根源性创新与计算机产业

根源性创新与计算机产业中国科学院院士高庆狮根源性创新与计算机产业一.什么是根源性创新.二.数十项根源性创新创造了计算机半个世纪的辉煌.三.当今计算机产业的辉煌---PARC的功不可没.四.本世纪与计算机有关的十四个高经济产值的难题.五.根源性创新的产生土壤.一.什么是根源性创新1.什么是根源性创新.2.两种不同的战斗局面.3.想象一下:如果中国现在有许多根源性创新.1.什么是根源性创新这里的根源性创新不是指仿中有创,而是指能产生出一个新的产业或者大产业重大新分支,或者从根源上影响一个大产业的发展的独立创新.例如:阴极射象管的发明,晶体管--集成电路的发明.锗晶体管=硅晶体管,磁心存储器的发明,激光打印机的发明;运算器为中心=随机存储器为中心(部件并行工作,分时中断,多道程序,...),指令可以作为数据被加工(软件发展,当今的繁荣),....2.两个不同的战斗局面一种是自己没有根源性创新,所谓仿中有创.你能仿中有创,别人也能仿中有创.数百家一拥而上,进行生死圣战.结果,有几家是矫矫胜利者,是英雄.因为根源性创新是国外的.当了胜利者,英雄之后,仍然面临生死存亡的问题,胜利者的相互竞争和进入WTO后的国际竞争.开始,有些元件部件你不能生产,只好进口.从单纯装配到部分能独立生产一部分,有很大进步.等你能独立生产,别人又换代了,这些2.两个不同的战斗局面(续)生产能力(技术和设备)被淘汰了.另一种,微软一家,潇洒十年.尽管众多的公司反他,但是数以百亿,千亿的美元实实在在地挣到手.虽然其根源性创新(GUI)不是他创造的.3.想象一下:如果现在中国有许多根源性创新器件通讯技术---精确的语言翻译技术OS(下一代)显式设备内存......二.数十项根源性创新根源性创新创造了计算机半个世纪辉煌1.计算机半个世纪的辉煌2.支撑计算机半个世纪辉煌的基础---数十项根源性创新:1.计算机半个世纪的辉煌神速发展:自从1946年第一台电子计算机ENIAC诞生以来,计算机以每3-7年速度,性能提高十倍,价格降低十倍,可靠性提高十倍,体积缩小十倍神速地发展着.这个神速发展,导致了新的巨大的产业革命和社会各领域的革命.2.支撑计算机半个世纪辉煌的基础----数十项根源性创新:其中最重要的是阴极射象管-晶体管-集成电路(奔腾-4:4000万个晶体管),包括集成电路存储器.例子:磁心存储器(美国:支撑10多年,中国:支撑近30年).原理与工具:布尔代数(逻辑部件构造性描述),指令作为数据被加工.B-管,中心的转移(由运算器转到存储器),分时-中断-多道程序,管理程序-操作系统,一级存储器(虚拟存储器),微程序,流水线-阵列结构,....2.支撑计算机半个世纪辉煌的基础----数十项根源性创新:(续)并行算法,并行-分布式处理,关系数据库,图形用户界面GUI,...模块化-符号化-高级语言-结构程序化-专家系统-面向客体,库函数-构件,等等编程技术,GUI,软件工程,编程工具环境,....针式-激光-喷墨打印机,液晶显示器,...2.支撑计算机半个世纪辉煌的基础----数十项根源性创新:(续)以太网,互联网,计算算法(数值,非数值;图形,生物信息,各种科学,语言学,..),等等.应用:从军用到民用,从大工程,大企业到中小型企业.数值计算,非数值计算,数据处理,事务处理,应用领域数以百计,数以千计地迅猛扩大.很遗憾,近百计众的重大根源性创新,没有一项发明是中国籍华人.磁心存储器发明人王安,是美籍华人.三.当今计算机产业辉煌---PARC功不可没1.当今计算机产业辉煌---PARC功不可没.2.计算机半个世纪辉煌与通讯根源性创新的结合构成当代互联网的繁荣.1.当今计算机产业辉煌---PARC功不可没微软辉煌成就的基础不是比.盖茨创造的.XEROX公司在硅谷的研究中心PARC的四大发明:图形用户界面(GUI),面向客体的编程技术(OOP),激光打印机和以太网.XEROX的领导层不识货,数以百亿千亿的根源性创新的经济效益就落在微软手里.比.盖茨的能力和运气:编程能力,实干苦干精神,洞察能力,...兼容机.2.计算机半个世纪辉煌与通讯根源性创新的结合构成当代互联网的繁荣到了网络年代,应用领域的发展难于按领域计算,变成为现实世界到网络空间的全面映射.现实世界到网络空间的全面映射的特点是:与仿生(生物直接能力到人类间接能力的映射)类似,不是照搬.例如,鸟--飞机,e-钱;自然的不是太多的人为的,发展顺其自然,自然需求的发展.例如B2Ce-商务.与客观世界融合而不是脱离,这2.计算机半个世纪辉煌与通讯根源性创新的结合构成当代互联网的繁荣(续)要求对现实世界进行改革,使其适应和互相融合.例如e-政务.不仅仅是个体的映射,而是整个世界的映射,这就要求一致性:标准和协议.核心是应用.机器:人工费用比.1亿:250=1:100机器利仑低,竞争激烈,生产集中.应用领域巨大.应用第一,服务第一.许多公司转向--应用+服务.四.本世纪与计算机有关的十四个高经济产值的难题1.网络安全2.网络计算3.网络上巨量信息的查找4.一体化服务5.自然语言的自动翻译6.软件研制效率(1)---下一代程序设计语言四.本世纪与计算机有关的十四个高经济产值的难题(续)7.软件研制效率(2)---下一代操作系统8.软件研制效率(3)---可靠性9.软件研制效率(4)---再用10.软件研制效率(5)---群体工作11.软件研制效率(6)---自然化12.三大科学之一---计算科学四.本世纪与计算机有关的十四个高经济产值的难题(续)13.继续发展热门难题的存在背景之一:集成电路的下一步14.继续发展热门难题的存在背景之一:光纤的下一步15.人类智能及其模拟和应用.从协助重复性劳动到协助创造性劳动1.网络安全网络安全的重要性,无论是从经济效益或者从社会效益的角度都是人人皆知.每年全球在网络安全上的开支也很巨大的.据报导,2000年由于病毒和骇客攻击全球经济损失达1500亿美元以上.仅仅今年7月的红色代码II,美国用户的损失超过12亿美元.当前解决网络安全主要依靠:法律,管理(人事,网络,计算机系统),鉴别认证技术,加密技术和隔离技术.1.网络安全(续)历史事实说明,这些措施都是相对的:法律的威力取决于严惩的力度.而且对小公司往往难于有效.任何大型软件系统难免有漏洞,操作系统也不例外.鉴别认证技术和加密技术是相对的,当新的鉴别认证技术和加密技术被发明之后,适当时间之后,就可能出现新的冒充技术和破译技术.1.网络安全(续)病毒等非法入侵活体(指一个程序段),难于被鉴别.杀病毒软件也难于制止新病毒对计算机系统的破坏和盗窃.目前的安全技术产品基本上是软件技术或者软件固化产品.或者建立在通用机上的软件系统(例如防火墙).计算机系统结构和软件结合的软硬结合的措施是值得注意的.2.网络计算全世界数以亿计上网的计算机多数时间里被闲置或者利用率不高.当今的PC机计算能力已达每秒数千万次,亿次左右.如果被利用起来,不仅是一笔巨大的财富,而且人们用手机,就可能调用每秒数百万亿次的神奇的计算能力.强大能力,有效的利用率和使用的方便性,十分诱人.但这是难度很大的事情.待解决的问题很多,首先是双向安全问题:如何确保主系统不受客户的安全干扰.2.网络计算(续)同时又如何确保客户的计算不受主人的安全干扰.3.网络上巨量信息的查找网上不仅有付费开发的海量信息资源,而且还有无政府主义的WAB海量资源.你想要的信息常常是查不到的,你所不需要的,却给你一大堆.解决这个问题的经济效益和社会效益显然是巨大的3.网络上巨量信息的查找(续)这个问题的解决,不仅要解决人类的混乱术语,混乱的概念,中小学的一致性教育,还要解决计算机对自然语言和不同层次的知识的真正理解.不是简单用集类技术所能解决的.处理无政府的WAB资源,或许还需要无形的网络机器人.4.一体化服务GRID词典上的含义:网栅网格|水电煤气供应网.互联网本质是一个服务系统:通讯服务,计算服务,信息服务,教育服务,娱乐服务,金融服务,购物服务,求职服务,工作服务,等等.4.一体化服务(续)人们喜欢把上网比喻为冲浪,好比鸟在天空翱翔,自由自在.试试,如果你要求一个服务:想购买一件东西,你需要记住许多地址,问这家,卖完了,问那家,还没有到货,另一家,质量不行,...这谈得上是冲浪翱翔?4.一体化服务(续)这个问题的解决,有点象当年从管理程序飞跃到操作系统.操作系统要处理的对象是有限的确定的事和物.一体化服务要处理的是数不清的无政府的我行我素的独立主体.不仅要考虑科学性,合理性,还要考虑标准协议能否被众多的独立主体所接受.5.自然语言自动翻译自然语言自动翻译的研究历史已经有半个世纪了.其社会效益和经济效益非常巨大,自然引起人们的重视.目前水平,作为旅游工具,或者在确定的小领域内,可以做到实用.但是,在广泛领域范围内,不及格.部分语无伦次,部分正错混杂,离实用距离甚大,无法满足电话翻译的需求.5.自然语言自动翻译(续)为什么翻译的水平不高,其原因是理论上没有解决.打个比方说,用代数方程组来描述客观物理世界,难于正确精确.因为只有用偏微分方程才能正确和精确地描述客观物理世界.自然语言本身及其自动翻译的理论,有待于进一步解决.6.软件研制效率(1)---下一代程序语言软件研制效率的发展也是十分迅速.无论是编程语言,技术,方法,工具,界面与环境,以及软件本身的质量,包括使用界面,都有重要的发展.每一个方面都有一个下一步问题.例如,OOP的下一步?也就是下一代程序语言.符号化语言(汇编),算法语言,可视语言,...函数式语言?7.软件研制效率(2)---下一代操作系统WINDOWS的下一步?DOS=WINDOWS:线性=平面.有本质飞跃.真的是三维空间的WINDOWS?没有本质飞跃.?8.软件研制效率(3)---软件可靠性四个本质,核心难题:可靠性,再用,时空群体工作和自然化.软件可靠性的核心是软件的正确性.9.软件研制效率(4)---再用技术再用技术:库函数和构件是常见的再用技术.如何研制一个新的软件系统,它与已经存在的软件,只有分散的5%不同而只化原有的5%,10%,15%?10.软件研制效率(5)---群体工作群体工作:如果分布在不同时空的数以百计的软件研制人员共同研制一个大型软件系统.如何有效地组织?特别是如何保持软件人员的自由创造力的前提下有效的群体工作.软件工程的方法是牺牲软件人员创造力为前提.11.软件研制效率(6)---自然化自从引入图形用户界面之后,非计算机专业人员的用户,可以不需要计算机专业知识,仅仅应用他们的专业知识来使用计算机.这是自然化的第一步,现在是可以实现了.但是能不能让不懂计算机或者懂得不多的各种专业人员自己来开发他们的专业软件.当前,这似乎是天方夜谭.很难,但不等于不可能.11.软件研制效率(6)---自然化(续)物理学家设计他们所需要的巨型机.15年前李政道.12.三大科学之一---计算科学计算科学将与理论科学和实验科学具有同等重要性在20世纪后期,计算流体力学,计算化学,计算物理学发展已经十分成熟.70年代初期,钱学森院士提出过当时计算流体力学的计算要求:浮点64位以上的一万亿字存储容量,每秒一万亿次计算速度.当今的生物信息学,其计算量远远超过以往的各种计算科学.比起预测的未来的计算智能,有过而无不及.13.继续发展热门难题的存在背景之一:集成电路的下一步人们还记得70年代就开始议论集成电路的极限,以及光逻辑集成器件将代替集成电路的预测.20年过去了,集成电路的极限还没有到达.光逻辑集成器件热了几十年现在已经无影无踪.集成电路之后会是什么,它一定会出现,但是现在肯定它是什么,似乎早了一些.14.继续发展存在热门难题的背景之一:光纤的下一步一方面,通讯能力