各领域加速创新与融合，特别是信息技术(IT)、通信技术(CT)、大数据技术(DT)间的耦合度和关联性明显地增强，感知、存储、计算、传输等关键环节的优势技术基因加速嫁接重组，数字化、网络化、智能化不断催生新的技术方向和发展空间。

  在感知环节，感知的网络化与智能化开辟了智能传感、感知网络、生物特征识别等新空间；

  在传输环节，传输的云化与智能化带来了云网融合、网络虚拟化、智能网络等新突破；

  在存储环节，存储的网络化与云化催生了区块链、存储网络(SAN)、智能内容分发网络(CDN)的新领域；

  在计算环节，计算的网络化与泛在化促进了普适计算、量子计算、边缘计算等新发展。

  电子信息工程科技各领域的深层次地融合将孕育感知、存储、计算、传输等环节的群体性技术突破，驱动着技术的代际跃迁，不断抬高技术天花板，有望储存并释放新一轮的巨大的技术红利。

  《中国电子信息工程科技发展研究.综合篇.2020—2021》（中国信息与电子工程科技发展战略研究中心 编著. 北京：科学出版社，2021. 09）一书旨在分析研究电子信息领域年度科技发展状况，综合阐述国内外电子信息领域年度重要突破及标志性成果，集中展现我国信息与电子领域工程科技的年度新进展、新特点和新趋势，为我们国家科技人员准确把握电子信息领域发展形态趋势提供参考，为我国制定电子信息科技发展的策略提供支撑。全书分“总论”和13个“专题”两大部分，对2020—2021年度电子信息工程科技各领域的全球发展形态趋势、我们国家发展现状、我们国家发展展望以及热点亮点等方面展开具体探讨。

  为更好地聚焦当前发展形态趋势和技术挑战，中国工程院组织38位院士和300多名专家，共同凝练出中国信息与电子工程科技十四大趋势和十六大挑战，作为总论内容，供读者参考。

  以数字化、网络化、智能化为特征的信息化浪潮方兴未艾，信息技术日新月异，全面融入社会生产生活。信息技术与各行业不断深度融合，深刻改变着全球的经济与政治格局、安全与竞争格局以及社会持续健康发展与治理体系格局。

  随着社会信息化发展，算力成为人类生产力和国家竞争力的重要基础。超级计算系统正从后P级时代向E级迈进，并变成全球各大国竞相发展的下一个目标。领域专用软硬件协同计算模式的快速兴起，使得计算机体系结构再次进入新的黄金发展期。超级计算正从科学工程计算向大数据处理和人工智能等新兴计算领域快速拓展。以量子计算、类脑计算等为代表的一批新概念计算模式，正受到全球业界的广泛关注。

  5G移动信息网络加速构建，其推广完善及与各行业的垂直整合仍存挑战。6G研发加速布局。互联网尽管仍是支撑未来十年全球信息传输基础设施的主导体系架构，但也面临万物互联、万事互联时代toB、toM、toX等多样化应用需求带来的前所未有挑战。千兆接入、P比特级传输、E比特级转发将带来更高体验，可支持工业互联网、天地一体化网络、海洋网络、数字孪生网和物联网等人网物三元互联的新型网络环境将改变网络技术的发展范式。

  面向人网物融合的“智能+”时代新需求，聚焦人机一体化智能系统、在线协同办公、智慧远程医疗、数字抗疫等计算机应用产业高质量发展，新一代人工智能技术引领下的大数据智能、群体智能、混合增强智能、跨媒体智能、自主无人系统、类脑技术等取得突破，推动智能时代的应用新模式、新手段、新生态创新发展。

  信息安全技术在“双循环”战略需求牵引下加速寻求发展新范式，推动安全赋能方式从外挂附加形态向内生构造形态转变，从边界防御模式向零信任架构转变，从针对局域网到面向云化环境和内生构造转变，从功能安全与网络安全分离的传统技术路线正朝着一体化解决方案转变，具有内生安全、智能预测、主动防御和自适应响应等功能的新一代信息技术创新实践正在加速落地，支撑以安全为本的新型基础设施建设。

  过去五十年集成电路产业遵循摩尔定律持续快速地发展，现阶段晶体管微小型化的平面布局逼近物理与工艺极限，产业技术演进趋势放缓或变轨。三维晶体管结构技术发展，晶元级集成技术诞生，系统构造和新材料新工艺技术进步，以及光电技术的迅猛发展，将持续推动信息基础设施创新和物理形态的变革。

  大数据作为一种都会存在，是信息社会最为庞大且以指数级增长的基础资源。数据流动性已成为数据的基本特征，数据价值高，数据集合规模逐步扩大，类型繁多，产生速度快，网络数据总量正快速向EB、ZB、YB乃至BB级陡增，急需数据科学与工程技术的重大创新，以使巨大的数据产生巨大的价值。

  智能化发展需求促进传感器与前端智能处理呈集成发展的新趋势。各国在完善军民对地观测体系建设的同时，积极谋划新一轮的布局。气候和环境监视测定遥感技术成为研究热点，遥感市场的迅速增加和空间科学探测任务的急迫需求，正推动遥感领域创新发展，国产传感器进入加快速度进行发展阶段。

  随着5G、物联网、无人系统、人工智能等技术领域的快速发展和先进智能化装备或系统的建设与应用，电磁环境适应性和电磁安全性成为研究热点。电磁场及电磁环境效应学科建设与发展，以及其与数学、物理、信息、材料、生物等学科的深度交叉融合，将不断涌现出大量基础研究问题和新兴技术探讨研究需求，逐步推动该领域的持续发展与进步，并促进相关“卡脖子”瓶颈问题的解决。

  信息社会算法、算力和数据的变革，使得工业生产的全部过程、重大装备、自主运动体等物理空间的典型被控对象，能够在更大范围、更深层次实现决策优化和协同控制。A与控制技术融合发展，推动以工业人工智能为代表的基础理论方法创新；5G和边缘计算与控制技术融合，推动新一代控制管理系统的硬件、软件和平台向“工业互联网化”全面升级。

  脑与认知科学和人工智能加速融合，在无人系统、智能成像、智能视觉、大数据智能等领域大范围的应用。新型脑观测仪器研制、新认知机理揭示、通用AI理论与技术、计算体系与器件的研究成为国际竞争的前沿热点。

  国际单位制七个基本物理量基于常数重新定义产生的影响持续深化，基于量子化和“数字化、网络化与智能化”的国家测量体系建设需求日渐迫切；以量子化为标志的计量仪器和以“数字化、网络化与智能化”为标志的工业测量仪器等新一代仪器形态开始显现；面对新冠病毒，心脑血管病，癌症等疾病对人类健康的威胁，规划和加强生命科学计量和医学计量检测的基础研究，规划和加强生命科学仪器，医学检验、诊断、治疗和护理仪器的研究、开发和生产成为刻不容缓的课题。

  区块链技术发展持续创新，链上链下数据协同、软硬件一体化等方面取得技术突破。联盟数据更协同、网络规模更广泛、技术运维更精细和平台安全更可控是发展趋势。城市级区块链基础设施网络建设成为热点，在服务实体经济、服务政务和民生等涌现出一批示范性应用。区块链标准制定不断加速，专利申请数量迅速增加，监管框架一步步成型。新型数字货币发展提速，全球金融体系或将迎来新一轮变革。

  天地一体化的空间目标多维度光电探测与信息传输技术成为该领域各国竞相发展的下一个目标。针对陆海空天信息安全的需要，开展高精度、高实时、多维度、多功能、宽幅段光电探测、识别、防护、评估与信息传输是未来发展趋势。

  摩尔定律不断逼近物理与工艺极限，新结构、新器件、新材料、新工艺和新封装是微电子领域补短板、加长板和可持续发展面临的重要挑战。当前围绕通信用激光的收发、调制、放大等光子集成和光电集成芯片技术的微小型化、高速率、低成本、低功耗、多功能、光电融合与智能化是光电子领域补短板、加长板和可持续发展面临的重要挑战。

  自然界许多生物具有目前人工系统不能够比拟的光学感知能力。围绕“仿生光学如何模拟这些生物的可调谐、宽光谱、宽视野、抗反射和隐身的视觉系统，以及将这些生物及其群体智能感知的机理和功能赋予AI系统，提高仿生光学在强背景干扰下的动态感知和解决能力”等是重要挑战。

  感知遥感技术正向着主动与被动相结合和小型化高重复周期观测的方向发展，结合图像信息的智能处理技术推进遥感信息的广泛应用；信息技术的加快速度进行发展正推动着数字化和智能化传感器研发。“具备自主采集、数据处理、传输和安全管理等能力的智能传感器”是该领域当前面临的重要挑战。

  通过实施基于“常数”重新定义的国际单位制，中国计量体系正在经历从多层金字塔架构向扁平化架构的历史性变革，直接推动国家测量体系向数字化、网络化、智能化方向跨越，支撑中国科技、产业、医疗和国防的持续高水平质量的发展,特别是加快研制和生产服务生命安全和生物安全的计量标准和测量仪器，满足国家迫切急需，是该领域面临的重要挑战。

  电磁频谱已成为信息时代、智能时代人类社会的主要活动空间和竞争资源之一，用户数量、类型和频次爆炸式增长。电磁空间探测感知，通信传输和管制控制等系统形态和技术体制渐现一体化趋势。实现智能全谱和多元一体的频谱感知、高频宽带高效的频谱利用、动态精细的用频管控以及系统设备的高集成、低成本，是该领域当前面临的重要挑战。

  受可用频谱资源限制、关键光电器件指标等制约，移动通信和光纤通信容量提升趋缓。伴随网络流量的爆发式增长和陆海空天全覆盖的重大需求，技术代际跃升急需突破性的理论和技术。在人网物三元万物互联，以及网络与各行业深层次地融合所带来的网络极大复杂性、巨容量、大连接、广覆盖、高可靠、低能耗、低成本等压力和驱动下，网络架构、服务的品质、使用者真实的体验、安全性和可靠性等是该领域当前面临的重要挑战。

  面对各国激烈角逐制网权的变局，“维护网络安全主权需创新主动、自适应的多层联动技术体系，构建以快打快、以智对智的积极防御屏障，突破‘御攻击于外’的网络边防关键技术，形成以我为主的威胁感知和攻击预判能力”是该领域当前面临的重要挑战。

  针对复杂多变的海洋环境开展水下网络化的声学观测，获取海洋水下声学环境规律及水下目标声学信息，以实时化的信息传输和大数据信息处理为手段，实现海洋水下信息自主掌控是该领域当前面临的重要挑战。

  随着5G、人工智能、物联网、大数据及其在高速通信、无人系统、工业互联网、先进能源、先进空天等领域的广泛应用，各类装备面临严峻的电磁安全问题。突破传统思维和方法束缚，建立电磁环境效应与防护新理论，发展新技术、新材料和新器件，提升我国信息电子及其应用的电磁环境适应性和电磁制衡能力是该领域当前面临的重要挑战。

  “在人机一体化智能系统、无人驾驶、深空深海等不确定复杂动态环境下，如何采用自动化和AI相融合的理论、技术和系统，针对重大装备、自主运动体和流程工业过程等机理不清及难以建立数学模型的被控对象，实现自主智能控制、人机协同优化决策、决策与控制一体化”是该领域当前面临的重要挑战。

  脑认知和AI加速融合，在无人系统、类脑芯片、智能视觉等领域大范围的应用。以脑认知机理为基础创新的人工智能技术是国际热点。“多尺度动态脑观测、针对记忆、情绪、视觉等认知功能的机理揭示和易泛化、鲁棒、低功耗的人工智能理论与模型的建立”是该领域当前面临的重要挑战。

  随着AI应用的加快速度进行发展，数据爆炸式增长和计算模型日趋复杂，人们对计算力的需求呈高速增长态势。面对后摩尔时代的物理制约，计算系统的体系结构、系统硬件、系统软件、应用软件等多个环节面临着高效能、高可靠、低能耗、敏捷设计、智能化及应用多样性等重要挑战。智能计算慢慢的变成了传统产业转型和新兴起的产业融合发展的基础使能技术。

  随着人机融合、区块链、虚拟现实、数字孪生等为代表的计算机应用技术与各行各业融合程度的加深，支持各类工业设施、信息系统、业务流程、企业产品与服务、人员之间的互操作技术也愈加复杂。构建一个更高效、更适人、更智能的互操作技术体系是该领域当前面临的重要挑战。

  软件运行固有的离散性和工业系统运行固有的连续性之间的适配成为操作系统和中间件等工业基础软件的首要难题，高稳定性三维几何引擎、工程分析仿真求解器、电子设计自动化等工业核心软件，以及大型高可信嵌入式工业软件和新型工业互联网系统软件是该领域当前面临的重要挑战。

  “如何建立国家、省、市三级重大突发事件(比如新型冠状病毒肺炎疫情暴发等)信息化决策平台，集思广益，突破局限性，延伸到经济社会各领域；如何整合有关部门的数据资源，包括医疗卫生、公安、交通、建设、环保、教育、能源、民政、国企数据等，建设重大突发事件大数据平台；如何建立平战结合能支撑应急科研的计算环境和平台，用于新药、疫苗研发等”是应对重大突发事件、提升国家治理能力的重要挑战。

  以5G、数据中心、工业互联网、物联网、人工智能等为代表的新型基础设施建设步伐加快，正在发挥战略性和先导性作用，支撑疫情期间及后期的经济社会高水平质量的发展。随着建设速度的加快和规模逐步扩大，新型基础设施在技术协同、大规模组网、应用模式创新、光电芯片和关键软件等核心技术支撑、网络安全、高可靠绿色化低成本、与各行业融合的垂直整合等是该领域当前面临的重要挑战。

  本文摘编自《中国电子信息工程科技发展研究.综合篇.2020—2021》（中国信息与电子工程科技发展战略研究中心 编著. 北京：科学出版社，2021. 09）一书“总论”，标题为编者所加。

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