美国信息化技术现在发展状况_美国网络和信息技术新趋势和领域

2021年1月，PCAST向美国总统和国会提交了《网络和信息技术研发计划评估报告》，其中强调了微电子和未来产业(IotF)的重要性，并提出进一步加强网络和信息技术研发(NITRD)计划，以确保美国目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在信息技术领域实施最早、规模最大、跨部门的正式计划。该计划是美国先进网络和信息技术(NIT)研究和开发的政府资金的主要来源，如计算机、网络和软件。PCAST定期评估NITRD计划。这份报告评估了NITRD计划自2015年以来的进展，重点关注了与美国六大国家利益相关的NIT的新兴趋势和领域，并根据调查结果提出了建议。

一个

美国利益的新动向和领域

1.微电子学

微电子是NIT的基础，几乎涵盖了NIT的方方面面，从材料到半导体工艺器件，从片上系统到多芯片组件。在微电子领域，美国面临三大挑战：1)随着晶体管尺寸的缩小，微电子技术受到物理限制和散热问题的限制，需要新的技术范式来支撑相关性能的持续增长。2)美国正面临微电子供应链安全的挑战，这与制造成本和微电子产业的全球化密切相关。3)商用处理器的脆弱性与硬件设计的网络安全影响密切相关，因此提高研究人员、技术人员和决策者对此的解释和理解非常重要。

2.未来工业

IotF，如人工智能(AI)、量子信息科学(QIS)、先进通信网络、先进制造和生物技术，具有促进美国经济繁荣和确保美国国家安全的潜力。它们将有助于推动未来的科学发现和经济创新，它们的协同作用将促进彼此和相关重要领域的突破性发展。其中，AI、QIS和高级通信网络属于NIT范畴：1)AI技术增加了信息滥用的风险，正在改变网络安全的格局。随着人工智能应用新方式的出现，设计和评估人工智能系统可靠性的原则和方法变得非常重要。2)2)QIS的发展可能带来新的通信技术、新的传感模式和新的计算与仿真范式，具有全方位颠覆NIT现有结构的潜力。量子计算也会带来网络安全风险，比如量子算法可以破解现有的电子通信和存储数据的加密方法。后量子密码、量子通信和量子网络仍将是未来的重点研究方向。3)先进的通信网络将促进自动驾驶、精准农业、远程医疗等的发展和应用。但它们在频谱使用方面面临挑战。

3.跨部门合作

政府、产业和学术界之间的合作机制将加速NIT的发展，跨部门的协调将有助于加速研究成果的转移和转化。PCAST在2020年的工作报告中强调了新型跨部门伙伴关系的重要性，并提出跨部门研究机构推动政府、行业、学术界和非营利组织之间的创新R&D伙伴关系，也称为“IotF联合体”。“IotF联合体”除了具有跨部门合作的特点外，还具有跨学科的特点，使用至少两个IotF领域组合来解决未来社会的共同挑战。

4.R&D成果转化

2015年的评估报告指出了NITRD研究成果转化的重要性。一些NITRD工作组的战略计划强调成果的转化。《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、系统集成商论坛等方式支持成果转化。《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》都强调了官产学合作在加速成果转化中的重要性。“反向传输

NIT技术已成为科技进步的关键，这引起了许多NSTC小组委员会的关注。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都需要协调大规模数据和高性能计算的使用研究。纳米科学、工程和技术委员会(NSET)负责监督NNI和NITRD在微电子研究方面的重叠利益，这可能有助于在后摩尔时代保持计算性能的持续增长。PCAST认为，通过国家协调办公室(NCO)的网络，可以进一步加强某些领域的整合和发展机会。此外，一些联邦机构指定同一名专家担任几个小组委员会或机构间工作组的成员(IWG)，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目标之一，强调：1)建立战略伙伴关系；2)让学生参与学科整合；3)建立计算能力。在劳动力发展方面，NITRD计划与战略的这些目标和优先事项高度一致，并深入参与其中。为了确保美国在NIT的领先地位，培养未来的科学家，PCAST认为有必要扩大NIT各级培训人数，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。

2.调查结果和建议。NITRD计划的总体实施情况。

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

小组委员会、NCO和IWG的组织结构是协调、管理、指导和实施NIT R&D活动的有效机制。NITRD小组委员会与IWG的长期关系促进了NITRD机构之间有益的信息共享和工作协调。

联邦政府需要对NIT领域基础研究的持续支持，为了国家利益协调各个机构支持这项工作非常重要。

自2015年以来，NITRD所开展的工作回应了2015年的评估意见，这些工作仍需继续。

NITRD预算补充提供的信息无法进行纵向跟踪和比较；NIT发展很快，5~6年的复习周期太长。

建议1:现有的NITRD规划模式及其协调参与机构NIT领域基础研究的方法应当继续，但需要进行调整。

将审查周期由5至6年调整为3年。

NITRD计划应该逐步完善现有的组织结构，而不是大规模的重组。

开始一个新的IWG和项目组成部分领域(PCA)，并在预算补充中指明它是否是新的。

2.NITRD计划的跨部门合作

调查结果2: NITRD计划不仅在协调联邦政府的活动方面有效，而且可以通过加强产学研的政治和国际合作来加速创新和与国际同行合作。

一些工作组并不强调部门间会议是其工作的一部分。

一些IWG的战略计划没有将成果转移转化和跨部门合作作为核心要素。

建议2:2: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。

跟进并适当参与国际同行的相关工作，加强与NSTC国际科技协调分委会的协调。

3.关于未来产业

调查结果3: IOTF对美国经济和科研竞争力非常重要，需要加强相关领域的协调，NITRD协调小组适合扮演这一协调角色。

NITRD计划的人工智能活动是IotF领域的协调模式。艾IWG成立于2018年，艾PCA成立于2020年。

除了人工智能领域，NITRD

通过小组委员会、大规模网络(LSN)和无线频谱研究与开发(WSRD)工作组，加强了NITRD高级通信网络研究与开发的协调，特别是在频谱共享方面。

加强与国家量子协调办公室(NQCO)和NSTC QIS成员的协调，特别是在后量子密码术的研发和影响NIT发展的其他QIS研究方向上；强化NIT在实现综合量子信息系统中的作用。

与生物防御研究与发展小组委员会和生物科学小组委员会等NSTC机构合作，协调生物技术领域的相关工作。

与NSTC先进制造分委员会和美国制造协会合作，协调先进制造领域的相关工作。

4.微电子学

调查结果四：微电子是NIT的基础，高效安全的微电子供应链对NIT产业至关重要。

NITRD协调微电子研究的努力显示了其在该领域的空白。虽然NNI拥有微电子这一关键领域，但截至2020年，NNI-NITRD并没有明确的联合计划来确保NNI在这一领域的研究能够与NITRD的研究体系无缝对接。

在微电子R&D的活动中，缺乏R&D软件、硬件和系统架构之间的协调和联合研究计划。

建议4: NITRD计划应明确将微电子纳入其R&D计划。

它可以采取独立的IWG的形式，或者将硬件/组件的研究和开发纳入现有的IWG。

应加强NNI-NITRD的协调，以确保R&D战略与项目计划保持一致。

5.劳动力和人才的发展

调查结果5:5:NITRD计划应加强NIT领域联邦机构教育和劳动培训的协调和整合。

NITRD计划参与协调NIT教育和劳动力培训。如何培养下一代具有网络技术能力的个人和专业人员已经被列入许多NIRDIWG的优先事项。

有必要扩大NIT领域各级专业人员的数量。

美国必须继续成为NIT及相关领域的全球人才高地，吸引并留住国际人才。

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

NIT领域的STEM教育，包括博士奖学金。

2年制和4年制教育机构的计算科学交叉与整合项目(CS X)。

培训和再教育非熟练劳动力，扩大网络技术劳动力。

多元化和包容性的NIT员工队伍，包括各级技术人员、工程师和科学家。

加强对国际人才的吸引和保留。

原标题：[政策规划]美国网络与信息技术R&D计划评估报告

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