謝勁松，符興斌，趙文輝

(中軟信息系統(tǒng)工程有限公司，北京102209）

0 引言

信息技術(shù)發(fā)展歷史證明，圍繞關(guān)鍵技術(shù)形成的技術(shù)生態(tài)和產(chǎn)業(yè)生態(tài)往往是最終決勝的關(guān)鍵。信息技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展和迭代升級，需要完善的基礎(chǔ)軟硬件生態(tài)體系作支撐，同時也會對生態(tài)體系的完善起到反哺作用。

本文面向信息技術(shù)發(fā)展要求，對基礎(chǔ)軟硬件生態(tài)體系建設(shè)問題進行了研究，闡述了國產(chǎn)基礎(chǔ)軟硬件生態(tài)體系建設(shè)發(fā)展現(xiàn)狀，分析存在的不足，并提出了若干解決對策和建議。

1 基礎(chǔ)軟硬件生態(tài)相關(guān)概念

生態(tài)(Ecology）一詞源于古希臘語，原意是指一切生物的狀態(tài)，以及不同生物個體之間、生物與環(huán)境之間的關(guān)系。1866年，德國生物學(xué)家?？藸?HAECKEL E）首次提出生態(tài)學(xué)的概念，認為生態(tài)學(xué)是研究動物與植物之間、動植物與環(huán)境之間相互作用、相互影響的一門學(xué)科。1935年，英國生態(tài)學(xué)家坦斯利(Arthur Goerge Tansley）首次提出了生態(tài)系統(tǒng)(Ecological System）的概念，認為生態(tài)系統(tǒng)首先是一個由若干相互關(guān)聯(lián)的要素構(gòu)成的有機整體；其次，生態(tài)系統(tǒng)不僅包含系統(tǒng)內(nèi)的有機復(fù)合體、組成單元，而且包含各種相關(guān)的環(huán)境因素，有機體不能與它們的環(huán)境分開，而是與它們的環(huán)境形成一個自然系統(tǒng)，即生態(tài)系統(tǒng)，這種自然生態(tài)系統(tǒng)是地球表面自然界的基本單位。

技術(shù)生態(tài)(Technical Ecology）是自然生態(tài)系統(tǒng)的隱喻，是指人類科技活動賴以正常進行并經(jīng)適當(dāng)配置的一切功能要素的綜合體系，這些要素相互影響、相互制約、相互競爭、相互輔成、共同發(fā)展，構(gòu)成了具有開放性質(zhì)的區(qū)域有機體，形成了多要素共贏、可持續(xù)發(fā)展的環(huán)形模式。技術(shù)生態(tài)和自然生態(tài)具有相似的系統(tǒng)特性、要素構(gòu)成、相互作用機理等。

計算機技術(shù)生態(tài)(Computer Technical Ecology）是指用于信息系統(tǒng)研制、運行、保障的系列計算機軟硬件產(chǎn)品及解決方案，包括整機平臺、開發(fā)工具、運行支撐庫、應(yīng)用周邊配套產(chǎn)品、服務(wù)工具，以及相關(guān)的標準規(guī)范體系、驗證評估體系、服務(wù)保障體系等。

產(chǎn)業(yè)生態(tài)(Industrial Ecology）是指在某個地域范圍內(nèi)業(yè)已形成(或按規(guī)劃將要形成）的以某類主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)為核心的、具有可持續(xù)發(fā)展?jié)摿洼^強市場競爭力的產(chǎn)業(yè)體系，體現(xiàn)了一種新的產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式和一種新的產(chǎn)業(yè)布局形式。

基礎(chǔ)軟硬件生態(tài)(Basic Software and Hardware Ecology）是指基礎(chǔ)軟硬件產(chǎn)品和研發(fā)環(huán)境之間相互依存、相互影響的互動關(guān)系，可以像自然生態(tài)系統(tǒng)一樣不斷進化和嬗變，基礎(chǔ)軟硬件生態(tài)既是一種技術(shù)生態(tài)，也是一種產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

本文中面向信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)軟硬件生態(tài)，主要研究在以計算機技術(shù)為代表的信息技術(shù)領(lǐng)域，如何在軟硬件設(shè)計開發(fā)、系統(tǒng)集成融合、一體化安全、系統(tǒng)適配試驗、應(yīng)用等各個環(huán)節(jié)實現(xiàn)安全可靠，同時整合技術(shù)資源，利用產(chǎn)業(yè)鏈的優(yōu)勢實現(xiàn)從基礎(chǔ)硬件到軟件的研發(fā)、生產(chǎn)、升級、維護的全程可控，支撐和保障相關(guān)事業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展?；A(chǔ)軟硬件生態(tài)概念邏輯如圖1所示。

2 基礎(chǔ)軟硬件生態(tài)建設(shè)現(xiàn)狀

我國信息技術(shù)相關(guān)工作從20世紀90年代末開始，經(jīng)過多年的發(fā)展，底層硬件產(chǎn)品、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、中間件、應(yīng)用解決方案等技術(shù)領(lǐng)域取得從無到有、從能用到好用的重大進展，初步形成比較完善的基礎(chǔ)軟硬件生態(tài)體系。

“十五”以來，國家著力以科研項目推動信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展和應(yīng)用實施，通過國家持續(xù)投入，關(guān)鍵基礎(chǔ)軟硬件的單品研究與開發(fā)獲得發(fā)展，并初步具備應(yīng)用條件，產(chǎn)業(yè)發(fā)展初具規(guī)模，加速了相關(guān)工作的步伐。

“十三五”以來，應(yīng)用示范工程逐漸推進，產(chǎn)品和系統(tǒng)的能力和水平得到應(yīng)用的考驗，達到了可用、好用的要求，標志著基礎(chǔ)軟硬件體系基本形成[1]，具備了規(guī)?；瘧?yīng)用的能力和水平。

總的看來，我國基礎(chǔ)軟硬件生態(tài)建設(shè)大體經(jīng)歷了單品研制、集成適配、體系構(gòu)建三個階段，呈現(xiàn)出“單品加速發(fā)展、整機探索前進、生態(tài)體系初步建立、試點應(yīng)用逐步推廣”的基本態(tài)勢，目前已經(jīng)實現(xiàn)了整機系統(tǒng)由“基本不能用”到“基本可用”再到“基本好用”的轉(zhuǎn)變，逐步向“高效好用”努力。主要取得了以下幾個方面的進展。

(1）基礎(chǔ)軟硬件產(chǎn)品性能不斷提升。一是通用CPU取得新進展。經(jīng)過重大項目的持續(xù)支持和產(chǎn)業(yè)化實踐，飛騰 2000/4、龍芯 3B-4000、申威 410等新一代產(chǎn)品相繼面世，性能大幅提升。2020年上半年，飛騰對高性能服務(wù)器CPU、高效能桌面CPU、高端嵌入式CPU三大產(chǎn)品譜系進行了全面的品牌升級，其中騰云S2500是飛騰補齊高端芯片最后一塊版圖的服務(wù)器CPU產(chǎn)品。二是操作系統(tǒng)全面發(fā)展。以天津麒麟、中標麒麟、中標普華為主體的桌面、服務(wù)器操作系統(tǒng)在安全性、可用性、易用性等方面均明顯提升。三是整機產(chǎn)業(yè)化能力開始全面復(fù)蘇。以長城、浪潮、曙光等為主體，在國產(chǎn)化主板設(shè)計與研制、整機生產(chǎn)加工等方面取得長足發(fā)展，在運行功耗、穩(wěn)定性、可靠性等方面有大幅提升，基本形成了服務(wù)器、桌面主機、一體機、筆記本等產(chǎn)品形態(tài)。四是數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品迅速發(fā)展。以武漢達夢、人大金倉、神舟通用為主體的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，在支持多進程并發(fā)、多用戶在線訪問方面取得重大進展，其在辦公領(lǐng)域初步的應(yīng)用驗證表明，數(shù)據(jù)庫單機支撐規(guī)模和并發(fā)用戶，較上一代明顯提升，達到了中等規(guī)模商用化的水平。

圖1 基礎(chǔ)軟硬件生態(tài)概念邏輯圖

(2）產(chǎn)業(yè)鏈布局逐漸完整，覆蓋計算、網(wǎng)絡(luò)和存儲、安全等關(guān)鍵領(lǐng)域。龍芯、申威和飛騰都依托自身技術(shù)體系，各自采用不同形式的“聯(lián)合”和“聯(lián)盟”，努力促進產(chǎn)業(yè)力量聚攏，積極布局產(chǎn)業(yè)體系。龍芯整合各方資源，打造了覆蓋 “架構(gòu)-芯片-軟件-整機-系統(tǒng)-信息服務(wù)”的產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系。申威實現(xiàn)了包含基礎(chǔ)固件、虛擬機管理器、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫以及應(yīng)用軟件等在內(nèi)的產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系。飛騰依托中國電子產(chǎn)業(yè)體系，內(nèi)部開展整合、外圍開展協(xié)作，圍繞計算、網(wǎng)絡(luò)、存儲、安全四條主線，建立了覆蓋芯片、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、整機、支撐服務(wù)平臺、應(yīng)用系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)鏈，并推出了安全體系解決方案，形成了比較完善的產(chǎn)品體系。

(3）面向辦公的生態(tài)環(huán)境已基本形成，逐步支撐其他領(lǐng)域生態(tài)體系的構(gòu)建。圍繞處理器和操作系統(tǒng)核心體系架構(gòu)，大力開展生態(tài)體系建設(shè)，已經(jīng)取得扎實成效。一是基于處理器和操作系統(tǒng)計算平臺，初步構(gòu)建了涵蓋數(shù)據(jù)庫、中間件、辦公軟件、安全套件、瀏覽器以及常用工具軟件、外設(shè)驅(qū)動、開發(fā)運行環(huán)境等核心辦公生態(tài)系統(tǒng)，構(gòu)建形成了包括5大類、24小類、134項產(chǎn)品的基礎(chǔ)軟硬件生態(tài)環(huán)境以及配套的產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈，面向辦公領(lǐng)域的生態(tài)體系基本完備，已開始向支持事務(wù)處理的生態(tài)體系擴展。二是針對現(xiàn)階段軟硬件產(chǎn)品發(fā)展迅速導(dǎo)致的版本混亂現(xiàn)象，探索了一套有效的管控辦法，并設(shè)計了軟件分發(fā)及管理系統(tǒng)，用于支撐生態(tài)系統(tǒng)的管理，提高軟件易用性。三是面向高新電子高端復(fù)雜應(yīng)用需求，遙感影像處理、三維 GIS展現(xiàn)、三維實景仿真等生態(tài)體系日趨成型，初步形成支撐典型高新電子的應(yīng)用環(huán)境。

3 基礎(chǔ)軟硬件生態(tài)發(fā)展和應(yīng)用中的若干問題

當(dāng)前信息產(chǎn)業(yè)已成為國家主要產(chǎn)業(yè)之一，在國民經(jīng)濟中處于支柱地位，但核心和基礎(chǔ)技術(shù)能力仍存在不足，生態(tài)有待完善，與國際商用主流體系相比還有較大差距，嚴重制約了信息產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展。經(jīng)分析研究，目前基礎(chǔ)軟硬件生態(tài)在發(fā)展和應(yīng)用過程中還存在以下幾個方面的主要問題。

(1）生態(tài)體系不健全，還存在短板和缺項。目前，基礎(chǔ)軟硬件與國外同類軟硬件產(chǎn)品相比，技術(shù)積累還不夠深厚，基礎(chǔ)軟硬件產(chǎn)品之間的集成優(yōu)化還存在一定的問題，生態(tài)體系不健全，產(chǎn)業(yè)鏈不完整，特別是在EDA軟件領(lǐng)域、高端芯片制造工藝上還存在關(guān)鍵短板和嚴重缺項。同時，核心技術(shù)產(chǎn)品碎片化[2-3]現(xiàn)象嚴重，基礎(chǔ)軟硬件產(chǎn)品完備性和可用性不夠，不僅行業(yè)所需要的商用軟件在相關(guān)平臺上比較缺乏，存在已有軟件穩(wěn)定性和可靠性不高，大量開源軟件存在移植難，性能和商用主流產(chǎn)品差距大的問題。而且，面向基礎(chǔ)軟硬件產(chǎn)品及系統(tǒng)的故障診斷分析、維修維護能力還未形成，支撐信息系統(tǒng)規(guī)?；瘧?yīng)用的體系化服務(wù)保障能力還存在差距。

(2）驗證評估能力薄弱，缺乏體系化的適配優(yōu)化。目前，基礎(chǔ)軟硬件產(chǎn)品尚未實現(xiàn)貨架供應(yīng)，在使用前需要經(jīng)過充分的試驗和選優(yōu)。同時存在集成驗證與綜合評估能力薄弱，對關(guān)鍵軟硬件、整機、應(yīng)用軟件及系統(tǒng)的仿真測試、系統(tǒng)驗證以及綜合評估的方法和手段不足，產(chǎn)品的認證能力較低。前期的試點過程中，重點進行了單品的試驗驗證，但在規(guī)模應(yīng)用全生命周期的體系化驗證方面還有不足，包括方案的論證、技術(shù)指標的合理性、問題的分析定位等。因此，亟需建立適合規(guī)模應(yīng)用需求的體系化驗證平臺，覆蓋單品、產(chǎn)品組合、系統(tǒng)研制完成后技術(shù)指標、出廠前軟件測評、安全檢測等方面的驗證。

(3）適配驗證工作重復(fù)投入，成果難以復(fù)用。我國基礎(chǔ)軟硬件產(chǎn)品研發(fā)雖然已經(jīng)取得長足進步，但廠商及其產(chǎn)品一直處于分塊研究狀態(tài)。同時，按照以項目推進的方法，頂層規(guī)劃不夠，各研制單位在基礎(chǔ)軟硬件選用、適配、調(diào)優(yōu)過程中多頭重復(fù)投入，標準化程度差，攻關(guān)成果難以復(fù)用?？陀^上造成了主體責(zé)任不清，遇到問題互相推諉，無法有效解決規(guī)模應(yīng)用中的問題。

(4）缺乏向新領(lǐng)域生長的價值評估驗證能力。當(dāng)前，云計算、大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)已經(jīng)進入了爆發(fā)式應(yīng)用增長階段，開始與各行業(yè)業(yè)務(wù)深度融合，應(yīng)用落地、平臺構(gòu)建、生態(tài)培養(yǎng)同步并舉，廠商之間的競爭在多個維度同步開展。信息技術(shù)和產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈的建設(shè)和運營已經(jīng)開始全面競爭。我國對云、大數(shù)據(jù)、人工智能、邊緣計算、物聯(lián)網(wǎng)等新興信息技術(shù)的試驗驗證還處于起步階段。

4 基礎(chǔ)軟硬件生態(tài)建設(shè)發(fā)展的若干建議

面對應(yīng)用領(lǐng)域和規(guī)模不斷擴大的新要求和新形勢，加快基礎(chǔ)軟硬件生態(tài)建設(shè)必須全方位著手，練內(nèi)功、使長勁，逐漸構(gòu)建完善的基礎(chǔ)軟硬件生態(tài)體系。

(1）營造基礎(chǔ)軟硬件生態(tài)成長的良好輿論環(huán)境。要充分把握“棱鏡門”事件、中興事件、華為事件、舉國抗擊“新冠”疫情等帶來的契機，抓住前所未有的有利發(fā)展形勢，進一步引導(dǎo)形成寬心、寬容、寬松的輿論環(huán)境、工作環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，積極對待創(chuàng)新應(yīng)用在前進步伐中出現(xiàn)的暫時性問題，讓基礎(chǔ)軟硬件生態(tài)在不斷試錯中健康成長。

(2）基礎(chǔ)軟硬件生態(tài)建設(shè)是一個體系工程，包括半導(dǎo)體材料、芯片、元器件、基礎(chǔ)軟件、中間件、整機、應(yīng)用系統(tǒng)、開發(fā)平臺、標準協(xié)議、EDA軟件、芯片制造設(shè)備、服務(wù)保障技術(shù)等，要從整體、全面角度來實施構(gòu)建，補短板、強弱項、填缺項，使得生態(tài)體系豐滿健全。一是補齊補全事關(guān)信息技術(shù)長遠發(fā)展的技術(shù)短板。比如，目前與商用機器相比，整機的可靠性方面還有一定差距，這個短板影響系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，須下大力氣限時解決；二是增強影響應(yīng)用的能力弱項。比如，目前高端通用芯片的性能雖然提高很快，但和國外主流商用芯片相比仍有差距，限制了在某些領(lǐng)域的應(yīng)用推廣；三是迅速填滿影響生態(tài)建設(shè)的急需項目。目前對新興信息技術(shù)起支撐能力的存儲芯片等領(lǐng)域，仍存在許多技術(shù)空白，針對這些短板要一如既往攻堅克難，牢牢把技術(shù)掌握在自己手里。

(3）建立適應(yīng)基礎(chǔ)軟硬件生態(tài)體系建設(shè)的新機制?；A(chǔ)軟硬件生態(tài)體是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，需要從體系建設(shè)、聯(lián)合創(chuàng)新等方面著手，齊抓共管，建立一整套良性機制，保障生態(tài)建設(shè)有條不紊地向前推進，具體措施如下：

①聯(lián)合創(chuàng)新。當(dāng)前基礎(chǔ)軟硬件生態(tài)主要面臨技術(shù)路線多、單個生態(tài)不夠豐富強大、生態(tài)建設(shè)參與者少等問題。一是生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)要聚焦，以CPU+操作系統(tǒng)綁定的方式來構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)；二是要聚力，不同CPU+OS之上的生態(tài)體系，統(tǒng)一實施，牽頭建設(shè)，便于復(fù)用產(chǎn)業(yè)資源、借鑒生態(tài)進展、互補生態(tài)要素；三是要創(chuàng)新，生態(tài)發(fā)展要兼顧國內(nèi)、國際技術(shù)資源力量，最大限度匯集國際開源開放資源和大眾創(chuàng)業(yè)萬眾創(chuàng)新等各種力量，促進生態(tài)快速發(fā)展。

②超前布局。生態(tài)環(huán)境建設(shè)是系統(tǒng)工程，頂層規(guī)劃布局尤為重要。面向前期生態(tài)發(fā)展過程中出現(xiàn)的生態(tài)基礎(chǔ)不完善、技術(shù)支持不充分、人才隊伍不完備、應(yīng)用服務(wù)支撐不到位等問題，提前布局生態(tài)建設(shè)，將一系列基礎(chǔ)、關(guān)鍵技術(shù)、產(chǎn)品及配套環(huán)境建設(shè)好。一是要在生態(tài)建設(shè)之初科學(xué)布局規(guī)劃芯片、芯片制造、EDA工具、編譯器、開發(fā)工具、運行支撐庫、生態(tài)管理系統(tǒng)、標準規(guī)范等；二是圍繞人工智能、大數(shù)據(jù)、SDN、物聯(lián)網(wǎng)、5G、區(qū)塊鏈等新一代信息技術(shù)領(lǐng)域開展研究，提前做好大規(guī)模應(yīng)用準備；三是加大人才培養(yǎng)、教育培訓(xùn)等方面支持力度，確保后續(xù)技術(shù)人才隊伍儲備；四是在適配驗證、優(yōu)化遷移、服務(wù)保障體系等方面進行布局，以適應(yīng)規(guī)?；瘧?yīng)用支撐保障需求。

③應(yīng)用牽引。發(fā)展對基礎(chǔ)軟硬件生態(tài)提出了迫切需求，同時生態(tài)建設(shè)必須依靠應(yīng)用來帶動，但是當(dāng)前的試點示范應(yīng)用規(guī)模不足以驅(qū)動生態(tài)的發(fā)展。建議一是加速推進在政務(wù)、金融、交通、能源、醫(yī)療、教育等重點領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用，通過重大工程應(yīng)用，提出建設(shè)需求，保障建設(shè)經(jīng)費，促進產(chǎn)業(yè)建設(shè)發(fā)展；二是通過規(guī)?；瘧?yīng)用，更準確地梳理生態(tài)需求，通過對標國外生態(tài)體系，找出生態(tài)差距并補齊和豐富生態(tài)環(huán)境要素；同時通過規(guī)模化應(yīng)用，充分調(diào)動各類資源共建生態(tài)，通過價值鏈-供應(yīng)鏈-產(chǎn)品鏈的有序傳導(dǎo)，整合產(chǎn)品，豐富生態(tài)；三是充分利用當(dāng)前國家大力支持線上辦公、在線教育、互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療、無人經(jīng)濟等新業(yè)態(tài)發(fā)展契機，實現(xiàn)跨越發(fā)展。

④共享共建。適應(yīng)新時代產(chǎn)業(yè)建設(shè)和發(fā)展要求，借鑒“兩彈一星”、“探月工程”等舉國體制成功經(jīng)驗，發(fā)揮政府的引導(dǎo)作用[4]和市場資源配置的決定性作用，發(fā)揮產(chǎn)業(yè)界、科技機構(gòu)、客戶等各類建設(shè)主體的作用，建設(shè)培育良好的基礎(chǔ)軟硬件生態(tài)。

5 結(jié)論

本文從生態(tài)、技術(shù)生態(tài)、產(chǎn)業(yè)生態(tài)、基礎(chǔ)軟硬件生態(tài)等概念著手，闡述了基礎(chǔ)軟硬件生態(tài)的內(nèi)涵，分析了基礎(chǔ)軟硬件生態(tài)體系建設(shè)發(fā)展的現(xiàn)狀和存在的問題，提出了針對基礎(chǔ)軟硬件生態(tài)建設(shè)的若干建議和措施。希望本文的研究成果能夠為基礎(chǔ)軟硬件生態(tài)體系建設(shè)提供一些有益的參考和借鑒。