺和技术水平突破瓶颈,进而抢占半导体领先地位,实现科技领域制霸。这一趋势亦使半导体领域的竞争越发激烈,行业收购整合加速。

1. 半导体领域收购整合加速

2020年9月,美国英伟达公司宣布将以400亿美元的价格收购英国ARM公司物联网以外的所有业务。英伟达公司的创始人兼首席执行官黄仁勋表示,此次收购将使两家公司能够结合各自的研究、开发和工程能力,加速构建广阔的生态系统。如果交易最终获得通过,英伟达公司将成为一家在知识产权授权和设计、数据中心和游戏、移动设备、个人计算机和服务器、自动驾驶、人工智能、5G与物联网等各领域都有领先布局的超级半导体企业。然而,这项交易面临着严格的审查,需要经过中国、美国、欧盟和英国的批准,预计监管审批可能需要18个月。此外,若英伟达公司最终收购ARM公司,涉及ARM架构的研发活动将受到美国的长臂管辖。

2020年10月,英特尔公司同意将其计算机闪存设备(NAND)存储芯片业务以90亿美元现金的交易价格出售给韩国SK海力士公司(SK Hynix)。将NAND存储芯片出售给SK海力士公司之后,英特尔公司将保留“傲腾”内存业务。SK海力士公司收购英特尔公司NAND存储芯片业务的交易预计于2021年年底获得监管部门批准,并在2025年最终完成。这笔交易将使SK海力士公司在NAND存储器市场超越日本东芝公司,并缩小与行业领头羊三星电子(Samsung Electronics)公司的差距。

2020年10月,全球半导体巨头美国超威半导体(Advanced Micro Devices,AMD)正式宣布,公司与现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)芯片龙头赛灵思已达成一项最终协议,将以发行总价值350亿美元股票的方式收购赛灵思。该笔交易预计于2021年年底完成,合并后的公司将拥有1.3万名工程师,每年的研发投入超过27亿美元。AMD希望通过此次收购成为业界高性能计算的领导者和全球最大、最重要的技术公司。

2020年10月,美国美满电子宣布与Inphi公司达成协议,将以100亿美元收购后者。美满电子从事混合信号和数字信号处理集成电路的设计、开发和制造业务,是一家提供全套宽带通信和存储解决方案的全球领先半导体厂商。Inphi公司为通信、数据中心和计算市场提供模拟与混合信号半导体解决方案,其客户包括微软、思科(Cisco)和华为。收购完成后,美满电子将在基础架构和数据中心市场上具备更强大的竞争力。

2. 多国积极推动半导体发展

2020年6月,美国半导体行业协会(Semiconductor Industry Association,SIA)呼吁美国政府拨款370亿美元用于维持半导体行业的领先优势,具体用途包括对建造芯片工厂的补贴、援助各州吸引半导体投资及增加研究资金。2020年10月,美国半导体行业协会发布《半导体十年计划》预览。其由学术界、政府和工业界领导者共同制定,呼吁联邦政府每年投入34亿美元研发资金,以应对芯片技术的巨大变革,为人工智能、量子计算、高级无线通信等新兴技术铺平道路。该计划指出,联邦投资将巩固美国半导体行业的全球领导者地位,使美国国内生产总值增加1610亿美元,并在未来10年内创造50万个就业机会。

2020年12月,法国、德国、西班牙、意大利等17个欧盟国家共同宣布“欧洲处理器和半导体技术倡议”(European Initiative on Processors and Semiconductor Technologies),并决定将使用欧洲复苏基金的1/5,即1450亿欧元,在未来2~3年用于数字化转型项目和半导体研究。欧盟认为,美国在对华为、中芯国际等公司的制裁中奉行了“美国优先”的贸易政策,并将其他国家的企业排除在庞大的中国市场外,这有损于欧洲国家企业的利益。因此,欧洲国家认为,须打破美国的垄断,通过减少对美国技术的依赖让欧洲公司在市场中获得主动权。

3. 对中国的影响与启示

世界范围的信息化浪潮正带来全球网络化、国家数字化、社会智能化的整体转变,5G、人工智能、大数据和云计算等先进技术的诞生和蓬勃发展,以及向生产生活各层面的深度渗透,更加速推动信息时代的快速发展。在世界数字化汹涌前行的背后,是半导体芯片性能的持续飞速提升。芯片提供了存储、运算、网络、智能的多维度底层支撑,为数字升级、智能互联打造了坚实的硬件基础。

半导体芯片是整个信息时代的重要基石,也是未来科技进步的关键保证,但中国在半导体芯片领域对国外的依赖状况十分严重。目前,芯片绝大部分采用硅基材料的集成电路技术,高端芯片技术被国外长期垄断,中国每年进口芯片的花费高达3000亿美元。加速以芯片为代表的半导体产业发展早已成为国家战略,但在逆全球化和美国对中国高科技产业封锁的大背景下,中国现有的硅基半导体发展举步维艰,多数集中在低利润、低附加值的环节。半导体制造需要设计、制造和封测三大环节,中国在技术含量最低的封测环节具备一定的研发和产业实力,但在设计和制造环节差距很大。设计芯片所使用的EDA软件基本完全依赖国外的新思科技(Synopsys)、楷登电子(Cadence)和明导国际(Mentor Graphics)3家企业;芯片制造环节则依靠中国的台湾积体电路制造股份有限公司(简称台积电)、三星、格芯(Global Foundries)和联电,国内最先进的中芯国际在制造工艺上与台积电相差两代,而且中芯国际使用的光刻机设备受制于美国控制的荷兰阿斯麦尔(ASML)公司。

现今的半导体芯片产业格局是美国把控了芯片设计和制造专利技术,攫取最多的利润,日、欧通过材料和制造设备供给控制上游,中国台湾地区和韩国占据芯片制造的最终出口,中国极力从三者的缝隙和低端产品切入寻求突破。在寻求突破的过程中,中国应从多个方面着力:一是加快技术研发攻关,确保关键核心技术不受制于人;二是强化半导体人才建设,人才培养、引进和使用并重,充分发挥人才的主动性和创造性;三是加强半导体生态建设,围绕产品创新来统筹芯片设计、制造、封测、装备、材料等环节,构建完善的半导体产业生态。