“以科學谘詢支撐科學決策、以科學決策引領科學發展”是黨和國傢賦予中國特色新型智庫的光榮使命。中國科學院作為國傢自然科學學術機構和科學技術高谘詢機構,麵嚮決策組織開展事關國傢發展全局和長遠的重大問題的谘詢研究,麵嚮社會公眾傳播科學思想和科學理念。全新改版形成的“中國科學院年度報告係列”聚焦國傢科學技術發展、創新發展、可持續發展需求,每年嚮全社會報告相關領域前沿進展,科學解讀公眾關注的熱點問題,為科學決策提供谘詢意見,對政府部門、科研院所、大專院校和社會公眾具有重要參考價值。
第*章 2016年高技術發展綜述
樊永剛 張久春(中國科學院科技戰略谘詢研究院)
2016年,麵對新一輪科技革命和産業變革的機遇與挑戰,世界主要國傢持續強化科技創新投入,圍繞新一代信息技術、生命與健康、先進製造、先進材料、能源資源、空天海洋等新興技術和戰略高技術的競爭日趨激烈。美國發起尋找癌癥治愈療法的“登月計劃”、“全民聯網”的寬帶網普及計劃及“國傢微生物組計劃”等,以確保其頭號科技強國地位。英國在“脫歐”公投後提齣啓動“國傢生産力投資基金”(NPIF),支持科技創新和基礎設施,重點支持機器人、人工智能、生物科技、衛星、先進材料等新興科技領域。德國發布《新高科技戰略——德國創新》,重點發展數字經濟與社會、可持續經濟和能源、健康生活、智能交通等領域。法國調整“新工業法國”戰略,聚焦數字經濟、智慧物聯網、新型能源、未來交通、未來醫藥等9大領域,並加大投資力度。日本齣颱《第五期基本計劃》,提齣加快發展“超智能社會”(“社會5.0”)。中國發布《國傢創新驅動發展戰略綱要》,啓動實施《中國製造2025》,高技術在推動産業結構轉型升級、培育經濟發展新動能中發揮著不可替代的作用,有力地支撐瞭創新型國傢和小康社會建設。
一、信息技術
2016年,信息技術領域取得多項重大突破。集成電路領域,在利用原子和分子自組裝復雜組件、DNA“摺紙術”等新製造工藝方麵取得突破性進展。超算領域,中國再次奪冠且實現核心部件國産化,日本在綠色超算領域繼續保持領先。人工智能領域,因“阿爾法狗”(AlphaGo)事件,人工智能領域受到空前關注,人腦結構圖譜繪製、運動轉換成語言、識彆銀行黑客係統、車對車(V2V)網絡等進展也值得關注。雲計算和大數據方麵,五維存儲技術、DNA存儲技術、相變存儲技術、12U微型數據中心技術等令人印象深刻。網絡與通信領域,太赫茲激光器、實用高性能矽激光器、適用於邊遠地區的移動寬帶新技術都有不同程度進展。量子計算和通信領域,量子疊加延長、一維量子超材料、“薛定諤的貓”同時兩地的發現、量子計算機模擬實驗、量子光學結構集成到芯片上、超導傳輸量子自鏇信息等成就尤為突齣。
1.集成電路
2016年1月,美國麻省理工學院開發齣一種全新的芯片製造技術[1],可將兩種晶格大小非常不一緻的材料(二硫化鉬和石墨烯)集成在同一芯片層上,得到一個橫嚮的異質結構,從而製造齣通用計算機的電路元件芯片。與二硫化鉬類似的任何材料都可以和石墨烯集成在同一芯片層上,而此前隻有晶格非常匹配的材料纔能被整閤在同一芯片層。新技術有助於將光學元件整閤到計算機芯片內,製備齣超低能耗的隧穿晶體管處理器,從而製造齣功能更強大的計算機。
2016年3月,美國楊百翰大學研究人員提齣一種用於製造芯片的DNA“摺紙術”[2]。DNA體積非常小,具有堿基配對和自組裝的能力,可用於構築更小規模的芯片。新技術將一條長的DNA單鏈與一係列經過設計的短DNA片段進行堿基互補,從而可控地構造齣高度復雜的納米結構。研究人員采用新技術組裝瞭一個三維管狀結構,並讓它竪立在芯片底層的矽基底上,然後嘗試著用額外的短鏈DNA將金納米粒子等其他材料“係”在管子內特定位點上,zui終形成瞭一個電路。傳統芯片製造由於生産設施昂貴、生産步驟多,所以成本高。以往獲得速度更快、價格更便宜的芯片通常采用削減生産成本或者縮小元件尺寸的方法,而DNA“摺紙術”可以更快、更便宜地製造齣計算機芯片。
2016年4月,德國亥姆霍茲聯閤會下屬卡爾斯魯厄理工學院(KIT)與其他機構閤作,開發齣一種創造無綫數據傳輸記錄的新技術[3]。新技術在太赫茲頻率範圍內無綫傳送信號20米的速度是100吉比特/秒。以這個速度可以在2秒內把一張藍光光碟的內容傳送到另一颱設備上,速度是此前的數百倍。該技術下一步將朝低成本和實用化的方嚮發展,未來可顯著提高筆記本電腦和其他移動通信設備無綫網的接入速度,也可以在衛星上和不值得安裝光導縴維的偏遠地區進行數據傳輸。
2016年7月,荷蘭代爾夫特理工大學成功研製齣單原子存儲芯片[4]。研究者用掃描式隧道顯微鏡(STM)的針尖推動材料錶麵的單原子,製作齣比特編碼字母的信息,zui終製造齣“原子級”存儲器,把存儲空間縮小到極限。新存儲器的存儲密度高達500太比特/平方英寸1平方英寸=6.4516平方厘米。(Tbpsi),是目前世界上zui好硬盤技術的500倍,未來可能會大大地推動計算機特彆是數據存儲器的發展。
2016年11月,德國亥姆霍茲聯閤會下屬德纍斯頓羅森多夫實驗室和帕德博恩大學在開發遺傳物質電路方麵,通過加入鍍金納米粒子,首次在單鏈DNA自組裝納米綫中檢測到電流[5]。傳統芯片的製造工藝是把較大尺寸逐步剪切成小尺寸,已達物理極限。而利用原子和分子自組裝復雜組件可以替代傳統芯片的製造工藝,有可能獲得比現有zui小計算機芯片組件小很多的元件,並用來製造非常小的電路。但DNA電綫不能很好地導電,新方法將鍍金納米顆粒鍵閤到DNA電綫上,再利用電子束光刻技術讓每條納米電綫通過電極相連,這樣DNA電綫內就能精確地檢測到電流。該技術未來將不斷改進,以獲得更好的導電性。
2.高性能計算
2016年1月,美國推齣一颱運算速度達5340萬億次/秒的新型超級計算機“夏延”[6]。該計算機的計算能力是目前在美國國傢大氣研究中心(NCAR)“服役”的超級計算機“黃石”的兩倍多,未來將安裝在NCAR位於懷俄明州的超級計算中心。它將在GPS和其他傳感器技術的協助下,在極端天氣、地磁風暴、地震活動、空氣質量及火山等諸多領域發揮作用。此外,它還可以更好地模擬大氣變化,為美國政府的政策製定和資源管理提供決策支持。
2016年6月,中國國傢並行計算機工程技術研究中心成功研製齣“神威·太湖之光”[7]。該計算機以每秒9.3億億次的浮點運算速度在2016年內兩次在全球超級計算機500強(TOP500)中奪冠,其速度是原冠軍中國“天河二號”的近三倍。特彆值得強調的是,“神威·太湖之光”實現瞭包括處理器(核心處理器“申威26010”)在內的所有核心部件的國産化。
2016年6月,日本理化學研究所(RIKEN)的液浸冷卻式超級計算機“菖蒲”(Shoubu)蟬聯全球節能超級計算機“Green500”排行榜第*名[8]。“菖蒲”的浮點運算能力為6673.84MFLOPS/Watt,已連續3年在“Green500”排名中位居第*。RIKEN的超級計算機“皐月”(Satsuki)位列“Green500”排行榜第二名,運算能力為6195.22 MFLOPS/Watt。這兩颱超級計算機都采用瞭英特爾的Xeon處理器和PEZY集團的加速器。中國的“神威·太湖之光”超級計算機位列該排行榜第三位。
2016年8月,英特爾公司宣布其海法團隊采用14納米工藝開發齣目前公司zui先進的Intel第七代酷睿處理器Kaby Lake[9]。Kaby Lake是處理器Skylake的升級,相比後者,其運行速度提高70%以上,3D圖形處理性能提高3.5倍,電池使用壽命更長,安全性更好。此外,它可滿足網絡用戶對高質量視頻、超高清高階標準、360度視頻格式、虛擬現實和數字體育內容等的需求。采用Kaby Lake處理器的計算機不需要安裝風扇,僅需搭配小型電池,有助於顯著減小計算機的厚度和重量。
3.人工智能
2016年2月,以色列初創企業Nexar推齣世界首*V2V網絡,以檢測道路危險情況並防止撞車事故[16]。V2V網絡采用前車防撞預警等實時預警技術,當用戶加入網絡後,智能手機傳感器會分析周圍車輛的行進方嚮、速度、加速度和路況等,然後繪製齣交通圖,再把信息共享給網絡中的用戶,以提醒用戶躲避危險,防止撞車。至11月該網絡已匯聚超過5萬名來自舊金山、紐約和特拉維夫用戶的數據,利用它可深入瞭解任何給定時間內的路況。該網絡對所有加入網絡的用戶開放,加入網絡的用戶越多,發生的交通事故就越少。數據錶明,在超過2000萬英裏1英裏≈1.609韆米。的全球駕駛裏程內,藉助該網絡避開的危險駕駛事件超過50萬起。
2016年3月,由美國艾倫腦科學研究所(Allen Institute for Brain Science)、哈佛醫學院(HMS)和弗蘭德斯神經電子學研究中心(NERF)組成的國際小組,公布瞭神經學領域裏程碑式的研究成果——當時zui大的大腦皮層神經元連接網絡[10]。多年來,科學傢一直在孤立地研究大腦活動和布綫。新成果以前所未有的細節在這兩個領域之間架起瞭橋梁,揭示瞭大腦中有關網絡組織機製的幾個關鍵要素,將神經電活動與它們彼此之間的納米級突觸聯係起來。
2016年3月,美國榖歌的人工智能程序“阿爾法狗”以4∶1擊敗瞭圍棋世界冠軍李世石,成為機器深度學習領域的zui大事件[11]。圍棋一嚮被認為是人工智能領域具有標誌性的大挑戰。傳統的人工智能算法幾乎不可能贏得比賽。因此,此次比賽結果錶明瞭人工智能的新飛躍,也給本領域裏其他看似難以實現的高級彆人類智力項目帶來巨大希望。
2016年6月,中國科學院自動化研究所腦網絡組研究中心與國內外其他科學傢閤作,曆時6年成功繪製齣全新人類腦圖譜——腦網絡組圖譜,首次建立瞭新的腦區亞區尺度上的活體全腦連接圖譜[12]。該圖譜包括246個精細腦區亞區,以及腦區亞區間的多模態連接模式。研究人員突破瞭傳統腦圖譜的繪製思想,利用腦結構和功能連接信息對腦區進行瞭精細劃分和腦圖譜的繪製,這比傳統的布洛德曼圖譜精細4~5倍。這項研究會加深對人類精神和心理活動的認識,為理解人腦結構和功能開闢新途徑,有利於治療臨床神經精神疾病,並為類腦智能係統的設計提供重要的啓示。
2016年9月,美國艾倫腦科學研究所在官網上公布瞭當時zui完整的數字版人腦結構圖譜[13]。該圖譜來自對一位因事故離世的34歲健康女性大腦的深入研究,是zui清晰的腦部微觀解剖學結構圖譜。其zui突齣的特點是將宏觀高清人腦成像數據和能解釋大腦結構的細胞水平的數據集閤在一張圖中,可為大腦研究人員開展相關研究進行“導航”,幫助他們從大腦的宏觀層麵進入細胞層麵更深刻地認識人類的大腦。
2016年11月,法國國傢科學研究中心設計齣一套全新係統,可直接將人體主要語音發音器(舌、顎、口和嘴唇)的運動轉換成智能語音[14]。
這部作品帶給我的感受,遠超乎瞭我最初的期待。它並非僅僅是關於“2017年”的某個固定時間點上的技術盤點,而是以一種流動的、演進的視角,展現瞭高技術發展脈絡的壯闊畫捲。我感覺作者像是擁有某種“預見力”,能夠捕捉到那些正在悄然發生、但將深刻影響未來的科技趨勢。 書中對各項關鍵技術的闡述,充滿瞭深度與廣度。它沒有停留在錶麵現象,而是深入挖掘瞭技術背後的科學原理、創新動因以及它們如何相互關聯、彼此賦能。我從中看到瞭技術發展的“生態係統”,各種技術力量如何在這個係統中相互作用,共同推動著社會的進步。 尤其令我印象深刻的是,作者在分析技術發展時,非常注重人文關懷和社會影響。它不僅關注技術本身,更關注技術如何影響人類的生活方式、工作模式,以及可能帶來的倫理和社會挑戰。這種多維度的思考,讓整本書的思想深度得到瞭極大的提升。 它讓我認識到,技術的創新並非僅僅是工程師的專利,而是需要跨學科的閤作、前瞻性的戰略以及全社會的共同努力。書中對不同領域人纔的閤作、政策的支持以及資本的投入等因素的分析,都為我們理解技術發展提供瞭更全麵的視角。 總而言之,這本書是一次意義非凡的閱讀體驗。它不僅為我打開瞭認識高技術發展的新窗口,更重要的是,它激發瞭我對科技創新和未來社會發展進行深入思考的興趣。這本書的內容之豐富、視角之獨特,絕對會讓每一位讀者都收獲良多。
評分這本書的視角非常獨特,它並沒有局限於2017年這個時間點,而是以一種動態的、發展性的眼光來審視高技術的發展。我感覺作者仿佛是一位經驗豐富的嚮導,帶領我深入探索瞭那些塑造我們現在和未來的關鍵技術領域。書中對各個技術分支的起源、演變以及相互影響的描述,都極為細緻且引人入勝。 我特彆欣賞書中對技術“生命周期”的洞察。它不僅僅是羅列技術名稱或性能指標,而是深入探討瞭這些技術是如何從實驗室的雛形,一步步走嚮市場,並最終深刻改變我們生活和社會運作方式的。作者在闡述過程中,穿插瞭大量生動的案例和數據,讓抽象的技術概念變得觸手可及。 這本書最大的魅力在於它能夠激發讀者的思考。在閱讀過程中,我經常會被書中提齣的問題所吸引,例如,某項技術的發展是必然還是偶然?它在解決現有問題的同時,又可能帶來哪些新的挑戰?作者並沒有直接給齣答案,而是引導讀者自己去探尋,這種互動式的閱讀體驗非常棒。 它讓我意識到,技術發展並非孤立的事件,而是 interwoven 的復雜係統。書中對不同技術之間的“聯動效應”和“交叉融閤”的分析,讓我對未來的科技圖景有瞭更清晰的認識。例如,生物技術與信息技術的結閤,正在開啓全新的可能性。 總的來說,這本書是一次令人難忘的科技探索之旅。它不僅拓展瞭我的知識邊界,更重要的是,它培養瞭我對技術發展更深層次的理解和洞察能力。這本書的內容豐富而深刻,讓我受益匪淺。
評分這本書就像一位老友,用一種極其坦誠而又充滿智慧的方式,與我分享著關於高技術發展的點點滴滴。它並非那種冰冷的技術手冊,而是充滿瞭溫度和對未來的關懷。我從中看到瞭無數創新者們的熱情與執著,也感受到瞭科技進步背後所蘊含的人類智慧。 書中的每一個章節,都像是一個精心編排的故事,講述著那些改變世界的科技事件。從最初的靈感火花,到艱苦的研發過程,再到最終的顛覆性影響,作者都描繪得淋灕盡緻。我尤其喜歡書中對那些“關鍵時刻”的刻畫,那些決定技術走嚮的關鍵決策和突破,都被賦予瞭生動的敘事性。 它讓我明白瞭,技術的發展並非一帆風順,其中充滿瞭試錯、迭代和不斷的超越。作者在介紹某些技術時,會深入挖掘其背後的挑戰和睏難,以及科研人員如何剋服這些障礙,這種真實感讓讀者對科技進步的艱辛有瞭更深刻的理解。 書中對技術未來走嚮的預測,也並非空穴來風,而是基於對當前趨勢的深刻分析和對潛在機遇的敏銳捕捉。它提供瞭一個清晰的視角,讓我得以預見未來科技可能帶來的變革,以及我們應該如何去適應和引導這些變革。 讀完這本書,我感覺自己仿佛完成瞭一次深刻的認知升級。它不僅讓我對高技術發展有瞭更全麵的認識,更重要的是,它讓我對人類的創造力和未來的可能性充滿瞭信心。這本書絕對是值得反復品讀的佳作。
評分這是一本信息量極大、視野極開闊的書,雖然它在字麵上可能涵蓋瞭“2017高技術發展報告”這樣一個具體的時點,但其內容遠不止於此。閱讀它,我感覺像是被引領著穿越瞭一段科技史的壯麗畫捲,從那些最初萌芽的創新思想,到後來蓬勃發展的各個領域,都得到瞭詳盡而生動的描繪。作者在梳理技術演進脈絡時,並沒有拘泥於枯燥的史實堆砌,而是巧妙地將科學理論、工程突破、市場應用以及社會影響等多個維度 interwoven。 特彆讓我印象深刻的是,書中對一些關鍵技術的起源和演化過程進行瞭深入剖析。比如,人工智能從最初的理論探索,到深度學習的突破,再到如今的廣泛應用,每一個階段都充滿瞭故事和挑戰。作者並非簡單地列舉技術名稱,而是挖掘瞭背後的驅動力,例如社會需求、政策導嚮、資本注入,以及那些不為人知的科研人員的智慧與汗水。這種敘述方式讓我在閱讀時,不僅僅是獲取知識,更是一種沉浸式的體驗,仿佛置身於那些改變世界的科技浪潮之中。 它不僅僅是一本關於“技術”的書,更是一本關於“未來”的書。書中對趨勢的預判和對潛在影響的探討,都讓我對未來充滿期待,同時也促使我思考技術發展可能帶來的倫理和社會問題。作者在分析不同技術路綫的優劣時,展現齣一種超越時代的洞見,讓我意識到,每一項看似偉大的技術背後,都可能蘊含著復雜的權衡和深遠的社會變革。這本書就像一個引路人,指引我走嚮更廣闊的科技認知領域。 讀完之後,我感覺自己對整個科技生態有瞭更宏觀的理解。它不僅僅聚焦於某個單一領域,而是將不同技術之間的關聯性、相互促進作用以及潛在的顛覆性都清晰地呈現齣來。例如,大數據分析如何賦能人工智能,而新材料的突破又如何為半導體行業帶來革命。這種係統性的視角,讓我得以跳齣碎片化的信息,將技術發展視為一個有機整體,從而更好地把握未來的發展方嚮。 總而言之,這本書就像一個寶藏,每一次翻閱都能發現新的亮點。它不僅提供瞭紮實的知識,更重要的是,它點燃瞭我對科技探索的熱情,也讓我對人類社會未來的發展有瞭更深刻的思考。那些曾經晦澀難懂的技術概念,在作者的筆下變得生動有趣,引人入勝。我強烈推薦所有對科技進步、未來趨勢感興趣的朋友閱讀此書,相信它一定會給你帶來意想不到的啓發和收獲。
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