大数据驱动与互联网思维

邬贺铨：大数据驱动与互联网思维核心提示：大数据、智能化、移动互联网和云计算相结合的“大智移云”，代表了信息技术发展新阶段的时代特征。“互联网+”开拓了信息技术应用空间，凸显了作为经济增长新引擎的作用。在核心信息技术方面，我们还没有摆脱受制于人的局面，宽带提速降费压力很大，信息安全形势严峻，频谱资源面临挑战。下一步应当努力的方向则是：狠抓改革攻坚，突出创新驱动，强化企业主体，建设网络强国。邬贺铨中国工程院院士今天，要讲到三个方面的问题，一是信息化进入“大智移云”新时代；二是大数据营造智慧城市新理念；三是互联网激发创新发展新思维。一、信息化进入“大智移云”新时代2013年3月4日，习近平总书记出席全国政协十二届一次会议的科协、科技界委员联组会，并发表重要讲话。他强调，移动互联网、智能终端、大数据、云计算、高端芯片等新一代信息技术发展将带动众多产业变革和创新。77年前有了电视机、70年前有了计算机、57年前有了集成电路、50年前有了光纤、47年前有了互联网、42年前有了PC机、37年前有了手机，27年前有了、17年前有了3G，而现在则有了4G，这些都是半个多世纪以来信息技术的发展历程。我们走过了以计算机为中心的PC时代，来到了一个以软件为中心的网络时代、以服务为中心的云计算时代、以应用为中心的物联网时代，现在又轮到了以用户价值为中心的大数据时代。互联网的发展趋势也从网络共享到信息共享、资源共享、感知共享再到知识共享。信息技术经历了几十年的巨大发展，现在又面临新一轮的换代。早在几年前，电视机时代就已变成了数字化、平板化电视时代，现在我们进入了移动互联网时代、后PC时代和后WEB时代，不出几年我们还会进入云计算时代、后摩尔时代、物联网时代和大数据应用时代。集成电路发展十年百倍信息技术发展的基础是集成电路。每台计算机、手机上都有CPU，而每一个CPU芯片上又有很多的晶体管。自1959年集成电路发明以来，一个集成电路单位面积上的晶体管数量，基本上每隔18-24个月便会增加一倍。从早期的8086、286、386、486，发展到后来的奔腾、酷睿系列，截至2015年，一个CPU芯片已拥有80亿个晶体管。在过去的30年，CPU运行速度提高了100万倍，而内存价格下降了45000倍，硬盘价格下降了360万倍。如果汽车价格以与硬盘同等的速率下降，那么今天我们买一辆新车只需要0.01美元。如果汽油性能以同样的速度发展，那么现在1升汽油能够使飞行器环绕地球飞行573圈。到目前为止，没有任何一种技术能像信息技术这样高速发展。2015年，英特尔、台积电和三星的CPU芯片产品已做到14纳米，未来还会进一步做细。而我国中芯国际目前的产品水平为28纳米，与国外相比落后了两代。现在，集成电路发展面临代工线成本高昂、芯片发热严重等严峻挑战，所以，未来亟待新一轮的材料和工艺技术革命----后摩尔时代！软件定义一切软件从互联网环境发展到普适计算环境，用户数量和复杂度剧增，软件的应用无所不至。一般来讲，软件是用其程序的代码行数来表现其复杂性的。1972年阿波罗登月飞行器软件仅有4000行代码，如今华为传感器有10000行代码，日本高铁的列控软件有数百万行代码，雪佛兰、奔驰等汽车的内置软件规模有1000万到1亿行代码，空客飞机软件有10亿行代码，PC的Windows7操作系统有3000万行代码、Windows10操作系统有5000万行代码，苹果手机和安卓手机的操作系统也有上百万行代码。现在，智能手机操作系统的复杂度是当年阿波罗登月飞行器软件的好几百倍。软件从面向模块到面向数据、面向事件、面向用户、面向对象、面向认证的设计，向着构件化、语义化、智能化、服务化方向发展。软件编程的难度较大。现在美国已经做到，你只要提出任务目标和需求，Dropsource自动代码编写平台就可以自动编写APP程序。计算无所不在计算能力的演进经历了从20世纪50年代的大型计算机到60年代的小型计算机、80年代的个人计算机、90年代的笔记本电脑，再到现在的移动智能终端（手机、平板电脑）。世界上第一台电子数字计算机发明于1946年，占地170平方米，性能不及现在的计算器。1975年美国航空航天局用500万美元购买了一台超级计算机Cray-1，其性能不如IPhone4。1985年美国国防部买来一台当时最好的超级计算机Cray-2，现在来看其性能不及iPad2。1980年1GB闪存卡的价格100万美元，1997年将近8000美元，而现在只需25美分，这就说明信息技术的进步，带来功能的提升和成本的下降。超级计算机能力十年千倍从全球TOP500超级计算机能力看，超级计算机的能力是每10年提高1000倍，PC机的能力是每20年提高1000倍，而计算成本和存储器成本分别是每10年下降10000倍和20000倍。我国天河二号超级计算机连续三年六次排名第一。但是，它所用的1.6万个芯片，主要来自美国英特尔公司。2015年，美国商务部禁止英特尔公司向天河二号供应芯片。当然，我国早已开始研发自己的芯片，并用于神威·太湖之光超级计算机。2016年6月，神威·太湖之光在德国通过测试，在世界超级计算机500强中排名第一。更为重要的是神威·太湖之光有4.1万个芯片，每个含260个核，全部为自主研发。那么，美国在干什么？美国计划在2020年开发出计算能力是天河二号100倍，而功耗和天河二号一样的超级计算机。就在美国宣布这个计划之后，2016年7月中国也启动百亿亿次超级计算机的研制工作。云计算现在，大部分企业用的不是超级计算机，而是云计算。从80年代的数据库、90年代的互联网数据中心（IDC），发展到现在的云计算、云服务。随着信息化的发展，每个单位自建信息化系统是不经济的，不如把自己的数据放在第三方云计算公司的服务器、存储器上。第三方云计算公司把它的基础设施当成服务来出租，这也可简单地理解成数字房地产，无非就是租用一些空间。云计算公司不会停留在这一步，还可提供一些软件工具、中间件、数据库供租用单位开发自己所需的软件。对于大多数中小企业来讲，有了工具也未必具备软件开发能力，不如直接租用云计算公司的软件，这就是软件即服务。云计算公司还可以提供各种各样的数据以及数据挖掘工具以供租用。云计算的出现跟当年爱迪生发明电的时候相类似。爱迪生发明了电以后，每个工厂都自建发电机，每个政府部门都自己安装发电机，现在还有吗？都是用第三方发电公司的发电机。随着信息化的发展，对信息化的集约式利用越来越普遍，云计算也发展成为集约式的信息化服务。比如，阿里巴巴、亚马逊等电商，现在也已变成云计算服务公司。中国电信联合华为推出天翼云3.0，他们以国有企业的身份来提供云计算服务，在信息安全上更有可信性。光纤传输技术的发展20世纪80年代，中国的有线传输线路使用同轴电缆，当时每3公里一个增音机，使用频分复用方式传输模拟信号，一个频段一个话路，可做到4380路容量。美籍华人高锟先生发明光纤以后，光纤很快进入应用。90年代初，一根光纤可以存2.5G，3万电话电路，采用时分复用（TDM）方式传输数字信号。实际上，一根光纤不仅可以一个波长传送，还可以采用多个波长，所以，出现了波分复用。这样将每个波长都利用起来，一根光纤可以存1.6Tbps，即2000万电话电路。另外，光纤还可以利用更多技术提升容量，目前实验室已经做到一根光纤可以存16T，即2亿电话电路。这样，单纤传输容量4年提高10倍，20年提高1万倍，截至目前的最高纪录是单波长存400G，单纤传输100T，而光纤成本10年下降了50倍。中国的光纤光缆产业发展越来越大，每年生产全球一半的光纤光缆，而中国市场也消耗掉全球一半的光纤光缆。10年前，购买一根光缆平均到一芯公里光纤的价钱是2000块人民币，而2015年的报价是40块钱。可见，现在光纤做得已经很便宜了。互联网的演进互联网从20世纪70年代美国国防部的ARPANET，到90年代的公众互联网，再到21世纪初的全球互联网，发展到现在的下一代互联网。互联网技术从TCP/IP到P2P/WEB2.0，再到Cyber-PhysicalSystem系统。互联网地址从NCP发展到IPv4、IPv6。互联网从一个收发邮件的联系平台，到可以上网查阅文件、观看视频的浏览平台，而微博、博客的出现又使互联网成为一个交互平台。实际上，互联网也是一个工作平台。例如美国有一个网站名为第二人生（SecondLife）。网民在这里可以付费租用游戏设计软件自己设计游戏，当然也可设计服装、汽车和房子等，后来专业公司发现网民的设计有的更适合市场需要，便出资收购，于是就形成了交易。同时，也出现了洗钱、贩毒和黑客。美国国防部在这里发现网络精英，中国安全部也注意到这里。另外，美国有一个神经外科医生，将大量病人的脑部CT扫描图放到网上，许诺奖励来鼓励网民帮助自己找出个别有与众不同黑点的CT扫描图，从中发现肿瘤病灶，这一做法吸引了大量网民参与。所以经常说，互联网是一个廉价的劳动平台。互联网从传数据，到传话音、传视频、传M2M（机器到机器信息）；从有线接入到无线接入、宽带接入、移动接入；从拨号接入到永远在线；从网络业务到电信业务、媒体业务、物联业务；从研究网络到商业网络、泛在网络。互联网的发展有40多年的历史，进入我国也才22年。现在，我国网民规模达6.88亿，互联网普及率也已过半。早年，我们到人民网、新浪网等网站上浏览专业编辑人员采写的信息，这称为WEB1.0。现在，很多年轻人更多的是浏览大V、网红等网民产生的信息。未来，我们希望互联网更加智能化。比如，我们搜索一个关键词会出来上万条信息，要逐一点开查看才知道里面的信息是否有用。相当于互联网只为我们提供了参考书，并未直接给出答案。而未来，希望互联网能做到这一点，我们给出一个关键词，它自己便能检索、查阅所有资料并写出综述。未来的互联网要向宽带化、移动化、泛在化、智能化以及安全性、可用性、可信性方向发展。5G扩展移动互联网的应用移动互联网的发展，早在80年代，我国第一代移动通信的基站利用频率区分用户，即频分多址（FDMA）；第二代移动通信GSM，用不同时隙区分用户，即时分多址（TDMA）；第三代移动通信3G，用不同码道区分用户，即码分多址（CDMA）；现在的4G采用正交频分多址技术（OFDMA），把频率、空间和时间的复用因素都利用起来，使得4G峰值数据可达百兆量级。当我国还在发展4G的时候，国际上关于5G的研究就已开始。从1G到4G主要面向的是个人通信，而从5G开始扩展到面向产业应用。一是支持4K电视、虚拟现实和增强现实等移动宽带应用；二是提供高可靠低时延通信，例如在高速公路上车速在200公里时要防止汽车发生碰撞，就要反应很快，至少延时不能超过1毫秒。还要适应高铁进一步提速，5G的设计目标是高铁时速将来可达500公里/小时。三是5G对物联网和大规模产业互联网的支持，支持一平方公里上百万个传感器能连上网络，等等。5G相较于4G，其用户体验速率提高10倍，频谱效率提高3倍，移动性提高1倍，无线接口延时减少90%，连接密度提高10倍，能效提高100倍，流量密度提高100倍，峰值速率提高30倍。到5G普及时，5G的平均速率可达100兆，峰值速率20G。过去，我国3G、4G牌照的发放得比发达国家要晚，现在，我国提出要引领5G发展。2015年，日本计划于2020年东京奥运会上实现5G技术的商用，韩国也表示要在2018年平昌冬奥会试用5G技术，中国宣布将在2020年启动5G商用。也就是说，不到四年的时间，大家就要换手机了。有人问5G资费如何？单位流量资费会比现在要便宜得多，但大家要小心的是如果一秒钟下载20G，那总资费还会比较多。移动智能终端的发展早年，我们的手机只能听和讲，现在不仅可以看和写，还可以触摸和感知，人机接口发生了很大变化。手机的功能也越来越强大，从2000年可以听歌、2001年有了彩屏、2002年有了照相机、2003年有了手写功能、2004年可以录音、2005年能看电视、2006年有了GPS、2007年能上WIFI、2008年有了触摸屏，2009年有了传感器，到