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一、顛覆性創(chuàng)新概述

近代以來，技術創(chuàng)新迅速地改變世界。我先舉兩個例子：一是，1975年的巨型計算機CDC7600，當時需要一個特大的機房安放，造價為500萬美元，計算通貨膨脹相當于今天的3 200萬美元；2014年，蘋果公司智能手機的計算能力已經和CDC7600相當，可是只要400美元。二是，人類基因組計劃，從1990年起，耗時13年時間，全世界范圍的科學家通力合作，花費27億美元，于2003年完成；現(xiàn)在要完成一個人的個人基因測序，只需要花費數千美元，用時數小時；預計不出幾年，個人基因測序大概只要花費100美元，用時1小時。

從以上兩個例子可以看出，現(xiàn)代科學技術的迅速發(fā)展正在改變世界。人們把科技創(chuàng)新分為兩類，一類是顛覆性技術創(chuàng)新，另一類是漸進性技術創(chuàng)新。近些年來，顛覆性技術創(chuàng)新受到國家和企業(yè)的高度關注，重要原因就是顛覆性技術創(chuàng)新容易造成“技術突襲”，改變“游戲規(guī)則”，為實現(xiàn)“彎道超車”帶來機遇。

顛覆性技術（Disruptive Technologies），又稱破壞性技術、革命性技術、變革性技術等。這一概念是1995年美國哈佛商學院克萊頓·克里斯滕森教授出版的《顛覆性技術的機遇浪潮》首先提出的，其出發(fā)點是基于商業(yè)背景，完全從市場的角度出發(fā)。顛覆性技術可以是一項技術或一個技術群，它們往往從邊緣切入，相對主流技術，初始存在質量低、風險高、利潤少、市場小等特征；隨著性能與功能的不斷改進與完善，最終取代已有技術，開辟出新市場，形成新的價值體系。2003年，克里斯滕森以“顛覆性創(chuàng)新”提法取代“顛覆性技術”，強調不僅是新技術本身，而是技術的全新廣泛應用帶來的“顛覆性效應”。所以從這個角度來講，顛覆性技術既可以是全新的技術，也可以是與已有技術的新組合，關鍵是能否帶來“顛覆性應用效應”。

“顛覆性創(chuàng)新”概念在經濟社會和軍事領域具有不同的內涵。在經濟社會領域，強調發(fā)展可能改變我們的生活和工作方式，成就新的商業(yè)模式，形成新的經濟價值體系，為新創(chuàng)業(yè)者顛覆現(xiàn)有經濟秩序提供可能的技術。如：半導體芯片、數字照相技術、工業(yè)革命時期的蒸汽動力等。在軍事領域，強調發(fā)展可能使軍事力量結構、基礎以及能力平衡發(fā)生根本性變革，進而改變作戰(zhàn)模式或作戰(zhàn)規(guī)則的技術，又稱“改變游戲規(guī)則”的技術。如：無線電、飛機、雷達、核武器、精確打擊武器等。

還有一種創(chuàng)新是漸進性技術創(chuàng)新（Sustaining Innovations），它是一種滿足應用需求、沿著既有技術路徑、提高已有產品性能的技術創(chuàng)新。如：微電子工藝改進、火炮射程的改善、艦船航速的提升等。

總結起來，漸進性技術創(chuàng)新是對既有技術改進，是量變；顛覆性技術是新生事物，有可能導致質變，但也存在失敗的可能。顛覆性技術能否達預期有很多風險。因為顛覆性技術從出現(xiàn)到成熟應用，往往經歷較長時間，在此期間科學技術能否突破，成本能否下降，資源投入能否保證，國家戰(zhàn)略會否調整等等，存在諸多不確定性。應該說投入發(fā)展具有風險性，有時候是需要“交學費”的。

正因為如此，顛覆性技術的預測，事關戰(zhàn)略主動權。及時預測、及早布局，就能贏得發(fā)展先機，實現(xiàn)彎道超車，轉弱為強；反之，就會被動，今天的龐然大物，明天可能轟然倒下。因此要提高預測準確性，少交學費。熟悉的例子就是柯達膠卷，統(tǒng)治一個多世紀的基于膠卷的照相術，被不到20年的數碼照相技術沖垮。

美國很早就意識到這個問題，設立多個顛覆性技術預測研究機構如國防先進研究規(guī)劃局（DARPA）、國家研究理事會下設的國防情報局技術預測和審查委員會（CDIATFR）、未來顛覆性技術預測委員會（CFFDT）、空軍研究委員會（AFSB）、美國麥肯錫全球研究院（MGI）等；已經建立了常態(tài)化研究機制，定期舉辦論壇，發(fā)布預測報告。當然，各家預測視角不同，結果也不盡相同，但至少提醒大家看到技術發(fā)展的趨勢和走向。

下面談一談近期幾家比較權威的顛覆性技術預測報告。

第一個報告是麥肯錫全球研究院（MGI）2013年5月發(fā)布的預測報告，完全是從市場的角度做出的預測。該報告指出，到2025年，可能會產生12項顛覆性技術（有些現(xiàn)在已經在重點關注），包括：（1）移動互聯(lián)網（Mobile Internet）；（2）腦力勞動自動化（Automation of knowledge work）；（3）物聯(lián)網（The Internet of Things）；（4）云計算技術（Cloud technology）；（5）先進機器人（Advanced robotics）；（6）自主和準自主運載工具（Autonomous and near-autonomous vehicles）；（7）下一代基因組學（Next-generation genomics）；（8）能量存儲（Energy storage）；（9）3D打?。?D printing）；（10）先進材料（Advanced materials）；（11）先進油氣勘采（Advanced oil and gas exploration and recovery）；（12）可再生能源（Renewable energy）。

MGI預測報告所選取的12項顛覆性技術主要基于四個判斷依據：一是技術發(fā)展是否加速，并已取得重大突破。比如下一代基因組學——目前基因測序技術發(fā)展速度快于“摩爾定律”；先進材料——2004年首次在實驗室制備石墨烯材料，2011年IBM制造了第一個基于石墨烯的速度最快的晶體管。二是潛在沖擊、影響范圍是否足夠大。例如移動互聯(lián)網可能會影響50億人的生活方式，給人們創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)帶來機遇；物聯(lián)網把遍布全世界嵌入了智能的裝置相互連接，直接影響億萬人的醫(yī)療、安全和生產能力。三是蘊含的經濟效益是否巨大。例如先進機器人會潛在影響全球約6.3萬億美元的人力花費；到2025年，物聯(lián)網年創(chuàng)造產值約2.7萬億～6.2萬億美元；到2025年，云計算年創(chuàng)造產值約1.7萬億～6.2萬億美元，并為億萬客戶和數百萬企業(yè)創(chuàng)造新的在線產品和服務。四是蘊藏的社會效應是否具有顛覆性。顛覆性技術可能根本改變人們的生活工作方式，創(chuàng)造新的機會，甚至改變國家間的比較優(yōu)勢。例如下一代基因組學可改變癌癥及其他疾病診治方法；能源儲存技術能改變能源使用方法；先進的油氣勘采能直接驅動經濟增長，引發(fā)新一場能源革命。

MGI認為，所列12大技術雖然仍面臨很多技術挑戰(zhàn)和風險，但經分析研究，相信到2025年其巨大潛力能對經濟社會產生重大沖擊和顛覆。

還有5項技術廣受關注，曾考慮列入預測報告，但認真研究后，最終未列。它們是：（1）下一代核（裂變）能源。可能改變全球能源構成格局，但根據現(xiàn)在實驗，到2025年，能否產生巨大效應，把握不大。（2）下一代核聚變能源。潛力巨大，可根本改變能源之憂，但就目前技術成熟度和2025年時限，前景比下一代核裂變還難預測。（3）碳封存。到2025年，其成本似還不能降到可規(guī)模部署。（4）先進水凈化。預測到2025年，還不會比現(xiàn)在已知方法更經濟且能規(guī)模應用。（5）量子計算。前景誘人，但其可應用的廣度及沖擊仍不清晰，商業(yè)化時間表也難預測。

另外，有5項技術很有意義，宣傳聲勢很大，但離最終可用，還有距離，因此未考慮列入。分別是：（1）私人太空飛行。到2025年，最多限于太空旅游和私人衛(wèi)星發(fā)射。（2）OLED/LED照明。涉及行業(yè)窄，到2025年，不會對價值體系產生顛覆性沖擊。（3）無線充電。成本較高，總體影響有限，有何重大服務需求尚不清晰。（4）柔性顯示。在移動設備和電視方面，可能前景令人振奮，但預測到2025年，其本身似乎不太可能成為影響廣泛的顛覆性技術。（5）三維和立體顯示。受到廣泛關注，但到2025年，技術影響程度尚不清晰。

第二個報告是《改變游戲規(guī)則——顛覆性技術與美國國防戰(zhàn)略報告》。該報告由美國智庫“21世紀安全與情報中心”于2013年9月發(fā)布，報告背景基于“美國優(yōu)勢受到挑戰(zhàn)”。在冷戰(zhàn)結束和1991年海灣戰(zhàn)爭后，放眼世界，其優(yōu)勢，特別是遠程精確打擊能力，天下無敵手；現(xiàn)在，美國依稀可以看到在后面追趕的競爭者的身影，特別是中國。美國戰(zhàn)略是始終保持在全球的技術主導地位，要憑借搶占顛覆性新技術制高點，確保武器裝備的質量優(yōu)勢。正是基于此種擔憂，該報告預測了5項“改變游戲規(guī)則”的技術：（1）增材制造（Additive Manufacturing）。將從根本上沖擊國防工業(yè)基礎，將改變后勤工作模式，允許部隊在駐地直接制造特定部件。（2）自主系統(tǒng)（Autonomous Systems）。自主或半自主系統(tǒng)已使ISR和反恐領域發(fā)生革命性改變，將改變作戰(zhàn)樣式（所謂自主戰(zhàn)爭）。（3）定向能（Directed Energy）。高功率微波武器、電磁脈沖武器、高能激光武器等。（4）Cyber能力（Cyber Capabilities）。網絡、信息能力直接關乎國家安全、軍隊戰(zhàn)斗力。（5）人能力提升（Human Performance Modification）。指使用藥物、技術、機器或基因來提高或降低人的體能、認知能力和社會情感能力等。

第三個報告是美國《國防》雜志2014年11月刊發(fā)的文章，提出新時期10大顛覆性技術，分別是：（1）真正的自主式武器系統(tǒng)；（2）變革性“大數據工具”；（3）用于訓練的“全息圖”；（4）超級士兵；（5）高超音速導彈和太空飛機；（6）定制無人機；（7）打不垮的交通工具；（8）用之不竭的電源；（9）抗干擾的可靠通信手段；（10）革命性的低成本隱形軍艦。

二、信息技術催生顛覆性創(chuàng)新

當前技術發(fā)展的一大特點就是：顛覆性創(chuàng)新離不開信息技術的使能。就是說沒有信息技術的支撐，顛覆性創(chuàng)新就不可能實現(xiàn)。

很重要的原因是信息技術發(fā)展快、滲透性強、無處不在。大家一致認為“計算”成為科學研究第三范式，現(xiàn)在也有人提出“大數據”是科學研究第四范式。我想舉兩個例子加以說明：一個例子是2013年諾貝爾化學獎，獎勵三位科學家研發(fā)出多尺度模型，輔助化學家們用計算機模擬揭示化學反應過程；另一個例子是材料基因組計劃，實際上就是通過計算機模擬，建成集計算模擬、實驗和數據庫為一體的材料研發(fā)創(chuàng)新平臺，建立材料的成分/工藝-組織結構-性能之間的定量關系，改變了傳統(tǒng)的“試驗”研發(fā)途徑，顯著減少研發(fā)成本，有效縮短新材料研發(fā)周期（從10～20年縮短到5～10年）。

還有就是“超級計算能力”能夠嵌入各類設備，這就使得“智能”如影隨形。正如前面提到的很多顛覆性創(chuàng)新，都與智能分不開。

當然也離不開成本降速驚人。從前的軍工產品，今天的兒童玩具；20世紀80年代初期，“大哥大”象征富人的身份，今天的手機、智能手機全面普及。用一句古詩詞形容就是“舊時王謝堂前燕，飛入尋常百姓家”

同時還有網絡效應倍增。20世紀80年代，麥卡夫預言“網絡的價值相當于其使用人數的平方”，即網絡能有產生增殖效應。網絡的普及與應用確實帶來許多新的事物，比如科研領域的“眾包”模式，能夠發(fā)揮“眾人拾柴火焰高”的優(yōu)勢；“網絡用戶”成為資源，隨著網絡用戶的倍增，每個用戶的價值也在上升。

信息技術必須與其他學科跨界融合才能催生顛覆性創(chuàng)新。所以，MGI預測的12大顛覆性技術中，先進機器人、自主運載工具、腦力勞動自動化，全靠高性能計算、人工智能、機器學習技術的進步；下一代基因組學、先進油氣勘采，極大依賴計算能力和大數據分析能力的提高；3D打印，依靠計算機生成模型，得益于在線設計共享生態(tài)系統(tǒng)；移動互聯(lián)網、物聯(lián)網、云計算，本身就是信息和通信技術；先進材料設計、可再生能源利用也要依靠信息技術。軍事相關的“改變游戲規(guī)則”技術同樣離不開信息技術驅動，DARPA明確表示：美軍必須在全球全方位主宰軍事行動，從人道主義援助到國土防衛(wèi)，從反恐到主要區(qū)域作戰(zhàn)，關鍵是獲取信息優(yōu)勢和使能技術的能力。

三、我國信息技術發(fā)展瓶頸分析

習近平總書記指出，沒有網絡安全就沒有國家安全，沒有信息化就沒有現(xiàn)代化?？梢姰斀裆鐣畔⒓夹g的重要性，同時也賦予我們科研人員新的使命。

那么如何評價這些年我們的科技進步？我想有兩點：一是大幅進步喜人。特別是系統(tǒng)集成能力空前提升（大型系統(tǒng)研制能力），部分基礎科學技術已達世界先進水平（高水平論文發(fā)表）。二是嚴重制約依然存在。以前面臨的問題仍然存在，基本盤面沒有變，只是可能層次上有一些變化。特別是使能技術、基礎技術仍是瓶頸（材料、工藝、器件、物理基礎），高端自主品牌產品及體系寥寥，產業(yè)生態(tài)堪憂。

為了分析我們信息技術的制約到底在哪里，我把這個問題分為底層、中間層、上層三層。

我們的硬件主要卡在“使能技術、基礎技術”等底層，主要是“材料、工藝、器件、硬件基礎”等相關基礎薄弱。比如說微處理器能設計，但體系架構參照國外，高端生產靠國外，部分IP核靠國外，基于物理基礎的優(yōu)化設計能力薄弱；一些大型高端系統(tǒng)能設計、制造，但其中核心材料、器件、控制軟件仍受制于人，領域專用的設計工具軟件主要靠引進；新材料、新器件總是落后一步，導致“巧婦難為無米之炊”。

上層應用軟件主要卡在“領域科技水平及跨領域交叉研究”。大型領域專用工具軟件基本靠引進（如輔助設計軟件），大型領域應用軟件主要靠引進，可以注意到，這類軟件基本無開源?！皯密浖敝鲗У纳鷳B(tài)環(huán)境又嚴重制約了自主研制的計算機系統(tǒng)的應用與開發(fā)。

中間層軟件難在“概念創(chuàng)新、應用積累、成體系競爭、用戶體驗”。信息領域一大特點是“創(chuàng)新概念”，用新概念引導用戶、引領市場，讓用戶“先入為主”。在這個層次上的軟件很多“不是做不到，而是想不到”，缺少應用、缺少反饋，改進無方向。大量第三方軟、硬件產品報團成體系競爭，自主產品往往陷入“不兼容是死路、兼容無出路”境地。該領域大量“開源”有助于后進者起步，但制約了后進者的創(chuàng)新思維和能動空間。

下面舉三個例子加以說明：

第一個是憶阻器和DNA晶體管（使能技術）。憶阻器，將可能變革計算機體系結構。1971年，伯克利大學蔡少棠教授理論推斷，應存在一個與磁通量和電荷相關的第四種無源器件；2008年，HP研究人員首先在實驗室造出憶阻器原型；2010年，HP宣布基于憶阻器的閃存2013年上市，雖計劃推遲，但仍在攻關。憶阻器做存儲器具有非易失、尺度小、功耗低等特點，單個憶阻器物理尺寸3nm2，速度與DRAM相當，每立方厘米容量可達1000TB，并且可以完成邏輯計算。HP公司2014年6月宣布基于憶阻器的“The machine”計劃，定義了全新的計算機架構，計劃10年內推出，屆時將顛覆傳統(tǒng)計算機層次存儲結構，功耗相對傳統(tǒng)技術降低近2個量級。DNA晶體管，使廉價基因測序成為可能。DNA晶體管原理是在一塊類似計算機芯片上，鉆眾多納米尺度小孔，孔中埋有金屬電極，以控制DNA運動；DNA流經小孔時，密布于芯片上的反應孔立即成為上百萬個微反應體系，讀出所含基因編碼。所以我們注意到，使能技術依賴于科技基礎和工業(yè)基礎，研究時間長、技術風險大、顯示度小，但一旦突破，往往是顛覆性的。IBM最近宣布腦計算芯片TrueNorth又是一例。我國在這方面短板突出，導致系統(tǒng)研制總是落后一步，受制于人。

第二個是Gordon Bell獎。該獎項由美國ACM與IEEE聯(lián)合授予，始于1987年，主要目的是獎勵“并行計算”方面取得的成就。美國世界技術評估中心（WTEC）評估多年得獎項目，結論是：盡管獲獎程序的應用領域各不相同，但共同點是算法的改進（線性代數、圖剖分、區(qū)域分裂、高階離散）使應用程序對計算能力提高的貢獻超過摩爾定律。我國計算機性能已經奪冠，也有很重要的應用，但Gordon Bell獎卻還是空白，期待解決領域問題計算方法上的重大改進。

第三個是IBM深藍和沃森計算機的應用。IBM深藍計算機擁有32個power2 CPU 節(jié)點，5.7 Tflops，1997年5月11日戰(zhàn)勝了國際象棋世界冠軍卡斯帕羅夫，意味著計算機在該領域對人類邏輯推理能力的超越。IBM沃森計算機擁有2880個power7 CPU核，80 Tflops，15 TB存儲，2011年2月17日，沃森計算機在美國最受歡迎的智力競猜電視節(jié)目《危險邊緣》中以高比分擊敗該節(jié)目歷史上兩位最成功的選手，代表著計算機理解能力的新飛躍。我們的計算機系統(tǒng)按其性能應能完成“沃森”任務，但目前還做不到的原因在于人工智能、機器學習、自然人機接口、大數據應用等技術方面的研究能力不足。

總結起來，我們一定要聚焦應用，跨領域協(xié)同攻關?！皵底著櫆稀备臼窃谛畔媚芰Φ牟罹嗌?。應用能力反映國家科技綜合實力，否則，“信息基礎平臺”再好，也難出效益。特別是要抓住“以應用為主導的產品生態(tài)環(huán)境”，才能持續(xù)發(fā)展。所以講到顛覆性創(chuàng)新，大多數顛覆性創(chuàng)新都是“殺手應用”創(chuàng)新暢想再加上信息技術使能，要以“殺手應用”為綱，跨領域協(xié)同，帶動體系群體突破。

四、高水平計算機人才培養(yǎng)

基礎研究能力、科技創(chuàng)新能力不足已成為國家心頭之患，其中高水平人才隊伍是關鍵。這就對我們提出了一個問題：當前高水平大學教授的知識結構、培養(yǎng)方式，能否為學生未來成為“基礎研究的奉獻者、前沿技術的攻堅者、顛覆性概念和技術的開拓者、跨領域融合的探索者”打下堅實的基礎？

目前國內IT人才結構失衡。過去30多年，我國主要依賴國外軟硬件系統(tǒng)和技術體系，應用開發(fā)型人才充足，核心技術研發(fā)人員卻極度匱乏。用國外IP做SoC的人才充足，研制自主CPU核的人才極度缺乏；有幾十萬JAVA程序員，很少具備JAVA虛擬機的研發(fā)能力；從事瀏覽器應用的團隊數以千計，很少去掌握瀏覽器底層JS引擎研發(fā)技術。總體上表現(xiàn)為局部改進的能力很強，系統(tǒng)整體設計能力弱（包括軟件和硬件）。

產生的原因是多方面的，其中大學生的培養(yǎng)尤其需要我們深入思考。我們的課程體系、教學方法等需要我們不斷改進、認真研究。

習近平2014年在中國科學院第十七次院士大會、中國工程院第十二次院士大會上提出：不能總是用別人的昨天來裝扮自己的明天。不能總是指望依賴他人的科技成果來提高自己的科技水平，更不能做其他國家的技術附庸，永遠跟在別人的后面亦步亦趨。我想對于我們這樣一個大國，一定要有自己的核心競爭力。

毛澤東曾提出：坐在指揮臺上，如果什么也看不見，就不能叫領導。坐在指揮臺上，只看見地平線上已經出現(xiàn)的大量的普遍的東西，那是平平常常的，也不能算領導。只有當著還沒有出現(xiàn)大量的明顯的東西的時候，當桅桿頂剛剛露出的時候，就能看出這是要發(fā)展成為大量的普遍的東西，并能掌握住它，這才叫領導。我想，顛覆性創(chuàng)新的本質就在于此。

[責任編輯：余大品]