中国信息科学2035发展战略
  随着人类社会从信息时代向智能信息时代发展,以及第四次工业革命的临近,在新的全球格局和大国竞争的国际环境下,信息科学的战略性地位更加突出,迫切需要加强信息科学的前瞻性和颠覆性技术研究,持续推动信息科学的关键核心技术实现突破,为新时代我国深度参与全球竞争提供强有力的科技保障和核心竞争力,确保我国在未来全球竞争中的战略优势。《中国信息科学 2035 发展战略》面向 2035 年探讨了信息科学前沿发展趋势和可持续发展策略,深入阐述了信息科学及其各分支学科的科学意义与战略价值、发展规律与研究特点,系统分析了信息科学的发展现状与态势,凝练了信息科学的发展思路与发展方向,并提出了我国相应的优先发展领域和政策建议。
  本书为相关领域战略与管理专家、科技工作者、企业研发人员及高校师生提供了研究指引,为科研管理部门提供了决策参考,也是社会公众了解信息科学发展现状及趋势的重要读本。
编委会

总序

  党的二十大胜利召开,吹响了以中国式现代化全面推进中华民族伟大复兴的前进号角。习近平总书记强调“教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑”,明确要求到 2035 年要建成教育强国、科技强国、人才强国。新时代新征程对科技界提出了更高的要求。当前,世界科学技术发展日新月异,不断开辟新的认知疆域,并成为带动经济社会发展的核心变量,新一轮科技革命和产业变革正处于蓄势跃迁、快速迭代的关键阶段。开展面向 2035 年的中国学科及前沿领域发展战略研究,紧扣国家战略需求,研判科技发展大势,擘画战略、锚定方向,找准学科发展路径与方向,找准科技创新的主攻方向和突破口,对于实现全面建成社会主义现代化“两步走”战略目标具有重要意义。

  当前,应对全球性重大挑战和转变科学研究范式是当代科学的时代特征之一。为此,各国政府不断调整和完善科技创新战略与政策,强化战略科技力量部署,支持科技前沿态势研判,加强重点领域研发投入,并积极培育战略新兴产业,从而保证国际竞争实力。

  擘画战略、锚定方向是抢抓科技革命先机的必然之策。当前,新一轮科技革命蓬勃兴起,科学发展呈现相互渗透和重新会聚的趋势,在科学逐渐分化与系统持续整合的反复过程中,新的学科增长点不断产生,并且衍生出一系列新兴交叉学科和前沿领域。随着知识生产的不断积累和新兴交叉学科的相继涌现,学科体系和布局也在动态调整,构建符合知识体系逻辑结构并促进知识与应用融通的协调可持续发展的学科体系尤为重要。

  擘画战略、锚定方向是我国科技事业不断取得历史性成就的成功经验。科技创新一直是党和国家治国理政的核心内容。特别是党的十八大以来,以习近平同志为核心的党中央明确了我国建成世界科技强国的“三步走”路线图,实施了《国家创新驱动发展战略纲要》,持续加强原始创新,并将着力点放在解决关键核心技术背后的科学问题上。习近平总书记深刻指出:“基础研究是整个科学体系的源头。要瞄准世界科技前沿,抓住大趋势,下好‘先手棋’,打好基础、储备长远,甘于坐冷板凳,勇于做栽树人、挖井人,实现前瞻性基础研究、引领性原创成果重大突破,夯实世界科技强国建设的根基。”

  作为国家在科学技术方面最高咨询机构的中国科学院和国家支持基础研究主渠道的国家自然科学基金委员会(简称自然科学基金委),在夯实学科基础、加强学科建设、引领科学研究发展方面担负着重要的责任。早在新中国成立初期,中国科学院学部即组织全国有关专家研究编制了《1956—1967 年科学技术发展远景规划》。该规划的实施,实现了“两弹一星”研制等一系列重大突破,为新中国逐步形成科学技术研究体系奠定了基础。自然科学基金委自成立以来,通过学科发展战略研究,服务于科学基金的资助与管理,不断夯实国家知识基础,增进基础研究面向国家需求的能力。2009 年,自然科学基金委和中国科学院联合启动了“2011—2020 年中国学科发展战略研究”。2012 年,双方形成联合开展学科发展战略研究的常态化机制,持续研判科技发展态势,为我国科技创新领域的方向选择提供科学思想、路径选择和跨越的蓝图。

  联合开展“中国学科及前沿领域发展战略研究(2021—2035)”,是中国科学院和自然科学基金委落实新时代“两步走”战略的具体实践。我们面向 2035 年国家发展目标,结合科技发展新特征,进行了系统设计,从三个方面组织研究工作:一是总论研究,对面向2035 年的中国学科及前沿领域发展进行了概括和论述,内容包括学科的历史演进及其发展的驱动力、前沿领域的发展特征及其与社会的关联、学科与前沿领域的区别和联系、世界科学发展的整体态势,并汇总了各个学科及前沿领域的发展趋势、关键科学问题和重点方向;二是自然科学基础学科研究,主要针对科学基金资助体系中的重点学科开展战略研究,内容包括学科的科学意义与战略价值、发展规律与研究特点、发展现状与发展态势、发展思路与发展方向、资助机制与政策建议等;三是前沿领域研究,针对尚未形成学科规模、不具备明确学科属性的前沿交叉、新兴和关键核心技术领域开展战略研究,内容包括相关领域的战略价值、关键科学问题与核心技术问题、我国在相关领域的研究基础与条件、我国在相关领域的发展思路与政策建议等。

  三年多来,400 多位院士、3000 多位专家,围绕总论、数学等18 个学科和量子物质与应用等 19 个前沿领域问题,坚持突出前瞻布局、补齐发展短板、坚定创新自信、统筹分工协作的原则,开展了深入全面的战略研究工作,取得了一批重要成果,也形成了共识性结论。一是国家战略需求和技术要素成为当前学科及前沿领域发展的主要驱动力之一。有组织的科学研究及源于技术的广泛带动效应,实质化地推动了学科前沿的演进,夯实了科技发展的基础,促进了人才的培养,并衍生出更多新的学科生长点。二是学科及前沿领域的发展促进深层次交叉融通。学科及前沿领域的发展越来越呈现出多学科相互渗透的发展态势。某一类学科领域采用的研究策略和技术体系所产生的基础理论与方法论成果,可以作为共同的知识基础适用于不同学科领域的多个研究方向。三是科研范式正在经历深刻变革。解决系统性复杂问题成为当前科学发展的主要目标,导致相应的研究内容、方法和范畴等的改变,形成科学研究的多层次、多尺度、动态化的基本特征。数据驱动的科研模式有力地推动了新时代科研范式的变革。四是科学与社会的互动更加密切。发展学科及前沿领域愈加重要,与此同时,“互联网 +”正在改变科学交流生态,并且重塑了科学的边界,开放获取、开放科学、公众科学等都使得越来越多的非专业人士有机会参与到科学活动中来。

  “中国学科及前沿领域发展战略研究(2021—2035)”系列成果以“中国学科及前沿领域 2035 发展战略丛书”的形式出版,纳入“国家科学思想库 - 学术引领系列”陆续出版。希望本丛书的出版,能够为科技界、产业界的专家学者和技术人员提供研究指引,为科研管理部门提供决策参考,为科学基金深化改革、“十四五”发展规划实施、国家科学政策制定提供有力支撑。

  在本丛书即将付梓之际,我们衷心感谢为学科及前沿领域发展战略研究付出心血的院士专家,感谢在咨询、审读和管理支撑服务方面付出辛劳的同志,感谢参与项目组织和管理工作的中国科学院学部的丁仲礼、秦大河、王恩哥、朱道本、陈宜瑜、傅伯杰、李树深、李婷、苏荣辉、石兵、李鹏飞、钱莹洁、薛淮、冯霞,自然科学基金委的王长锐、韩智勇、邹立尧、冯雪莲、黎明、张兆田、杨列勋、高阵雨。学科及前沿领域发展战略研究是一项长期、系统的工作,对学科及前沿领域发展趋势的研判,对关键科学问题的凝练,对发展思路及方向的把握,对战略布局的谋划等,都需要一个不断深化、积累、完善的过程。我们由衷地希望更多院士专家参与到未来的学科及前沿领域发展战略研究中来,汇聚专家智慧,不断提升凝练科学问题的能力,为推动科研范式变革,促进基础研究高质量发展,把科技的命脉牢牢掌握在自己手中,服务支撑我国高水平科技自立自强和建设世界科技强国夯实根基做出更大贡献。

“中国学科及前沿领域发展战略研究(2021—2035)”

联合领导小组            

2023 年 3 月            

前言
  信息科学是研究信息产生、获取、存储、显示、处理、传输及其相互作用与应用的科学,以信息论、控制论和系统论等为理论基础,涵盖了电子科学与技术、信息论与通信系统、信息获取与处理、计算机科学与技术、数据与计算科学、自动化科学与技术、人工智能与智能芯片、半导体科学与信息器件、光学与光电子学、教育与信息交叉等分支领域的一门新兴综合性学科。信息学科几乎渗透到所有学科领域,强力促进了各学科的蓬勃发展,显著地提升了资源配置的效率以及各学科的发展质量,深远地影响其他学科的研究范式。
  信息科学通过相互渗透、相互结合,成为我国可持续发展和提升国家综合竞争力的强大动力,信息领域的技术水平也成为国家科学技术进步的重要标志。信息科学与产业是构建国家信息基础设施,提供网络和信息服务,全面支撑经济社会发展的战略性、基础性和先导性学科与行业。信息技术突破和产业竞争,已成为改变全球经济、政治和安全格局的重要因素,其发展水平已成为一个国家的重要国力体现。信息科学由于潜在应用广、技术革新快、重大挑战多,成为众多学科中最具创新活力的领域之一,其技术水平对引领经济社会转型发展和保障国家安全稳定具有深远的影响。
  在自然科学基金委和中国科学院的联合资助下,我们承担了“中国学科及前沿领域发展战略研究(2021—2035)”专项中的信息科学发展战略规划任务,编撰完成了《中国信息科学2035发展战略》。在本书中,我们探讨了信息科学前沿发展趋势和可持续发展策略,深入阐述了信息科学及其各分支学科的科学意义与战略价值、发展规律与研究特点,系统分析了我国信息科学的发展现状、态势与挑战,提出了我国信息科学的发展思路和重点发展方向,从总体上为我国信息科学未来10年的发展提供参考意见。
  按照自然科学基金委与中国科学院制定的“中国学科及前沿领域发展战略研究(2021—2035)工作总体方案”,在自然科学基金委信息学部的组织下于2019年3月成立了信息科学发展战略规划编写组和秘书组,刘明院士任编写组组长,范平志教授、陈熙霖教授、孙长银教授、施毅教授、祝宁华院士分别负责信息学科中电子学与信息系统、计算机科学与技术、自动化科学与技术、半导体、光学与光电子分支学科的战略规划。经过多轮的撰写、讨论、咨询、修改,于2021年2月完成“中国信息学科领域发展战略研究(2021—2035)研究报告”。随后,以研究报告为核心,编写组撰写完成《中国信息科学2035发展战略》初稿,并在各分支学科小组会议、战略研究组全体会议、自然科学基金委信息学部咨询委员会、中国科学院信息学部等不同层次,不同范围内广泛地征求专家学者们的意见,历经2年时间,最终形成本书终稿。尽管如此,本书仍可能存在遗漏、不完善之处,请广大读者批评指正。
  本书在研讨、撰写和定稿过程中,得到了自然科学基金委信息学部、中国科学院信息学部的直接指导和大力支持,《中国信息科学2035发展战略》编写组在总体策划、书稿架构、专题调研和专家组织方面做了大量工作,秘书组承担了会议组织、材料整理、书稿组稿和校稿等工作,此外还有大量专家参与专题调研、咨询和书稿评审等工作,为书稿的完善提出了宝贵的意见。在此,我们对所有参与本书工作的人员和机构深表感谢。最后,感谢自然科学基金委和中国科学院提供的经费支持。
  刘明
  《中国信息科学2035发展战略》编写组组长
  2023年5月1日
摘要
  本书在系统梳理信息科学发展历程的基础上,总结了信息科学的科学意义和战略价值、学科特点和发展规律。围绕信息科学国际发展趋势、国家科技发展和人才队伍建设需求,详细分析了我国信息科学领域的发展现状和挑战,提出了我国信息科学中长期(2021—2035年)发展的关键科学问题、发展思路、发展目标、重点研究方向和保障措施等建议,为我国信息科学未来发展提供指导。
  信息科学是人类社会从信息时代向智能时代发展中的先导性科学技术,是国家科学技术进步的重要标志,是推动国民经济、社会发展和国防安全的技术保障,是实现可持续发展、提升国家综合竞争力的强大动力。在新的全球格局和大国竞争的国际环境下,信息科学战略性地位更加突出。加强前瞻性和颠覆性技术研究,持续推动关键技术突破,为新时代我国参与广泛的全球竞争提供有力科技保障和核心竞争力,确保我国在未来全球竞争中的战略优势。因此,对信息科学领域的传统学科、新兴学科、交叉学科等进行研究并根据具体发展状况和发展阶段制定相应的发展规划,有利于实现合理高效的资源配置和各学科的高质量发展。
  “十二五”和“十三五”期间,我国信息科学发展迅速,部分研究领域实现重大突破,但是我国信息科学领域基础研究和产业整体仍然是大而不强,正处于由大变强、由“跟随并跑”向“并跑领跑”转变的关键期。过去10年,在国家大力引导和支持下,我国在信息技术领域取得长足进步,学术水平日益接近国际水平,中青年研究人才储备丰富;但是,在基础研究方面,我国重大原始创新的数量和质量与欧美等发达国家还存在一定差距。基于此,本书提出了我国信息科学未来发展目标、总体思路和重点发展方向。
  到2035年,我国信息科学领域的总体目标是实现学科均衡、协调和可持续发展。信息科学的发展要为自主完整的国家安全体系、工业体系和经济体系提供稳固的基础和支撑,为更加广泛的全球竞争提供科技保障。围绕信息科学发展趋势和满足国家重大战略需求,我国信息科学学科发展布局需要强化优势学科,扶持薄弱学科,支持学科纵深发展,促进新兴交叉学科发展,侧重基础、前瞻、人才和学科融合。深度融合国家“一带一路”可持续发展战略和“两个一百年”奋斗目标,全力推进信息科学技术领域的高速高质量发展和广泛的国际合作。
  信息科学发展总体思路是以促进基础研究取得重大进展和服务创新驱动发展战略为出发点,根据我国经济社会和科学技术发展的需求,从促进学科发展、培养人才队伍、推动原始创新、服务国家重大需求等方面聚焦重要科学前沿。为使我国在信息科技领域中实现重点突破,解决国家战略需求中的关键性科学和技术问题,依据已有基础和发展前景,确立了2021—2035年我国信息科学领域发展战略中的15个重点发展方向,包括:空天地海信息网络基础理论与技术;人机物信息物理系统基础理论与关键技术;新一代网络体系结构及安全;高分多源探测与复杂环境感知;自主智能运动体和群系统;人机物融合场景下的计算理论和软硬件方法与技术;未来信息系统电子器件/电路/射频基础理论与技术;超高算力集成电路芯片系统;?半导体材料、器件与跨维度集成;光电子器件及集成;应用光学理论与技术;生物与医学信息获取、融合及应用;人机融合的数据表征、高效计算与应用;类脑智能核心理论与技术;人工智能基础理论与方法。
  最后,为促进我国信息科学技术快速持续发展,战略规划小组从国家重大需求,鼓励原始创新、完善人才资助、建立专家团队、建设实验平台、多元化资助以及学风建设等方面提出了信息科学发展的保障措施与政策建议。

 

  Abstract
  This book systematically reviews the development of the discipline of information science, summarizing its scientific significance, strategic value, characteristics, and developmental patterns. Focusing on international trends in information science, national technological development, and the need for talent pool construction, it conducts a detailed analysis of the current state and challenges in the field of information science in our country. It proposes recommendations for the key scientific issues, developmental approaches, goals, major research directions, and safeguard measures for the medium and long-term (2021-2035) development of information science in our country, thus providing guidance for the future development of information science in our country.
   It is an important indicator of national scientific and technological progress, a technical safeguard for promoting national economic and social development, and national defense security, and a strong driving force for achieving sustainable development and enhancing national competitiveness. In the new global layout and international environment of great power competition, the strategic position of information science has become more prominent. Strengthening forward-looking,  disruptive technology research and continuously promoting breakthroughs in key technologies provide powerful technological support and core competitiveness for our country's participation in the wide-ranging global competition of the new era, ensuring our country's strategic advantage in future global competition. Therefore, research on traditional, emerging, and interdisciplinary fields in information science and the formulation of corresponding development plans based on specific developmental situations and stages will facilitate the rational and efcient allocation of resources and high-quality development of various disciplines.
  During the “12th Five-Year Plan” and “13th Five-Year Plan” periods, our country’s information science experienced rapid development, and significant breakthroughs were achieved in some research fields. However, the overall status of basic research and industry in the field of information science in our country is still large but not strong. It is currently in a critical period of transitioning from being large to becoming strong and from “following and catching up” to “running alongside and leading”. However, in terms of basic research, there is still a certain gap in the quantity and quality of major original innovations between our country and developed countries in Europe and the United States. Therefore, this book proposes the future development goals, overall ideas, and key development directions of information science in our country.
  By 2035, the overall goal of the information science field in our country is to achieve balanced, coordinated, and sustainable development. The development of information science should provide a solid foundation and support for an independent and complete national security system, industrial system, and economic system, as well as technological guarantee for broader global competition. Based on the development trends of information science and the fulfllment of major national strategic needs, the development layout of information science in our country needs to strengthen advantageous disciplines, support weak disciplines, support the in-depth development of disciplines, and promote the development of emerging interdisciplinary subjects. Emphasis should be placed on fundamentals, forward-looking research, talent cultivation, and disciplinary integration. Deep integration with the national strategy of sustainable development of the Belt and Road Initiative and the “Two Centenary Goals” should be pursued, and eforts should be made to promote high-speed and high-quality development in the field of information science and technology and foster extensive international cooperation.
  The overall approach to the development of information science is based on promoting major advancements in basic research and serving the innovation-driven development strategy. It focuses on important scientifc frontiers, taking into account the needs of our country’s economic, social, and scientifc technological development. To achieve key breakthroughs in the feld of information technology and address critical scientifc and technological issues in line with national strategic needs, the development strategy for our country’s information science field from 2021 to 2035 has established 15 key areas of focus. These areas have been identifed based on existing foundations and development prospects, including a fundamentals and technologies of space-air-sea information networks,fundamentals and key technologies of human-machine-object information-physical systems,next-generation network architecture and security,high-resolution multi-source detection and complex environment perception,autonomous intelligent mobile systems and swarm systems, computing theories, software and hardware methods, and technologies in the context of human-machine-object fusion, fundamentals and technologies of electronic devices/circuits/radio frequency for future information systems, ultra-high-performance integrated circuit chip systems, semiconductor materials, devices, and cross-dimensional integration, optoelectronic devices and integration,applied optical theories and technologies,acquisition, integration, and application of biological and medical information,data representation, efcient computation, and applications in human-machine integration,core theories and technologies of brain-inspired intelligence,fundamental theories and methods of artificial intelligence.
  Finally, to promote the rapid and sustainable development of information science and technology in our country, the strategic planning group has put forward suggestions for measures and policies to safeguard the development of the discipline. These recommendations are based on national strategic needs and focus on encouraging original innovation, improving talent funding, establishing expert teams, building experimental platforms, diversifying funding sources, and fostering a conducive academic environment.
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