中国电子信息工程科技发展研究

    本书分析了电子信息领域近期至2016年度的科技发展情况，综合阐述了靠前外电子信息领域科技重要突破及标志性成果，为我国科技人员准确把握电子信息领域发展趋势提供参考，也为我国制定电子信息科技相关发展战略提供支撑。全书分“总论”和“专题”两部分。总论较宏观地讨论了电子信息领域科技优选发展态势、我国发展现状和发展展望；专题分别对“微电子光电子”“光学工程”“感知”“测试计量”“电磁空间”“网络与通信”“信息安全”“水声工程”“电磁场与电磁环境效应”“控制”“认知”“计算机系统及软件”和“计算机应用”等13个专题方向在优选发展态势、我国发展现状、我国未来展望以及热点亮点工作等方面进行了具体探讨。

目录
《中国电子信息工程科技发展研究（综合篇）》编写说明
总论
第一部分 全球发展态势 3
一、宏观态势 3
（一）各国继续强化电子信息发展布局，加快抢占数字时代发展先机 3
（二）电子信息科技正处于群体突破前夜，工程科技开创体系化创新时期 4
（三）大数据重新定义工程科技新范式，开源开放重塑技术发展模式 5
（四）电子信息技术与各行业深入融合应用，加速构建现代产业体系 6
（五）电子信息科技深刻改变人类生产生活方式，加速社会现代化进程 6
二、相关态势 7
（一）集成电路开启超摩尔探索，大规模集成技术引领光电子发展 7
（二）光学工程呈现多元、多极发展态势，激光应用深度和广度不断拓展 8
（三）遥感手段与范围不断拓展，全球化、精细化探测引领未来技术方向 8
（四）传感器日益成为信息技术重要基础，集成化、智能化成为重要方向 9
（五）高精密计量测试紧密围绕行业应用，促进电子信息产业质量提升 10
（六）雷达加速网络化智能化发展，孕育全新一代雷达体系 11
（七）人网物三元万物互联飞速演进，软定义大带宽广覆盖引领未来 11
（八）网络安全向主动和动态防御转变，管防控一体化全面发展 12
（几）海洋战略引领水声装备快速发展，产业规模持续增长 13
（十）制电磁权争夺激烈，新型电磁材料和器件高速发展 13
（十一）大数据驱动人工智能新高潮，信息物理系统加速控制系统智能化 14
（十二）高性能计算和优选存储加速突破，计算机应用开启智能时代 15
第二部分 我国发展现状 16
一、发展环境 16
（一）重视顶层规划，完善政策支撑体系 16
（二）创新和应用双轮驱动，加快建设科技强国 18
（三）坚持市场导向，创新产业发展思路 20
二、技术现状 21
（一）移动芯片带动设计优势向制造和封测扩散，光子集成技术快速发展 21
（二）光学技术与应用稳健发展，科技创新成果走在前沿 21
（三）遥感技术与国际同步，初步形成体系化发展 22
（四）航天核心传感器实现自主可控，“智慧+”驱动感知领域加速创新 23
（五）电子信息仪器仪表体系形成，计量测试技术和应用水平快速提升 23
（六）雷达系统技术与国际同步发展，基础技术追赶优选水平 24
（七）网络与通信成为自主创新典范，从跟随模式加速转向创新引领 25
（八）网络安全自主可控进一步提升，理念和防御技术创新迎来突破 25
（几）水声技术装备种类齐全，突破传统领域加快赶超步伐 26
（十）电磁兼容及防护技术创新突破，电磁制衡能力大幅提升 26
（十一）新型控制技术广泛应用，控制系统智能化水平显著提升 27
（十二）人工智能技术与产业加速追赶，数据资源优势日益凸显 27
（十三）高端计算多点突破，智能终端系统多元化创新 28
（十四）计算机应用技术整体跃升，产业智能化发展特征明显 29
三、产业现状 29
（一）产业发展势头强劲，产业集聚效应明显 29
（二）新模式新业态打造新动能，两化融合协同效应初显 31
第三部分 我国发展展望 34
一、发展思路 34
二、发展重点 36
（一）强化集成电路工艺基础创新，加强光电子芯片及器件研发 36
（二）深化光学前沿基础问题研究，加快高新技术工程应用转化 37
（三）持续提升空间、时间、光谱分辨率，遥感数据进一步精细化 37
（四）推进低端传感器集约化发展，提升中高端传感器产业竞争力 38
（五）研究基于量子物理的新一代计量基标准，提升测试计量和仪表水平 38
（六）雷达性能提升与功能扩展并行，提升体系对抗能力 39
（七）探索未来网络与通信革命性技术体系，构建陆海空天一体化网络 39
（八）构建安全态势感知与防御体系，加快物联网和工控安全创新 40
（九）完善水声装备体系化建设，推动军民融合深度发展 40
（十）电磁环境效应机理与体系化防护研究并重，推进大型基础平台研制 41
（十一）促进智能信息空间与控制技术深度融合，实现“无缝智能” 41
（十二）推动人工智能范式融合，研发新型认知计算基础软件开源平台 42
（十三）协同发展E级高性能计算与存储系统，加快创新新型终端系统技术 42
（十四）推动计算机应用技术协同创新，培育智慧产业快速发展 43
参考文献 43
专题
专题一 微电子光电子 47
编写说明 48
专家组和撰写组名单 49
专题研究 51
一、全球发展态势 51
二、我国发展现状 53
三、我国未来展望 55
四、我国热点亮点 56
（一）系统集成芯片设计技术 56
（二）微电子封装技术 58
（三）微电子机械系统技术 59
（四）微波光电子技术与集成 61
（五）光电光纤传感器 62
（六）光电子技术军事应用 63
专题二 光学工程 65
编写说明 66
专家组和撰写组名单 67
专题研究 69
一、全球发展态势 69
（一）固体激光技术向多极化发展 69
（二）红外技术向军用和民用领域持续拓展 69
（三）新型光学系统和仪器不断涌现 70
（四）光波精密调控将获得突破 70
（五）量子计算技术已初见端倪 70
（六）激光增材制造推动工业制造水平到全新的高度 71
（七）空间激光通信技术成为实现天地一体化的重要手段 71
（八）光学观测成为空间观测最重要的手段 71
二、我国发展现状 71
（一）光学工程前沿领域地位逐步提高 72
（二）大力支持科研立项与成果积累 72
（三）光学制造行业发展迅速 75
三、我国未来展望 76
（一）我国将在基础科研领域形成一批重要成果 76
（二）我国激光增材制造产业将进入快速发展阶段 76
（三）我国空间激光通信将步入实用化 76
（四）光纤通信将在技术和应用层面实现多项系统级创新 76
（五）光学技术将进一步提升我国军事斗争和反恐维稳能力 77
（六）我国红外成像将实现广泛应用 77
四、我国热点亮点 77
（一）大口径光学加工技术 77
（二）空间激光通信技术 79
（三）星载激光测距技术 83
（四）高功率激光器技术 85
（五）高性能红外成像技术 86
（六）量子成像技术 88
参考文献 89
专题三(1) 感知-遥感 91
编写说明 92
专家组和撰写组名单 93
专题研究 95
一、全球发展态势 95
（一）体系化部署面向全球变化科学研究的遥感观测计划 95
（二）高度重视遥感数据和定量遥感产品的质量控制技术 95
（三）遥感信息产业正在迈入快速发展关键时期 96
二、我国发展现状 96
（一）遥感技术全球化观测战略布局有待进一步优化 96
（二）遥感数据及信息产品质量控制技术的重视有待进一步加强 96
（三）遥感信息社会化、大众化服务水平和能力有待进一步提升 97
三、我国未来展望 97
（一）遥感技术及应用发展正在向“高精度”“社会化”方向迈进 97
（二）遥感技术未来发展重点 97
四、我国热点亮点 98
（一）遥感技术及应用的前沿共性问题 98
（二）可见光高分辨率成像技术及应用 99
（三）航天测绘成像技术及应用 102
（四）航空光学遥感技术及应用 103
（五）红外成像/探测技术 103
（六）高光谱成像技术及应用 105
（七）合成孔径雷达技术及应用 106
（八）激光遥感技术及应用 108
（几）微波遥感技术及应用 109
（十）遥感技术气象海洋应用 110
（十一）遥感技术军事应用 111
（十二）遥感技术国土资源与生态环境应用 112
参考文献 113
专题三(2) 感知-传感器 115
编写说明 116
专家组和撰写组名单 117
专题研究 119
一、全球发展态势 119
（一）全球传感器产业进入快速增长期 119
（二）科技进步和市场需求持续驱动传感器技术创新 120
（三）智能传感器发展带动集成电路的发展 120
（四）全球传感器产业进一步集中，我国传感器技术和产业有长足发展 120
二、我国发展现状 120
三、我国未来展望 121
四、我国热点亮点 122
（一）可见光传感器 122
（二）红外传感器 123
（三）紫外传感器 125
（四）太赫兹传感器 127
（五）力学传感器 128
（六）磁学传感器 129
（七）电学传感器 130
（八）声学传感器 132
（几）化学生物传感器 134
（十）集成组合Combo传感器 135
参考文献 136
专题四 测试计量 141
编写说明 142
专家组和撰写组名单 143
专题研究 145
一、全球发展态势 145
二、我国发展现状 148
（一）信息通信领域测试计量 148
（二）无线传感与测试计量 149
（三）智能制造相关测试 150
（四）时频计量 150
三、我国未来展望 150
四、我国热点亮点 153
（一）无线通信测试 153
（二）光学和光通信测量 155
（三）量子计量与测量 156
（四）时间频率计量 157
（五）大数据和高性能计算测试 158
参考文献 159
专题五 电磁空间 165
编写说明 166
专家组和撰写组名单 167
专题研究 169
一、全球发展态势 169
（一）雷达系统技术 169
（二）雷达对抗技术 170
（三）雷达信号处理技术 171
二、我国发展现状 171
（一）雷达及雷达对抗技术与国外同步发展 171
（二）基础技术发展良好，尚需追赶国际优选水平 172
三、我国未来展望 172
（一）雷达系统技术 172
（二）雷达对抗技术 173
（三）雷达信号处理技术 173
四、我国热点亮点 173
（一）雷达系统技术 173
（二）雷达对抗技术 180
（三）雷达信号处理技术 184
参考文献 187
专题六 网络与通信 189
编写说明 190
专家组和撰写组名单 191
专题研究 193
一、全球发展态势 194
（一）前沿创新 194
（二）技术创新 195
（三）产业发展 196
二、我国发展现状 196
（一）前沿创新 196
（二）技术创新 197
（三）产业发展 197
（四）机遇挑战 198
三、我国未来展望 199
（一）前沿创新 199
（二）技术创新 199
（三）产业发展 199
四、我国热点亮点 200
（一）移动通信 200
（二）数据通信 202
（三）光纤通信 204
（四）移动互联网 205
（五）物联网 207
参考文献 208
专题七 信息安全 211
编写说明 212
专家组和撰写组名单 213
专题研究 215
一、全球发展态势 215
（一）

    总论

    靠前部分 优选发展态势

    一、宏观态势

    （一）各国继续强化电子信息发展布局，加快抢占数字时代发展先机

    人类已经历了农业革命、工业革命，正在经历着的信息技术驱动的信息革命，深刻改变着优选经济格局、利益格局、安全格局。电子信息技术作为信息时代的基础技术、核心技术、支柱性技术，是国家间竞争焦点和战略必争领域，成为各国政府优先发展的重点方向。

    （1）电子信息技术是信息时代塑造国家创新能力的关键领域和竞争高地。

    电子信息技术的创新能力已经成为国家创新能力的重要标志，各国纷纷强化电子信息工程科技的顶层设计和战略部署，积极培育技术创新的新优势。美国为维护其在电子信息领域的优选保证领导地位，不断加强政府对于信息技术发展方向的引导，及时发布相关发展计划或战略。2016年，“网络和信息技术研发计划（NITRD）”将高容量计算及基础设施、大规模数据管理与分析（LSDMA）、机器人与智能系统（RIS）、网络安全与信息保障（CSIA）、软件设计与生产（SDP）等作为研发重点。美国国防优选研究计划局（DARPA）发布2015年《服务于国家安全的突破性技术》报告，强化大数据和网络信息系统等的技术突破。《美国创新战略2015》将人工智能、智慧城市等作为优先发展领域。欧盟为重建欧洲在ICT领域的靠前竞争优势，积极布局信息技术创新发展。“地平线 2020（Horizon 2020）”科研计划，实施时间自2014年至2020年，强化信息技术的创新与应用，其中ICT领域投资占到总投资的46%，关注重点包括下一代计算技术、未来互联网技术和服务、内容的技术和信息管理、优选机器人以及机器人智能空间、信息与传播技术和关键使能技术。日本试图将其在信息技术产业、基础设施领域的单点优势扩大到网络发展的整个领域。积极推进《iJapan战略2015》，发布《科学技术创新综合战略2016》，聚焦超智能社会建设，综合部署人工智能技术、设备系统、应用的研发与产业化。

    （2）强化电子信息技术创新是促进经济社会长期可持续发展的重要抓手和必由之路。

    电子信息技术的广泛应用和深度融合，信息产业的巨大带动性和广泛渗透性，以及信息基础设施的基础性和关键载体地位，决定了电子信息产业在促进经济发展、转变发展方式、促进社会就业等方面的重要作用。近年来，发达国家实施了新一轮的IT计划，不仅着眼于，更强调将其作为恢复经济、提升经济长期竞争力的重大战略。美国接连出台了包括大数据、云计算、人工智能等在内的一系列技术发展战略，2016年又发布了《2016～2045年新兴科技趋势报告》，报告集中总结了美国未来的科技发展方向，其中电子信息领域的技术占据了保证重要的位置，物联网、机器人与自动化系统、智能手机与云端计算、智能城市、量子计算、虚拟现实、数据分析、网络安全、社交网络、优选数码设备等成为美国政府重点支持的发展领域。许多发展中国家也在积极争抢信息通信技术创新和应用的新机遇，力争通过信息时代“硬实力”与“巧实力”的国家战略组合，加快构建国家战略新优势。

    （3）电子信息技术成为维护国家网络空间安全和战略利益的重要着力点。

    随着互联网的发展，网络空间已成为继海、陆、空、天之后的国家第五疆域，制网权成为各国激烈角逐的新的安全领域，网络空间角逐的基础是核心技术，没有核心技术，就没有网络安全，也就没有国家安全。近年来，靠前上围绕网络空间信息获取、利用、渗透和控制的争夺愈发激烈，保障国家网络空间的安全已成为信息时代各国的重要战略抉择，加速信息技术创新和构建自主产业体系，掌控信息获取、利用、控制的主动权，构建自主产业生态格局，事关国家安全和长远发展，深刻塑造着靠前政治经济新格局新秩序。

    （二）电子信息科技正处于群体突破前夜，工程科技开创体系化创新时期

    当今世界，电子信息技术日新月异，新技术、新应用、新模式不断涌现，各主要技术领域加速代际跃迁，技术路线的深刻调整不断挑战技术发展的天花板，加速孕育群体性技术变革。

    （1）电子信息技术引领新一轮技术变革，将迎来颠覆性和群体性突破。

    当今时代，以信息技术为核心的新一轮科技革命正在孕育兴起，特别是以互联网、云计算、大数据等为代表的现代信息技术发展日新月异，展示了世界发展的前景，正在全面地融入社会生产生活，深刻地改变着人类的思维、生产、生活、学习方式，持续地改变着优选的经济格局、利益格局、安全格局。随着泛在获取、高速传输、海量存储、普遍互联的逐步实现，特别是人工智能正在创造的新需求，信息与电子领域的技术和模式创新不断出现。“云计算”利用分布式计算技术提供海量廉价存储和计算能力；“物联网”向规模化、智能化和协同化发展；“新型智慧城市”正在朝着更透彻的感知、更广泛的互联、更深入的智能化等特征发展；集成电路正在步入“后摩尔时代”，石墨烯等新型信息功能材料加速发展；“Wintel”平台正在瓦解，以“ARM+Android”为主的多开放平台和技术产业新格局加速形成；数据网络正在步入“后IP时代”，安全可信、宽带融合、以数据为中心、高效扩展的未来网络将成为主流；移动通信全面步入4G时代，并正在开启5G新时代。所有这一切都表明，信息技术诸多主要领域正普遍处于更新换代的重要变革期、群发性突破的关键发展期和颠覆性变革的重大机遇期。

    （2）信息技术各领域的加速创新与融合集成促进了技术的体系化发展。

    一方面，技术的体系化发展成为电子信息领域技术竞争的重要形态。感知、传输、存储、计算等关键环节的技术理念和技术基因不断交叉融合，单点环节与其他环节的联系和辐射作用日益强化，体系化发展模式日益明显。2016年，云计算、大数据、人工智能等核心技术快速发展，促进了计算技术与计算模式的变革，推动了服务器、智能终端的技术路径的深刻调整，带动了操作系统、虚容器、数据库与数据仓库、数据分析与深度挖掘等基础软件的重大创新，深刻改变了信息技术开发与服务的提供方式，核心技术的技术体系和产业生态整合能力进一步加强。另一方面，电子信息技术与其他领域技术深度融合发展。信息技术作为一种通用目的性技术（GPT），以网络信息技术为核心的现代电子信息技术与制造、材料、能源、生物等技术加速交叉融合，催生了智能制造、新型材料、生物信息等新的技术方向，创造了工业互联网、“互联网+”、分享经济等新的产业形态和商业模式。总体看，电子信息工程科技不断拓展重要技术领域的研究范畴和方法手段，带动了工程科技领域的群体性突破。

    （三）大数据重新定义工程科技新范式，开源开放重塑技术发展模式

    随着以信息网络为代表的信息技术在工程科技各领域的广泛应用和深度融合，以大数据为核心的科技创新范式加速重构，科技创新资源的优选化、网络化、平台化趋势日趋明显。

    （1）大数据等信息技术催生了基于数据驱动的工程科技发展新范式。

    大数据与云计算、人工智能等技术融合及其在工程科技领域的深入应用，基于数据驱动的工程科技发展新范式加速形成，为材料、生物、能源等重要领域的创新发展提供了新的手段和新的思路，引发了科研方法、组织方式的深刻变化，促进了数据向知识的快速转化。跨学科、跨领域、跨平台的工程科技大数据系统成为重要的科研平台，基于海量信息的深度学习和知识挖掘成为科研的重要手段和方法。

    （2）开源开放等成为信息技术创新的模式和智力资源聚集的新方式。

    开源开放、众创众筹、生态竞争等成为信息技术创新发展的主要方式，推动多样化新型创新平台和发展模式的加速构建，促进科研和创新活动向个性化、开放化、网络化、集群化方向发展。互联网显著提升了科技创新资源的优选优化配置效率，科研资源汇聚与整合速度、范围和规模都将达到少见水平，发达国家与发展中国家的“技术鸿沟”不断扩大，科技资源和很好人才的优选化竞争更趋激烈。

    （四）电子信息技术与各行业深入融合应用，加速构建现代产业体系

    以信息网络为核心的信息技术与农业、制造业深度融合，掀起了传统产业领域的新一轮发展浪潮，新一轮经济发展的动能加速孕育。

    （1）电子信息技术向传统产业的快速渗透加速传统产业转型升级。

    电子信息技术在农业领域的广泛应用推动了农业生产管理、经营管理、市场流通等环节的深刻变革，培育出一大批网络化、智能化、精细化的现代农业发展新模式，大幅提升了农业信息化发展水平，持续推进农业现代化发展进程。新一代信息技术与制造业深度融合，加速推动了制造体系的数字化、网络化、智能化变革，催生了网络协同、众包众筹、规模化个性定制等新产业形态。生产设备智能化、生产方式柔性化、生产组织灵巧化重构制造业价值链，使得产业附加值的知识和信息含量不断提升，加速了传统产业向高端制造业转变。智能制造成为我国制造业提质增效、创新发展的重要方向。

    （2）电子信息技术为新兴产业培育壮大创造了广阔的发展空间。

    世界经济加速向以电子信息产业为重要内容的经济活动转变，电子信息技术推动产业新模式、新应用、新业态的不断涌现，开辟了广阔的发展空间。新型商务模式和服务经济加速兴起，催生和衍生着新的业态。电子商务、现代物流、软件和服务外包为代表的新型生产性服务业迅猛发展。网络出版、在线游戏、数字音乐、手机媒体等数字内容产业快速成长，新型显示器件、数字视听、半导体照明、汽车电子等新兴产业群加速形成。

    （五）电子信息科技深刻改变人类生产生活方式，加速社会现代化进程

    电子信息技术在生产生活等领域的广泛应用，极大拓展了人类认识世界、改造世界的能力，有力推动了人类社会的现代化进程，开启了人类文明发展的新时代。

    （1）电子信息技术的广泛应用拓展了人的生活空间，改变了人的生活方式，提升了人的生活质量，促进了人的全面发展。

    信息网络开辟了崭新空间，各类网络应用深入渗透到人类生产生活的各个方面，根本改变了人们的沟通、表达和生活方式。人工智能丰富了人类认识世界、改造世界的方式和手段，无人驾驶、智能机器人、机器翻译、自然语言理解、智慧医疗等极大扩展了人的智力、感观、体力的能力和范畴。美国在2016年抢先发售将“人类增强”作为国家科技创新的重要方向，试图通过电子信息科技带领人类突破身体极限，外骨骼、与大脑连接的假肢、较为植入性体内设备等可能发展出穿墙听力、天然夜视、预制智能等人体新功能，放大和强化了人的基本能力，推动人类文明进入加速发展的新阶段。