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我国未来十大科技突破口

《瞭望新闻周刊》记者最近走访了科技部技术前瞻研究组项目执行组组长程家瑜,他向记者展示了最新的研究成果《中国技术前瞻报告》。课题组上千名专家近3 年来深入分析了未来10年我国经济社会发展的大趋势和对科技的需求,系统调查了信息、生物、新材料三大领域国内外的发展状况和趋势,课题组认为,未来10年我国在这三大领域最有可能的科学突破与技术突破集中在以下10个方面:下一代移动通信技术、下一代网络体系、纳米级芯片技术、中文信息处理技术、人类功能基因组学、生物制药技术、生物信息学、蛋白质组学、农作物新品种培育技术、纳米材料与纳米技术。

        信息、生物、新材料三大前沿领域

    信息、生物、新材料是21世纪前30年发展最快、最热门的三大领域,它们集结了当今世界最强势的研究力量。但在这些关系未来发展的关键领域中,我国许多核心技术仍依赖追踪、模仿和引进国外技术,原始创新能力明显不足。
    从更宽的视野来看,不仅仅是这三个领域的发展需要高扬“自主创新”的信心与勇气。实际上,整个中国科技正面临着前所未有的发展压力:对外要适应国际科技竞争的紧迫形势,对内要满足经济社会发展进程中的重大战略性需求。而原始创新能力和技术创新能力的薄弱,已成为当前和未来相当长时期内影响我国整体竞争力的极大障碍。
    面向未来15年的《国家中长期科学和技术发展规划纲要》即将发布,科技部等有关部门正在着手制定科技“十一五规划”——关于中国科技“未来”的探讨与关注,在最近一年多来达到了前所未有的程度。就是在这样带着几分焦灼、几分期待、几分信心的探讨氛围中,“自主创新”成为人们关于中国科技发展的共识。
    带着这个共识,再来看中国科技发展面临的“压力”,在很大程度上已经变成了未来发展的重大机遇。未来10年,中国在这三大领域中最有可能实现自主创新的关键技术群究竟有哪些?有限的科技经费究竟应当投入到哪些突破口?

        下一代移动通信技术

    移动通信是人类社会发展中的一大奇迹。2004年12月,全球(蜂窝)移动通信用户总数已达17亿以上,超过已有百年发展历史的固定通信用户数。过去10年,移动通信技术完成了由第一代模拟通信技术向第二代数字通信技术的过渡,当前正处于由其巅峰状态向第三代(3G)移动通信技术过渡的进程中。
    目前,世界发达国家纷纷投入力量进行第三代及下一代移动通信标准、技术和产品的开发。
    ——3G移动通信:国际电信联盟(ITU-T )批准为3G 的三大标准分别是欧洲的WCDMA,美国高通公司的CDMA2000和中国大唐电信的TD-SCDMA。3G已在全球30多个国家开始商用。
    ——增强型3G(Enhanced 3G):为了克服3G 技术不能很好支持流媒体等业务的不足,国际电信联盟已在制定增强型3G技术标准。专家预测,增强型3G技术将进入商用。
    ——4G(或Beyond 3G):下一代移动通信即所谓超3G(以下统称Beyond 3G)技术的研究是国际上的热点。Beyond 3G具有更高的速率与更好的频谱利用率。 欧盟、日本、韩国等国家已开始4G框架的研究,预期Beyond 3G技术可望在2010年后开始商用。
    中国移动用户总数已达3.34亿,居世界第一,总体技术水平与国际同步,处于由第二代向第三代的过渡时期。我国3G移动通信技术已经具备了实现产业化的能力,我国大唐电信2000年5月提出的TD-SCDMA标准已成为国际电信联盟正式采纳的三大标准之一。此外,在国家“863”计划的支持下,开展了Beyond 3G技术的研究,预期该技术可望在2010年后开始商用。
    Beyond 3G技术对我国经济社会发展和国防建设具有十分重要的意义。 德尔菲专家调查统计结果显示,我国研发水平比领先国家落后5年左右, 通过自主开发或联合开发,在未来5年可能形成自主知识产权。以华为、 中兴为代表的一批高技术通信设备制造业公司,在第三代移动通信设备(3G)等研发方面紧跟国际前沿,打破了国外公司对高技术通信设备的垄断,开始参与国际通信标准的制定,开发具有自主知识产权的核心技术,具备了参与国际竞争的能力,具备实现技术和产业跨越式发展的契机。

        中国下一代网络体系

 下一代网络(NGN)泛指以IP为核心,同时可以支持语音、 数据和多媒体业务的因特网、移动通信网络和固定电话通信网络的融合网络。
    世界各国和国际通信标准化组织都在积极开展下一代网络的研究开发工作。国际电信联盟电信标准化部门(ITU-T)、欧洲电信标准化协会(ETSI)、互联网工程任务组(IETF)、第三代伙伴组织计划(3GPP)等,都在致力于下一代网络体系的研究。目前,美国、日本、韩国、新加坡以及欧盟都已启动了下一代互联网研究计划,全面开展各项核心技术的研究和开发。
    我国在下一代网络的研究方面已取得了较大进展。“九五”期间,863计划建成了“中国高速信息示范网”(CAINONET)、国家自然科学基金委支持的“中国高速互连研究试验网NSFCNET”等重大项目,目前已开始基于NGN的软交换技术在移动和多媒体通信中的应用研究。中兴、华为等企业还推出了基于软交换的NGN解决方案;在下一代互联网研究上,中兴、港湾网络等推出的高端路由交换机,可应用于国家骨干IP网络建设,以及大中型宽带IP城域网核心骨干和汇聚。国内公司还开始自行设计高端分组交换定制ASIC芯片。我国已成为少数几个能够提供全系列数据通信设备的国家之一。
    下一代网络技术对促进我国高新技术的发展,以及对改造和提升我国传统产业具有举足轻重的作用,对国家安全至关重要。从总体上看,我国互联网技术跟随国外发展,在技术选择上缺乏系统研究,走过一些弯路,至今与国外仍存在较大差距。无论网络用户规模、网络应用、网络技术或网络产品都尚有很大的发展空间。从全局着眼,应不失时机地开展中国下一代网络体系的研究、应用试验、关键技术研究和产品开发。不能像第一代互联网那样,技术、标准都是外国的,给国家安全造成隐患。

        纳米级芯片技术

    当前,集成电路的发展仍遵循“摩尔定律”,即其集成度和产品性能每18个月增加一倍,按照器件特征尺寸缩小、硅片尺寸增加、芯片集成度提高和设计技术优化的途径继续发展。
    自上世纪90年代以来, 全球集成电路制造技术升级换代速度加快。 当前国际上CMOS集成电路大规模生产的主流技术是130nm, 英特尔等部分技术先进的芯片制造公司已在用90nm进行高性能芯片生产。2005年,美国AMD公司已开始量产90nm的高性能芯片,国际上对65nm技术的开发也已成功。伴随130nm到90nm技术的升级, 考虑到扩大生产规模和降低成本,大多数公司将使用12英寸替代8英寸硅基片, 这也必将带来半导体设备的大量更新。
    近年来我国一些先进集成电路制造公司的崛起,使国内集成电路制造工艺技术与国际先进水平的差距有了显著的缩小,但整体水平仍与先进国家相差2~3代。目前,我国集成电路设计公司年设计能力已超过500种,主流设计水平达到180nm,130nm技术正在开发中,90nm技术的研发也开始着手进行。从产业发展看,我国集成电路已初步形成由十多家芯片生产骨干企业、十多家重点封装厂、二十多家初具规模的设计公司、若干家关键材料及专用设备仪器制造厂组成的产业群体,设计、芯片制造、封装三业并举的蓬勃发展态势。以中科院计算所为代表的研究机构和企业在CPU研发方面所取得的新进展,标志着我国集成电路设计具有较强能力,与国际先进水平的差距进一步缩小。目前我国芯片业大多集中在低端的交通、通信、银行、信息管理、石油、劳动保障、身份识别、防伪等领域,IC卡芯片所占比重一直占据芯片总体市场的20%左右。
    世界第一颗0.13微米工艺TD-SCDMA 3G手机核心芯片10月9日在重庆问世
    今后的IC是纳米制造技术的时代,而纳米级芯片技术是我国赶超国际的关键,它的成功将会是我国IC工业发展史上的重要里程碑和持续发展的动力,专家认为应优先发展。

        中文信息处理技术

    包括汉字和少数民族文字在内的中文信息处理技术,是汉语言学和计算机科学技术的融合,是一门与语言学、计算机科学、心理学、数学、控制论、信息论、声学、自动化技术等多种学科相联系的边缘交叉性学科。
    随着互联网的发展,中文信息处理技术已渗透到社会生活的各个方面。1994年,微软开始进入中文软件市场,微软的WORD把国产WPS挤出了市场,继而Windows中文版又把国产中文之星挤垮。微软凭借其强大的优势地位,使国产的中文信息处理软件举步维艰。中文版的Windows、Office等占据了大部分的中文软件市场,使中文信息处理逐渐丧失了其特殊地位。
    经过二三十年的努力,我国的中文信息处理,包括中文的编码、字型、输入、显示、输出等的基本处理技术已经实用化,目前正在逐渐摆脱“字处理”阶段,处于向更高级阶段快速发展的时期。包括中文的文字识别机和手写文字识别、语音合成、语音识别、语言理解和智能接口等技术的研究已获得进展。中文的全文检索、内容管理、智能搜索、中文和其他文字之间的机器翻译等技术也正在开发、研制,并取得了较大进展,涌现了联想、方正、四通、汉王、华建等公司。
    随着中国加入WTO与世界各国交流的逐渐扩大以及网络信息时代的来临, 中文信息处理技术越发显得重要,其自动化水平的提高,将大大促进我国科技、国民经济和社会发展,同时使中华民族的文化在信息时代得到新的发展。未来无疑应当加强中文信息处理技术的研发投入与政策倾斜。

        人类功能基因组学研究

    20世纪末启动的人类基因组计划被公认为生命科学发展史上的里程碑,其规模和意义超过了曼哈顿原子弹计划和阿波罗登月计划。随着人类基因组、水稻基因组以及其他重要微生物等50多种生物基因组全序列测定工作的完成,国际基因组研究进入到功能基因组学新阶段。
    功能基因组学已成为21世纪国际研究的前沿,代表基因分析的新阶段。它是利用结构基因组所提供的信息和产物,发展和应用新的实验手段,通过在基因组或系统水平上全面分析基因的功能,使生物学研究从对单一基因或蛋白质的研究转向多个基因或蛋白质同时进行系统的研究,是在基因组静态的碱基序列弄清楚之后转入对基因组动态的生物学功能学研究。从1997年迄今已发表的有关功能基因组学的论文数以千计,其中不少发表在《细胞》《自然》《科学》等国际著名刊物上。
    目前功能基因组研究的重点集中在四个方面:一是基因测序技术研究。预计今后几年内,测序技术将继续发展,特别是有一些重要的改进将直接用于功能基因组的研究;二是单核苷多态性(SNP)以及在此基础上建立的SNP单体型研究;三是基因组有序表达的规律研究。主要包括基因的深入鉴定、基因表达与转录组研究、蛋白和蛋白质组研究、代谢网络和代谢分子研究、基因表达调控研究等;四是计算生物学和系统生物学研究。
    近几年来,在国家“863”计划、国家重大科技专项等的资助下,我国功能基因组学研究取得了一系列进展。中华民族占世界人口的1/5,有丰富的遗传疾病家系资源,这是我国发展功能基因组研究的有利因素。“十五”期间,我国参与国际蛋白质组计划、国际人类基因组单体型图计划,高质量按时完成了项目中所承担的21号染色体区域的任务,建立并完善了中华民族基因组和重要疾病相关基因SNPs及其单倍型的数据库的建设,在国际一流杂志上发表了一批高水平学术论文,申报了一批国家专利,收集、保存了一批宝贵的遗传资源,并初步建立了遗传资源收集网络和资源信息库的采集管理系统,组建了一批国家级基地,培养了一支队伍,建立了一批技术平台。但总体而言,我国在功能基因组研究及应用方面的原始创新成果数量较少,还不能为医药生物技术产业的发展提供足够的知识和产品。
    未来研究重点包括:
  ——功能基因组研究。重点开展植物功能基因组研究、人类功能基因组研究和重要病原微生物及特殊微生物功能基因组研究;
    ——蛋白质组学研究。蛋白质组学是一个新生领域,目前还处于初期发展阶段,仍有许多困难有待克服。我国应选择具有特色的领域开展研究;
    ——生物信息技术。我国的研究重点应集中在生物信息数据库的构建、生物信息的开发、加工、利用及生物信息并行处理方面;
    ——生物芯片技术及产品。通过微加工技术和微电子技术在固体芯片表面构建的微型生物化学分析系统,以实现对细胞、蛋白质、DNA以及其他生物组分的准确、快速、大信息量的检测。常用的生物芯片包括基因芯片、蛋白质芯片、生化反应芯片和样品制备芯片等。生物芯片的主要特点是高通量、微型化和自动化。我国生物芯片研究紧跟国际前沿,它将对我国生命科学研究、医学诊断、新药筛选具有革命性的推动作用,也将对我国人口素质、农业发展、环境保护等作出巨大的贡献。
    专家认为,我国人类功能基因组学研究的研发水平比领先国家落后5年左右, 若能高度重视,充分利用我国已有的技术和资源优势,未来10年我国可能实现人类功能基因组学研究的跨越发展。

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