编者按

　　为全面获得物联网和大数据的益处，并为未来旨在将数据转换成“洞察力”的技术发展奠定基础，美国半导体工业协会、半导体研究公司以及他们的成员公司和半导体技术专家等共同发布了一份倡议报告——《重启信息技术革命行动倡议》。该倡议将促进信息系统科学和技术的重大进步，创造广泛的创新机会。将分三期连载这份报告，本期主要讲述技术革命的相关发展情况。

　　2015年，在华盛顿特区举办了一次关于重启信息技术革命的研讨会，汇集了来自行业、政府和学术界的专家，对实现信息技术的跨越式发展问题进行了探讨。

　　随时随地接入信息，是当今世界的一大特点，但收集、传输、分析、存储能力，以及使用爆炸性发展的数据流来形成见解和选择方案的能力需要新的计算方法。过去，数据生成和传输主要是在信息技术（IT）系统内完成。未来，数据生成系统会越来越多地涉及嵌入在物理世界中的小型、低功耗传感器和执行器物理系统网络，也称为物联网（IoT）。同时，更强大、性能更高的计算将对海量数据实施分析和管理，旨在预测需求的系统将在需要的时候提供有用的信息。除了信息，分布式、网络化的传感器与大规模数据中心和云计算能力的结合，将使之有可能获得洞察力，从而在所有层面实现决策。

项目类别和分布

　　结合信息技术基础设施，从小型、低成本的传感器到大规模的计算系统，可以看到，信息技术将推动社会（在政府部门，也在私营部门）实现创新。无人驾驶汽车、个性化医疗以及无数的其他智能系统应用正在兴起。正在构想有关能源生产和供应、更安全的空中和地面交通、国家和国土安全的信息技术解决方案。在全球范围、发达国家以及发展中国家和地区，分布式信息技术和计算更大的可用性和更多的接入将有助于减少“数字鸿沟”，为本地驱动的创新提供一个平台。

　　然而，短期内只由私营部门来实施的、产品驱动的投资将不足以推动信息技术基础设施和洞察技术实现重大进展，从而满足创新所需。私营部门的研究与发展必须建立和连接于政府资助的项目，主要包括以下几个方面。

　　国家战略计算计划：奠定基础技术重大投资框架，驱动计算机系统性能的提高。

　　作为国家纳米技术计划的一部分，正在考虑的重大挑战：指向重要的探索领域，尤其与半导体相关的领域。

　　BRAIN（通过推进创新技术发展实现对大脑的深入研究）计划：专注于更好地理解人类的大脑，将有助于脑启发计算的发展。

　　如果美国不对此做实质性的大型投资，那么未来信息系统的创新将出现在其他地方，经济活力和国家安全方面的利益将流向其它国家。

　　2015年，在华盛顿特区举办了一次关于重启信息技术革命的研讨会，汇集了来自行业、政府和学术界的专家，对实现信息技术的跨越式发展问题进行了探讨。与会者认为，需要在以下关键领域展开研究。

　　1.高能效传感和计算：能源效率在所有层面都至关重要，从最小的传感器，到超高性能的处理器和系统。传感器节点通常也需要实施操作，而不必接入电网，可以使用电池或从环境中收集能量。另一方面，先进的处理器在能源不足的情况下性能将下降，导致过热和热管理问题。必须开发新型材料、设备以及计算和物理架构，以减少用于传输数据的能量，，不论是在芯片上，还是在更长距离的数据传输上。

　　2.网络-物理系统：网络-物理系统包含用于控制物理实体的协作计算元素网络。它们需要新的工程模型，包括时空动力学和算法计算；的确，在面对高度动态的物理系统（常有随机举动）时，一个网络-物理系统必须具有强劲的控制力。此外，必须保证安全性，以保护生命、个人信息和财产。

　　3.智能存储：需要新的存储技术和管理系统来存储和归档预期将发生爆炸性增长的数据。对新存储架构的实施需要开展深入研究，包括一个新的架构如何有可能对系统造成破坏，以及为实现最佳存储管理，系统的硬件和软件需要什么做哪些改变。

　　4.实时通信生态系统：通信带宽、特别对无线通信，必须随着数据量的增长而增长。能够提供非常高速的通信对实时应用而言将至关重要。宽带通信将大大得益于太赫兹通信技术方面的进步，包括新型材料方面的进步。需要对先进的天线阵列以及可靠和弹性通信网络（能够实现自组织和自重置）设计开展深入研究。

　　5.多层次、可扩展的安全性：适当水平的安全性和私密性必须内置在硬件和软件中。一个安全的系统必须是可信赖的、有保证的并能够抵御网络攻击、盗窃和伪造。随着时间的推移，系统还必须能够应对动态变化的威胁。

　　6.下一代制造模式：新工艺，如在分子和原子级控制下的快速三维、递增式制造，可能会为设备和架构取得新发展提供一条富有成本效益的道路。从长远来看，半导体技术和生物学的融合为颠覆性的新设计提供了巨大的可能性和强大的工艺。对制造业开展深入研究，对新技术实现富有成效的转变并投入实际应用而言至关重要。

　　7.洞察计算：基于来自数据的洞察力，未来的信息技术系统和基础设施将从根本上带来新能力。洞察计算系统将利用和大幅增加网络-物理系统和物联网的能力。洞察计算需要对机器学习、数据分析、神经形态计算和用户-机器界面新方法等开展深入研究。

　　8.物联网试验平台：需要一个测试平台来适当构建关于物联网复杂性的模型。如果没有这样一个测试平台，那么无法实现对解决方案的验证和基准测试。这样一个平台应可供来自学术界、行业和政府的研究人员使用。

　　探索性研究将着力挖掘新设备、新电路、新系统架构和新算法的巨大潜力，以使传感器技术、通信技术、执行技术和计算技术能远远超过今天的技术极限。然而，目前正处于一个转折点，人们必须为未来实现技术的跨越式发展奠定基础，以迎接新一波的信息技术和洞察技术革新。

　　美国半导体工业协会，包括政府、行业和学术界，只有通过合作和集中资金才能将这些关键步骤付诸实践。此外，这些社群必须抓住快速发展的机会，重启、扩大和扩展信息技术革命，从而确保美国强劲、长期的信息技术引领地位，如图1所示。

　　半导体和信息技术的增长和进步使新兴产业和商业模式成为可能，从个人计算、电子商务和互联网搜索引擎到社交网络和在线分享经济，以所示的公司为代表。在提议的N-CITE倡议中需要新的研究投资，以便驱动新的增长和支持未来的创新。N-CITE倡议符合国家战略计算倡议（NSCI）。