整理撰稿人：中科院國家科學(xué)圖書館成都分館信息科技團隊

王立娜（E-mail:wangln@clas.ac.cn）、田倩飛、張娟、房俊民

審稿專家：中科院計算所洪學(xué)海研究員

計算機科學(xué)及其產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域目前面臨很多挑戰(zhàn)，其中最本質(zhì)的挑戰(zhàn)是傳統(tǒng)計算機產(chǎn)業(yè)正在失去發(fā)展活力。為逆轉(zhuǎn)該趨勢，研究人員提出了一個新的學(xué)術(shù)觀點：普惠計算，即以高增值的全民普及（惠及85%以上的人口）為目標(biāo)的計算機科學(xué)研究和應(yīng)用[1,2]。普惠計算具備高價值、低成本、可持續(xù)3個特征，旨在突破計算機產(chǎn)業(yè)的傳統(tǒng)思維，充分挖掘并滿足廣大民眾對計算技術(shù)的消費需求，針對性地增加變革性創(chuàng)新的科技供給。

普惠計算需要讓計算進入廣大民眾生產(chǎn)生活的業(yè)務(wù)價值層面，這意味著計算將從網(wǎng)絡(luò)空間（cyberspace）逐步進入人-機-物三元世界，不再局限于使用計算機與網(wǎng)絡(luò)硬件、軟件和服務(wù)，而是綜合利用人類社會（人）-網(wǎng)絡(luò)空間（機）-物理世界（物）的資源，通過云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動通信、光子信息等技術(shù)支撐，協(xié)作進行個性化大數(shù)據(jù)計算。這是普惠計算實現(xiàn)過程中計算機科學(xué)及產(chǎn)業(yè)所必須發(fā)生的基本性范式變革。普惠計算還需要突破通用技術(shù)賬戶、高效海網(wǎng)云平臺、信息生態(tài)系統(tǒng)和國民信息核算等科學(xué)問題。此外，從計算產(chǎn)業(yè)角度看，要實現(xiàn)普惠計算與三元計算，需要突破的最關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)問題是“昆蟲綱悖論”。昆蟲綱悖論現(xiàn)象是：一方面，海量用戶和終端應(yīng)該帶來巨大的市場；另一方面，用戶的需求是個性化的，缺乏可拷貝的大批量應(yīng)用，而且人們也想象不出能拷貝上十億份的批量應(yīng)用。沒有批量就沒有低成本，沒有低成本產(chǎn)品就不會有巨大市場，這是一個悖論。東京大學(xué)的坂村健教授對此現(xiàn)象提出了一種比喻性的解釋：傳統(tǒng)信息系統(tǒng)好像哺乳動物綱（5000物種），而物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域更像昆蟲綱（500萬物種）。如何破解昆蟲綱悖論是未來人-機-物融合的三元計算系統(tǒng)的巨大挑戰(zhàn)，可能的發(fā)展方向是可重構(gòu)、易配置的專業(yè)化與個性化產(chǎn)品和服務(wù)[2]。

普惠計算是今后30年計算機科學(xué)與產(chǎn)業(yè)應(yīng)該選擇的發(fā)展方向，有望使中國計算機市場價值在2040—2050年間達到每年10萬億元[2]。人-機-物融合將令信息科技滲透到實體經(jīng)濟和社會服務(wù)活動中，提升生產(chǎn)生活的智能化水平，使民眾在醫(yī)療衛(wèi)生、地理信息、電子商務(wù)、科研教育、影視娛樂等方面享受更高質(zhì)量服務(wù)。同時，傳統(tǒng)計算機科學(xué)將演變?yōu)槿?機-物三元計算信息科學(xué)，傳統(tǒng)信息技術(shù)將升級為海-網(wǎng)-云信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，新型的硬件、軟件、應(yīng)用模式、協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)也將應(yīng)運而生[3]。

人-機-物融合與普惠計算已經(jīng)出現(xiàn)一些科研、技術(shù)和應(yīng)用實例。2011年，美國國家科學(xué)基金會資助“人-機-物系統(tǒng)自動化實施的整體設(shè)計方法”研究，該項目將開發(fā)信息物理系統(tǒng)的自動化設(shè)計框架，通過腦機接口等技術(shù)增強人與由計算實體和物理實體組成的復(fù)雜系統(tǒng)間的交互協(xié)作[4-6]。美國伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的研究人員利用人-機-物融合系統(tǒng)進行了安全應(yīng)用研究[7]。英國帝國理工學(xué)院的研究人員們利用人-機-物融合系統(tǒng)將傳感、通信和控制相結(jié)合，以解決應(yīng)急管理研究中的難題[8,9]。

2009年，中國提出了“感知中國”的信息技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略[10]，旨在通過構(gòu)建普惠泛在的信息傳感系統(tǒng)來掌控物理世界，促進“互聯(lián)、互通、信息共享”物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，使信息技術(shù)的應(yīng)用特征逐步從人機或物機融合向人-機-物融合演進。同年，中科院發(fā)表了《中國至2050年信息科技發(fā)展路線圖》報告，指出發(fā)展普惠泛在的信息網(wǎng)絡(luò)是我國經(jīng)濟社會發(fā)展和科學(xué)研究的重要需求，并提出了人-機-物三元世界和信息技術(shù)普惠大眾的思想[11]。2012年，中科院啟動了“面向感知中國的新一代信息技術(shù)研究”戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項，將通過變革性理論研究與技術(shù)創(chuàng)新，針對當(dāng)前信息系統(tǒng)面臨的終端規(guī)模可擴展性、海量數(shù)據(jù)處理、能耗和安全四大根本性挑戰(zhàn)，創(chuàng)建滿足“人-機-物”三元融合需求的新一代信息技術(shù)體系[12]。作為該專項的重要部分，海云計算技術(shù)將研究具備與人交互、云端協(xié)作和物理世界感知功能的信息系統(tǒng)。針對化解昆蟲綱悖論，中科院計算技術(shù)所提出了可重塑處理器構(gòu)想[13]。中國“863”計劃開展的“智慧城市”、“智能物聯(lián)網(wǎng)關(guān)”和“智能家居監(jiān)控與管理系統(tǒng)”研究等也體現(xiàn)了人-機-物三元融合及普惠計算的研發(fā)趨勢和應(yīng)用前景。鑒于此，中國有可能在未來10年在普惠計算發(fā)展模式上走在世界前列，改變長期以來信息產(chǎn)業(yè)受制于人的局面。

1 Xu Z and G Li.Computing for the masses.Commun.ACM,2011,54（10）：129-137.

2 徐志偉,李國杰.普惠計算之十二要點.集成技術(shù),2012.1（1）：20-25.

3 中國科學(xué)院.科技發(fā)展新態(tài)勢與面向2020年的戰(zhàn)略選擇.北京:科學(xué)出版社,2013.

4 Schirner G,Erdogmus D,Chowdhury K et al.The Future of Human-in-the-Loop Cyber-Physical Systems.Computer,2013，46（1）：36-45.

5 Holistic Design Methodology forAutomated Implementation of Human-in-the-Loop Cyber-Physical Systems.http://www.nsf.gov/awardsearch/showAward?AWD_ID=1136027&HistoricalAwards=false,2011.

6 Holistic Design Methodology forAutomated Implementation of Human-in-the-Loop Cyber-Physical Systems.http://www.nsf.gov/awardsearch/showAward?AWD_ID=1135854&HistoricalAwards=false,2011.

7 Cyber-Physical-Human Systems.http://naira.mechse.illinois.edu/network-control/.

8 Desmet A，Gelenbe E.Graph and Analytical Models for Emergency Evacuation.Future Internet,2013，5（1）：46-55.

9 Gelenbe E,Gorbil G,Fang-Jing W.Emergency Cyber-Physical-Human Systems.in Computer Communications and Networks（ICCCN）,201221st International Conference on,2012.

10 許金葉,袁樹民.基于人機物三元世界成本信息系統(tǒng)的數(shù)字鴻溝.會計之友,2012，（2）：25-27.

11 中國科學(xué)院信息領(lǐng)域戰(zhàn)略研究組.中國至2050年信息科技發(fā)展路線圖.北京:科學(xué)出版社,2009.

12 中國科學(xué)院將研發(fā)“人機物”融合的新一代信息技術(shù)體系.http://finance.china.com.cn/roll/20120815/948434.shtml.2012.

13 Qi Guo,Tianshi Chen,Yunji Chen et al.Effective and ef ficientmicroprocessor design space exploration using unlabeled designconfigurations.Proceedings of the Twenty-Second international joint conference onArtificial Intelligence.AAAI Press:Barcelona,Catalonia,Spain.2011：1671-1677.