美国网络和信息技术新趋势和领域

2021年1月，美国总统科学技术顾问委员会（PCAST）向美国总统和国会提交《网络和信息技术研发计划评估报告》，强调了微电子学和未来产业（IotF）的重要性，提出进一步加强网络和信息技术研发（NITRD）计划，以确保美国在当前和未来的全球领导地位和公共投资回报。

NITRD计划是美国联邦政府最早实施、最大的、跨部门的信息技术领域正式计划。该计划是美国先进网络和信息技术（NIT）研发的主要政府资助来源，如计算机、网络和软件等。PCAST定期对NITRD计划进行评估，本次报告评估了2015年以来NITRD计划的进展情况，着重探讨了六个美国国家利益相关的NIT新兴趋势和领域，并根据调查结果提出了建议。

一

美国利益相关的新趋势和领域

1. 微电子学

微电子学是NIT的基础，从材料到半导体工艺器件，从片上系统到多芯片组件，几乎涉足NIT的方方面面。微电子学领域，美国面临的三个挑战包括：1）随着晶体管尺寸的缩小，微电子技术受限于物理极限和散热问题，需要新的技术范式来支持相关性能的持续增长。2）美国面临着微电子学供应链安全方面的挑战，该挑战与制造业成本和微电子产业全球化密切相关。3）商业处理器的脆弱性与硬件设计的网络安全影响紧密相关，提升研究人员、技术人员和决策者对此的解释和理解的至关重要。

2. 未来产业

人工智能（AI）、量子信息科学（QIS）、先进通信网络、先进制造、生物技术等IotF具有促进美国经济繁荣和确保美国国家安全的潜力。它们有助于促进未来科学发现和经济创新，它们的协同作用将促进彼此及相关重要领域的突破发展。其中，AI、QIS、先进通信网络属于NIT范畴：1）AI技术增加了信息滥用的风险，同时正在改变网络安全的格局。随着AI应用新方式的不断出现，设计和评估AI系统可靠性的原则和方法至关重要。2）QIS的发展可能带来新通信技术、新传感方式以及计算和仿真的新范式，具有全方位颠覆NIT现有格局的潜力。量子计算也将带来网络安全风险，如量子算法能破解现有电子通信和存储数据的加密方法。后量子密码、量子通信、量子网络等仍将是今后的重点研究方向。3）先进通信网络将促进自动驾驶、精细农业、远程医疗等的发展和应用，但面临着频谱使用方面的挑战。

3. 跨部门合作

政产学间合作机制将加速NIT发展，跨部门协调有助于加速研究成果的转移转化。PCAST在2020年的工作报告中强调了新型跨部门合作伙伴关系的重要性，提出跨部门研究所以促进政府、产业界、学术界和非营利组织间的创新研发伙伴关系，又称“IotF联合体”。除了具有跨部门合作特点外，“IotF联合体”具有跨学科特点，利用至少2个IotF领域组合来解决未来社会的共同挑战。

4. 研发成果转化

2015年评估报告指出了NITRD研究成果转化的重要性。NITRD一些工作组的战略计划强调了成果转化。《联邦网络安全研究和发展战略计划》建议联邦政府通过研究联盟、小企业创新研究奖励、系统集成商论坛等支持成果转化。《未来先进计算生态系统战略计划》《国家人工智能研发战略计划2019》均强调了政府、产业界和学术界合作在加速成果转化中的重要性。“逆向转化”，即总结现有实例的经验和教训来推动基础研究，这将促进创新周期循环，加速成果转化的前瞻性部署同时反哺基础研究创新。

5. 与国家科学和技术理事会（NSTC）进行相关协调

NIT技术已成为科技进步的关键，引起了NSTC许多小组委员会的重点关注。例如，美国地球观测小组委员会、全球变化研究小组委员会和地球系统可预测性快速跟踪行动委员会等都需要协调有关大规模数据和高性能计算使用方面的研究。纳米科学、工程和技术委员会（NSET）负责监督NNI和NITRD在微电子学研究方面的重叠利益，这可能会帮助维持后摩尔时代计算性能的持续增长。PCAST认为通过国家协调办公室（NCO）网络，可以进一步加强一些领域的融合发展机会。此外，一些联邦机构指定同一位专家担任多个小组委员会或机构间工作组（IWG）成员，以促进相关领域工作的交流和协调。

6. 劳动力发展和培训的新方法

2018年美国STEM（科学、技术、工程、数学）教育战略计划将多样性和包容性作为其目标之一，强调：1）建立战略合作伙伴关系；2）让学生参与学科融合；3）建立计算能力。在劳动力发展方面，NITRD计划与该战略的这些目标和重点高度一致，并且已经深度参与其中。为确保美国在NIT的领先地位并培养未来科学家，PCAST认为有必要扩大各级各层面NIT的受培训人数，同时应继续保持NIT及相关领域的全球人才高地，重新强调吸引和留住国际优秀人才。

二调查结果及建议      1. 有关NITRD计划整体执行

调查结果1：NITRD计划（包含NITRD NCO和小组委员会），有助于确保美国NIT研发的适当和有效，包括NIT研发的资助、管理、协调、实施和活动。

小组委员会、NCO、IWG三方组织结构是协调、管理、指导、执行NIT研发活动的有效机制。通过NITRD小组委员会和IWG建立的长期关系促进了NITRD各机构之间有益信息共享和工作协调。

联邦政府需要对NIT领域的基础研究进行持续的支持，协调各机构支持这项工作对国家利益至关重要。

2015年以来，NITRD开展的工作回应了2015年评估意见，而这些工作仍需持续进行。

NITRD预算补充呈现的信息无法进行纵向跟踪和比较；NIT发展迅速，5~6年的审查周期太长。

建议1：现有NITRD计划模式及其协调各参与机构NIT领域基础研究的方法应该持续，但需要调整。

将5~6年的审查周期调整为3年。

NITRD计划应逐步改进现有组织结构，而不应进行大规模重组。

启动新的IWG和项目组成领域（PCA），并在预算补充中注明是否为新增。

2.有关NITRD计划跨部门合作

调查结果2：NITRD计划不仅在协调联邦政府活动方面有效，而且可以通过强化政产学研合作和国际合作来加速创新和与国际同行并跑。

有些IWG未将跨部门会议作为其工作的一部分加以强调。

有些IWG的战略计划未将成果转移转化和跨部门合作作为核心要素。

建议2：NITRD计划应审查现有的组织结构和业务，为跨部门和国际合作提供机会。

采取更有力的措施扩大跨部门合作，加强外联和公众影响力。

跟踪国际同行相关工作并适当参与其中，加强与NSTC国际科技协调小组委员会协调工作。

3.有关未来产业

调查结果3：IotF对美国经济和研究竞争力至关重要，加强相关领域的协调十分必要，NITRD协调组适合发挥这一协调作用。

NITRD计划的AI活动是IotF领域协调方面的典范。AI IWG成立于2018年，AI PCA成立于2020年。

除了AI领域外，NITRD计划对其他4个IotF领域尚未有明显的侧重。

建议3：NITRD计划应审查现有组织结构和业务，加强NIT相关的IotF领域协调工作。

继续维持NITRD计划的AI协调工作，以及NITRD IWG、NSTC AI特设委员会、MLAI小组委员会间的协调工作。

通过小组委员会、大规模网络（LSN）和无线频谱研发（WSRD）工作组强化NITRD先进通信网络研发的协调工作，尤其在频谱共享方面。

加强与国家量子协调办公室（NQCO）和NSTC QIS小组委员的协调，尤其关于后量子密码研发和其他影响NIT发展的QIS研究方向；强化NIT在实现综合量子信息系统的作用。

与生物防御研发小组委员会和生物科学小组委员会等NSTC机构合作，协调生物技术领域相关工作。

与NSTC先进制造小组委员会和美国制造研究所合作，协调先进制造领域相关工作。

4.有关微电子学

调查结果4：微电子学是NIT的基础，高效和安全的微电子学供应链对NIT产业至关重要。

NITRD协调微电子学研究的努力表明其在该领域的空白。尽管NNI有微电子学重点领域，但截至2020年，双方没有明确的NNI-NITRD联合计划来确保NNI在该领域的研究可以无缝对接到NITRD的研究系统中。

在微电子学研发活动中，软硬件和系统架构之间缺乏研发协调和联合研究计划。

建议4：NITRD计划应明确将微电子学纳入其研发计划中。

可以采取独立IWG形式，或者将硬件/组件研发纳入现有的IWG中。

应当加强NNI-NITRD协调，以确保研发战略与项目计划保持一致。

5.有关劳动力及人才发展

调查结果5：NITRD计划应加大协调和整合NIT领域联邦机构的教育和劳动力培养工作。

NITRD计划已经参与协调NIT教育和劳动力培养工作。如何培养下一代具备网络技术能力的个人和专业人才已纳入多个NITRD IWG的优先事项。

有必要扩大NIT领域各级专业人才数量。

美国必须继续成为NIT及相关领域全球人才高地，吸引和留住国际优秀人才。

建议5：NITRD计划应进一步研究如何协调参与机构，如IWG或其他跨机构组织，确保它们的支持：

NIT领域的STEM教育，包括博士研究生奖学金。

2年制和4年制教育机构的计算科学交叉和融合项目（CS+X）。

培训和再教育非技术劳动力，扩大网络技术劳动力队伍。

多样性和包容性的NIT劳动力，包括各级技术人员、工程师、科学家。

加强吸引和留住国际优秀人才。

原文标题：【政策规划】美国网络和信息技术研发计划评估报告

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责任编辑：haq