美国２００４年度“网络与信息技术”的研发领域和特点

2004年10月美国发布《网络和信息技术研究和发展项目计划：2004财政年度机构间协调报告》^[1](以下简称NITRD 2004)。这个机构间的协调报告全面描述了美国跨部门的联邦网络与信息技术研发项目(NITRD)的2004财政年度以及实施这个项目的组织机构。2004财政年度总统预算中为NITRD项目提供了22亿美元的资金，比2003年提高了1／6。通过对重要的研究与相关活动的协调，NITRD项目各机构比任何单一机构都投入了更多的资源进行计算与网络方面的更广泛研究。^[3]

1．NITRD计划的目标

NITRD计划的目标是：

——确保美国在计算科学、信息和通讯技术等领域的领导地位，实现联邦政府的目标，并维护美国21世纪在学术、工业和政治各方面的利益。

——加快先进的实验性的信息技术运用，以维护美国在科学、工程和数学等领域的领导地位；提高人民的生活质量；促进经济的长期增长；提高终生学习的可能性；保护环境；有效利用信息技术；加强国家安全。

——通过对计算科学、信息和通讯技术等领域长期的科学与工程学上的研究，促进美国的生产力发展和提高工业竞争力。

参与NITRD 2004项目研发的机构包括：卫生保健研究和质量协会、国防部国防先进研究计划局、国防部国防研究技术局长室、能源部国家核安全管理局、能源部科学局、环境保护局、国家宇航局、国家标准技术研究院、国立卫生研究院、国家海洋与大气局、国家科学基金会、国防部国家安全局。其中，国家科学基金会是牵头部门。

2．NITRD 2004研发领域

NITRD 2004的研发领域有7个：高端计算的基础设施和应用；高端计算技术的研发；人机交互和信息管理；大规模网络；高可信度软件和系统；软件设计和生产力；信息技术对社会、经济和劳动力的影响。

(1)高端计算的基础设施和应用与高端计算技术的研发

该领域支持下的研发活动和设备工具包括组织的研究和发展，以及延伸到计算机系统、自然科学、工程应用和数据管理等方面技术的研究和发展，而这些研究和发展对于保持美国21世纪在自然科学和工程领域走在世界的最前列是必需的。高端计算的研究人员发展、配置和应用最先进的硬件、系统和应用软件来模拟在生物学、化学、环境科学、材料科学和物理学方面的客观事物和过程。从事复杂的计算要求较高的国家性应用软件，并且执行大规模的数据整合和知识工程。对于每个领域的科学研究人员来说，先进的计算能力已经成为科学发现的一个先决条件。

高端计算的基础设施和应用涉及到的领域包括：运算法则的研究与发展、数据管理和理解、程序设计环境、科学应用、计算设备。

在高端计算技术的研发计划支持下的活动包括：使现有的高端计算系统的性能最优化，发展未来的高端计算系统来迎合联邦机构的任务需要及解决整个社会最具挑战性的大规模的计算问题来增强美国在科学、工程学和技术领域的全球领导力。高端计算技术的研发通过支持存储器、互相连接和存储技术等方面的基础研究来改善系统的平衡。高端计算技术的研发贯穿整个软件领域，包括操作系统、程序设计语言、编译器、库、发展环境和运算法则的研究，这些研究对于保证科学应用有效地使用硬件是必需的。此外，对高端计算技术的研发支持系统建模和性能分析，使研究人员可以更好地了解应用软件的计算需求和任何被提议的新的高端体系机构的性能特征之间的交互作用。高端计算技术的研发涉及的领域包括：硬件体系机构、存储器和互相连接；功率、冷却和封装；输入／输出和存储；全面的系统软件环境；程序模型和代码；系统建模和性能分析；可靠性、可用性、适用性和安全性。

(2)人机交互和信息管理

人机交互和信息管理研发计划通过评价和协调联邦研发技术，将人类知识运用于计算机系统、通讯网和信息系统，其成果又反馈于人类自身，从而有助于人类的理解、分析和使用。NITRD下的人机交互和信息管理研发计划资助下的活动，致力于开发未来的用户交流技术、认知系统、信息系统和机器人技术。现行的系统使用户淹没于信息中，很少为用户提供合适的存取权限，却迫使用户反过来适应系统。人机交互和信息管理研究的远见在于不管用户的能力如何，它为所有用户随时随地提供可利用的信息；为用户量身定制，使用户能使用多种装置进行交流，促进人类对信息的利用，满足人类操作、分析和控制的各种要求；为庞大的信息环境提供综合管理。人机交互和信息管理涉足的领域包括：可用性和普遍权限，交互作用，认知系统、学习和知觉，信息管理和表达，独立机构和系统。

(3)大规模网络

NITRD下的大规模网络计划研发领域支持下的活动，致力于通过研发先进的网络技术、服务和用以提高性能、安全性和可测量性的技术，保持和扩大美国在高性能网络技术方面的领先地位。这些进步将支持美国联邦机构的网络任务和需求，同时为持续的全球网络发展以及基于它们的服务提供基础。如今的网络在性能、可测量性、易管理性和对于主要的国家级别的任务的可用性限制等方面都面临着重大挑战。这些大规模网络研发活动从事的范围包括：美国联邦机构在先进网络构建、技术、安全性、基本构件和中间件方面的工作；网格、网络工具和服务；大规模科技工程研究与开发的工程管理和使用。大规模网络研发项目涉及的范围包括：开发一个端到端，传输性能比今天快1000倍的网络；开发一个易管理的、可升级的安全系统，以支持需要高可信度的全球网络和联合应用的发展；先进网络服务和中间件的开发，以促进新一代分布式应用的发展；专门的大规模网络，以实现特殊需要的应用，如传感器网络和实时控制网络。

(4)软件设计和生产力

NITRD软件设计和生产力计划研发领域支持的活动将促进软件设计在概念、方法、技术和工具方面的进步，从而可以缩短社会对基于软件可靠系统的需要与生产软件的能力之间的差距。软件设计和生产力研究与开发议程包括了软件开发的工程组成和软件管理，涵盖了所有的IT领域，包括初现的区域嵌入式系统、神经网络、自治软件和高度复杂系统。今天，软件的开发和维护是各个经济部门信息技术部署活动中最昂贵、最费时的部分，也是劳动最密集的部分。软件设计和生产力计划研发项目试图进入软件工程改革的新时代，以解决这些严重的设计议题。软件设计和生产力计划研发领域所涉及的范围包括：软件的整体性能；软件开发和维护的整体成本；时间、劳动力和资金；软件不断增长的复杂性；使更多人更容易地开发软件和开发基于软件的系统；新出现的软件领域，如嵌入式系统、大规模神经网络、自治软件和网格环境中对专业技术的需求；劳动力的发展。

(5)高可信度软件和系统

NITRD的高可信度软件和系统计划研发领域的工作主要集中在实现可预期地开发高度安全性、保护性、可靠性和可长存的系统所需的科学和信息技术，实现其在关键领域，如航空、医疗、国防和基础设施中的应用。许多复杂的信息密集的软件系统，一旦出错，后果会比较严重，因此就需要有安全和防护的保证。然而，这种保证目前虽然是可以实现的，但需要付出很多的费用、时间和精力，这样就会阻碍和延迟新技术和新方法的改革。该领域的整体目标就是要进一步发展和证明系统开发可以进行重大改革，可以在保证平衡和降低风险、费用和精力的条件下开发出可预期和完善的系统。工作范围包括：安全和隐私；软件和系统的安全性、完善性和可靠性；预期、风险和责任；软件和系统的确实发展和证明；可长存性。

(6)信息技术对社会、经济和劳动力的影响 信息技术对社会、经济和劳动力的影响计划研发领域始于2000年2月，是教育、培训和人力资源计划研发领域的后继计划。新的名字反映了其投资的研究领域更加广阔。NITRD的信息技术对社会、经济和劳动力的影响计划研发领域支持下的活动主要集中在以Th个方面：IT技术对于社会的影响，以及人与IT设备、性能的交互作用影响的自然科学和动力学；劳动力的开发——这是随着对高度熟练的信息技术工人的需求日益增加而出现的；IT创新在教育和训练方面应用的作用。信息技术对社会、经济和劳动力的影响计划研发领域也支持这样的尝试：把IT研究与开发的结果用于政府各级部门及私人部门的IT用户团体的决策过程。在今天IT技术推动下的全球快速转变中，信息技术对社会、经济和劳动力的影响计划研发领域研究的目标就是提供新的知识，以帮助社会投入到预期、确定、理解和从事子数字化时代多样化的研究中去。信息技术对社会、经济和劳动力的影响计划研发领域涉及的领域包括：新的信息技术推动下的经济、组织、社会和教育的转变；参与数字社会的能力，包括电子政府领域；知识产权和私人权利寸T在教育上的创新应用；劳动力开发。

3．NITRD 2004的主要特点

(1)高端计算部分的预算呈逐年增加趋势

在目前的NITRD计划中，高端计算部分的预算呈逐年增加趋势，每年增幅达6％左右；其预算额度占整个计划预算额的40％以上。2004年的高端计算预算额度达8．95亿美元，用于与国家安全有关的研发经费为4．61亿美元。

从表1中我们可以看到前4个领域——高端计算的基础设施和应用、高端计算技术的研发、人机交互和信息管理、大规模网络的预算都比较多，分别达到了5．006亿美元、3．944亿美元、4．713亿美元和3．733亿美元。如果把高端计算的基础设施和应用与高端计算技术的研发这两个领域的预算加起来，就得到了高端计算整个领域的预算，也就是上文所说的8．95亿美元。

(2)增加了《高端计算振兴工作组报告》的内容

在美国2004年《国家网络与信息技术研发计划》中，一个显著的变化就是增加了《高端计算振兴工作组报告》的内容。该内容包括美国在2005年到2020年前的中长期高端计算研发创新规划蓝图。高端计算振兴工作由科学技术政策办公室(OSTP)和国家科学技术委员会(NSTC)联合委任参与高端计算机振兴工作的机构，进行相关的参与和合作。《高端计算振兴工作组报告》具体指明了给予高端计算机振兴工作小组的任务和对于美国将来在高端计算领域的联邦投资的指导。高端计算机振兴工作小组的任务包括：

——一个关于核心技术发展(包括发展的关键技术和策略)的指导。

——一个关于高端计算处理能力，容量和可访问性(包括解决能力和容量之间的差距的计划和与应用和用户需求相关的高端计算系统的，性能目标)的指导。

——关于高端计算系统的联邦获取，包括性能测试的策略，关于系统性能目标的方法和所有权的总计成本的讨论。

——一个关于联邦在高端计算研究与发展，利用和结合以上组成成分方面的指导。

从以上两个特点可以看到，美国2004年《国家网络与信息技术研发计划》中最重要也是最核心的部分就是高端计算。NITRD计划的各个计划研发领域的整体重要性仍然没有下降，但高端计算这一主题在协调的跨机构规划活动中更受关注，_[5]。高端计算的基础设施和应用与高端计算技术的研发这两个计划研发领域所涉及的研究和发展范围成为美国网络和信息技术研发的重点和关键所在。关于高端计算的活动集中在研发高端计算核心技术的协调的跨机构投资计划制定上，并致力于解决高端计算的容量、能力和可获性问题及降低成本、体积、能耗的高端计算平台的体系结构的革命性改造。

其实，在NITRD 2004之前，美国白宫“国家科学和技术委员会”已于2004年5月公布了一份研究报告。_[7]，该研究从2004年3月开始，70多名高端计算领域的专家经过1年多的调查研究后认为，美国政府在高端计算领域的工作已经落后于实际需要。20世纪90年代中期，由于政府采取了错误的政策，即让工业界投资进行大多数的先进高端计算系统和技术研究开发，并且也没有积极地在部门之间对相关的HEC投资进行协调，结果导致1996——2001年间政府支持的高端计算研究开发工作衰退，政府的高端计算能力大部分依赖商业现货处理器的串联。但事实证明，这些庞大的多处理器系统不仅编程格外困难，而且性能也很难达到高水平，理论峰值与实际值之间的差距不断增大。为了保持美国在科学和技术上的领先地位，报告提出了“高端计算联邦计划”，建议由三部分组成：研究开发，跨部门协作战略，高端计算采办。其中最重要的就是HEC技术研究开发，并提出了未来10～15年的目标：①性能提高100倍，满足解决当前一系列科学和技术问题的需要；②采用超快处理器和新型算法；③改善内存和通信结构的带宽和等待时间；④采用多种结构，满足各种完全不同的应用需要。从这一点上我们也可以理解到高端计算在NITRD 2004整个研发计划中的重要性。

(3)强调对于软件和系统可靠性的要求

2001年2月，“软件”一词被加入到高可信度系统计划研发领域中，体现了在美国最复杂和最关键的计算机和通信系统中，软件在保证其可靠性、安全性和管理中所起的中心作用。美国总统信息技术顾问委员会关于联邦IT研究与开发投资的1999年报告中，也已经强调过在联邦IT研究与开发工作中，软件应该处于最优先考虑的地位。在美国2004年《国家网络与信息技术研发计划》中，专门有一个计划研发领域涉及到了对于软件和系统可靠性的要求，也就是高可信度软件和系统计划研发领域。而大规模网络计划研发领域的工作重点也涉及到了对网络的安全性、可靠性和私密

性的研究^[3][6]。

高可信度软件和系统计划研发领域中详细提到了各个部门有关软件和系统可靠性的活动，比如国家科学基金会的网际信赖项目，国家宇航局的计算、信息和通信技术项目等等，这些具体的活动项目最终目的都是开发出高可靠性的软件系统，为各个部门提供高效安全的活动。我们可以看到，软件和系统的可靠性已经被提高到了一个非常重要的地位，在关键领域，如航空、医疗、国防和基础设施中的高可靠性软件和系统的保证更是成为NITRD报告中反复强调的工作重点和优先发展的对象。

参考文献

1　Interagency Working Group On lnfOrmation Technology Research and Development(1WG／ITR&D)．THE NL TRD PROGRAM：FY 2004 INTERAGENCY COOR— DINATION REPORT．2004，10

2　郑笑．美国联邦政府跨部门科研计划．全球科技经济暗望，2004(3)

3　中国科学院成都文献情报中心战略情报研究小组．全球信息科学展望与技术预见系列报告之一：信息科技领域国家发展规划、机构研究前沿与专家述评．2004，1．http：／／159．226．140．71／zhanlue／inf%020sci—1．doc

4　国家科技图书文献中心．全球科技投入要览1—2(特刊)，2004年1月17日．http：／／168．160．12．20／hutry／project／downloadfile／20040623084508106yaolan12t．dOc

5　中国科学院成都文献情报中心战略情报研究小组．全球信息科学展望与技术预见系列报告之二：信息科技领域研发热点及发展态势的文献计量分析研究．2004，1．http：／／159．226．140．71／zhanlue／inf％20sci—2．dOc

6　中国国防科技信息中心。美国国家科学和技术委员会提出高端计算联邦计划 [EB／OL] ．http：／／jCZS．sina．C01TLcn／2004—05—25／1528200001．html

(作者单位：南京大学信息管理系 江苏南京 210089)