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潘文:新一代信息技术产业发展趋势

2016-12-21 10:53:31 大讲堂 潘文

   中国电子信息产业发展研究院信息化中心主任 潘文

  一、新一代信息技术发展趋势

  未来10年信息产业领域可能出现重大技术变革,主要征兆包括以下几点。

  (一)集成电路技术正步入后摩尔时代

  集成电路技术有一个非常重要的定律就是摩尔定律。摩尔定律就是芯片集成度每隔18-24个月增加一倍,性能提升一倍,成本降低一半。原来的386计算机体积都比较庞大,现在一个普通智能手机的运算能力就可以达到它的百倍甚至千倍,这就是摩尔定律的具体体现。现在摩尔定律日益逼近“天花板”。芯片设计越来越小,但它有一个极限,现在的限宽在实验室已经达到14纳米,已经接近物理极限8-10纳米。我们称这种现象为集成电路正步入后摩尔时代。

  后摩尔时代有以下特点:

  1.发展路线图不再清晰

  集成电路制造工艺进入22纳米之前,发展路线图按照等比例缩小原则,不断缩小特征尺寸,就基本可以保证按照摩尔定律发展。后摩尔时代,等比例缩小原则所指明的发展路线图即将走到尽头,只有在基本材料、器件结构等方面取得根本性突破才有可能继续发展,但目前尚未达成共识。

  2.投资规模急剧攀升

  工艺复杂度大幅提升,导致生产线的投资达到上百亿美元的规模,研发持续投入直追固定资产。工艺尺寸达到22纳米、20纳米时,统一的成本下降理论已不再适用。在这个基础上,国家现在有一个集成电路发展基金,就是为了摆脱芯片技术对于国外的依赖,而且要赶超国外,做成后摩尔时代的小芯片工艺的攀升。

  3.系统复杂度持续增长

  大量异质器件的集成提高了系统复杂度。先进封装技术(多层薄膜封装、三维硅通孔、MEMS真空封装、微组装等)将多种非常规CMOS器件(高压晶体管、MEMS器件、光电器件、图像传感器和生物芯片等)集成为高附加值的集成电路产品。一颗芯片上已经能够集成70亿只晶体管,系统复杂度前所未有。软件成为集成电路必不可少的部分。集成电路产品价值表征正由过去的CPU等硬件平台让位给移动系统芯片等应用平台,从强调处理器性能到更重视硬件与软件应用的结合,应用和软件成为发展集成电路技术的重要组成部分。当软件成为必不可少的部分时,系统复杂度将进一步提高。

  4.新器件、新结构、新材料不断涌现

  Intel率先推出的3D晶体管,能够把全新的3D三栅极晶体管投入批量生产。与32纳米2D平面晶体管相比,22纳米3D晶体管在低电压下将性能提高了37%,只消耗不到一半的电量。在20纳米节点上,3D晶体管不是必须的,但到14纳米时,3D晶体管将成为唯一选择。还有一个就是引进了新材料。为减少信号传输延迟,130纳米工艺中已通过双金属镶嵌工艺,引入高电导率金属(铜互联)和低介电常数(低K)材料。45纳米技术时代已经开始引入更低介电常数的介质。90纳米开始引入应变硅材料,45纳米开始引入高介电常数(高K)材料和金属栅。持续按比例缩小的互联给技术的开发和制造带来更多挑战,快速引入新的金属/介质系统和应变硅材料十分重要。再就是高传输速度的沟道材料,它包括半导体纳米线、碳纳米管、石墨烯等。

  5.产业生态快速变化

  第一,商业模式将发生根本改变。在传统商业模式中,集成电路位于电子产品价值的最上游,其价值体现依赖于电子整机和系统应用。随着移动互联网、云计算等新型应用模式的产生,电子产品的更新速度加快,过长的价值链难以保证集成电路产品价值的体现。“应用商店”模式对芯片设计提出更高要求。第二,软件定义芯片。传统的软硬件划分准则不再有效,架构设计的内容包括芯片和芯片软件,芯片软件部分的收益比例将超过芯片本身。芯片软件包括底层驱动程序、监控程序、标准应用接口等,甚至还包括操作系统和部分基础应用软件。软件将从被动跟随芯片升级,发展到主动引导芯片的产品定义。第三,设计企业和代工工厂形成捆绑关系。代工工厂可以同时支持的产品开发数量随着工艺的进步不断下降,这将造成芯片设计企业一旦选定代工工厂,就很难再将成熟产品转移至其他代工工厂,从而造成设计企业和代工工厂之间的合作关系不会轻易改变。

  (二)计算机逐步进入后PC时代

  计算机逐步进入后PC时代,Wintel(微软Windows操作系统和Intel芯片的联合)平台独霸天下的格局正在瓦解,新兴力量正在崛起。为什么这么说?这都是基于一个论点--更为开放的系统正在打败封闭的系统。

  从2006年到2011年的数据对比来看:苹果的iOS系统实际上是在逐步降低的,虽然用苹果手机的人比较多,但是在世界范围内,这种封闭的系统实际上是在掣肘公司的发展;而谷歌的Android系统到2011年已经达到52.5%的市场占有率。其余的封闭系统还有什么呢?最典型的就是诺基亚的塞班系统,诺基亚企业倒台的大背景,就是它的塞班系统的市场占有率从2006年的67%降到2011年的16.9%。此外,还有微软的WM、Palm的Palm系统都是由于系统环境封闭而制约了自身的发展。

  (三)云计算等技术的兴起

  云计算等技术的兴起促使信息技术渗透方式、处理方法和应用模式变革。什么是云计算?云计算是一种通过网络实现对各种IT能力进行灵活调用的服务模式。云计算通过分布式计算、虚拟化等技术,构建用于资源和任务统一管理调度的资源控制层,将分散的信息和通信技术(ICT)资源集中起来形成资源池,动态按需分配给应用使用。

  在这方面阿里巴巴的阿里云有个很好的民用端的例子。铁道部第一次做车票发售网站,春运时,好多人在网上订票感觉系统一直在崩溃,但第二年我们发现没有这个问题了。铁道部起初做这个网站的时候,低估了背后的实际数据运算量和计算能力,因此当很多人蜂拥而至、数据大量爆发的情况下,后台难免崩溃。基于此,铁道部把90%的票据信息处理数据委托给阿里云来做。实践证明,阿里云的数据计算服务完全符合铁道部的要求。现在,网络订票很顺畅,也不再卡了。当然铁道部在定下使用阿里云的时候也做了前期调研,这个调研是基于阿里云的天猫、淘宝用户的使用量,特别是在“双11”时的用户使用量,完全符合春运阶段的用户要求。铁路订票系统问题的解决,堪称经典案例。

  现在以工业化方式提供计算资源已经成为一种潮流。很多中小企业要迎合时代潮流,简单来说就是要做电子商务,它们要进行客户分析计算,但是自己又做不了投入比较高的信息化手段的更新,这就需要有一个给它提供公用云资源外包服务的设施和机构,来帮助它们完成自身的发展。这种以工业化方式提供计算资源的模式就兴起了,其中包括中小企业经常要用的数据存储、数据运用。

  从物理主机和云主机的对比来看,它们各有不同。总体来说云计算改变了IT应用模式,它代表了IT应用服务化的变革趋势,它是服务于企业的。这些平台包括专有云和公共云,专有云可以做互联网数据中心(IDC)的租用,公共云对于中小企业来说更有意义,包括虚拟专有云(VPC)、基础设施云、平台云和应用云,它的业务形态有低成本、高灵活度的特点。

  云技术的出现也对周边行业产生了影响。第一,它带动了X86服务器的发展。在云计算的带动下,许多公司使用“X86服务器+云”的解决方案加速替代了传统的小型机等昂贵设备。从1996年到2010年,X86的年均市场份额增长了2.9%,2010年之后达到6%。这也是为企业省成本的一种模式、方法。第二,它还引发了数据中心的技术剧变。云计算服务带动服务器、交换机等产品的定制化市场不断扩大,原始设计制造商(ODM)超过10%。同时,云技术对网络的需求也催生了软件定义网络(SDN)技术。规模扩大后,能耗控制是关键,绿色成为焦点。第三,它改变了软件产业的格局。现在软件都是围绕云技术的新生态体系建设,包括国外的亚马逊,国内的腾讯、百度、阿里巴巴等。

  (四)大数据兴起

  大数据正在改变科研和产业模式,数据密集型研究成为继实验科学、理论分析和计算机模拟之后的科研第四范式。为什么这么说呢?2011年以后,全球的数据存储量有一个爆发式的增长。这种爆发式增长是有缘由的,且不说现在的互联网智能终端、移动互联网、物联网,举其中最简单的例子就是现在智能手机的信息量都比原来爆发了不知道多少倍。技术的快速进步使低成本的分析和使用数据成为可能。这里实际上还是遵循摩尔定律,即我们的终端成本是逐渐降低的,数据存储成本也是不断降低的。现在高级数据分析包括数据挖掘、人工智能、机器学习等都在不断演进。这些实际上都是数据处理的方式。世界经济论坛发布的《2013年全球信息技术报告》指出,“大数据是一项具有帮助全球经济复苏的巨大潜力的新资产”,“大数据将在取得包容性增长目标方面扮演重要角色”。

  (五)人工智能技术重新兴起

  人工智能概念实际上在20世纪80年代已经被炒得相当火热,但是受制于当时产业链条不健全,技术达不到人们的使用要求。人们也只是在概念中、在影视剧中能想象到一些。但是现在人工智能已经具有可能性了,特别是前一阵炒得比较火的机器人阿尔法狗和人的围棋大战。以“互联网+”制造为代表的经济社会深度智能化应用将为人工智能发展提供前所未有的广阔市场空间。人工智能在1956年被提出以后,在1970年步入低谷期,主要原因是原来的理论薄弱,而且它的终端还没有发展到那个层次。在20世纪80年代就曾经出现过人工智能技术产品的一些商业的供应商,比如世界“财富500强”中一半以上都在开发或使用“专家系统”这种比较初级的人工智能应用系统。但是真正商用的成熟人工智能技术我们直到现在才深切体会到,现在的智能手机就是人工智能的一部分,是其中最初级的部分。

  (六)移动互联网产业创新进程加速

  智能终端发展最初的4年,其计算能力仅相当于8年前的PC。iPhone推出后,智能终端芯片5年时间走过了PC的10年的历程,如今智能终端芯片处理能力已相当于3年前的PC。

  下图把PC固定互联网和智能终端移动互联网发展历程做了一个对比。智能终端移动互联网12年走过了PC固定互联网41年的路,使用起来太方便了,这是现在大家都是“手机控”的原因。

  移动化成为全球最大的浪潮,呈现了前所未有的发展高度与发展速度。截至2014年底,全球移动手机用户超过70亿,其中LTE移动网络用户达到4.97亿,全年新增2.9亿户,年产值已经达到1.8万亿美元,成为全球第11位的万亿美元行业。2014年,移动数据流量是2000年全球互联网流量的30倍。从中国的4G、3G和2G用户来看,2013年到2015年有一个质的比例变化,这跟国务院推行“宽带中国”战略是密不可分的,特别是联通推出的LTE自主知识产权4G宽带应用非常有意义。再来看美国的移动互联网流量的比率,它的比率已经超过全球平均,达到PC端占63%,移动端占27%,移动互联网流量中移动视频占55%,这跟我们国家现在的趋势也是保持一致的。

  除了移动互联网以外,还有现在谈得比较多的物联网,它们两个实际上是密不可分的。移动互联网与物联网融合发展推动万物互联(Internet of Everything)时代到来。智能终端具备成为物联网应用载体和网络中心的条件,奠定了物联网应用大规模普及的重要基础。什么是万物互联?物联网、互联网加起来就是万物互联。举个最简单的例子,原来视频监控个人家庭是无法实现的,现在只要你有手机端,连上家里的互联网,安上一个摄像头,你就可以在任何时候、任何地点监控到家里发生的一切。这就是技术的进步,这就是整个生态圈的构建。

  还有一个预测,就是未来5G可连接的移动终端将达到1000亿。现在发展5G实际上是在为以后的万物互联打下一个非常好的基础。美国电话电报公司(AT&T)泛在智能终端设备已占其新增用户的30%。预计到2020年,万物互联终端设备将达到500亿。

  再有就是未来前瞻性技术,比认知计算、量子通信等等,其中最重要的就是“云-网-端”技术方向的颠覆性重大突破。云端技术包括云操作系统、云安全技术等,网络技术包括工业互联网、5G通信技术、物联网,还有终端技术、信息交叉融合技术、共性技术和未来前瞻性技术等等。

  二、新一代信息技术产业发展特征

  新一代信息技术产业本质的内涵是“新一代”,信息技术的各个分支--集成电路、计算机、通信、软件等都在进行代际的转移。可以从六个方面来看:

  第一,产业深度融合。现在产业交融、跨界竞争重组、信息服务大行业的形成,趋势非常明显。

  第二,应用创新革命。一切都是互联网化、海量应用、开放式创新。

  第三,供需关系变迁。大数据、大流量、网络资源稀缺成为这个供需变迁的关键点。

  第四,发展方式转变。基于产业生态系统的垂直一体化和水平分工,开放式发展、开源化发展生态系统的垂直一体化和水平分工日趋明显。

  第五,制造服务一体。首先是服务化转型,以服务为中心,例如IBM,它以前卖机器,现在卖服务;其次是服务型制造,例如苹果,它是以硬件实现软件价值,实现其应用商店的价值;还有服务引领制造,例如谷歌,它的服务和软件整合了整条产业链。

  第六,技术锁定瓦解。例如Wintel的体系逐步瓦解,基础体系变局有了新的主导力量,包括Android、iOS、ARM系统等等。

  它们反映的特征具体有以下几点:

  第一点,新一代信息技术产业的热点不再是以加工为主的制造业,而是以制造业为基础的自主设计的软件和服务业。这两个典型的例子分别是苹果和谷歌。苹果采用的是路线服务型制造的路线,它是一个封闭的生态系统;谷歌的服务型制造和苹果的路线是一样的,但是它的系统是一个开放式的生态系统,它有大量的服务商进入,大量的硬件商开发适配。二者一个开放,一个封闭,但是主旨都是以制造业为基础自主设计的软件和服务业。

  第二点,新一代信息技术和产品加速互联网化。如果说过去20年信息产业的重点是生产和销售计算机、通信和电视设备,那么新一代信息技术产业的重点是网络化和智能化,将更加关注数据和信息内容本身,从制造加工回归到“信息”产业本来的轨道。

  第三点,新一代信息技术产品日益高度集成。技术产品包括集成电路产品,还包括可触摸显示屏产品、大数据一体机、集成芯片和软件一体化设备、传感器和控制器融合技术等等。

  第四点,与其他行业和技术融合发展速度加快。新一代信息技术产业发展的过程实际上也是信息技术融入其他经济社会各领域各行业创造新价值的过程。电子商务服务业就是其中一种,国内有阿里巴巴,国外有亚马逊。互联网金融也是其中一种,它给实体银行带来了一定的冲击,国内有支付宝,国外有PayPal。还包括智能制造,智能制造实际上是渗透于工业端了。再就是各类的智能产品,聚焦到别的方面,包括智慧城市以及智慧城市的各个方面,比如说智能交通、智慧物流;比如说转化医学的远程医疗、精准医疗等等;还包括像慕课这种网络教育;智慧农业、精准农业等等,这些都是信息技术渗透到经济、社会各领域各行业的创造新价值的过程。

  第五点,商业模式创新。多样化、生态化的商业模式日益成为发展的新趋势、新特征。举五个例子:第一个是苹果,它的商业模式是“统一的操作平台+开放式的应用开发+自主设计智能终端”,是一种硬件模式。第二个是谷歌,它采用的是媒体模式,是“开放式操作系统平台+开放式应用+信息服务”。第三个是微软,它是软件模式,是“统一操作系统平台+开放式应用+系统及应用授权”。第四个是阿里巴巴,它是平台服务模式,是“开放式电商平台+网店服务+支付宝”。第五个是腾讯,它是金融商业复合模式,是“服务平台+虚拟产品+用户为基础的多方合作”的模式。

  三、新一代信息技术产业的增长动力

  未来几年,我国新一代信息技术产业将继续保持快速增长。预计到2025年,新一代信息技术产业的市场规模将在2015年的基础上翻一番,市场规模将突破10万亿元。从具体来看有以下几个方面的需求。

  (一)应用需求

  核心技术是“用”出来的。只有通过深入广泛的应用,才能生产出大量拥有自主知识产权的好产品。比如,业内都知道现在我国集成电路产品大部分从国外进口,我们自行设计生产的集成电路产品只能满足国内20%的市场需求,产业发展的市场缺口其实还很大。这就是一个增长的新动力。

  (二)技术创新

  技术创新是产业发展的不竭源泉。现在我们国家尝试技术创新,包括政府力推的国家集成电路产业基金,包括石墨烯的产业发展规划,包括“互联网+”、人工智能的发展行动计划等等,实际上都是在力推技术创新。微处理器持续的性能高速增长和功能扩展,驱动着信息技术各个领域的创新升级。软件向服务化、网络化、平台化、开源化和高可信发展,促进软件从业态到应用模式的重大变革。新材料、新技术、新工艺带动关键元器件不断换代升级,这些趋势实际上都倒逼着现代国家来进行技术创新。

  (三)产业政策

  产业政策的作用日益凸显。美国很早就预见到这种发展趋势的重要性,意识到新一代信息技术产业的重要性,它在20世纪80年代就开始布局战略规划。发展较好的还有韩国,韩国政府对三星电子长期支持,20世纪90年代总投资达到266.5亿美元。还有周边如台湾地区发展也比较好。

  信息技术产业实际上也是消化吸收再创新的过程,大量的政府投资、民间融资等等才保持了它现在的发展态势。后摩尔时代,集成电路产业投资急剧攀升,政府引导和推动产业发展的作用将进一步放大。

  (四)资金投入

  资金投入是推动新一代信息技术产业发展必不可缺的重要元素,因为它具有资金密集、技术密集的特点,需要大量的资金支持。我国集成电路产业基金一期预计总规模已达1387.2亿元,实现超募187.2亿元。实际上这也需要资本市场投资、并购、运作等各方面共同发力来推动产业的快速成长。

  就国内来看,资本市场的投资、并购和运作推动产业快速增长的案例非常多,从2014年的12月开始集中发力。国家的政策导向出来后,企业资本市场动作频繁,很多投资和并购事件都是围绕集成电路产业展开。

  四、重点产业发展前景

  (一)大数据产业

  从全球来看,大数据已经引发了全球各国家、各领域、各企业的高度重视,它们都有一个共识--大数据等于战略资源。企业和市场的嗅觉是最灵敏的,2000年谷歌、亚马逊就已经利用大数据开展它们的电商业务,现在的百度、阿里巴巴和腾讯只是模仿而已。现在国内电商规模非常巨大,积累的数据也非常巨大。比如在电商平台买完一个东西,下次再买不仅还有痕迹,而且会推荐同类型的产品,这都是数据分析结果。2011年麦肯锡总结大数据现象并发布报告,推起大数据热潮。作为全球最顶尖的咨询机构,它的发布一般是具有全球影响力的,这样就造成IBM、沃尔玛等大型企业都开始并购大数据公司,进军大数据领域。2012年世界经济论坛讨论大数据议题,引起商界的高度关注。会议结束以后,美国、英国、日本、俄罗斯、印度等积极布局大数据战略,开放政府数据,投资大数据研究。2014年全球大数据市场规模已经达到了285亿美元,同比增长53.2%,大数据已经成为全球IT支出新的增长点。2014年IT市场的数据中心系统支出达到了1430亿美元,比2013年增长了2.3%。2014年大企业对于大数据有关项目的平均开支为800万美元,70%的大企业和56%的中小企业已经部署或正在计划部署与大数据相关的项目和计划。

  关于大数据全球的发展现状,在国家战略层面,现在美国、英国、澳大利亚、日本等国家政府端已经推出战略,开放数据。从企业端来看,企业端开发商业数据,增加商业利润,扩大大数据的规模。不仅是谷歌、亚马逊、甲骨文、IBM、Facebook等公司,包括中国的一些公司也都在大数据挖掘方面做最重要的文章。从技术端来看,基于开源、基于Hadoop这种技术的创新在不断持续。从各个领域来看,大数据的应用也在不断更新,比如说交通、医疗、金融等等,当然这也带来一个风险,这就是数据安全。数据安全的标准与隐私保护也成为现在舆论争论的焦点。

  1.我国大数据市场规模

  现在我国国家大数据的战略规划已经出来了,各地发展大数据的积极性很高,到处都在布局数据中心,行业应用也得到快速推广,市场规模明显增加。易观国际的数据显示,2014年我国大数据市场的规模已经达到75.7亿元,同比增长28.4%。从我国来看,大数据市场结构初步形成了三角形的供给结构,包括互联网企业、传统IT厂商和大数据企业,但产业链结构不太均衡。

  从区域分布来看,我们大数据产业链条的发展主要聚焦了四个点,分别是京津冀、长三角、珠三角、中西部。京津冀产业链条初步健全,比如北京市信息资源管理中心,让各地方联合来管理信息资源,聚集效应开始显现;从长三角来看,开展布局的城市现在也增多了;上海有信息资源中心、开放数据的政府门户网站,最值得一提的是,上海的智慧城市和云计算这两个重要支撑做得不错,特别是在智慧城市的应用、数据挖掘方面在全国都是领先的;珠三角的特点是政策扶持持续给力,产业发展进入了良性循环;中西部在大数据发展规划里边唯一点到的地名是贵阳,这两年发展得非常迅猛,全省、全市对于技术的理念、数据的前沿性想法都让人叹服,大数据已经成为其转型的新经济增长极的重要抓手。

  从我国大数据发展现状来看,政府出台了大数据发展规划、大数据发展战略,各地也是相应出台自己的数据战略布局;从企业端来看,阿里巴巴、百度、腾讯、京东、用友、九次方等这些企业都在布局自己的大数据相关发展领域;从大数据应用的生态来看,阿里、腾讯都在制造自己的数据,打造从采集、开发到应用的生态闭环;从国内院校来看,清华大学、中国科学院、北京大学都在跟企业合作进行大数据相关的技术研发。

  2.创新发展特征

  首先是技术创新。典型案例就是Hadoop技术持续升温,生态系统不断壮大。2014年Hadoop生态系统市场规模在7700万美元左右,到2016年将快速增长至8.13亿美元,短短两年时间增长了将近10倍。正是因为创新体系日趋完善,新技术和新产品的涌现也是层出不穷。在互联网企业中,谷歌发布开源容器集群管理系统Kubernetes,百度发布了全球首个开放大数据引擎;在传统IT企业中,甲骨文发布了大数据一体机的编码工具,浪潮也推出了国内首款面向金融行业的大数据定制机;在大数据企业中,领英(LinkedIn)开源了大数据计算引擎Cubert,并为此创建新的语言,Pivotal推出最新大数据套件(Pivotal Big Data Suite)。

  应用创新也成为驱动的重要引擎。很多技术和产品是在应用需求的引导下完成创新和突破的。在Hadoop、Spark、Storm等开源技术的影响下,大数据的技术壁垒越来越低,开展大数据业务的企业无需担忧技术实现问题,而是将更多的精力和资源投入到对需求的挖掘、分析和满足上。面对各行业的特性需求和不同用户的个性化需求,企业不断地创新出新技术、新产品、新业态和新模式。

  在创新的发展特征里,商业模式创新相对缓慢一些。大数据的商业模式创新较多出现在数据的存储、计算、分析和可视化等相对成熟的环节上。比如说像IT厂商围绕自身优势业务,如甲骨文的大数据一体机、IBM的大数据研发信号转换芯片;互联网企业多是自己应用或免费开放,如谷歌预测、百度的大数据引擎、阿里的开放数据等等。这些都是出现在数据存储计算可视化相对成熟的环节。但是关系挖掘、沉淀价值利用、数据社交和跨接连接这些模式不是很成熟,因为这些需要大量的模型计算,需要大量的数据累计。

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