我國(guó)人工智能核心軟硬件發(fā)展戰(zhàn)略研究

　　摘要：人工智能(AI)是推動(dòng)全球數(shù)字化發(fā)展的重要賦能技術(shù)，正在引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革;加快培育和推進(jìn)我國(guó) AI 核心軟硬件技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展，對(duì)推動(dòng)我國(guó)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展、產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級(jí)、生產(chǎn)力整體躍升具有重要戰(zhàn)略意義。本文圍繞當(dāng)前 AI 核心軟硬件在技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和政策等方面的發(fā)展情況，梳理了國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了我國(guó)發(fā)展面臨的問題，指出了我國(guó) AI 核心軟硬件技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展思路，提出了面向 2025 年和 2035 年的 AI 核心軟硬件發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，從 AI 核心硬件、AI 核心軟件、AI 相關(guān)基礎(chǔ)技術(shù) 3 個(gè)方面凝練了今后發(fā)展的重點(diǎn)任務(wù)。研究建議，將 AI 核心軟硬件技術(shù)納入國(guó)家科技創(chuàng)新頂層規(guī)劃，加大科研投入;加強(qiáng) AI 開源平臺(tái)建設(shè)，開展示范應(yīng)用;開展 AI 關(guān)鍵共性技術(shù)研發(fā)，實(shí)現(xiàn)協(xié)同創(chuàng)新;實(shí)施 AI 產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)再造，牽引產(chǎn)業(yè)鏈升級(jí);完善 AI 創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系，以期推動(dòng)我國(guó) AI 核心軟硬件持續(xù)發(fā)展。

　　本文源自高蕾; 符永銓; 李東升; 廖湘科， 中國(guó)工程科學(xué) 發(fā)表時(shí)間：2021-06-15

　　關(guān)鍵詞：人工智能;核心軟硬件;人工智能芯片;智能基礎(chǔ)算法;新型使能技術(shù)

　　一、前言

　　隨著人工智能(AI)成為引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的戰(zhàn)略性技術(shù)，世界各國(guó)正積極搶占人工智能競(jìng)爭(zhēng)制高點(diǎn)，爭(zhēng)相制定相關(guān)國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略和規(guī)劃，以抓住人工智能發(fā)展帶來的新機(jī)遇，掌握國(guó)際科技競(jìng)爭(zhēng)中的主導(dǎo)權(quán)。我國(guó)已將人工智能技術(shù)發(fā)展提升到國(guó)家戰(zhàn)略層面，2017 年，國(guó)務(wù)院發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》[1]，提出了面向 2030 年我國(guó)新一代人工智能發(fā)展的指導(dǎo)思想、戰(zhàn)略目標(biāo)、重點(diǎn)任務(wù)和保障措施，構(gòu)筑了我國(guó)人工智能發(fā)展的先天優(yōu)勢(shì);同時(shí)，明確提出要以提升新一代人工智能科技創(chuàng)新能力為主攻方向，構(gòu)建開放協(xié)同的人工智能科技創(chuàng)新體系，全面支撐科技、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展和國(guó)家安全。

　　近年來，我國(guó)人工智能技術(shù)和產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，進(jìn)入了新的發(fā)展階段，但在人工智能基礎(chǔ)理論與原始創(chuàng)新方面仍相對(duì)薄弱，核心智能芯片和基礎(chǔ)元器件的自主研發(fā)生產(chǎn)能力與國(guó)際領(lǐng)先水平差距較大，存在關(guān)鍵環(huán)節(jié)受制于人的現(xiàn)象;在系統(tǒng)軟件領(lǐng)域，缺乏超前研發(fā)布局，不利于國(guó)內(nèi)企業(yè)參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，也使國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)家安全存在遠(yuǎn)期隱憂。隨著中美貿(mào)易摩擦升級(jí)、逆全球化等國(guó)際環(huán)境變化，擺脫對(duì)國(guó)外技術(shù)的體系性依賴，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)、重要設(shè)備等的自主可控，刻不容緩。為此，我國(guó)一直努力從提升核心技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力、加強(qiáng)國(guó)產(chǎn)制造能力、掌握新興產(chǎn)業(yè)主導(dǎo)權(quán)等方面來推動(dòng)國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程。2017 年 12 月，工業(yè)和信息化部印發(fā)《促進(jìn)新一代人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃(2018—2020 年)》[2]，提出實(shí)現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片量產(chǎn)并在重點(diǎn)領(lǐng)域開展規(guī)模化應(yīng)用，這對(duì)加速我國(guó)人工智能芯片自主研發(fā)、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生重大影響。2020 年 10 月，十九屆五中全會(huì)提出，把科技自立自強(qiáng)作為國(guó)家發(fā)展的戰(zhàn)略支撐，到 2035 年，要在關(guān)鍵核心技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大突破 [3]，這是我國(guó)首次將科技自立自強(qiáng)提高到國(guó)家戰(zhàn)略層面。科技創(chuàng)新在“十四五”時(shí)期將備受重視，同時(shí)通過科技創(chuàng)新和國(guó)產(chǎn)化自主發(fā)展，必將進(jìn)一步推動(dòng)人工智能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，改變當(dāng)前對(duì)國(guó)外技術(shù)依賴性強(qiáng)的被動(dòng)局面。

　　軟硬件是人工智能核心技術(shù)，影響人工智能深層次發(fā)展，同時(shí)也是未來我國(guó)角逐人工智能時(shí)代的重要內(nèi)容。為進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)人工智能技術(shù)發(fā)展，本文分析人工智能核心軟硬件技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，從技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和政策等方面總結(jié)我國(guó)人工智能核心軟硬件自主發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)，提出未來人工智能核心軟硬件發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)、重點(diǎn)發(fā)展任務(wù)，最后提出政策建議和保障措施。

　　二、人工智能核心軟硬件的國(guó)際發(fā)展現(xiàn)狀

　　(一)政府規(guī)劃方面

　　21 世紀(jì)以來，人工智能發(fā)展迎來第三次浪潮，人工智能對(duì)科技、產(chǎn)業(yè)和社會(huì)變革帶來的巨大發(fā)展?jié)摿Φ玫饺虮姸鄧?guó)家的普遍認(rèn)同，美國(guó)、中國(guó)、歐盟、日本等國(guó)家和地區(qū)紛紛制定了人工智能國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略或計(jì)劃，圍繞技術(shù)創(chuàng)新、人才培養(yǎng)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等開展全面布局，積極把握人工智能發(fā)展契機(jī)，搶占人工智能領(lǐng)域的發(fā)展主導(dǎo)權(quán)。

　　美國(guó)繼 2016 年發(fā)布《美國(guó)人工智能研發(fā)戰(zhàn)略計(jì)劃》后，在 2019 年啟動(dòng)“美國(guó)人工智能倡議”，確保其在人工智能領(lǐng)域的主導(dǎo)作用。2017 年 7 月，我國(guó)發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》;同年 12 月，發(fā)布《促進(jìn)新一代人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃(2018—2020)》，積極推進(jìn)人工智能理論、技術(shù)與應(yīng)用總體達(dá)到世界領(lǐng)先水平，力爭(zhēng)成為世界主要人工智能創(chuàng)新中心。2019 年，德國(guó)、日本、韓國(guó)、俄羅斯等都不斷推動(dòng)和更新國(guó)家人工智能發(fā)展戰(zhàn)略，以更好迎接快速發(fā)展的人工智能科技創(chuàng)新和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展新形勢(shì);另外，至少還有 18 個(gè)國(guó)家正在籌備制定國(guó)家人工智能發(fā)展計(jì)劃。

　　各國(guó)或地區(qū)推出的人工智能發(fā)展規(guī)劃各有偏重、各具特色，在技術(shù)發(fā)展、創(chuàng)新性應(yīng)用、數(shù)據(jù)互連互通、扶持創(chuàng)新企業(yè)、人才培育等方面都不盡相同。其中，中國(guó)、美國(guó)兩國(guó)因具有開放的市場(chǎng)環(huán)境、海量數(shù)據(jù)資源、強(qiáng)有力的戰(zhàn)略引領(lǐng)和政策支持、優(yōu)秀的人工智能領(lǐng)域人才等多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，在人工智能發(fā)展的戰(zhàn)略規(guī)劃上更為全面;歐洲各國(guó)則將重心放在道德倫理標(biāo)準(zhǔn)制定與垂直行業(yè)應(yīng)用方面 [4]。隨著各國(guó)或地區(qū)相關(guān)政策和發(fā)展戰(zhàn)略的完善并落地，人工智能各領(lǐng)域發(fā)展逐步形成了顛覆性創(chuàng)新不斷涌現(xiàn)的新格局，人工智能競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)或?qū)l(fā)生新的變化。

　　(二)技術(shù)方面

　　在人工智能核心硬件方面，根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域不同，可以將智能芯片分為云端人工智能芯片、邊緣人工智能芯片、新型人工智能芯片 3 類。在云端，通用圖形處理器(GPU)被廣泛應(yīng)用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練和推理;張量處理單元(TPU)等定制人工智能芯片使用專用架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了比同期中央處理器(CPU)和 GPU 更高的效率;現(xiàn)場(chǎng)可編輯邏輯門陣列(FPGA)在云端推理應(yīng)用中也占有一席之地，具有支持大規(guī)模并行、推理延時(shí)低、可變精度等特點(diǎn)。在邊緣計(jì)算領(lǐng)域，智能手機(jī)是目前應(yīng)用最為廣泛的邊緣計(jì)算設(shè)備，自動(dòng)駕駛是未來邊緣人工智能計(jì)算的最重要應(yīng)用之一，為此，推理計(jì)算能力、功耗和成本是應(yīng)用于邊緣設(shè)備人工智能芯片關(guān)注的主要因素。目前，云端和邊緣設(shè)備在各種人工智能應(yīng)用中通常是配合工作的，隨著邊緣設(shè)備能力不斷增強(qiáng)，越來越多的計(jì)算工作負(fù)載將在邊緣設(shè)備上執(zhí)行。新型人工智能芯片主要包括神經(jīng)形態(tài)芯片、近內(nèi)存計(jì)算芯片、存內(nèi)計(jì)算芯片等，目前仍處于探索研發(fā)階段。

　　在人工智能核心軟件方面，智能計(jì)算框架軟件呈現(xiàn)出龍頭企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)一步激烈的發(fā)展趨勢(shì)，并以支持深度學(xué)習(xí)為核心向支持廣泛人工智能領(lǐng)域擴(kuò)展。同時(shí)，人工智能系統(tǒng)軟件編譯技術(shù)得到迅速發(fā)展，人工智能模型算法通用、易用與可移植水平也不斷提高，在工業(yè)界和學(xué)術(shù)界涌現(xiàn)出許多優(yōu)秀的深度學(xué)習(xí)專用編譯器，用以解決不同上層應(yīng)用在使用不同底層硬件計(jì)算芯片時(shí)的兼容問題，實(shí)現(xiàn)從單純依賴定制基礎(chǔ)庫(kù)轉(zhuǎn)變?yōu)榕c深度學(xué)習(xí)編譯器協(xié)同發(fā)展。智能計(jì)算基礎(chǔ)庫(kù)為智能硬件提供智能計(jì)算基礎(chǔ)算法加速庫(kù)，逐漸成為智能硬件廠商的“標(biāo)配”，目前已有多家企業(yè)推出了智能計(jì)算基礎(chǔ)庫(kù)。

　　(三)產(chǎn)業(yè)方面

　　目前，全球人工智能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)持續(xù)高速發(fā)展，已經(jīng)基本形成了由芯片、數(shù)據(jù)、開發(fā)框架、算法、應(yīng)用組成的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，在計(jì)算機(jī)視覺、自然語言處理、跨媒體分析推理、自適應(yīng)學(xué)習(xí)、群體智能、自主無人系統(tǒng)、智能芯片、腦機(jī)接口等核心技術(shù)方面取得突破性進(jìn)展，人工智能典型應(yīng)用產(chǎn)業(yè)和場(chǎng)景遍布安防、金融、交通、教育、醫(yī)療、制造等領(lǐng)域，極大提高了社會(huì)自動(dòng)化程度，提升了工業(yè)生產(chǎn)力，創(chuàng)造出了新的經(jīng)濟(jì)效益;同時(shí)，人工智能技術(shù)對(duì)未來教育和勞動(dòng)力轉(zhuǎn)型也帶來了新機(jī)會(huì)。預(yù)計(jì)到 2030 年，人工智能將為全球生產(chǎn)總值帶來 14% 的額外提升 [5]。

　　在人工智能核心硬件發(fā)展方面，全球整體水平處于技術(shù)和市場(chǎng)成熟的早期階段，從通用型正逐步向定制化、專用化方向發(fā)展，產(chǎn)品主要涵蓋云訓(xùn)練、云推理和終端推理 3 個(gè)領(lǐng)域，并在云計(jì)算、自動(dòng)駕駛、智能安全、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等場(chǎng)景中得到了很好應(yīng)用。2019 年，全球人工智能芯片的市場(chǎng)規(guī)模為 110 億美元;預(yù)計(jì) 2025 年，全球人工智能芯片市場(chǎng)規(guī)模將達(dá) 726 億美元 [6]。隨著人工智能關(guān)鍵技術(shù)在第五代移動(dòng)通信(5G)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)領(lǐng)域不斷取得突破性進(jìn)展，未來人工智能應(yīng)用市場(chǎng)前景將更加廣闊，為人工智能加速完善創(chuàng)造發(fā)展空間。

　　在人工智能核心軟件方面，國(guó)際上的人工智能龍頭企業(yè)積極開展智能計(jì)算框架軟件開發(fā)，呈現(xiàn)出群雄競(jìng)爭(zhēng)、國(guó)外壟斷的發(fā)展態(tài)勢(shì)。智能計(jì)算框架軟件作為人工智能技術(shù)的引擎，主要用于計(jì)算、數(shù)據(jù)分析和自動(dòng)推理。美國(guó)目前是人工智能算法發(fā)展水平最高的國(guó)家，在國(guó)際上占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。我國(guó)僅有少數(shù)幾家科技龍頭企業(yè)擁有人工智能算法的開放平臺(tái)，在人工智能基礎(chǔ)及技術(shù)層企業(yè)中的基礎(chǔ)算法及軟件平臺(tái)公司數(shù)量?jī)H占 4% [7]。目前，主流的智能計(jì)算框架軟件多為開源獲取，隨著國(guó)內(nèi)科技優(yōu)勢(shì)企業(yè)主導(dǎo)的智能計(jì)算框架軟件的進(jìn)一步開源，我國(guó)開源市場(chǎng)將迎來更好的發(fā)展。

　　三、 我國(guó)人工智能核心軟硬件的發(fā)展現(xiàn)狀及面臨的問題

　　(一)發(fā)展現(xiàn)狀

　　近年來，在國(guó)家多項(xiàng)政策和資金支持下，我國(guó)人工智能技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的發(fā)展勢(shì)頭迅猛，人工智能產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)逐漸完善。①我國(guó)不斷加大對(duì)機(jī)器視覺、智能交通等領(lǐng)域的投入，與智能教育、智能醫(yī)療、智能機(jī)器人相關(guān)的人工智能獨(dú)角獸企業(yè)快速成長(zhǎng)，領(lǐng)軍型巨頭企業(yè)在智能交通、智能醫(yī)療、智慧商務(wù)等垂直領(lǐng)域密集布局 [8]。②我國(guó)人工智能領(lǐng)域在企業(yè)數(shù)量、專利數(shù)量、論文數(shù)量等方面都處于國(guó)際領(lǐng)先行列 [9]，涌現(xiàn)出一批具有國(guó)際影響力的創(chuàng)新性成果。③以華為技術(shù)有限公司、百度在線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(北京)有限公司、阿里巴巴集團(tuán)控股有限公司為代表的多家企業(yè)作為人工智能企業(yè)的發(fā)展代表，在人工智能領(lǐng)域技術(shù)和應(yīng)用場(chǎng)景創(chuàng)新中的創(chuàng)新主體作用正在日益強(qiáng)化，成為人工智能技術(shù)研發(fā)投入的重要來源，在人工智能基礎(chǔ)研究和前沿技術(shù)成果方面做出眾多貢獻(xiàn)，是我國(guó)加速人工智能產(chǎn)業(yè)化落地和技術(shù)迭代的重要推手。④我國(guó)自主研發(fā)的開源深度學(xué)習(xí)框架、開源工具集、開源應(yīng)用軟件、開源社區(qū)快速發(fā)展，在國(guó)際人工智能開源社區(qū)的貢獻(xiàn)度已成為僅次于美國(guó)的第二大貢獻(xiàn)國(guó)。

　　在人工智能核心硬件發(fā)展方面，我國(guó)正由通用型逐步朝定制化、專用化方向推進(jìn)，從使用通用 CPU、GPU 轉(zhuǎn)向定制研發(fā)人工智能芯片，相關(guān)產(chǎn)品涵蓋云訓(xùn)練、云推理和終端推理等領(lǐng)域，推動(dòng)我國(guó)人工智能產(chǎn)業(yè)鏈在廣度與深度上得到了進(jìn)一步提升，助力我國(guó)掌控人工智能時(shí)代主導(dǎo)權(quán)。2018 年以來，我國(guó)人工智能芯片加速發(fā)展，已推出云邊端等十余款人工智能芯片產(chǎn)品并投入商業(yè)化應(yīng)用，眾多企業(yè)競(jìng)相布局人工智能芯片領(lǐng)域，發(fā)展前景較好(見表 1)。目前，我國(guó)人工智能硬件研發(fā)能力顯著增強(qiáng)，獨(dú)特的發(fā)展優(yōu)勢(shì)促進(jìn)了國(guó)產(chǎn)人工智能芯片的技術(shù)創(chuàng)新：在芯片設(shè)計(jì)上，國(guó)內(nèi)龍頭企業(yè)大多采用自主設(shè)計(jì)指令集或體系架構(gòu)，已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平;在芯片研制、代工、封測(cè)等方面部分達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)并在重點(diǎn)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用。預(yù)計(jì) 2023 年，我國(guó)人工智能芯片市場(chǎng)規(guī)模將突破千億元 [10];隨著 5G、物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，下游應(yīng)用場(chǎng)景爆發(fā)，預(yù)計(jì)未來 3 年，我國(guó)人工智能市場(chǎng)規(guī)模仍將保持 50% 以上的迅猛增長(zhǎng)速度 [11]。但是，部分上游基礎(chǔ)技術(shù)仍嚴(yán)重依賴國(guó)外，芯片制造工藝與國(guó)外相比仍落后兩代，其中用于生產(chǎn)芯片的光刻機(jī)是制約發(fā)展的重要短板。

　　在人工智能核心軟件發(fā)展方面，我國(guó)已逐步在底層基礎(chǔ)支撐、核心技術(shù)創(chuàng)新、上層行業(yè)應(yīng)用之間建立了初步產(chǎn)業(yè)鏈。人工智能基礎(chǔ)軟件得益于獨(dú)創(chuàng)性強(qiáng)、數(shù)據(jù)獲取渠道廣、行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景豐富以及總體投資水平高等優(yōu)勢(shì)，在技術(shù)創(chuàng)新與快速商業(yè)化方面形成了良好的發(fā)展環(huán)境。我國(guó)在自主研發(fā)開源深度學(xué)習(xí)框架、開源工具集、開源應(yīng)用軟件等方面取得可喜成績(jī)，可與國(guó)際高水平團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)同臺(tái)競(jìng)技。在智能計(jì)算框架軟件方面，我國(guó)多家企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)推出了國(guó)產(chǎn)化智能框架軟件并基本開源，推動(dòng)了我國(guó)智能基礎(chǔ)軟件的發(fā)展;智能算法庫(kù)是發(fā)揮智能芯片計(jì)算效能的重要支撐，我國(guó)主流智能芯片廠商都配套開發(fā)了相應(yīng)的智能算法庫(kù)。近年來，雖然國(guó)產(chǎn)自主研發(fā)的人工智能基礎(chǔ)軟件陸續(xù)推出，但普及推廣力度不足，大部分企業(yè)仍較多使用國(guó)外開源的人工智能算法和智能計(jì)算框架，使國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品發(fā)展受阻，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)乏力。

　　(二)面臨的主要問題

　　“十三五”以來，我國(guó)人工智能核心軟硬件技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展成效顯著，但對(duì)比全球產(chǎn)業(yè)同期發(fā)展態(tài)勢(shì)，應(yīng)對(duì)未來國(guó)產(chǎn)自主發(fā)展需求，仍然存在著制約發(fā)展的一些問題。

　　1. 人工智能硬件核心技術(shù)受制于人，設(shè)計(jì)能力和制造能力失衡

　　與傳統(tǒng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)相比，我國(guó)智能芯片產(chǎn)業(yè)與世界先進(jìn)水平的差距較小，在總體上處于核心技術(shù)受制于人、產(chǎn)品處于中低端的狀態(tài)。我國(guó)智能芯片設(shè)計(jì)能力已接近世界強(qiáng)國(guó)水平，但智能芯片設(shè)計(jì)企業(yè)對(duì)國(guó)外工具鏈的依存度較高，長(zhǎng)期的芯片代工模式導(dǎo)致設(shè)計(jì)能力和制造能力失衡失配，產(chǎn)業(yè)鏈中核心關(guān)鍵環(huán)節(jié)的國(guó)產(chǎn)化水平難以與實(shí)際產(chǎn)業(yè)應(yīng)用相對(duì)接，增加了產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈的不可控性和不安全性。

　　2. 人工智能軟件對(duì)開源技術(shù)依賴性高，基礎(chǔ)理論研究存在短板

　　我國(guó)在人工智能算法和軟件方面對(duì)國(guó)外開源深度學(xué)習(xí)框架的依賴程度較深，相關(guān)產(chǎn)品雖在部分垂直領(lǐng)域有所突破，但引領(lǐng)優(yōu)勢(shì)不明顯。人工智能基礎(chǔ)理論缺乏重大原創(chuàng)科技成果 [12]，智能計(jì)算算法庫(kù)與國(guó)外開源框架捆綁發(fā)展，跟蹤創(chuàng)新趨勢(shì)嚴(yán)重，自主可持續(xù)發(fā)展能力不足，嚴(yán)重限制了國(guó)產(chǎn)人工智能軟件發(fā)展能力提升。

　　3. 人工智能產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系不完整，持續(xù)發(fā)展動(dòng)力不足

　　由于產(chǎn)業(yè)鏈布局不完備，我國(guó)人工智能軟硬件企業(yè)間的合作和資源對(duì)接力度不足，未形成協(xié)同聯(lián)動(dòng)的完整產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系 [12]，難以構(gòu)建價(jià)值閉環(huán)。具體表現(xiàn)為，由于缺乏對(duì)產(chǎn)業(yè)特征和規(guī)律的深入理解，適應(yīng)人工智能特征的政策尚不健全;在財(cái)政投入、知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)、企業(yè)權(quán)益保障等方面扶持力度不足，人工智能初創(chuàng)企業(yè)難以形成自主發(fā)展能力，持續(xù)發(fā)展蒙受考驗(yàn)。

　　4. 人工智能基礎(chǔ)創(chuàng)新環(huán)境不完善，產(chǎn)品協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制亟待優(yōu)化

　　目前，我國(guó)在人工智能核心技術(shù)引進(jìn)方面缺乏統(tǒng)一的統(tǒng)籌管理，存在技術(shù)引進(jìn)混亂、同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)嚴(yán)重等問題;在相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品的安全可控方面，缺少評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)以及缺乏相關(guān)政策法規(guī)的支撐。另外，我國(guó)企業(yè)缺乏對(duì)產(chǎn)業(yè)生態(tài)的主導(dǎo)權(quán)，協(xié)同創(chuàng)新和應(yīng)用效果尚未顯現(xiàn)，良性、共贏的產(chǎn)業(yè)環(huán)境仍需完善。

　　四、 我國(guó)人工智能核心軟硬件的發(fā)展思路、戰(zhàn)略目標(biāo)與重點(diǎn)任務(wù)

　　(一)發(fā)展思路

　　我國(guó)人工智能核心軟硬件技術(shù)和產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展思路為：構(gòu)建完整的人工智能軟硬件技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)從智能硬件到智能軟件的上下游協(xié)同創(chuàng)新的跨越式發(fā)展，推動(dòng)人工智能技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的自主可控與可持續(xù)發(fā)展。

　　一是以應(yīng)用為牽引，構(gòu)建完整的人工智能軟硬件技術(shù)體系。以各領(lǐng)域智能應(yīng)用為牽引，實(shí)現(xiàn)從算法、框架軟件、元器件、部件到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的人工智能核心軟硬件的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，把握核心關(guān)鍵技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的機(jī)會(huì)，注重人工智能軟硬件技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用的自主創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈的整體技術(shù)突破。

　　二是走合作競(jìng)爭(zhēng)之路，促進(jìn)人工智能上下游協(xié)同創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。匯聚國(guó)內(nèi)優(yōu)勢(shì)科研力量，加強(qiáng)學(xué)科交叉，形成競(jìng)爭(zhēng)性組合，激活潛能，提高效率，以競(jìng)爭(zhēng)促合作、促創(chuàng)新、促超越。立足相對(duì)成熟的技術(shù)路線，夯實(shí)基礎(chǔ)補(bǔ)短板，積極探索前沿技術(shù)路線，搶奪先機(jī)，實(shí)現(xiàn)跨越，推動(dòng)我國(guó)人工智能軟硬件技術(shù)從跟跑并跑向并跑領(lǐng)跑轉(zhuǎn)變。

　　三是利用可控開源，形成自主生態(tài)體系，確保可持續(xù)發(fā)展。面向國(guó)家重點(diǎn)戰(zhàn)略需求，基于可控開源的協(xié)同創(chuàng)新科研模式，著力打造“小核心、大外圍”的人工智能軟硬件技術(shù)創(chuàng)新生態(tài)環(huán)境，實(shí)施戰(zhàn)略追趕，優(yōu)先發(fā)展短板技術(shù);同時(shí)，把握未來先進(jìn)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，積累經(jīng)驗(yàn)并積極探索創(chuàng)新，提升人工智能軟硬件技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展能力。

　　(二)戰(zhàn)略目標(biāo)

　　面向未來新一代人工智能技術(shù)發(fā)展與產(chǎn)業(yè)化需求，我國(guó)亟需在人工智能軟硬件基礎(chǔ)理論、核心關(guān)鍵技術(shù)等方面取得重大突破，建立起全產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)能力，實(shí)現(xiàn)人工智能產(chǎn)業(yè)整體躍升，建成更加完善的人工智能軟硬件系統(tǒng)自主創(chuàng)新體系。為此，我國(guó)人工智能軟硬件技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略目標(biāo)為：力爭(zhēng) 2025 年在人工智能軟硬件基礎(chǔ)理論與核心關(guān)鍵技術(shù)方面取得重大突破，取得一系列人工智能軟硬件標(biāo)志性產(chǎn)品，在若干重點(diǎn)領(lǐng)域形成國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，部分技術(shù)與應(yīng)用達(dá)到世界領(lǐng)先水平;到 2035 年，融合前沿人工智能技術(shù)，建成更加完善的人工智能軟硬件自主創(chuàng)新體系，在人工智能軟硬件理論、技術(shù)與應(yīng)用方面總體達(dá)到世界領(lǐng)先水平，成為世界主要人工智能創(chuàng)新中心。

　　(三)重點(diǎn)發(fā)展任務(wù)

　　1. 人工智能核心硬件

　　面向推理、訓(xùn)練、感知、認(rèn)知等多種智能計(jì)算需求，在人工智能核心硬件方面，重點(diǎn)發(fā)展任務(wù)是在人工智能芯片研發(fā)、智能感知設(shè)備設(shè)計(jì)、基于新型使能技術(shù)的智能硬件研制、智能計(jì)算系統(tǒng)評(píng)測(cè)與服務(wù)等方面取得重大核心關(guān)鍵技術(shù)成果，引領(lǐng)智能計(jì)算體系結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，夯實(shí)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，壯大智能硬件產(chǎn)業(yè)規(guī)模，把握技術(shù)和研發(fā)的制高點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)人工智能硬件市場(chǎng)的全自主供應(yīng)和國(guó)產(chǎn)化替代，形成國(guó)內(nèi)國(guó)際雙循環(huán)相互促進(jìn)的發(fā)展格局。

　　(1)人工智能芯片。在我國(guó)智能芯片標(biāo)準(zhǔn)指令集設(shè)計(jì)、智能計(jì)算芯片體系結(jié)構(gòu)、支持新型使能領(lǐng)域算法的智能硬件加速結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、存算融合的智能芯片體系結(jié)構(gòu)、智能芯片敏捷開發(fā)技術(shù)等方面取得重大進(jìn)展，加強(qiáng)智能芯片研制重大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，強(qiáng)化智能芯片國(guó)產(chǎn)全自主研制環(huán)境建設(shè)，建立智能芯片在云端和邊緣計(jì)算等領(lǐng)域的應(yīng)用示范項(xiàng)目，支撐未來國(guó)產(chǎn)全流程智能芯片研制;推進(jìn)滿足國(guó)產(chǎn)智能芯片型譜發(fā)展演進(jìn)需要的芯片新型體系架構(gòu)設(shè)計(jì)、智能計(jì)算增強(qiáng)技術(shù)、產(chǎn)業(yè)生態(tài)技術(shù)等方面的發(fā)展，加快促進(jìn)新一代人工智能核心硬件的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，實(shí)現(xiàn)可對(duì)標(biāo)國(guó)際先進(jìn)水平的智能芯片自主研發(fā)。

　　(2)智能感知設(shè)備。在多源異質(zhì)智能傳感設(shè)備設(shè)計(jì)、“人機(jī)物”協(xié)同交互技術(shù)、跨領(lǐng)域智能感知技術(shù)、傳感器高度集成和低功耗技術(shù)等方面取得重大進(jìn)展，加強(qiáng)多維人機(jī)交互硬件設(shè)計(jì)、跨領(lǐng)域智能感知、識(shí)別和預(yù)測(cè)等方面的研究，提升未來智能硬件在感知識(shí)別、知識(shí)計(jì)算、認(rèn)知推理、運(yùn)動(dòng)執(zhí)行、人機(jī)交互等方面的能力。

　　(3)基于新型使能技術(shù)的智能硬件。重點(diǎn)加強(qiáng)類腦芯片以及基于憶阻器、光子集成器件、納米器件等使能技術(shù)的新型智能芯片研究，推動(dòng)設(shè)立相關(guān)聯(lián)合研究專項(xiàng)，在智能硬件的體系架構(gòu)、工藝制造等方面取得變革性突破。

　　(4)智能計(jì)算系統(tǒng)評(píng)測(cè)與服務(wù)。重點(diǎn)開展智能計(jì)算層次評(píng)估技術(shù)、智能硬件測(cè)控技術(shù)等方面的研究，推進(jìn)人工智能硬件技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系、評(píng)估體系、管理體系等綜合基礎(chǔ)體系的細(xì)化研究，提供涵蓋廣泛應(yīng)用場(chǎng)景的智能核心硬件綜合支撐服務(wù)。

　　2. 人工智能核心軟件

　　為滿足智能計(jì)算生態(tài)長(zhǎng)遠(yuǎn)穩(wěn)定發(fā)展需求，人工智能核心軟件方面的發(fā)展重點(diǎn)為在智能計(jì)算基礎(chǔ)軟件、智能基礎(chǔ)算法庫(kù)、智能軟硬件協(xié)同技術(shù)、創(chuàng)新智能理論研究等重大核心關(guān)鍵技術(shù)方面取得突破，堅(jiān)持自主創(chuàng)新軟硬件迭代滾動(dòng)式發(fā)展，提升研發(fā)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，形成良好的智能計(jì)算軟件競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，確保在若干方向?qū)崿F(xiàn)國(guó)際引領(lǐng)。

　　(1)智能計(jì)算基礎(chǔ)軟件。在國(guó)產(chǎn)智能計(jì)算框架軟件、智能處理編程模型、智能異構(gòu)計(jì)算軟件棧、智能計(jì)算編譯器、自然理解和大規(guī)模知識(shí)融合處理應(yīng)用軟件、多態(tài)感知信息融合應(yīng)用軟件、智能應(yīng)用支撐環(huán)境等方面取得重大進(jìn)展，加快推進(jìn)國(guó)產(chǎn)人工智能基礎(chǔ)軟件的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，促進(jìn)面向行業(yè)的國(guó)產(chǎn)智能基礎(chǔ)軟件的典型應(yīng)用、推廣與創(chuàng)新場(chǎng)景培育，提高在我國(guó)各行業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用中的普及率，實(shí)現(xiàn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的追趕突破。

　　(2)智能基礎(chǔ)算法庫(kù)。遠(yuǎn)期人工智能軟件技術(shù)發(fā)展路徑將沿著智能算法的研究主線向前發(fā)展，發(fā)展重點(diǎn)為在國(guó)產(chǎn)智能算法庫(kù)、智能加速庫(kù)、智能計(jì)算優(yōu)化技術(shù)等方面取得突破性進(jìn)展，探索面向深度學(xué)習(xí)和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的智能計(jì)算體系結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，加強(qiáng)算法理論研究;推動(dòng)人工智能核心算法和底層運(yùn)算庫(kù)的技術(shù)轉(zhuǎn)化，促進(jìn)智能算法和運(yùn)算庫(kù)的科研成果與實(shí)際工程應(yīng)用相結(jié)合，從產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域加快實(shí)現(xiàn)技術(shù)的成果轉(zhuǎn)化。

　　(3)智能軟硬件協(xié)同技術(shù)。在智能軟硬件適配技術(shù)、“人機(jī)物”軟硬件協(xié)同技術(shù)、智能系統(tǒng)安全防護(hù)技術(shù)等方面取得突破性進(jìn)展，加強(qiáng)人工智能軟硬件協(xié)同布局，發(fā)揮智能軟硬件一體化技術(shù)優(yōu)勢(shì)，強(qiáng)化我國(guó)人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的頂層設(shè)計(jì)能力，促進(jìn)國(guó)產(chǎn)智能基礎(chǔ)軟件和國(guó)產(chǎn)智能芯片及硬件的適配、性能優(yōu)化和應(yīng)用推廣，完善我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“基礎(chǔ)軟件 + 人工智能芯片”的產(chǎn)業(yè)體系，促進(jìn)融合技術(shù)在各行業(yè)的應(yīng)用推廣。

　　(4)創(chuàng)新智能理論研究。突出研發(fā)部署的前瞻性，創(chuàng)新認(rèn)知智能的機(jī)理研究，突破跨領(lǐng)域遷移學(xué)習(xí)等基礎(chǔ)理論，在類腦智能、群體智能、混合智能等領(lǐng)域取得重大突破，重視基礎(chǔ)研究，發(fā)展原始創(chuàng)新能力，形成具有國(guó)際影響力的理論創(chuàng)新研究環(huán)境。

　　3. 人工智能相關(guān)基礎(chǔ)技術(shù)

　　從中長(zhǎng)期來看，人工智能的發(fā)展取決于理論、算法和芯片等基礎(chǔ)層研究的突破創(chuàng)新，為此，亟需在新型使能技術(shù)、芯片制造技術(shù)、交叉學(xué)科領(lǐng)域研究等人工智能相關(guān)基礎(chǔ)技術(shù)方面取得重大突破，以人工智能的基礎(chǔ)性、前瞻性、源頭性問題研究為突破口，在人工智能引領(lǐng)下實(shí)現(xiàn)相關(guān)技術(shù)的全面發(fā)展。

　　(1)新型使能技術(shù)。加強(qiáng)前沿科技布局，推動(dòng)人工智能與光子技術(shù)、超導(dǎo)技術(shù)、納米技術(shù)、量子計(jì)算、生物 DNA 計(jì)算等新型使能技術(shù)的聯(lián)合研究，重點(diǎn)在集成智能光子器件與網(wǎng)絡(luò)、面向人工智能的光子控制技術(shù)、光電超導(dǎo)集成電路設(shè)計(jì)、基于超導(dǎo)或光子量子位的可擴(kuò)展量子技術(shù)、納米傳感器等方面取得重要突破，夯實(shí)新型使能技術(shù)在人工智能領(lǐng)域的應(yīng)用，搶占下一代信息技術(shù)至高點(diǎn)。

　　(2)芯片制造技術(shù)。加強(qiáng)智能硬件高端制造設(shè)備、智能芯片先進(jìn)封測(cè)技術(shù)等方面的研發(fā)工作，重點(diǎn)在極紫外光源發(fā)射器、高精密光學(xué)鏡頭、曝光對(duì)準(zhǔn)技術(shù)、硅基光器件、異質(zhì)異構(gòu)三維集成技術(shù)等方面取得突破;加強(qiáng)頂層布局，政府相關(guān)部門加強(qiáng)統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)，促進(jìn)國(guó)內(nèi)技術(shù)優(yōu)勢(shì)企業(yè)、科研院所開展精準(zhǔn)合作，提升我國(guó)高端光刻機(jī)、硅光芯片全流程封裝測(cè)試平臺(tái)等高尖端設(shè)備的自主研發(fā)能力，促進(jìn)人工智能核心硬件制造設(shè)備的國(guó)產(chǎn)替代。

　　(3)交叉學(xué)科領(lǐng)域研究。推動(dòng)人工智能與生命科學(xué)、哲學(xué)、心理學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論開展聯(lián)合研究，促進(jìn)材料、物理和數(shù)學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域人工智能相關(guān)核心關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用的突破，充分發(fā)揮中國(guó)工程院、中國(guó)科學(xué)院等國(guó)家核心科研機(jī)構(gòu)的戰(zhàn)略引導(dǎo)作用，支持和推動(dòng)重點(diǎn)前沿領(lǐng)域的探索與布局。

　　五、政策建議

　　(一)納入國(guó)家科技創(chuàng)新頂層規(guī)劃，加大科研投入

　　將人工智能核心軟硬件技術(shù)發(fā)展納入國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略布局中統(tǒng)籌考慮，在國(guó)家支持的重大研發(fā)計(jì)劃中設(shè)立促進(jìn)國(guó)產(chǎn)智能軟硬件研制、面向行業(yè)應(yīng)用的智能軟硬件協(xié)同開發(fā)等研究專項(xiàng)，匯聚國(guó)家優(yōu)勢(shì)力量，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈中核心關(guān)鍵環(huán)節(jié)的國(guó)產(chǎn)化與實(shí)際產(chǎn)業(yè)應(yīng)用精準(zhǔn)對(duì)接，突破“引進(jìn) – 模仿”的被動(dòng)循環(huán)狀態(tài)與技術(shù)平臺(tái)障礙。

　　(二)加強(qiáng)人工智能開源平臺(tái)建設(shè)，開展示范應(yīng)用

　　加強(qiáng)建設(shè)我國(guó)人工智能自主可控的開源平臺(tái)建設(shè)，發(fā)揮國(guó)內(nèi)龍頭企業(yè)和科研院所的領(lǐng)軍作用，推動(dòng)國(guó)產(chǎn)開源項(xiàng)目示范應(yīng)用，有效規(guī)避依托國(guó)外開源平臺(tái)存在的風(fēng)險(xiǎn)，推動(dòng)從智能硬件到智能軟件平臺(tái)的全棧式產(chǎn)品研發(fā)體系，支撐更大的應(yīng)用和模式創(chuàng)新空間，構(gòu)建有利于創(chuàng)新的開放式、協(xié)作化、國(guó)際化的國(guó)產(chǎn)智能自主創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)。

　　(三)開展人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)研發(fā)，實(shí)現(xiàn)協(xié)同創(chuàng)新發(fā)展

　　引導(dǎo)和支持國(guó)內(nèi)企業(yè)和科研院所等開展人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)與產(chǎn)品的研發(fā)，加強(qiáng)開展關(guān)系人工智能發(fā)展全局的科學(xué)問題的研究，布局相關(guān)重點(diǎn)項(xiàng)目，自覺探尋核心技術(shù)的研發(fā)方向與路徑，突破難點(diǎn)瓶頸問題，推動(dòng)關(guān)鍵共性技術(shù)、前沿引領(lǐng)技術(shù)、現(xiàn)代工程技術(shù)、顛覆性技術(shù)齊頭并進(jìn)，形成整線集成，實(shí)現(xiàn)全面發(fā)展。

　　(四)實(shí)施人工智能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)再造，牽引產(chǎn)業(yè)鏈升級(jí)

　　充分發(fā)揮我國(guó)擁有的世界上最完整產(chǎn)業(yè)鏈的先發(fā)優(yōu)勢(shì)，由政府相關(guān)部門組織實(shí)施人工智能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)再造和產(chǎn)業(yè)鏈提升工程，帶頭應(yīng)用人工智能國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品，引導(dǎo)人工智能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，牽引龍頭企業(yè)形成示范效應(yīng)，引導(dǎo)人工智能軟硬件整條產(chǎn)業(yè)鏈的壯大發(fā)展。

　　(五)完善人工智能創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系，構(gòu)建持久領(lǐng)軍世界的格局

　　以人工智能重大前沿技術(shù)研究為牽引，促進(jìn)科研、教學(xué)與產(chǎn)業(yè)相結(jié)合，系統(tǒng)培養(yǎng)能深刻理解人工智能技術(shù)發(fā)展、掌握前沿理論方法、專注解決產(chǎn)業(yè)難題的學(xué)術(shù)領(lǐng)軍人才。以人工智能領(lǐng)域國(guó)家重大任務(wù)為牽引，建立高等院校與企業(yè)聯(lián)合育人機(jī)制，強(qiáng)化培養(yǎng)人工智能知識(shí)結(jié)構(gòu)扎實(shí)全面、工程經(jīng)驗(yàn)豐富、能把握產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向、引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的工程領(lǐng)軍人才。