信息科学基础研究概况及战略思考

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1、信息科学与技术 基础研究概况和重要领域,刘志勇 (Zhiyong LIU) 国家自然科学基金委员会信息科学部 (Directorate of Information Sciences, NSFC) 2006年2月15日,1,概要介绍,1-1, 国家自然科学基金委员会 资助基础研究 科学和技术 成果，人才培养 经费来源 组织结构,年度经费情况,单位：十亿元,机制 鼓励创新、科学民主、平等竞争 工作方针 尊重科学、发扬民主、鼓励竞争、促进合作、引领未来 评审原则 依靠专家、发扬民主、择优支持、公正合理 项目评审和过程 同行评议（函评）、专家组评审（会评）,项目结构 项目（面上、重点、重大；重大研究

2、计划） 人才 联合资助类项目 国际合作类项目 合作研究 回国讲学 国际会议,*与国际基金组织的交往、协议 *联合资助研究项目、科学活动 *NSFC项目中的国际合作部分 *NSFC的国际合作类项目,国际合作,NSFC网站：http:/,1-2, 信息科学部所支持的领域,电子学和信息系统 计算机 自动化 半导体器件 光学和光电子学,信息科学部项目申请情况,2001年突破 2000项，2002年增19% 2003年增23%，突破 3000项 2004年增长39%，收到 4500项申请 信息处理领域523项,增长 126% （2003年增长79%） 网络与信息安全增长59%（2003年增长58%） 2

3、005年收到5600多项申请,信息科学领域面上项目申请与资助情况,申请应注意的问题（基础研究，强调创新,鼓励创新,宽容失败）,处理好背景 vs 要解决的问题 勿太一般化（所要研究的问题） 重要性 vs 难度 强调意义和重要性（学科发展、社会） 创新性 vs 完整性 强调创新点（原始性、优越性）,新兴研究领域 vs 较熟悉的研究领域 注意综述研究现状（已有成果的引用） 年轻研究人员（青年基金） 注意形式审查,，我国信息领域现状与趋势,信息化水平IBS应用（美国） （UC Berkeley Hal Varian 研究报告IBS对美国经济的影响） （抽样2065公司）61%实施IBS， 超过5000

4、员工的公司83%实施IBS 自1998年以来3年内节约了1552亿美元成本，增加4439亿美元的收入 IBS促进美国年均增长0.36个百分点，2001-2011年间占美国预期生产力增长的40%,信息化水平联网计算机和上网人数,2002年9月全球上网人数6亿多 北美1.83亿，欧洲1.91亿，亚太1.87亿, 拉美0.33亿, 非洲0.06亿, 中东0.05亿 2004年5月10日-9.45亿 2010年达到22亿？ 2001年7月, 联网计算机数量1.26亿台 全世界6%人口上网？（NITRD Blue Book 2002) 北美60%人口上网 ? (NITRD Blue Book 2002)

5、,高端计算机 TOP500总计算能力 375TFLOPS （2003年6月） (美国：安装：系统51%，总性能55%；生产：92%) TOP5 70TFLOPS - 19TFLOPS PEAK (Nov. 2004) TOP3 日本NEC Earth Simulator 40-36TFLOPS (Nov. 2004) NEC SX-8, 65TFLOPS (Oct. 2004) TOP2 NASA/Ames/SGI Columbia 51.87 TFGLOPS (Nov. 2004) TOP1 DOE/LLNL/IBM BlueGene/L 70.72 TFLOPS (Nov. 2004) 美

6、国的百万亿计划和千万亿次计算机研究计划 2005年11月TOP500情况和技术趋势 TOP1, DOE/LLNL/IBM BlueGene/L 280.6TFLOPS, 美国的领先地位 技术趋势（处理器机构、系统体系结构、互连结构）,半导体和芯片技术,0.1微米和0.09微米工艺技术0.05 1.6G 和 3.2G 主频 64位微处理器（2001年） 亿只十亿只百亿只晶体管 千亿只晶体管的DRAM SOC,我国的情况 固定电话用户： 2002年底2.14亿 2003年底2.63亿 2004年3月2.81亿 移动电话用户： 2002年底2.06亿 2003年底2.69亿 2004年3月2.90亿

7、,互联网络联机数 2002年12月底2083万台 与一年前同期相比： 一年增长66.1%, 68倍于1997年10月的29.9万台 2003年12月底3089万台 一年增长48.3% 103.3倍于1997年10月的29.9万台,上网用户数 2002年12月底 5910万人 半年增长35.9%, 一年增长72.8% 95倍于1997年10月的62万人 5910万/13亿=4.5% （世界平均10%） 2003年12月底7950万人 半年增长16.9%, 一年增长34.5% 128.2倍于1997年10月的62万人 7950万/13亿=6.1%,芯片技术 0.18微米芯片0.13微米0.09微米

8、（2007？） 500M主频 1G主频 2-3G 主频 （2007？） 32位微处理器64位微处理器 规模（千万只管子）和品种 DRAM ？ SOC 整机 高端计算机 工作站 PC机,3，进展与差距,较大的进展 某些产品产量世界首位或名列前茅 电信用户、互联网规模 一些自主知识产权的关键技术 差距 产业规模 高端产品研发 基础研究，科学发现和技术创新（技术、系统） 加强基础研究 基础研究成果（知识形态的）的作用广泛而长远 基础研究活动对人思维、治事方法的训练 国民创造能力对国家地位的提高,4，“十五”优先领域概括,下一代通讯系统和网络 网络计算与信息安全 高性能计算 新型信息处理 新型技术手段

9、和器件技术,（）网络与信息安全 可扩展性 方便地共享资源 无处不在、无时不在的计算， 服务质量保证 安全性 对网络的行为特性的认识,（2） 高性能计算 计算模型（PRAM, LogP, BSP,-?) 体系结构（MPP, Cluster, SMP, VM, GRID -?) 高性能算法与计算理论（调度，通讯，粒度） 计算环境 基于新技术的计算机系统（量子，超导，生物，光）,（3）芯片与器件技术 小尺寸器件工艺 散热 SOC 功能到结构的映射 测试与验证,5，NSFC “十五”优先领域,5-1-1，网络计算与信息安全 5-1-2，半导体集成化芯片系统基础 5-1-3，认知科学及其信息处理 5-1

10、-4，量子信息学基础,5-2-1，新型无线宽带信息系统 5-2-2，高速通信系统 5-2-3，高性能计算 5-2-4，计算机软件 5-2-5，智能化系统、理论与算法 5-2-6，光子基础与新型光子器件 5-2-7，纳米电子学的基本问题,5-3-1，信息功能材料 5-3-2，生命科学中的信息科学 5-3-3，复杂系统与复杂性科学 5-3-4，21世纪制造科学中的信息技术,4，一些新发展的领域及时给以重视 可可信计算 深深空探测中的通讯与控制 大大功率高性能激光器 空空天地一体化网络 传传感器网络,6，关于“十一五”战略规划的考虑,6.1 注意:基金的定位, 鼓励自由探索,国家和社会需求 6.2

11、优先领域遴选原则 重要性 前沿性 交叉性 我国已有的基础,6.3 学科发展战略及两类优先领域 大跨度学科交叉 信息科学技术本身,学科发展战略中的信息科学部份,信息科学研究信息的产生、获取、存储、显示、处理、传输和利用，包括通信与电子学、计算机科学与技术、自动化科学与技术、半导体与微电子学以及光学与光电子学等学科。“十一五”期间重点支持以下研究领域：未来通信理论与系统；先进信息处理；电磁波产生、传播及应用的新理论与技术；生物信息处理与生物计算；高性能计算及网络计算；计算机挑战性应用关键技术；大规模科学与工程计算；可信计算；大型、关键软件系统设计方法与技术；人工智能与先进机器人；系统感知、建模、分

12、析、优化与控制；认知过程及信息处理；计算与通信系统集成器件与集成系统关键技术；光信息处理与显示中的关键科学问题；先进光子学技术；等。,6.4 大跨度学科交叉优先领域 （尚未最后确定）,认知过程及智能信息处理 知觉信息处理与注意调控； 学习与记忆过程中的信息处理，机器学习 新方法； 思维与语言模型，语言的认知与信息处理模型； 脑成像数据的获取与分析； 人-机结合的智能系统； 基于环境的认知。,生物信息处理与生物计算* 生物信息学的基础理论与算法，如进化分析和功能类比，功能分析和基因预测，生物大分子结构预测； 功能基因组学中的信息科学理论与关键技术，如比较基因组学，基因表达和调控网络分析，蛋白质结

13、构与功能分析和预测，基于重大疾病的生物信息分析技术和方法； 系统生物学的关键技术，如生命信息系统的建模与仿真，系统生物学中的数据挖掘技术，复杂生命系统的计算、模拟与控制技术。,纳米技术基础及纳米器件 纳电子器件的量子效应和单电子行为特性； 纳米结构的量子效应、尺度效应和边界效应；纳米结构的测试和表征； 硅基微电子器件的新原理、新技术及新结构； 纳米传感、检测、存储与显示器件； 纳米材料与纳米颗粒的生物学效应； 生物单分子与单细胞的识别、操纵控制原理； 纳米结构的仿生制造及生物学功能及信息获取与智能系统的仿生学原理； 生物与医学用纳米材料的设计与可控合成、修饰及宏量制备技术； 基于微系统与纳米技

14、术的微型医疗诊断技术与方法等。,可信计算理论与关键技术 可信计算系统的体系结构与关键技术； 网络系统的安全机制，信息安全的算法与协议； 大型软件系统的需求分析、规约与设计的方法与技术； 系统的自动测试与分析，故障定位与修复； 信息系统可靠性的工程设计关键技术； 信息系统可靠性分析与评估； 可信计算系统开发与管理的工程化方法，等。,科学与工程计算*,工业问题中的建模分析与优化；金融风险分析与预测；地球系统模拟；大气、海洋、地下水和石油等复杂流体计算；材料物理中的多尺度计算；复杂生命系统的计算、模拟与控制技术； 高性能计算方法和技术；并行计算、网络计算中的关键技术；计算机辅助技术； 大规模科学计算

15、软件平台；等。,6.5 信息科学技术优先领域 （尚未最后确定）,6.5.1.未来通信理论与系统 6.5.2.先进信息处理 6.5.3.电磁波产生、传播和应用的新理论与技术 6.5.4.高性能、高可信计算系统 6.5.5.计算机挑战性应用关键技术 6.5.6.智能科学基础与智能机器人,6.5.7.系统感知、建模、分析与控制 6.5.8.半导体集成化芯片系统（o） 6.5.9.光信息处理中的关键科学问题 6.5.10.先进光子学技术 6.5.11.生物信息处理与生物计算,7, 网络和信息安全重大研究计划,第一期：4000万元，4年 第二期：1200万元，3年 体系结构、协议，强调面向下一代互联网

16、QoS: Models, Mechanisms, Algorithms for Quality of Services Dynamic Behavior of Large Scale Networks 承载网，光网和无线网络 Optical Nodes and IP-Based Optical Networks Wireless Access, High Speed Transmission,网络管理 Platform for Network Management Systems Middleware 网络信息安全 Protocols for Information Security Network Attack Detection and Reaction Infor