邬贺铨院士：“十四五”时期的互联网技术
添加时间：2020-11-16 点击次数：330
2020年11月11日，在第二十二届高交会中国高新技术论坛开幕论坛上，中国工程院院士邬贺铨作了是《“十四五”时期的互联网技术》的主题演讲！
邬贺铨先生长期从事数字和光通信系统研究开发工作，1999年当选为中国工程院院士，从2003年以来先后作为国家下一代互联网示范工程专家委主任组织IPV6项目研究实验，作为新一代无线宽带移动通信科技重大专项总师，组织3G、4G、5G项目研究开发，近年来负责组织重大工程科技咨询项目研究。
下面有请邬贺铨先生的演讲：
从第一次科技革命1687年开始，到1915年爱因斯坦提出相对论开始第二次科技革命。这中间对应着三次工业革命，第一次工业革命是机械化为代表，第二次工业革命是电气化为代表，第三次工业革命是信息化。信息化对应的技术，现在是实时通信技术。为什么从1990年算起呢？这时候是互联网进行商用，也是中国全功能接入互联网的时候。大家关心的是现在信息化能持续多久，按照前面的是100年，所以推测信息化可能会延续到本世纪，当然不仅仅是信息通信，也许会信息跟生物技术结合。科技革命带动经济的变化，我们从农业经济走向工业经济，现在是数字经济，实际上也是工业经济时代的特征。新技术首先从摩尔定律集成电路开始，集成电路经过这么多年的发展和技术进步，集成电路基本上还是沿着摩尔定律发展，集成电路器件包括晶体管数密度的变化，我们以华为5G手机为例，2018年9月是麒麟780，2019年9月是麒麟990，今年9月是麒麟9000，在5纳米的工艺上每平方毫米有1.71亿个晶体管。我认为集成电路的技术进步在4G之前是计算机驱动的，5G极大引领了集成电路工艺技术的进步。如果说今年手机已经进入了5纳米，到2025年有可能会用1纳米的。目前CPU的能力已经做到跟老鼠脑子的水平差不多，有望2030年达到人脑的水平。全球超算50强，前三名是日本、美国，中国排第四、第五，但是在全球500强里面，中国占了45%，是最多的。计算能力还需要有很大发展，从2012年到2019年，人工智能所需要的计算能力增长了30万倍，但是并不一定都要由超算来计算人工智能，人工智能目前神经网络并不需要那么高的精度和指令集，也许专为人工智能设计专用计算机比通用的更有效。人工智能的算法目前还是基于深度神经网络，分出来是什么东西机器不见得是知道什么东西，这时候要人告诉它，这叫有监督学习。当然如果进来的带有文字，也许不需要人告诉它，它就知道分类是什么。经过分完类，我们可以进行测试。猫、狗这些是很形象的，工业上用收集的数据不能眼睛一看就知道是什么，必须要标注和清洗。人工智能的发展，第一代还是基于专家系统靠推理，第二代主要是靠数据驱动做感知，都还有片面性，未来需要有知识与数据的融合，要解决现在人工智能稳定性、可解释性还不够的问题。
所有网络发展都需要通信，现在以光纤为例，单波长可以支持多个信道，另外可以波分负用，还可以有X偏振、Y偏振，还有载波复用，光的技术也在不断演进。原来单膜光纤只传一个膜，现在利用信号处理技术，一根光纤可以传出多膜，也就相当于当几根光纤使用。我们通过多重维度提高光纤的容量，并且光网络技术也在发展，光接入技术也在从普通的拨号上网到ADSL到现在的百G-PON，5G也会对传输技术提出新的要求。总之，单光纤的容量20年提高了1万倍。未来干线的单波长可以做到T比特，单纤可以做到P比特，长距离也能做到100T，到目前为止还没有把光纤理论上的容量能够达到，还有一个很大的空间。我们走过的第一代移动通信是模拟的，蜂窝小区依靠频率的不同区分用户。2G是数字的，它靠时序的不同区分用户，3G是以码道的不同区分用户，4G把频率和码道几重因素用上去，4G可以做到峰值速率100M，5G的多址方式是4G的改进，峰值继续提升。这里面相同的是它们都是十年一代，每一代峰值速率提高了1000倍。以5G为例，它主要还是依据通信的香浓定理，首先把基站做得更密、把天线做得更多、把频率展得更宽、物理层的改进，做到了增强移动宽带高可靠、低时延长、广覆盖、大联接。同时还要利用网络技术，云化、虚拟化、软件定义、网络切片，使得5G和4G比在多项性能上有1-2个数量级的提升。但是5G毕竟是无线传输技术，为什么会起这么大的作用呢？是因为它高宽带、高可靠、低时延、大联接。它把云计算、大数据、人工智能、物联网、区块链、工业互联网紧密地融合在一起，打通了数据从采集、处理、分析、决策的全过程，发挥了数据作为生产要素的作用，所以它是集成了新一代信息技术，当然未来还会往6G进一步发展。我们再看互联网。互联网到现在有50余年的历史，前50年基本上是美国国防部的网络和科学基金委的网络，更多是为学术研究用。从90年代开始互联网商用，这十几年时间互联网基本上中外出现了一大批互联网企业。现在进入了移动互联网时代，人工智能、大数据这些技术也凸显。随着5G的商用，工业互联网、可信互联网和价值互联网。业界一直在探讨网络新的颠覆性的技术，但是应该说现在还没有可信的、可用的技术，现在回过头来看IPV6，我们现在把地址更进一步利用，传统的IP地址不知道IP包上承载什么业务，现在我们在IPV6上定义IP包，用户的身份，APP的身份，业务的需求，对信道带宽、抖动、时延、丢包率有什么要求，就可以知道是什么业务，可以针对性服务。现在我们在IPV6里面，根据传输过程中的误码发现丢包率，并且加入时间标签可以发现传送的延时。我们还通过分段陆游，比如我们计算出这个路由，然后下发给第一个路由器，在第一个路由器得到IPV6的指令，中间的路由器就没必要进行思考了，直接可以建立一条路由。一旦里出了故障马上上报重新修改这个路由。可以实现快速倒换，可以预先针对故障应该往哪倒，甚至可以为同一个人的同一个目的地的业务，我们可以同时安排4条路由，这样保证高可靠。而且通过软件定义，我们可以区别正常选这条路，如果要求低时延可以给你选低时延的路，如果你需要高带宽可以给你选高带宽的路。IPV6使得网络可以更能感知网络，更能提供有针对性的服务。5G毕竟还驱动了物联网的发展，2016年通过了窄带物联网的国际标准，现在5G实现了高宽带、大连接并且智能联网。什么叫智能联网？我们甚至可以把人工智能的芯片、人工智能的操作系统嵌入到物联网终端，这样就组成一个前端具有智能处理的物联网终端智联网。更进一步我们可以把区块链也嵌入到物联网上。未来不单是上网上云上链，不仅是网络互联，数据互联，价值互联，我们从物联网发展到智联网、信联网，从万物互联到万物智联，到万物信联。5G的出现使得我们的计算能力分配有很大的不一样，一种是终端计算验算，云端的迁移，终端不需要赋予那么大的计算能力，通过5G网络，高带宽、高可靠，第一时间获得云端的能力，所以终端可以简化，即插即用。另外一种是把云端的能力一部分下沉到边缘云，这样便于实时性处理那些对时延敏感的业务。云边端都有计算能力，需要很好的协同。比如城市视频有很大的摄像头，前端摄像头做视频编码，边缘计算做特征提取，中心云做联合优化。我们现在推动的虚拟现实的沉浸式运用，手机做视频全景编码，边缘计算做全景压缩，中心云做背景渲染，这样把各方面的能力充分调动。现在工业互联网会成为互联网发展的主场，工业互联网连接海量的数据，通过工业互联网平台支持各种APP的应用。平台里面包括了边缘层以及IaaS，这里面有各种各样的基础设施。更重要的是PaaS层，以及SaaS提供工控软件和工业APP，估计到2025年工业PaaS有望标准化。“十四五”还会有更大的发展，虽然现在5G商用了，但还有很多我们意想不到的东西。
我们回顾一下历史，2G是1991年商用的，中国是1994年开始的，1992年有了短信，2003年有了手机QQ，2004年有了支付宝。3G是2001年商用的，中国是2007年开始使用的，3G出现以后有了智能手机、移动电子商务、微博、美团、微信，中国的微信是在3G商用4年以后才出现的，可以说在3G商用之初我们根本不知道会有这些东西。4G是2010年商用的，中国是2013年开始的，得益于宽带能力，4G之后有了支付宝、网约车、拼多多、头条、快手、抖音，这些也是4G商用之初没有想到的。中国的5G跟发达国家同步，得益于云端智能融合能力，可以支撑超清视频、虚拟现实、智联网、工业互联网、车联网，但这些就是5G的全部吗？不是的，移动通信新业态是网络能力具备以后催生的，5G一定会催生出现在还想象不到的新应用。我们说5G会渗透到各行各业，我们可以回顾2G网上银行，3G出现手机银行，4G有数字银行，5G将来会推动智慧银行。整个数字经济会有更多的新技术、新模式、新业态出现。5G有机构预测，2035年会增加13.2万亿美元产出，对应的GDP增加是7%，对应的全球是3.6万亿美元，中国是1.1万亿美元。麦肯锡预测，2030年AI为全球GDP增加1.2个百分点，经济增加13万亿美元。埃森哲预测2035年AI使全球利润率提高38%，相当于经济增长14万亿美元。埃森哲预测，到2030年，工业互联网能为全球经济带来14.2万亿美元的经济增长。我们说人工智能、5G、工业互联网三者，有些是2030年，有些是2035年，我们保守点都算到2035年，这三者之间会有一些重叠，可以预计到2035年人工智能、5G、工业互联网使全球经济增加40万亿美元。中国信通院做了对国内数字经济的预测，去年数字产业化技术的直接贡献占GDP的7.2%，产业数字化这些技术在传统领域里面的附加值占GDP的29%，两者加起来超过了GDP的1/3。我们现在处于信息技术的时代，还将持续一个很长的周期，“十四五”仍然是信息技术发展的黄金时期。在“十四五”，5G与IPV6、光纤通信、云计算、物联网、大数据、人工智能、区块链等新一信息技术融合，并与产业技术深度融合，腾云驾雾融智赋能。互联网作为通用技术也将通过数字化、网络化、智能化服务于其他高新技术及产业的发展。互联网将从面向消费应用深化拓展到面向产业应用，加快数字化转型的渗透，促进数字经济发展。互联网从用户普及率来看难以高速增长，但面向物的连接数将多于面向人的连接数。互联网形成的创新生态还会释放更大的创新潜力，新模式、新业态、新应用将会不断地涌现。谢谢大家。
邬贺铨先生长期从事数字和光通信系统研究开发工作，1999年当选为中国工程院院士，从2003年以来先后作为国家下一代互联网示范工程专家委主任组织IPV6项目研究实验，作为新一代无线宽带移动通信科技重大专项总师，组织3G、4G、5G项目研究开发，近年来负责组织重大工程科技咨询项目研究。
下面有请邬贺铨先生的演讲：
邬贺铨 中国工程院院士
从第一次科技革命1687年开始，到1915年爱因斯坦提出相对论开始第二次科技革命。这中间对应着三次工业革命，第一次工业革命是机械化为代表，第二次工业革命是电气化为代表，第三次工业革命是信息化。信息化对应的技术，现在是实时通信技术。为什么从1990年算起呢？这时候是互联网进行商用，也是中国全功能接入互联网的时候。大家关心的是现在信息化能持续多久，按照前面的是100年，所以推测信息化可能会延续到本世纪，当然不仅仅是信息通信，也许会信息跟生物技术结合。科技革命带动经济的变化，我们从农业经济走向工业经济，现在是数字经济，实际上也是工业经济时代的特征。新技术首先从摩尔定律集成电路开始，集成电路经过这么多年的发展和技术进步，集成电路基本上还是沿着摩尔定律发展，集成电路器件包括晶体管数密度的变化，我们以华为5G手机为例，2018年9月是麒麟780，2019年9月是麒麟990，今年9月是麒麟9000，在5纳米的工艺上每平方毫米有1.71亿个晶体管。我认为集成电路的技术进步在4G之前是计算机驱动的，5G极大引领了集成电路工艺技术的进步。如果说今年手机已经进入了5纳米，到2025年有可能会用1纳米的。目前CPU的能力已经做到跟老鼠脑子的水平差不多，有望2030年达到人脑的水平。全球超算50强，前三名是日本、美国，中国排第四、第五，但是在全球500强里面，中国占了45%，是最多的。计算能力还需要有很大发展，从2012年到2019年，人工智能所需要的计算能力增长了30万倍，但是并不一定都要由超算来计算人工智能，人工智能目前神经网络并不需要那么高的精度和指令集，也许专为人工智能设计专用计算机比通用的更有效。人工智能的算法目前还是基于深度神经网络，分出来是什么东西机器不见得是知道什么东西，这时候要人告诉它，这叫有监督学习。当然如果进来的带有文字，也许不需要人告诉它，它就知道分类是什么。经过分完类，我们可以进行测试。猫、狗这些是很形象的，工业上用收集的数据不能眼睛一看就知道是什么，必须要标注和清洗。人工智能的发展，第一代还是基于专家系统靠推理，第二代主要是靠数据驱动做感知，都还有片面性，未来需要有知识与数据的融合，要解决现在人工智能稳定性、可解释性还不够的问题。
所有网络发展都需要通信，现在以光纤为例，单波长可以支持多个信道，另外可以波分负用，还可以有X偏振、Y偏振，还有载波复用，光的技术也在不断演进。原来单膜光纤只传一个膜，现在利用信号处理技术，一根光纤可以传出多膜，也就相当于当几根光纤使用。我们通过多重维度提高光纤的容量，并且光网络技术也在发展，光接入技术也在从普通的拨号上网到ADSL到现在的百G-PON，5G也会对传输技术提出新的要求。总之，单光纤的容量20年提高了1万倍。未来干线的单波长可以做到T比特，单纤可以做到P比特，长距离也能做到100T，到目前为止还没有把光纤理论上的容量能够达到，还有一个很大的空间。我们走过的第一代移动通信是模拟的，蜂窝小区依靠频率的不同区分用户。2G是数字的，它靠时序的不同区分用户，3G是以码道的不同区分用户，4G把频率和码道几重因素用上去，4G可以做到峰值速率100M，5G的多址方式是4G的改进，峰值继续提升。这里面相同的是它们都是十年一代，每一代峰值速率提高了1000倍。以5G为例，它主要还是依据通信的香浓定理，首先把基站做得更密、把天线做得更多、把频率展得更宽、物理层的改进，做到了增强移动宽带高可靠、低时延长、广覆盖、大联接。同时还要利用网络技术，云化、虚拟化、软件定义、网络切片，使得5G和4G比在多项性能上有1-2个数量级的提升。但是5G毕竟是无线传输技术，为什么会起这么大的作用呢？是因为它高宽带、高可靠、低时延、大联接。它把云计算、大数据、人工智能、物联网、区块链、工业互联网紧密地融合在一起，打通了数据从采集、处理、分析、决策的全过程，发挥了数据作为生产要素的作用，所以它是集成了新一代信息技术，当然未来还会往6G进一步发展。我们再看互联网。互联网到现在有50余年的历史，前50年基本上是美国国防部的网络和科学基金委的网络，更多是为学术研究用。从90年代开始互联网商用，这十几年时间互联网基本上中外出现了一大批互联网企业。现在进入了移动互联网时代，人工智能、大数据这些技术也凸显。随着5G的商用，工业互联网、可信互联网和价值互联网。业界一直在探讨网络新的颠覆性的技术，但是应该说现在还没有可信的、可用的技术，现在回过头来看IPV6，我们现在把地址更进一步利用，传统的IP地址不知道IP包上承载什么业务，现在我们在IPV6上定义IP包，用户的身份，APP的身份，业务的需求，对信道带宽、抖动、时延、丢包率有什么要求，就可以知道是什么业务，可以针对性服务。现在我们在IPV6里面，根据传输过程中的误码发现丢包率，并且加入时间标签可以发现传送的延时。我们还通过分段陆游，比如我们计算出这个路由，然后下发给第一个路由器，在第一个路由器得到IPV6的指令，中间的路由器就没必要进行思考了，直接可以建立一条路由。一旦里出了故障马上上报重新修改这个路由。可以实现快速倒换，可以预先针对故障应该往哪倒，甚至可以为同一个人的同一个目的地的业务，我们可以同时安排4条路由，这样保证高可靠。而且通过软件定义，我们可以区别正常选这条路，如果要求低时延可以给你选低时延的路，如果你需要高带宽可以给你选高带宽的路。IPV6使得网络可以更能感知网络，更能提供有针对性的服务。5G毕竟还驱动了物联网的发展，2016年通过了窄带物联网的国际标准，现在5G实现了高宽带、大连接并且智能联网。什么叫智能联网？我们甚至可以把人工智能的芯片、人工智能的操作系统嵌入到物联网终端，这样就组成一个前端具有智能处理的物联网终端智联网。更进一步我们可以把区块链也嵌入到物联网上。未来不单是上网上云上链，不仅是网络互联，数据互联，价值互联，我们从物联网发展到智联网、信联网，从万物互联到万物智联，到万物信联。5G的出现使得我们的计算能力分配有很大的不一样，一种是终端计算验算，云端的迁移，终端不需要赋予那么大的计算能力，通过5G网络，高带宽、高可靠，第一时间获得云端的能力，所以终端可以简化，即插即用。另外一种是把云端的能力一部分下沉到边缘云，这样便于实时性处理那些对时延敏感的业务。云边端都有计算能力，需要很好的协同。比如城市视频有很大的摄像头，前端摄像头做视频编码，边缘计算做特征提取，中心云做联合优化。我们现在推动的虚拟现实的沉浸式运用，手机做视频全景编码，边缘计算做全景压缩，中心云做背景渲染，这样把各方面的能力充分调动。现在工业互联网会成为互联网发展的主场，工业互联网连接海量的数据，通过工业互联网平台支持各种APP的应用。平台里面包括了边缘层以及IaaS，这里面有各种各样的基础设施。更重要的是PaaS层，以及SaaS提供工控软件和工业APP，估计到2025年工业PaaS有望标准化。“十四五”还会有更大的发展，虽然现在5G商用了，但还有很多我们意想不到的东西。
我们回顾一下历史，2G是1991年商用的，中国是1994年开始的，1992年有了短信，2003年有了手机QQ，2004年有了支付宝。3G是2001年商用的，中国是2007年开始使用的，3G出现以后有了智能手机、移动电子商务、微博、美团、微信，中国的微信是在3G商用4年以后才出现的，可以说在3G商用之初我们根本不知道会有这些东西。4G是2010年商用的，中国是2013年开始的，得益于宽带能力，4G之后有了支付宝、网约车、拼多多、头条、快手、抖音，这些也是4G商用之初没有想到的。中国的5G跟发达国家同步，得益于云端智能融合能力，可以支撑超清视频、虚拟现实、智联网、工业互联网、车联网，但这些就是5G的全部吗？不是的，移动通信新业态是网络能力具备以后催生的，5G一定会催生出现在还想象不到的新应用。我们说5G会渗透到各行各业，我们可以回顾2G网上银行，3G出现手机银行，4G有数字银行，5G将来会推动智慧银行。整个数字经济会有更多的新技术、新模式、新业态出现。5G有机构预测，2035年会增加13.2万亿美元产出，对应的GDP增加是7%，对应的全球是3.6万亿美元，中国是1.1万亿美元。麦肯锡预测，2030年AI为全球GDP增加1.2个百分点，经济增加13万亿美元。埃森哲预测2035年AI使全球利润率提高38%，相当于经济增长14万亿美元。埃森哲预测，到2030年，工业互联网能为全球经济带来14.2万亿美元的经济增长。我们说人工智能、5G、工业互联网三者，有些是2030年，有些是2035年，我们保守点都算到2035年，这三者之间会有一些重叠，可以预计到2035年人工智能、5G、工业互联网使全球经济增加40万亿美元。中国信通院做了对国内数字经济的预测，去年数字产业化技术的直接贡献占GDP的7.2%，产业数字化这些技术在传统领域里面的附加值占GDP的29%，两者加起来超过了GDP的1/3。我们现在处于信息技术的时代，还将持续一个很长的周期，“十四五”仍然是信息技术发展的黄金时期。在“十四五”，5G与IPV6、光纤通信、云计算、物联网、大数据、人工智能、区块链等新一信息技术融合，并与产业技术深度融合，腾云驾雾融智赋能。互联网作为通用技术也将通过数字化、网络化、智能化服务于其他高新技术及产业的发展。互联网将从面向消费应用深化拓展到面向产业应用，加快数字化转型的渗透，促进数字经济发展。互联网从用户普及率来看难以高速增长，但面向物的连接数将多于面向人的连接数。互联网形成的创新生态还会释放更大的创新潜力，新模式、新业态、新应用将会不断地涌现。谢谢大家。