2月15日，中國(guó)工程院信息與電子工程學(xué)部、中國(guó)信息與電子工程科技發(fā)展戰(zhàn)略研究中心發(fā)布“中國(guó)電子信息工程科技發(fā)展十三大挑戰(zhàn)(2022)”，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(guó)內(nèi)外年度本領(lǐng)域重要突破及標(biāo)志性成果，為我國(guó)科技人員準(zhǔn)確把握電子信息領(lǐng)域發(fā)展趨勢(shì)提供參考。

——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(huì)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(jì)格局、文化格局、安全格局和競(jìng)爭(zhēng)格局。在雙循環(huán)戰(zhàn)略下，如何快速有效組織國(guó)內(nèi)外優(yōu)勢(shì)科技力量，構(gòu)建新型體制機(jī)制，攻克系列關(guān)鍵核心技術(shù)，補(bǔ)短板，鍛長(zhǎng)板，建立與新時(shí)代大國(guó)競(jìng)爭(zhēng)力和經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展相適應(yīng)的信息體系，確保國(guó)家在信息領(lǐng)域自主可控、安全可靠是該領(lǐng)域當(dāng)前面臨的重要挑戰(zhàn)。

——微電子和光電子

從國(guó)際上來(lái)看，3nm制程有望今年推出，2nm制程也已列入研發(fā)計(jì)劃。先進(jìn)芯片工藝日益趨近物理極限，涉及從設(shè)計(jì)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(guó)際大企業(yè)壟斷。國(guó)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(jìn)產(chǎn)業(yè)化，是應(yīng)對(duì)微電子領(lǐng)域挑戰(zhàn)的重要技術(shù)途徑。研制超高速、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(duì)信息光電子領(lǐng)域挑戰(zhàn)的重要技術(shù)途徑。

——光學(xué)工程

光學(xué)工程是融合光學(xué)、精密機(jī)械、電子學(xué)、材料、計(jì)算機(jī)等技術(shù)解決多種工程應(yīng)用問(wèn)題的交叉學(xué)科，重點(diǎn)研究光信息的獲取、傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示以及激光技術(shù)應(yīng)用，正向著紫外、可見(jiàn)光、紅外等多頻段，強(qiáng)度、光譜、偏振、相位等多維度，探測(cè)、成像、測(cè)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(shí)現(xiàn)光學(xué)工程高質(zhì)量的信息化、網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化、芯片化、數(shù)字化、智能化，提高復(fù)雜環(huán)境下的動(dòng)態(tài)感知和處理能力是該領(lǐng)域當(dāng)前面臨的重要挑戰(zhàn)。

——測(cè)量計(jì)量與儀器

新一代國(guó)家測(cè)量體系建設(shè)已經(jīng)啟動(dòng)，國(guó)家儀器產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)已開(kāi)始布局，重要場(chǎng)景下的關(guān)鍵核心測(cè)量技術(shù)亟待突破，整體測(cè)量能力亟待提升，特別是以支撐超精密光刻機(jī)、高端航空發(fā)動(dòng)機(jī)和高端工業(yè)母機(jī)等為代表的高精尖裝備研發(fā)制造中的超精密測(cè)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(cè)量、網(wǎng)絡(luò)化測(cè)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(dāng)前面臨的重要挑戰(zhàn)。

——網(wǎng)絡(luò)與通信

隨著5G移動(dòng)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(lái)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(wàn)物互聯(lián)、萬(wàn)事互聯(lián)時(shí)代toB、toM、toX、高速核心器件等多樣化需求帶來(lái)的前所未有的挑戰(zhàn)。在網(wǎng)絡(luò)流量的爆發(fā)式增長(zhǎng)、陸?？仗烊采w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(yàn)、網(wǎng)絡(luò)安全性和可靠性等是該領(lǐng)域當(dāng)前面臨的重要挑戰(zhàn)。

——網(wǎng)絡(luò)安全

新形勢(shì)下的網(wǎng)絡(luò)安全在于風(fēng)險(xiǎn)削減與賦能增值雙輪驅(qū)動(dòng)。在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的缺陷管控與縱深防御中，如何應(yīng)對(duì)海量存量威脅及其有效防護(hù)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(bào)運(yùn)營(yíng)機(jī)制及安全知識(shí)體系;在運(yùn)行任務(wù)的威脅管控與時(shí)機(jī)防御中，如何應(yīng)對(duì)動(dòng)態(tài)環(huán)境下“未知的未知”攻擊，如何構(gòu)建威脅感知的時(shí)機(jī)防御形態(tài)，如何打造計(jì)算和防護(hù)融合新模式，形成運(yùn)行和防御并行雙結(jié)構(gòu);如何實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)管理與量化評(píng)估手段以提供網(wǎng)絡(luò)安全保障;如何破解數(shù)據(jù)安全和隱私保護(hù)與數(shù)據(jù)流動(dòng)及開(kāi)發(fā)利用相悖等難題，都是該領(lǐng)域面臨的主要挑戰(zhàn)。

——水聲工程

以實(shí)時(shí)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(biāo)聲學(xué)信息，實(shí)現(xiàn)海洋水下信息自主掌控是該領(lǐng)域當(dāng)前面臨的重要挑戰(zhàn)。

——電磁場(chǎng)與電磁環(huán)境效應(yīng)

隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)人系統(tǒng)、人工智能等技術(shù)的快速發(fā)展，重大基礎(chǔ)設(shè)施和先進(jìn)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(yùn)行的重要制約因素。促進(jìn)電磁場(chǎng)與電磁環(huán)境效應(yīng)學(xué)科建設(shè)，開(kāi)展電磁場(chǎng)基礎(chǔ)問(wèn)題研究，加強(qiáng)電磁環(huán)境主動(dòng)感知、智能電磁防護(hù)、電磁防護(hù)仿生、高性能電磁綜合仿真計(jì)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(hù)能力是該領(lǐng)域當(dāng)前面臨的重要挑戰(zhàn)。

——控制

物理信息因果關(guān)系不清的復(fù)雜工業(yè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、控制與優(yōu)化機(jī)理不清情況下的數(shù)學(xué)建模、開(kāi)放環(huán)境下輸入/輸出相關(guān)信息處于開(kāi)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(biāo)多尺度多沖突等控制理論與技術(shù)問(wèn)題，需開(kāi)展工業(yè)動(dòng)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(dòng)化與信息化技術(shù)和制造業(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(dāng)前面臨的重要挑戰(zhàn)。

——認(rèn)知

腦認(rèn)知與人工智能加速融合，多尺度動(dòng)態(tài)腦觀測(cè)及針對(duì)記憶、情緒、視覺(jué)等認(rèn)知功能的機(jī)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(dāng)前的技術(shù)難點(diǎn);邊緣計(jì)算設(shè)備、可穿戴設(shè)備、高速設(shè)備等高速低功耗場(chǎng)景的應(yīng)用需求迫切，打破馮·諾依曼計(jì)算架構(gòu)，研制感存算一體、大帶寬的新型智能計(jì)算器件與系統(tǒng)，是突破當(dāng)前算力與能效核心瓶頸的重要挑戰(zhàn)。

——計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與軟件

當(dāng)前存在智能計(jì)算理論基礎(chǔ)不堅(jiān)實(shí)、人網(wǎng)物協(xié)同計(jì)算范式不成熟、內(nèi)生安全計(jì)算機(jī)理不清晰等新型應(yīng)用帶來(lái)的對(duì)計(jì)算理論、機(jī)理和方法的挑戰(zhàn)，后摩爾時(shí)代單位體積和能耗下算力提升困難、單一計(jì)算架構(gòu)難以有效應(yīng)對(duì)計(jì)算環(huán)境對(duì)全場(chǎng)景及不確定性的支撐的挑戰(zhàn)，以及新型泛在計(jì)算基礎(chǔ)軟件理論與技術(shù)的挑戰(zhàn)。為此需開(kāi)展多元計(jì)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(jì)算、存儲(chǔ)、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(chǎng)景驅(qū)動(dòng)、應(yīng)用感知、智能賦能的基礎(chǔ)軟件，這些都是該領(lǐng)域當(dāng)前面臨的重要挑戰(zhàn)。

——計(jì)算機(jī)應(yīng)用

新時(shí)代、新態(tài)勢(shì)、新征程背景下，計(jì)算機(jī)應(yīng)用正邁向新的階段、催生新的理念、推出新的格局。隨著萬(wàn)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(chǎng)景應(yīng)用需求成為計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力。通過(guò)對(duì)復(fù)雜場(chǎng)景異構(gòu)信息系統(tǒng)之間進(jìn)行功能調(diào)用或者交換共享數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)、信息、知識(shí)的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界與虛擬世界的新型虛實(shí)相融，將越來(lái)越重要。技術(shù)發(fā)展如何與經(jīng)濟(jì)社會(huì)復(fù)雜場(chǎng)景應(yīng)用相融合是該領(lǐng)域當(dāng)前面臨的重要挑戰(zhàn)。

——應(yīng)對(duì)重大突發(fā)事件

如何建立國(guó)家、省、市三級(jí)重大突發(fā)事件(比如新冠肺炎暴發(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(jì)社會(huì)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(guó)企數(shù)據(jù)等，建立重大突發(fā)事件大數(shù)據(jù)綜合平臺(tái)，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(duì)重大突發(fā)事件、提升國(guó)家綜合治理能力的重要挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞： 電子信息工程 十三大挑戰(zhàn) 預(yù)測(cè)發(fā)展趨勢(shì) 數(shù)智化升級(jí)