Tổng Luận Những Xu Hướng KH&CN Thông Tin Trong Nửa Đầu Thế Kỷ 21

Lời giới thiệu Nhân loại trải qua cách mạng công nghệ kèm với thời kỳ công nghiệp kinh tế phát triển mạnh mẽ Công nghệ cho cách mạng công nghiệp lần thứ lượng nước (steam power) Công nghệ cho cách mạng lần thứ hai động đốt (internal combustion engine) điện khí hóa (electrification), công nghệ cho cách mạng công nghiệp lần thứ mà diễn điện tử (electronics), thông tin (information) mạng lưới (network) Như vậy, sống thời đại cách mạng khoa học thông tin công nghệ thông tin (KH&CNTT) Trong thập kỷ tới, KH&CNTT tiếp tục phát triển với tốc độ cao, mở rộng ảnh hưởng thâm nhập nó, thay đổi kinh tế phong cách sống chúng ta, có ảnh hưởng sâu sắc tới học tập, vui chơi giải trí, quản trị, hoạt động doanh nghiệp, phổ biến văn hóa… Máy tính mạng lưới thông tin liên lạc đạt tiến tốc độ, công suất, băng thông, độ tin cậy, thuận tiện bảo mật Thay đổi mang tính đột phá công nghệ thông tin đến sau đột phá lĩnh vực khoa học thông tin Nhằm giúp bạn đọc có thêm thông tin, hiểu rõ vai trò xu hướng KH&CNTT nửa đầu kỷ 21, Cục Thông tin KH&CN Quốc gia xin trân trọng giới thiệu Tổng luận “NHỮNG XU HƯỚNG KH&CN THÔNG TIN TRONG NỬA ĐẦU THẾ KỶ 21” Phần Tổng luận giới thiệu chiến lược phát triển KH&CNTT số nước, có Lộ trình phát triển KH&CNTT trung Quốc đến 2050 Xin trân trọng giới thiệu! Cục Thông tin KH&CN Quốc gia I NHỮNG XU HƯỚNG CỦA KH&CNTT TRONG NỬA ĐẦU THẾ KỶ 21 1.1 Các xu hướng chung KH&CNTT Trong thập kỷ tới, KH&CNTT tiếp tục phát triển với tốc độ cao, mở rộng ảnh hưởng thâm nhập nó, làm thay đổi kinh tế phong cách sống chúng ta, có ảnh hưởng sâu sắc tới học tập, vui chơi giải trí, quản trị, hoạt động doanh nghiệp, phổ biến văn hóa… Máy tính mạng lưới thông tin liên lạc đạt tiến tốc độ, công suất, băng thông, độ tin cậy, thuận tiện bảo mật Những thay đổi mang tính đột phá công nghệ thông tin đến sau đột phá lĩnh vực khoa học thông tin 1.1.1 Sự phát triển KH&CNTT đặt tầm quan trọng nhiều vào tiếp cận đại chúng, phát triển bền vững, hài hòa xã hội tính mở ngành công nghiệp (1) Trong ý tới đột phá công nghệ cốt lõi, nên trọng nhiều đến giá trị ứng dụng, thâm nhập, tiếp cận đại chúng CNTT, đặc biệt vấn đề quan trọng thu hẹp khoảng cách số, mang lại lợi ích cho quần chúng, giảm chi phí sử dụng thông tin, tăng cường tính dễ sử dụng, ổn định an toàn sản phẩm dịch vụ thông tin Nếu thực trên, nhiều khả “vụ nổ kỷ Cambri” ứng dụng CNTT xảy kỷ 21 dự đoán số chuyên gia (2) Liên quan đến vai trò CNTT việc tăng khả cạnh tranh lợi ích kinh tế, kèm với thời đại kinh tế tri thức, cần trọng nhiều tác động CNTT đến hệ sinh thái môi trường Chúng ta cần để khám phá cách chia sẻ nguồn tài nguyên thiên nhiên hạn chế nguồn tri thức không giới hạn với trợ giúp CNTT, theo đuổi phát triển bền vững (3) Trong trọng đến kết hợp KH&CNTT, cần trọng nhiều đến kết hợp khoa học thông tin khoa học xã hội, CNTT nghệ thuật, nhân văn; ý đến đạo đức vấn đề đạo đức nghiên cứu CNTT, ảnh hưởng tích cực tiêu cực CNTT xã hội (4) Trong phát triển kinh tế, quy mô CNTT, cần phải trọng nhiều đến đa dạng tính mở Trong nửa sau kỷ này, phát triển lành mạnh CNTT, cần phải hình thành hệ sinh thái công nghiệp chia sẻ lợi ích nguồn lực, hợp tác mở; loại bỏ hạn chế thị trường hạn chế sở hữu trí tuệ để tạo thị trường lớn hơn, công nghệ chủ đạo mới, hình thức quyền sở hữu trí tuệ 1.1.2 KH&CNTT tích hợp với lĩnh vực ứng dụng khác trở thành yếu tố liên kết ngành khoa học khác (1) KH&CNTT tích hợp với lĩnh vực công nghệ khác Nhiều tiến hứa hẹn tương lai KH&CNTT lên từ đổi công nghệ liên ngành, thay nâng cấp theo chiều dọc Vì không nên tập trung vào gọi công nghệ "chìa khóa" hay "chính thống" CNTT (2) Trong phấn đấu để tạo đột phá công nghệ cốt lõi quan trọng KH&CNTT, cần trọng khai thác ngành khoa học mới, đặc biệt nghiên cứu chéo KH&CNTT lĩnh vực KH&CN công nghệ nano, khoa học sống khoa học nhận thức, để thực hóa phát triển hội tụ Các ngành khoa học mới, chẳng hạn sinh tin học (bioinformatics), tin học xã hội (social informatics), điện toán xã hội (social computing) khoa học nano thông minh (nanointelligent science), phát triển dựa KH&CNTT, đặc biệt thông qua mô máy tính (3) Trong nửa sau kỷ này, đột phá lý thuyết phương pháp xử lý thông tin thông minh dựa chế nhận thức có tiềm dẫn đến biến đổi đột phá KH&CNTT Sự hội tụ khoa học não, khoa học nhận thức trí tuệ nhân tạo giải vấn đề lý thuyết lớn khoa học nhận thức mang lại cho KH&CNTT thời đại với đặc điểm mô não (bao gồm công nghệ đảo ngược não) 1.1.3 Những thay đổi KH&CNTT (1) Định luật Moore phản ánh phát triển CNTT kỷ 20 Một mục tiêu quan trọng KH&CNTT kỷ 21 tạo hệ thống thông tin, bao gồm phần mềm ứng dụng, giải pháp, dịch vụ, tạo hiệu ứng quy mô, phép ngành công nghiệp phần mềm dịch vụ phát triển theo cách tương tự định luật Moore Ví dụ, chi phí phát triển phần mềm có chức lực giảm 50% hai năm, vậy, chi phí cho dịch vụ giảm tương tự Trong thập kỷ tới, cho phép ngành công nghiệp phần mềm dịch vụ có phát triển "Định luật Moore", cách mạng chắn bắt đầu (2) Trong thời hạn 10-15 năm tới, Định luật Moore CMOS Khi kích thước công nghệ vi mạch cho 10 nm, công nghệ chip thiết bị nano cacbon thiết bị phân tử lượng tử trở thành chủ đạo Sự kết hợp máy tính điện tử, lượng tử ánh sáng công nghệ máy tính quang học tạo công nghệ chip hệ hợp điện toán, nhớ giao tiếp, dẫn đến việc thực hóa điện toán quang học (optical computing) chip, cần phát triển công nghệ để hỗ trợ “Internet chip” (Internet on chip) và" phòng thí nghiệm chip" (labs on chip) (3) Sau lý thuyết hệ thống, lý thuyết thông tin điều khiển học (cybernetics) tạo kỷ 20, lý thuyết mạng (Net theory) tạo kỷ 21 Nó coi toàn Net hệ thống khổng lồ phức tạp, phát triển CMOS: Complementary Metal-Oxide-Semiconductor-chất bán dẫn oxit metal bổ sung, thuật ngữ loại công nghệ dùng để chế tạo vi mạch tích hợp có ảnh hưởng sâu sắc đến phổ biến Net Nó mang lại cho nghiên cứu thuật toán từ tập trung vào thuật toán đơn đến tương tác nhiều thuật toán, thiết lập tảng lý thuyết cho phát triển hệ thống phân phối (4) Với việc sử dụng ngày tăng loạt thiết bị nhúng cảm biến hệ thống thông tin, tỷ lệ thiết bị đại máy chủ tăng với biên độ Đó thách thức lưu trữ, tìm kiếm, kiểm tra, thu thập phân tích thông tin gửi thiết bị nhúng cảm biến kỷ 21 (5) Trong nhiều thập kỷ qua, phát triển lĩnh vực KH&CNTT cho thấy đặc tính công nghệ cạnh tranh phát triển song song, luân phiên thống trị thị trường giai đoạn khác Ví dụ, phát triển tảng máy tính cho thấy chu kỳ phân cấp - hợp Ví dụ khác phát triển thay mạch tích hợp (IC) mục đích chung IC ứng dụng cụ thể khoảng thời gian 10 năm Mọi thay đổi phương thức phủ định đơn giản phương thức cũ mà phát triển theo chiều xoắn ốc lên Nghiên cứu quy tắc phát triển vĩ mô làm giảm tính phiến diện nghiên cứu lộ trình trình định (6) Từ năm 1970, kỹ thuật số công nghệ lĩnh vực thông tin Nhưng đặt trọng tâm nhiều công nghệ kỹ thuật số không nên bỏ qua công nghệ tương tự (công nghệ analog) Khi tín hiệu thay đổi từ analog sang kỹ thuật số thông qua rời rạc hóa (discretization), bùng nổ liên kết hai công nghệ tránh khỏi nhiều ứng dụng Máy tính kỹ thuật số đối phó với phần nhỏ vấn đề giới thực cách xác Những vấn đề giải phải có độ phức tạp thấp thức hóa Trong vài thập kỷ tới, máy tính analog trở thành chủ đề nghiên cứu lần Chúng ta cần tìm cách thức cho máy tính analog, tìm thấy phương pháp để xử lý lai (hybrid) kỹ thuật số - analog, quan tâm đến công nghệ kỹ thuật số 1.2 Trong vòng từ 20 đến 30 năm tới giai đoạn chuyển đổi đột phá cho KH&CNTT Khoa học thông tin non trẻ Trong 30 năm qua, công nghệ thông tin phát triển nhanh so với khoa học thông tin Nhiều vấn đề quan trọng khoa học thông tin chưa giải Trong 20 năm qua, với phát triển công nghệ IC Internet, số vấn đề khó khăn liên quan đến khoa học thông tin nêu lên Một số vấn đề quan trọng là: Làm để đối phó với phức tạp hệ thống thông tin phức tạp (chip đa lõi, hệ thống phần mềm quy mô lớn, hệ thống mạng)? Hiện chi phí lượng hệ thống thông tin lớn nhiều so với mức ràng buộc thấp lý thuyết Làm để có thiết bị mang tính cách mạng để giảm chi phí lượng theo nhiều cấp khuyếch đại? Độ tin cậy an ninh trở ngại cho phát triển hệ thống CNTT Làm để phát triển lý thuyết an ninh độ tin cậy định hướng hiệu việc xây dựng hệ thống thông tin? Việc tìm hiểu vấn đề thách thức với ứng dụng rộng rãi CNTT tiếp tục thúc đẩy khoa học thông tin Nửa cuối kỷ 20 đặc trưng phát minh, sáng chế đổi công nghệ thông tin Dự đoán nửa đầu kỷ 21 chứng kiến cách mạng lĩnh vực khoa học thông tin, đặc trưng khoa học mạng (network science), mô tính toán hiệu cao, khoa học trí tuệ (intelligent science) tư tính toán (computational thinking) Những bước đột phá dẫn đến cách mạng nửa sau kỷ 21, thể Hình Một cách mạng CNTT bắt đầu nửa cuối kỷ 21 CNTT Khoa học thông tin tạo tiến lớn nửa đầu kỷ 21 Sự phát triển CNTT phát triển nhanh chóng nửa cuối kỷ 20 Khoa học thông tin Phần lớn lý thuyết tảng CNTT có trước năm 1960; khoa học thông tin nhiều tiến 40 năm qua Năm Hình Dự báo phát triển dài hạn KH&CNTT Nguồn: Information Science & Technology in China: A Roadmap to 2050 Công nghệ CMOS, sở cho hầu hết hệ thống máy tính, phải đối mặt với thách thức bản: tương lai công nghệ sau năm 2020 không rõ ràng Chúng ta không nên tiếp tục phát triển thiết bị vi điện tử, quang điện tử quang tử dựa công nghệ công nghệ nano siêu dẫn, mà cần tìm hiểu xem làm để sử dụng có hiệu công nghệ lượng tử sinh học mô hình tính toán kiến trúc máy tính Những công nghệ có tính chất khác nhau, có ảnh hưởng trực tiếp hai lựa chọn kiến trúc tham số Máy tính tương lai hệ thống thông tin áp dụng hỗn hợp công nghệ khác nhau, bao gồm công nghệ mạch bán dẫn (ví dụ công nghệ mạch 3D), công nghệ quang học (ví dụ kết nối quang học), công nghệ nano (ví dụ nhớ hình hiển thị) công nghệ tính toán lượng tử… vòng 20-30 năm tới giai đoạn chuyển đổi hệ thống thiết bị thông tin Các nghiên cứu hệ thống thông tin chia thành bốn lớp: ý tưởng, nguyên tắc, lý thuyết công cụ Trên lớp, có tồn nhiều vấn đề thách thức khoa học Những thành tựu to lớn khứ số hướng nghiên cứu có tiềm tạo đột phá lớn thập kỷ tới 1.3 CNTT bước vào giai đoạn áp dụng rộng rãi Máy tính xuất nửa kỷ trước CNTT trải qua ba giai đoạn: sử dụng giới chuyên gia, áp dụng sớm, nhận biết đại chúng, bước vào giai đoạn chấp nhận/áp dụng rộng rãi từ đầu kỷ 21 Nhiều công nghệ tiếp tục xuất lĩnh vực CNTT, số công nghệ tạo đột phá Theo Lý thuyết sóng dài (Long Wave Theory) Nikolai Dimitrievich Kondratiev, nhà kinh tế tiếng người Nga, sóng kinh tế dài kéo dài khoảng 60 năm Làn sóng dựa công nghệ máy tính Internet vượt qua nửa chặng đường Vì vậy, dòng phát triển CNTT 30-40 năm tới sử dụng đại chúng ứng dụng công nghệ, đặc biệt CNTT mang lại lợi ích cho quần chúng Một nghiên cứu khác đăng tạp chí The Economist (8/12/2001), sống “Làn sóng thứ 5”, năm 1990, với đặc trưng cách mạng số, phần mềm phương tiện truyền thông đại chúng (Hình 2) Năng lượng nước Dệt Sắt Năng lượng nước Đường sắt Thép Làn sóng thứ 60 năm Điện Hóa chất Động Làn sóng thứ Các mạng số Hóa dầu Phần mềm Điện tử Các phương tiện đốt Hàng không truyền thông Làn sóng thứ 50 năm 55 năm Làn sóng thứ Làn sóng thứ 40 năm Hình Những sóng công nghệ từ hai kỷ qua Nguồn: The Economist (Dec 8,2002) % Một quan điểm phổ biến cho sản phẩm CNTT, chẳng hạn TV, máy tính Internet, thời gian từ phát minh, sáng chế chúng đến chấp nhận/ứng dụng rộng rãi rõ ràng rút ngắn từ nhiều thập kỷ xuống đến vài năm so với sản phẩm công nghệ truyền thống Quan điểm chấp nhận rộng rãi bỏ qua khó khăn việc áp dụng hàng loạt CNTT Trên thực tế, từ quan điểm dài hạn, thấy tốc độ phổ biến máy tính (từ năm 1971-2001) giống tốc độ phổ biến lượng điện, thể Hình Do đó, thách thức cho tất người hoạt động lĩnh vực thông tin thúc đẩy sử dụng dễ dàng So với khả sử dụng lập tức/cắm vào chạy (plugand-play) sản phẩm điện tử, sản phẩm CNTT có chặng đường dài để đạt sử dụng dễ dàng Một bước đột phá khoa học thông tin có lẽ đến từ tiến công nghệ thông minh Máy thông minh hơn, người sử dụng thuận tiện CNTT (đến từ năm 1971) Điện hóa (đến từ 1894) Số năm đến Hình Tốc độ phổ biến CNTT lượng điện gần Nguồn: Jovanovic and Rousseau, National Bureau of Economic Research, 2005 Những động lực việc phổ biến CNTT gì? Bên cạnh doanh nghiệp, đóng vai trò chủ đạo đổi sáng tạo, người tiêu dùng cá nhân lực lượng quan trọng Việc phổ biến máy tính, phát triển điện toán lưới phát triển phần mềm mã nguồn mở làm cho tảng chi phí thấp sẵn sàng phép người dùng có khả phát triển để hình thành cộng đồng Người dùng cuối không người tiêu dùng, mà nhà sáng chế lĩnh vực CNTT nguồn tạo thông tin Cộng đồng lực lượng khác cho đổi CNTT, đặc biệt phạm vi phần mềm Bằng cách sử dụng ba lực lượng góp phần quan trọng nâng cao hiệu đổi lĩnh vực thông tin mở rộng ứng dụng thị trường cho sản phẩm CNTT, đặc biệt phần mềm dịch vụ mạng 1.4 KH&CNTT trở thành yếu tố liên kết ngành khoa học khác xu hướng liên kết chéo hội tụ ngành khoa học Kể từ hình thành khoa học thực nghiệm châu Âu vào năm 1700, phương pháp luận cho nghiên cứu khoa học giản hóa luận (reductionism), phân chia giới thực thành phận nhỏ (cũng đơn giản hơn) sau nghiên cứu chúng Các nghiên cứu phận tạo nên khác biệt ngành khoa học Khoa học thông tin số Plank, nhà vật lý tiếng người Đức, tin khoa học đơn vị nội tại, phận khoa học không phụ thuộc vào thân chúng, mà phụ thuộc vào cách nhìn nhận người Trên thực tế, có liên kết thường xuyên vật lý, hóa học, sinh học, nhân chủng học xã hội học, chuỗi bị phá vỡ nơi Để đối phó với ngày nhiều vấn đề phức tạp hơn, nhiều nhà nghiên cứu bắt đầu tìm kiếm cho chuỗi bị phá vỡ, cách sử dụng phương pháp tích hợp Khi phát biểu hội nghị siêu máy tính quốc tế năm 2002, Tiến sĩ Rita Colwell, sau làm Giám đốc Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ, nêu lên xu hướng cho nghiên cứu khoa học kỷ 21: chuyển dịch từ giản hóa tới hội nhập/tích hợp Trong nhiều năm qua, hội tụ ngành khoa học nano, sinh học, thông tin khoa học nhận thức trở thành điểm nóng lĩnh vực KH&CN Sự hội tụ hai, ba bốn công nghệ hội tụ ngành khoa học nano, sinh học, thông tin khoa học nhận thức tạo tác động quan trọng phát triển khoa học xã hội Ví dụ: (1) CNTT cung cấp hướng cho nghiên cứu khoa học vật liệu, khoa học sống, thiên văn học, khoa học địa chất, tài nguyên lượng, sinh thái học KH&CN môi trường Các lĩnh vực khoa học liên ngành lĩnh vực công nghệ tính toán làm nòng cốt xuất (2) Khoa học máy tính quan trọng khoa học sống giống toán học vật lý Các phương thức tư khoa học máy tính trở nên phổ biến trình tổng thể nghiên cứu sinh học phân tử Sinh học điện toán (Computational biology) trở thành ngành sinh học (3) Vật lý lượng tử, công nghệ nano công nghệ sinh học cung cấp cho CNTT vật liệu thiết bị phục vụ cho lưu giữ, xử lý, truyền tải, hiển thị thông tin (4) Những tiến khoa học não khoa học nhận thức dẫn tới đột phá xử lý biểu thông tin Công nghệ thông minh dựa thành tựu khoa học não (brain science) khoa học nhận thức (cognitive science) tạo cách mạng lĩnh vực CNTT Hiện máy tính với hiệu suất cao giới sử dụng nghiên cứu mô nguồn tài nguyên môi trường, kinh tế, khoa học, khoa học nano khoa học sống nguồn lượng CNTT, đặc biệt mô dựa điện toán hiệu suất cao, yếu tố liên kết cần thiết cho nghiên cứu liên ngành Có quan điểm phổ biến xem mô máy tính loại công cụ thứ ba để thực nghiên cứu thí nghiệm phân tích lý thuyết, không Trong xu phát triển khoa học kỷ 21, điện toán thay đổi từ công cụ phục vụ cho nhà khoa học nghiên cứu truyền thống tới khung liên kết ngành khoa học Điều dẫn đến mô hình nghiên cứu điện toán + ngành khoa học truyền thống = ngành khoa học Năm 2008, Richard Karp, người đoạt giải thưởng Turing nói với sinh viên tốt nghiệp Học viện Khoa học Trung Quốc giới quan thuật toán thay đổi ngành khoa học: toán học, khoa học tự nhiên, khoa học sống, khoa học xã hội Khoa học máy tính đặt trung tâm giảng khoa học trao đổi ý tưởng Với phát triển CNTT, ngày nhiều ngành khoa học mang phong cách Compu + X X-info lên, vật lý điện toán (computational physics), hóa học điện toán (computational chemistry), sinh học điện toán (computational biology), xã hội học điện toán (computational sociology), sinh tin học (bioinformatics), nano-tin học (nano-informatics)… KH&CNTT đóng vai trò quan trọng để gắn kết ngành khoa học khác lại với nhau, khoa học liên ngành phát triển tốt Khả xử lý nhận dạng mô hình thông tin ẩn liệu lớn giúp vén để hiểu trình bí ẩn lĩnh vực Giải thưởng Turing: giải thưởng thường niên Hiệp hội Khoa học Máy tính (Association for Computing Machinery) cho cá nhân tập thể với đóng góp quan trọng cho cộng đồng khoa học máy tính Giải thưởng thường coi giải Nobel cho lĩnh vực khoa học máy tính Giải thưởng đặt theo tên nhà bác học Alan Mathison Turing, nhà toán học người Anh, người coi cha đẻ lý thuyết khoa học máy tính trí tuệ nhân tạo khác từ sinh học để xã hội học Nhiều tượng sống bao gồm trình tăng trưởng, lan truyền tự phục hồi… giải mã mô tính toán Trong 40 năm tới, phổ biến điện toán hiệu cao dẫn đến việc phổ biến mô máy tính Các mô giúp ích nhiều trình định không vấn đề khoa học xã hội phức tạp, mà sống hàng ngày Người Ai Cập cổ đại đo mặt đất sau lần lũ lụt sông Nile dẫn đến phát triển hình học đại số Những khối công việc lớn thường ngày lập trình máy tính dẫn đến xuất toán học Khi phát minh kính viễn vọng hỗ trợ thiên văn học kính hiển vi thúc đẩy lĩnh vực y học, phát minh máy tính kỹ thuật số, đặc biệt phát triển nhanh chóng vi xử lý công nghệ mạng 20 năm qua, biến tính toán song song khối lượng lớn tính toán mạng lưới thành điều Điều tạo cách mạng khoa học Các ngành khoa học dựa tính toán song song xuất kỷ 21 Sự hội tụ ngành khoa học khác máy tính dựa mô hình toán học lập trình tính toán Về ý nghĩa phương pháp luận, mô hình toán học ví "trình độ tin tặc" (level of hackers) Liên kết thử nghiệm mô hình hóa đòi hỏi loại phương pháp luận để tổ chức nguồn tài nguyên liệu tính toán, khuôn khổ chín muồi để quản lý mô hình mối quan hệ động phức tạp Các mô hình liệu mới, kiến trúc hệ thống chế kiểm soát phức tạp cần thiết nghiên cứu liên ngành để hỗ trợ quy trình công việc tất ngành khoa học, tích hợp dòng thành quy trình khoa học gắn bó với Bên cạnh nhu cầu thị trường, động lực cho phát triển KH&CNTT thúc đẩy tiến nội KH&CN Công nghệ cho cách mạng công nghiệp lần thứ lượng nước (steam power) Công nghệ cho cách mạng lần thứ hai động đốt (internal combustion engine) điện khí hóa (electrification), công nghệ cho cách mạng công nghiệp lần thứ mà diễn điện tử (electronics), thông tin (information) mạng lưới (network) Những tiến công nghệ tương lai hai lĩnh vực, mà nhóm công nghệ khác như: CNTT, công nghệ sinh học, công nghệ nano, khoa học nhận thức công nghệ thông minh, vật liệu công nghệ sản xuất tiên tiến, công nghệ hàng không vũ trụ, công nghệ lượng công nghệ bảo vệ môi trường Những công nghệ bước vào thời đại hội tụ đồng tiến hóa (coevolution) Những phát minh tập trung vào lĩnh vực liên ngành Hội tụ ngành khoa học trở nên thường xuyên II CHIẾN LƯỢC PHÁT TRIỂN KH&CNTT CỦA MỘT SỐ NƯỚC 10 • Công nghệ dựa tri thức dịch vụ thông tin tương lai dựa xử lý tri thức; • Các hệ thống thông tin chi phí thấp nâng cấp ngành công nghiệp truyền thống CNTT; • Khoa học liên ngành trí tuệ khoa học nhận thức, tin-sinh học tin học xã hội (social informatics); • Lý thuyết khoa học thông tin; • An ninh thông tin Trong Lộ trình Phát triển KH&CN TT đến 2050, với mục tiêu chung phát triển KH&CNTT Trung Quốc từ 2010 đến 2050 mô tả sau: Đóng vai trò tích cực đáng kể thay đổi chuyển biến KH&CNTT; Tăng cường khả đổi phát triển bền vững phép Trung Quốc trở thành xã hội thông tin phổ biến (universal information society, u-society), hầu hết dân số người sử dụng hệ thống thông tin, thông tin nguồn lực quan trọng cho kinh tế xã hội, trình độ phát triển hệ thống thông tin ứng dụng chúng Trung Quốc gần với trình độ nước phát triển Lộ trình đưa sáu nhiệm vụ mục tiêu chủ yếu cần tập trung năm 2050: Xây dựng mạng thông tin nội dung phong phú rộng khắp Thực nâng cấp mang tính cách mạng thiết bị hệ thống thông tin Phát triển ngành công nghiệp dịch vụ liệu tri thức Nâng cấp ngành công nghiệp truyền thống CNTT thực thông tin hóa (Informatization) chi phí thấp Phát triển ngành khoa học thông tin khoa học liên ngành dựa điện toán Xây dựng hệ thống an ninh thông tin quốc gia xã hội Tất công việc kết hợp thành mục tiêu tổng thể: Thiết lập Hệ thống Mạng Thông tin Rộng khắp, Phổ biến hướng tới Người dùng (Universal, User-oriented, and Ubiquitous Information Network System, hay gọi tắt hệ thống U-INS system) Hệ thống đáp ứng nhu cầu chiến lược cho Trung Quốc để bước vào thời đại thông tin Việc thực hệ thống U-INS bao trùm ưu tiên KH&CN Trung Quốc nửa đầu kỷ 21 Trung Quốc phải thực nghiên cứu sáng tạo lĩnh vực khác nhau, bao gồm thiết bị, hệ thống mạng hệ mới, dịch vụ mạng ứng dụng mạng, an ninh mạng, khoa học mạng khoa học thông tin Hình cho thấy lộ trình chung để thực mục tiêu 39 Các ứng dụng rộng khắp CNTT Nâng cấp hạ tầng thông tin Các quy trình thông tin hóa Các dịch vụ mạng Xã hội điện tử (E- Chuyển thành xã hội lúc nơi (Usociety) society) Internet Ipv6 Mạng cảm biến Liên lạc cáp quang không dây Siêu tính toán Các hệ thống điều khiển vật lý LTE, 4G Những Vi điện tử đột phá thiết bị Phương pháp luận Các hệ thống dịch vụ Truy cập mạng đạt dịch vụ mạng mạng bền vững 80% Tính toán lực cao; Exaflops (1018) Các thiết bị 3D; Quy trình công nghệ CMOS 22-11 nm Quang điện Mạng chip tử học Phát triển khoa học thông Lượng tử Mô lượng tử Lưu trữ Lưu trữ bán dẫn ngoại vi Khoa học mạng (Network Science) Thuật toán Khám phá chế quy tắc mạng Hướng tới hậu Các mạng cấu trúc Internet IP tương lai Internet hậu IP tin cậy hiệu lượng Hàng tỷ thiết bị Các cảm biến khắp nơi Chuyển mạch gói Liên lạc không dây có quang (optic packet nhận thức tự chủ switching) đầy đủ Tính toán quang Siêu tính toán hàng hàng loạt; loạt; Zettaflops (1021) Yottaflops (1024) Hệ thống chip Các thiết bị quang; (SoC) gói Các thiết bị phân tử (SiP) mở ra; Những thay CMOS Tích hợp tính toán Công nghệ tính toán tương tự (analogy) quang tích hợp quang điện tử chip Máy tính lượng tử Máy tính lượng tử phổ mini 50-bit thông; Liên lạc lượng tử Lưu trữ toàn ký Lưu trữ cấp độ phân (holographic storage) tử; lưu trữ phân tử Lưu trữ cá thể hóa khắp nơi Hình thành lĩnh Khoa học mạng đạt tới vực khoa học mạng độ chín liên ngành Các thuật toán đồng Các mạng thuật toán; 40 Tư tính toán lan tin lĩnh vực khoa học liên ngành mềm phần quy; Các phần mềm công nghiệp Trí tuệ Các giao diện tự nhận thức nhiên Sinh-tin học Tích hợp liệu proteome… Các hệ thống đáng truyền phổ biến tin cậy Hiểu tình cảm ngữ nghĩa Động lực tiến hóa sinh học sở sinh học hệ thống Điện toán Các hệ thống xã hội Các thử nghiệm xã xã hội song song hội điện toán 2010 2020 2030 Máy tính dạng não Mô toàn dự đoán bệnh sinh vật sống Bình thường hóa điện toán xã hội 2040 2050 Hình A Roadmap Lộ trình phát triểnIS&T KH&CNTT Trung Quốc đến năm 2050 Figure 0-1 to 2050, development in China Lộ trình cho Hệ thống kết nối mạng thông tin rộng khắp Hệ thống kết nối mạng thông tin rộng khắp chủ yếu bao gồm phổ biến công nghệ thông tin, dung tích mạng lực dịch vụ thông tin Mục tiêu tổng thể hệ thống đưa Trung Quốc trở thành xã hội thông tin với nỗ lực 40 năm, nâng trình độ KH&CNTT Trung Quốc tiến gần với trình độ nước phát triển vào thời điểm (Bảng 1) Các mạng thông tin rộng khắp/có nơi (Ubiquitous networks) tích hợp với mạng không gian, mặt đất truy cập để thực hóa liên kết ngườingười, người-máy máy-máy lúc nơi Truyền thông mạng trở nên phổ biến, ổn định dịch vụ chi phí thấp Trung Quốc cần phải thực hóa tích hợp mạng viễn thông, mạng lưới phát truyền hình Internet để sử dụng mạng vệ tinh, không dây có dây cho dịch vụ truy cập Trung Quốc cần phát triển thiết bị đầu cuối thông minh thu nhỏ: hiệu quả, đáng tin cậy, trang thiết bị truyền thông tiết kiệm lượng, bao gồm hệ thống tương tác người-máy dựa vào kỹ thuật thần kinh Các mạng thông tin rộng khắp môi trường mạng kết nối thiết bị thông tin, thiết bị đầu cuối, sản phẩm có gắn chip IC cảm ứng cho phép truy cập vào thời điểm nào, đâu Xã hội thông tin tương lai chứa hàng nghìn tỷ thiết bị thông minh với hàng ngàn dạng mô hình, hầu hết số chưa tạo phát triển kết đổi sáng tạo Thông tin liên lạc thiết bị phổ biến so với thông tin liên lạc người với người Trong xã hội thông tin tương lai, kết hợp CNTT công nghệ nano, công nghệ sinh học công nghệ nhận thức tăng cường trí tuệ thu nhỏ thiết bị hệ thống Vi chip nhúng vào thể người, chí vào não, cho phép giám sát quan chức bên hệ thống tuần hoàn 41 Bảng thể mục tiêu đặc điểm mạng thông tin phổ biến rộng khắp vào năm 2050 Bốn mục tiêu cụ thể là: Mục tiêu phổ cập: Sự phổ cập tiếp cận mạng thông tin Trung Quốc đạt 80%, Trung Quốc đứng đầu giới số lượng người sử dụng thông tin Mục tiêu bao trùm phổ biến: khoảng cách kỹ thuật số loại bỏ Hàng trăm triệu người thoát “nghèo đói” thông tin Tiêu thụ thông tin bình quân đầu người Trung Quốc đạt mức năm 2000 nước phát triển Tư thông tin trở nên phổ biến Mục tiêu thị trường: Quy mô thị trường CNTT Trung Quốc đạt 2000 tỷ USD, trở thành thị trường CNTT lớn giới Mục tiêu cho đổi mở cửa thị trường: Thị trường CNTT Trung Quốc thoát khỏi thống trị vài doanh nghiệp lớn thống trị tỷ lệ phụ thuộc công nghệ nước giảm xuống 20%, doanh nghiệp có môi trường thuận lợi để phát triển Bảng Đặc điểm mục tiêu hệ thống mạng thông tin rộng khắp đến năm 2050 Trung Quốc Hạng mục Phổ Thiết bị cập đầu cuối công (terminal) nghệ thông tin Phổ cập người dùng Năng lực mạng 2020 2035 Trên 500 triệu Phổ cập rộng khắp máy tính terminal>80% có 50% terminal Trên 600 triệu người sử dụng Internet (300 triệu vùng nông thôn) Mạng kết Mạng cục với nối dây băng thông>100 dẫn Gbps; tốc độ truy cập dành cho người dùng > 1Gbps Mạng Băng thông cho không người dùng dây 100Mb/s, bùng nổ Internet di động tỷ người sử dụng mạng; mạng cảm biến sử dụng rộng rãi vùng đô thị nông thôn Các mạng hậu IP (Post-IP networks); Hệ thống truyền thông an toàn lượng tử đô thị Hợp truyền thông không gian, vũ trụ, đất liền biển 42 2050 Mỗi công dân sở hữu terminal thông tin tất thiết bị trực tuyến trở thành terminal thông tin Mạng thông tin sử dụng rộng rãi giống mạng lưới điện; thông tin phổ cập, xóa bỏ khoảng cách số Băng thông đáp ứng theo nhu cầu; mạng truyền thông toàn cầu an toàn hữu dụng dựa phép lập mã lượng tử Truyền thông không dây thông minh; Các hệ thống phân bố truyền thông ad hoc (phi thể thức) không dây có khả cảm nhận hiểu biết Mạng cảm biến Được ứng dụng rộng rãi hậu cần, y tế, bảo vệ môi trường, phòng tránh thiên tai, Nguồn 85 triệu tên miền, lực máy 14 triệu website; chủ 60 triệu máy chủ (server) Hàng trăm tỷ cảm Vô số cảm biến (nhiều biến triển khai "bụi") khắp nơi Dịch vụ mạng Dịch vụ thông tin thông chuyên gia rộng minh cá nhân hóa đóng vai khắp; nguồn dịch vụ trò chủ đạo thông tin phong phú Năng lực dịch vụ thông tin Nội dung Nhiều tỷ trang 10 % thông tin web thông tin web tiếng Trung toàn cầu tiếng Trung Quy mô Ngành công nghệ Các tảng CNTT chất thông tin có nằm độc lượng doanh thu hàng quyền; ngành công ngành năm 15.000 tỷ nghiệp CNTT cạnh công NDT; lực tranh không gia nghiệp đổi tăng tăng tiêu thụ thông tin cường mạnh mẽ lượng phát thải Sự phụ thuộc vào < 30%