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中国工程院院士廖湘科:打造数字基建的基础软件平台势在必行

作者:廖湘科来源:中国电子报、电子信息产业网发布时间:2020-04-11 21:00我要评论

编者按:3月4日,中央政治局常务委员会会议指出,加快5G网络、数据中心等新型基础设施建设进度。为响应中央决策部署,推进我国新型数字基础设施建设,中国电子报特推出“推进数字基建·释放经济新动能”专栏,围绕5G、数据中心、软件定义基础设施、工业互联网等领域,邀请业内专家学者、企业家撰写文章,从不同视角认识数字基础设施的内涵和意义,准确把握我国数字基础设施发展现状、建设重点和推进路径,并提出相关举措建议。本期为中国工程院院士廖湘科的署名文章。

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当前,我们正在进入数字经济时代,这个时代的主要特征之一就是“软件定义一切”。软件已经成为知识、技术诀窍(Know-How)和商业模式的重要载体,是数字基础设施建设的重要组成部分。以操作系统为核心的基础软件平台,承担着高效管理计算机系统的软硬件资源、为应用软件提供共性的基础服务、为用户提供友好易用的人机交互手段三大功能,既是软件技术的核心基础,也是掌控软件产业生态链的关键抓手。基础软件平台的建设,已成为国家战略竞争的制高点。

操作系统的发展历程

不同于硬件的替代性发展,基础软件平台发展的主要驱动力来源于硬件平台的升级、应用场景的演化和人机界面的革新。例如,操作系统以内涵扩展式发展为主轴,上层应用软件的共性功能不断沉淀融入到操作系统之中。操作系统的功能越来越丰富,整体越来越庞大,逐步从“单个产品”的操作系统发展成为“信息系统体系基石”的基础软件平台,呈现出明显的平台化演进特征。

与此同时,软件的产品形态和商业模式也在不断演进,先后经历了大小型机时代的硬件附属阶段、PC时代的独立软件产品阶段、“互联网+”时代的“软件即服务”阶段,以及数字经济时代的“软件定义”阶段。

“硬件附属”阶段。在大小型机时代,硬件占据绝对主体的地位,软件仅仅作为计算机硬件的附属物而存在,没有独立的商业形态,软件的代码通常是向使用者开放的,便于用户自己进行修改与优化。

“独立软件产品”阶段。进入到PC时代,出现了软件许可证(License)的概念,卖软件的许可证成为一种新型的商业模式,软件作为一个独立的产品销售,软件代码成为核心竞争力而不再对使用者开放,标志性的成功案例就是微软的Windows操作系统。

“软件即服务”阶段。为了反对源代码不开放的闭源文化和许可证销售模式的Copyright保护,开源软件蓬勃兴起,诞生了以Linux操作系统和GNU GCC编译器为代表的一批优秀的开源软件,以及以GPL为代表的Copyleft许可证规则,形成了一整套可以与商业软件竞争的开源软件体系。基于这种开放的、免费的开源软件体系,一大批信息服务企业得以起步与发展,促使软件进入到“软件即服务”阶段,诞生了谷歌、脸书等国外巨头,也促成了国内BAT巨头的成功。软件即经营,运营服务而不是代码成为软件产业的核心竞争力,营造巨大通用市场、经营掌控生态链、跨界竞争成为软件商业模式的三大精髓,借助开源软件平台占有数据、掌控标准,成为经营生态链的重要抓手。

“软件定义”阶段。随着数字经济时代的到来,互联网成为信息化社会的基础设施,传统行业和服务行业都因“上网”而发生改变,新赛道、新物种、生态化等概念层出不穷。IT从业者全力推动移动互联网、云计算、大数据、物联网、AI等与实体经济、现代金融的结合,进行颠覆性跨界扩张,特别是IT和制造业加速深度融合,对工业企业形成了较大的跨界竞争压力。工业企业单纯购买软件产品解决问题的时代已经过去,国际领先工业企业纷纷建立统一的数据标准、基于互联网建设全球数据中心,对全生态链业务、管理与服务进行重构,构建基于软件平台的服务体系。随着工业企业软件化趋势日益凸显,高端制造+基于软件平台的服务体系成为领先工业企业的两大核心竞争力,软件成为定义一切系统功能的基础设施,成为数字经济时代技术与商业模式等核心竞争力沉淀的载体。信息化发展到“软件定义”阶段,基础软件平台成为信息化的重要基础和关键抓手。

数字基建的基础软件平台

回顾软件技术与产业的发展历程,可以发现,今天面临的问题与挑战,与40年前的电脑行业“如出一辙”。40年前的电脑行业,硬件标准化工作刚刚开始,软件缺乏通用的操作系统平台。独立于硬件的操作系统产品的出现,提供了一个通用的基础软件平台,促进了计算机硬件的标准化,也实现了计算机软件的重用,从而促进了计算机产业的高速发展。今天的工业行业高度分散,信息化建设缺乏统一的标准和平台,软硬件技术难以实现共享,造成了整个行业“烟囱林立”,智能化进程缓慢,业界迫切需要通过打造统一的基础软件平台,促进各个领域的标准化、模块化与平台化,实现基础软件技术的共享。只有通过这种统一的基础软件平台,才能形成一个巨大的通用性市场,避免碎片化的“昆虫纲悖论”,实现数字经济的“指数进步”“组合进步”。

(一)数字基建的基础软件平台,将引入新的软件形态。计算机领域成果的软件形态将与工业领域成果的软件形态深度融合。计算机领域的软件形态将是一种新的操作系统,本质是一个软件框架,类比于浏览器,它解决软件的架构设计、可信确保、互连通信、实时、大数据处理、智能处理等共性支撑问题;而工业领域成果的软件形态将是软件框架中的插件,类比浏览器插件,承载的是各行各业的知识和技术诀窍。框架+插件形态的基础软件平台,可以平衡好计算机领域处理“通”与各行各业处理“专”的关系,实现软件定义的设备、软件定义的控制与生产以及软件定义的供应链。

(二)数字基建的基础软件平台,将催生新的软件架构。横向是分布式结构,涵盖“云-边-端”。“云”提供海量资源、承载重载计算,是软件定义时代的大脑。“边”提供就近服务访问、按需计算卸载,是软件定义时代的中枢神经。“端”支持移动便携交互、离线自主协同,是软件定义时代的感知末梢。纵向是层次式架构,在传统的资源管理层上引入行为管理层。资源管理层管理物理域、信息域、认知域和社会域的资源,行为管理层提供观察、判断、决策、行动控制行为的共性支撑。

(三)数字基建的基础软件平台,需采用新的执行模型。支持“观察(Observe)-判断(Orient)-决策(Decide)-行动控制(Act)”(OODA模型)闭环行为链。观察管理传感器数据,进行信息过滤、压缩、融合;判断对态势进行联合分析、理解、判断;决策进行群体行动规划和决定、博弈;行动按规划和反馈实施灵活机动的群体行动控制。OODA模型能很好地反映引入智能与控制闭环后一切软件的执行流。

(四)数字基建的基础软件平台,将需要新的交互方式。传统信息系统的交互方式,输入是命令和数据,输出是结果数据。在新的交互方式下,输入是任务和环境,输出是行动,这就要求未来的交互方式将是“新三互”:以无线通信为基础的“互操作”;机-机、人-机间的“互理解”;遵守物理定律等物理规则、遵守信息域协议等信息规则、遵守道德法律等社会规则的“互遵守”。

基础软件平台的构建途径

打造数字基建的基础软件平台,必须坚持走融合发展之路,确立协同发展的思路,同时要补齐国产工业软件的短板。

一是坚持走融合发展之路。要吸收“经营生态链,掌控巨大市场”的“互联网+”发展模式的优点,把传统工业的“重资产”发展模式,向掌控产业生态链的“轻资产”模式转变,要关注高端制造,关注产业标准、数字标准的建立,关注软件、大数据与业务流程的深度融合,构建以高端制造、数据与软件为核心的产业技术体系,掌控基于全球、全国优势资源配置的产业供应链、服务链,实现工业企业的“+互联网”和互联网企业的“互联网+”发展模式的融合。

二是确立协同发展思路。要将IT领域互联网思维与工业领域的工匠精神想结合,既要学习IT领域的“硬件追求速度、软件追求规模、产品追求用户体验”的技术发展模式,以及“掌控生态、跨界颠覆”的产业模式,也要学习工业领域“积累、积累、再积累,求精、求精、再求精”的工匠精神,加快工业技术软件化,力争将“速度、规模、成本为王”的中国制造,转变为“精益求精”的中国智造。在此过程中,需要把软件平台打造成计算技术、软件技术、管理科学、工业知识等多领域知识交叉融合的重要载体。

三是补齐国产工业软件短板。没有经历完整的工业化进程,就没有工业技术的深厚积累;没有工业技术的深厚积累和大手笔的研发投入,就难以开发出优秀的工业软件;没有优秀的工业软件,就无法开发出优秀的工业品。德法的工匠精神,使得欧洲拥有一批优秀的工业软件小微企业,他们在细分领域把工业软件做到了极致。我们要充分利用国际合作,提升我们工作的起点。补齐国产工业软件的短板,是一项急不得、急不来的工作,只有撸起袖子加油干、耐着性子坚持干,才能实现弯道超车、后来居上,实现产业高质量发展。


责任编辑:赵强
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