信息技术新发展及其应用综述

信息技术新发展及其应用

陆以勤（华南理工大学电子与信息学院、教授）

本专题从七个方面介绍信息技术的新发展及其应用，第一个是微电子与光电子，第二个是现代通信技术，第三个是遥感技术，第四是智能技术，第五是高性能计算机与网络，第六是消费类电子技术，第七是信息安全技术。

一、微电子与光电子

在讲这个之前，我想请教一下各位老师，到目前为止，唯一一个在同一个领域都取得诺贝尔奖的一个科学家，能不能说出来？不是爱因斯坦，爱因斯坦只拿过一次诺贝尔物理奖；也不是居里夫人，居里夫人是在化学和物理，不是同一个领域，她拿了两次诺贝尔奖。这个科学家叫巴丁，他是晶体管的发明人，因为他和肖克莱、布拉顿三个人一起发明了晶体管，1946年他们开展了这个研究，1947年观察到了晶体管，1956年获得诺贝尔奖，1972年因为他和另外两个科学家发明了超导，所以第二次拿到了诺贝尔物理奖。他曾经开玩笑说他每次都得了三分之一，得了两次才拿到三分之二，他还必须和另外两个科学家再合作一次，再拿一次，才能拿到整个诺贝尔奖。

我们言归正传，微电子学是什么？它是电子学的分支，它主要是研究半导体材料上构成的微小型化电路的技术，包括我们刚才说的半导体器件，集成电路设计，集成电路的工艺和测试等。在信息社会，我们要求高集成度、低功耗、高性能、高可靠性的电子产品，那如何研究出这种器件就是微电子学研究的内容。我们以一个它的发展线路来看一下，我刚才谈到巴丁和另外两个科学家，一个是肖克莱，他提出了著名的PN结理论，另外一个科学家叫布拉顿，他们三个于1946年1月在贝尔实验室成立了半导体研究小组，经过差不多两年，他们观察到了具有放大作用的晶体管，1956年获得诺贝尔奖。晶体管是分离电路，还不能满足我们体积小、低功耗的要求，能满足这个要求的就是集成电路。从晶体管发展到集成电路已经有50年了，1952年英国科学家G.W.A. Dummer第一次提出了集成电路的设想，1958年以德克萨斯仪器公司的科学家基尔比(Clair Kilby)为首的研究小组研究出世界上第一块集成电路，2000年获得诺贝尔奖。集成电路发展了五十年，它的集成度越来越高，我们有一个著名的摩尔定律，摩尔（Gordon Moore）是Intel公司的创始人，他提出这个定律的时候是1965年，那时候他还不是在Intel，而是在仙童半导体公司做实验室主任，他为《电子学》杂志35周年专刊写了一篇报告，题目是“让集成电路填满更多的元件”。摩尔定律说的是芯片上的晶片上的晶体管数量每隔两年，就是24个月翻一番，到现在摩尔定律还在起作用。

我们前面说的是微电子技术，下面我们就再说一下光电子技术，为什么把微电子技术和光电子技术放在一起谈？光电看起来好像不相干，是两个独立的学科，实际上他们是有密

切关系的。我们举几个例子，首先是1860年麦克斯韦提出的光的电磁波理论，因为光是一个电磁波，它有波粒二象性；第二就是爱因斯坦提出用量子论解释光电效应；第三回合是1960年激光的发明，所以说光电往往是在一起。光和电紧密在一起，但它们又各有特色，电磁波容易受到干扰，而光的频率非常高不易受到干扰，所以它是中性的。最近光电子技术发展也非常快，确切的说，光电子技术应该称为信息光电子技术，从激光问世之后它就已经诞生了。刚开始的时候是用于激光测距，很少量地应用，到了70年代，由于室温下连续工作的半导体激光器和光纤得到了应用，光电子技术就迅速发展起来了。光电子科学主要是涉及光子的产生、传输、控制和探测，它的产生和控制是激光技术和相关的应用技术；它的光子的传输就是光纤，目前世界上敷设的光纤总长超过1000万公里；如果是检测，那就是光子探测和光谱分析；如果是做信息处理，那么就是一个新的学科，叫光神经网络，有望出现新的光计算机，激光雷达、光制导、光陀螺；如果是用它来存储，那就是光盘；如果用它来显示，就是我们的打印机、复印机、大屏幕显示等；如果是光子间的互相作用，还可以用来做光子生物技术、光子加工技术等。我们国家对光电子也非常重视，它的发展方向我们可以列出一些，比如光纤光缆、光电器件、光电材料、光传输和光通信的设备、激光器、工业激光设备，还有用于生物医学的仪器、光电检测仪器、光机电一体化的设备、光存储（比如光盘）、光显示（比如LCD、LED）、光的输入输出（比如图像的处理）、光源等。

二、现代通信技术

通信是一个发展比较快的学科，包括的东西很多，我们打算从几个方向谈一下。第一个是我们怎么看一个通信系统，这必须要有一个它的框架，第一个框架是从它的分层来看，我们可以把通信系统分成接入层、承载层、控制层、业务层。接入层就是所谓的接入技术，譬如我们的移动接入、无线接入，还有一些无线个域网的近距离无线接入技术，比如蓝牙、海外、ZigBee等；承载层就是我们的传输网、数据网，还有比如微波、卫星等，它是负责把数据进行传输的；再上面是控制层，譬如程控交换机、软交换、移动交换；还有业务层，业务层就是我们的一些业务系统在上面的，譬如语音留言、短信、视频点播、手机游戏、彩铃、即时通信等。从这个维度我们可以粗略地把它区分一下：接入层主要是一些光纤组成的环，即SDH，SDH全称Synchronous Digital Hierarchy——同步数据体系，可以把它想象成是一个同步的时分复用系统，时分复用就是不同的时间传不同信道的数据，只要它足够快，所以说它可以传很多信道，这个叫复用。PTN，采用的是分组，它就不再是同步复用，就是用光传输的一个分组传送，叫Packet Transport Network，它是在我们的网络层和光介质之间做的一个层面，用来分组传送，也就是说把它分成一段一段地来传，这个主要是针对流量突然间很多来做的，它是另外一种复用方式，叫统计复用方式。接入层的下面挂了很多，比如是移动网络的无线侧可以接到这里，程控交换机可以接到这里，还有一些有线接入，比如DSL、各种PON，还有数据网可以挂在这里，中间承载的那部分把所有的接入往前汇聚的时候，会形成一个汇聚层，汇聚层也就是ASON，即Automatically Switched Optical Network 自动交换光网络，这个网络就不再是一个环形，而是一个网状形，比较大的好处就是可控性