根源性创新与计算机产业

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1、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v一. 什么是根源性创新.v二. 数十项根源性创新创造了计算机半个世纪的 辉煌.v三. 当今计算机产业的辉煌-PARC的功不可没.v四. 本世纪与计算机有关的十四个高经济产值的难 题.v五. 根源性创新的产生土壤.一. 什么是根源性创新v1. 什么是根源性创新.v2. 两种不同的战斗局面.v3. 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v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. v例如: 阴极射象管的发明, 晶体

2、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v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

3、 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)v生产能力(技术和设备)被淘汰了. v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v器件 v通讯技术 -精确的语言翻译技术vOS(下一代)v显式设备v内存v.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v1. 计算机半个世纪的辉煌v2. 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v神速发展: 自从1946年第

4、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. v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:v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).v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. vB-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

5、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)v并行算法, 并行-分布式处理, 关系数据库, 图形用 户界面GUI, . v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, .v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)v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. v应用: 从军用到民用, 从大工程, 大企业到

6、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. v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v1. 当今计算机产业辉煌-PARC功不可没. v2. 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v微软辉煌成就的基础不是比.盖茨创造的. vXEROX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(O OP), 激光打印机和以太网. vXE

7、ROX 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. v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v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.v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 B2C e-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

8、性 创新的结合构成当代互联网的繁荣(续)v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. v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.v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 v1. 网络安全v2. 网络计算v3. 网络上巨量信息的查找v4. 一体化服务v5. 自然语言的自动翻译v6. 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

9、产值的难题(续)v7. 软件研制效率(2)-下一代操作系统v8. 软件研制效率(3)-可靠性v9. 软件研制效率(4)-再用v10. 软件研制效率(5)-群体工作v11. 软件研制效率(6)-自然化v12. 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)v13. 继续发展热门难题的存在背景 之一: 集成电 路的下一步v14. 继续发展热门难题的存在背景 之一: 光纤的 下一步v15. 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v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. v每年全球在网络安全上的开支也

10、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. v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)v历史事实说明, 这些措施都是相对的: v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. v任何大型软件系统难免有漏洞, 操作系统也不例外. v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)v病毒等非法入

11、侵活体(指 一个程序段), 难于被鉴别. v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. v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). v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v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. v待解决的问题很多, 首先是双向安

12、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)v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v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. v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)v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

13、体化服务vGRID词典上的含义:网栅网格 | 水电煤气供应网. v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)v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)v这个问 题的解决, 有点象当年从 管理程序飞跃到 操作系统.v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

14、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v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. v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)v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

15、观物理世界. v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v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. v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.v符号化语言(汇编), 算法语言, 可视语言, .v函数式语言?7. 软件研制效率(2) -下一代操作系统vWINDOWS 的下一步? vDOS=WINDOWS: 线性=平面. 有本质飞跃.v真的是三维空间的 WINDOWS?没有本质飞跃.

16、 v?8. 软件研制效率(3) -软件可靠性v四个本质,核心难 题: 可靠性, 再用, 时空群体工作 和自然化.v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v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v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? v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. v软件工程的方法是牺牲软件人员创造力为前提. 11. 软

17、件研制效率(6)-自然化v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. v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)v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v计算科学将与理论科学和实验科学具有同等重要性 v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

18、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. v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v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. v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v一方

19、面, 通讯能力要求迅速发展, 另一方面, 未来似 乎存在一个通讯能力过剩问题.v后者将促使新的应用-需 要更大的通讯能力的应 用的出现.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v智能是能够自动地学习知识,而且能够自动地和有 效地利用学习到的知识去解决问题的通用能力. v学习包括知识学习,识别学习和训练学习(例如, 鸟 学飞,人学骑 自行车,.) 等等. 许多动物有后两种学 习能力. 知识学习仅仅是人类及少数动物才具有的 能力. v人工智能的最初目标就是让计算机模仿人类的智能, 帮助人类解决部分创造性的劳动.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

20、性劳动(续)v但 是, 50年来, 没有任何人造系统(无论是软件还是 硬件, 还是混合)有智能. v严肃的人工智能学家, 已 经把人工智能的目标,改 为: 人工智能是专门研究那些人类做得比机器做得 好的领域的科学. 例如, 人类下棋比机器下得好, 那么机器下棋 就是人工 智能要研究的领域, 等等.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(续)v人类登月的愿望已经超过五千年, 但是实现登月只 有五十年. v由牛顿创立了牛顿四大定理(1666年的万有引力加 上1687年力的三大定理), 给登月建立了理论基础. v光有理论基础, 仍然不可能登月. 直到约300年之 后,

21、控制技术, 燃烧技术成熟以后, 才实现了人类登 月的愿望.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(续)v计算机帮助人类进行某些创造性劳动, 这件事的社 会效益和经济效益是十分巨大, 是划时代的, 所以 迟早还会再提到人类的议事日程上来. 不过, 先要 解决其理论基础, 还要考虑其技术前提. v半个世纪以来, 虽然某些著名的科学家的过于乐观 引起了非议, 但是也未必不是好事, 它总算是促进 了人们对计算机协作人类进行创造性劳动的关切和思考.五. 根源性创新人才的生长土壤v1. 人才资源与能源资源的区别:v2. 不同领域一般人才与杰出人才的作用差别的比 较: v3.

22、根源性创新人才的生长土壤: v4. 为什么中数十项的领先的技术没有诞生在中国.v5. 根源性创新与论文 v6. 什么是硅谷的灵魂1. 人才资源与能源资源的区别: v能源资源在使用中消耗, 减值; v人才资源在使用中成长, 增值.2. 不同领域一般人才与杰出人才的 作用差别的比较v体力劳动人员: 1:1.2-1.5; v软件研制人员: 1:3-10; v根源性创新研究人员: 0:1.3. 根源性创新人才的生长土壤v工资仅仅是生活环境, 以下的工作环境是人才生长, 增值的关键. v目标环境: 研究项目必须是前沿, 重大. v人员环境: 研究集体应该是一个火热的熔炉, 杰出 人才济济, 有一大批跨学

23、科人才, 有数以百计的年 轻, 生气勃勃 的硕士, 博士研究生. 经常有高水平 的各种讨论班, 学术报告会.3. 根源性创新人才的生长土壤(续)v信息环境: 信息丰富而且及时. 信息是国际化的. v实践环境: 需求及人, 财, 物的支撑环境, 包括 资金, 人员及物质条件具备.3. 根源性创新人才的生长土壤(续) v分工环境: 也是一种重要的支撑环境. 研究-开发-市场 分工和接力. 在这支撑环境下, 任何重大创新 成果, 能迅速变成重大的经济效益和重大的社会效 益. 这点非常重要, 相当于成果放大器. 在良好的分工环境下, 根源性创新成果能够迅速增 益, 变成巨大的社会效益和经济效益. v在

24、糟糕的环境下, 根源性创新成果的社会效益和经 济效益常常等于零.3. 根源性创新人才的生长土壤(续)v自由创造环境: 根源性创新人员的创新成果, 一般 不是根据某些人的计划产生的. 常常是科学家以社 会重大需求为动力, 经 过长期观 察, 思考, 研究和 探索而产生的-这些是必然基础. 产生过程往往 是偶然的, 不可能事先被指定的.创新人员观察到的 目标未必在计划或者规划中. 聪明的规划人员常常 会把创新人员新捕获的重大目标灵活地, 及时地补 充纳入在其规划中, 并且给予及时的和充分的支持.4. 为什么领先的技术常常发生在美国(发明人包括在美国的中国人) v因为过去在中国缺乏根源性创新人才的生

25、长土壤和创新工作环境.5. 根源性创新与论文v有重要的创新(包括根源性创新)必然有所重要发现或者有所重要发明, 必然能够把创新点写成为论文. (当然, 发明 是在申请专利之后才公开发表, 由于种 种原因, 也可能不发表.) v论文发表在该领域的权威杂志数量与论文发表总数之比大体上能反映该领域论文的平均质量.6. 什么是硅谷的灵魂v既然创新是硅谷的灵魂, 那么必然有每年数百家公 司成立(成立公司来把创新转换成为社会效益和经 济效益)和每年有数百家公司被收购或者倒闭. v因为任何一个创新成果不可能万岁, 需要不断有 新的创新成果才能够维持 一个公司. (除非它变成资本操作的公司, 或者其他性质的公 司.)谢谢!