直面新格局
何霞
我国数字基础设施的发展态势、问题与建议
何霞，信息社会50人论坛理事，中国信息通信研究院资深专家、政策与经济研究所总工程师，电信科学技术研究院硕士生导师，中国信息经济学会副理事长；长期从事车联网与自动驾驶领域的政策研究，完成多篇论文和多个政策支撑成果。
通信、计算、控制及其相互作用形成的智能催生了全球性的数字化革命。数字化革命的技术与哲学在70年前就已确立，当今支撑数字基础设施发展的技术拼图已经基本形成，赋能各行业、各领域的数字化、网络化、智能化转型。人类社会正在从工业时代迈入数字时代，各国都在构建数字基础设施以服务数字经济的发展。当前，我国正处于数字经济起步阶段，迫切需要构建和完善数字基础设施，以支撑经济社会的全面数字化转型。
一、全球数字基础设施发展态势
数字基础设施是指以信息网络为基础，以数据要素为核心，提供感知、连接、存储、计算、处理等数字能力的基础设施体系，具有通用性、技术性、资金密集性、安全性和融合性等特点，可分为信息基础设施、融合基础设施和创新基础设施。随着技术革命和产业变革，新的数字基础设施形态正在不断涌现，现有的数字基础设施形态正在不断转变。
（一）全球信息基础设施正在加速演进升级
新冠肺炎疫情在带来巨大灾难的同时也促进了全球数字经济的高速发展，整个社会的数字化、网络化、智能化进程正在加速，人类社会逐渐进入万物感知、万物互联和万物智能的新时代，给信息基础设施发展带来巨大机遇，也对信息基础设施的能力提出了新的更高要求。
全球主要国家的网络设施能力快速部署升级。网络基础设施向高速、泛在、空天一体演进是全球未来发展主流。在移动通信方面，全球加速从4G网络向5G网络的演进升级。截至2022年1月底，全球共有72个国家部署了5G网络，美国和中国拥有最多的5G覆盖城市。在固定宽带方面，千兆光纤升级是发展重点，全球已有57个国家的234家运营商发布了千兆带宽服务。在骨干网络方面，超高速大容量光网络向200G/400G传输演进。在物联网方面，全球部署的LTE-M网络已经达到51个，超过100个国家商业化推出了NB-IoT网络。算力设施成为新型基础设施建设的新重点。全球数据量正在迎来新一轮爆发式增长，这使得数据存储、数据传输、数据处理的需求呈现指数级增长，不断提升对算力资源的需求。同时，很多智能应用都需要在线实时提供，如智慧工厂场景中对传感器、AR/VR设备、射频扫码识别器等联网设备采集到的数据的实时处理反馈等，这对算力的泛在供给和及时提供提出更高要求。为适应这一发展趋势，以数据中心、超算、云计算、边缘计算、人工智能计算中心等设施构成的多层次计算设施体系正在演化形成，不同层级、不同体系的算力融合协同将成为基础设施发展的一大趋势，持续推动云网融合、云边融合和算网融合。
（二）重要领域的融合基础设施正在构建
融合基础设施是国家科技创新、产业发展的重要战略方向已经成为主要国家和地区的共识。工业4.0[1]最早出现在德国，在2013年的汉诺威工业博览会上正式推出，其核心目的是提高德国工业的竞争力，在新一轮工业革命中占领先机。随后由德国政府列入《德国2020高技术战略》。据德国信息技术、电信和新媒体协会的报告显示，在实施工业4.0的企业中，资本回报率大幅提升，从2000年的12%上升到了2014年的30%。发达国家智能交通基础设施加速构建。美国发展最早，已形成了出行和运输管理系统、公共交通运输管理系统、电子收费系统、商业车辆运营系统、应急管理系统等八大系统。日本的所有主干道已基本覆盖智能交通的自动收费、车路协同和导航等功能。欧盟建立了即时交通路况、即时路径规划、即时地图更新等道路基础设施和相关信息服务，未来，智能交通系统将在前沿技术的发展中不断演进。
（三）多国加大投入重大科技基础设施建设
欧美重大科技基础设施建设运行数量增长迅速。一是美国长期规划与年度规划并行，依托重大科技基础设施保持科技创新领先地位。美国目前在建的重大科技基础设施主要集中在粒子物理和核物理，以及空间和天文学方面。德国重大科技基础设施布局的特点是重视产业技术研发和示范平台建设，支撑产业发展。法国优先布局生命健康和环境方向，英国计划在未来几年建设世界级的百亿亿次超级计算设施。
二、我国正在加快新型基础设施建设与部署
（一）我国信息基础设施发展与主要发达国家同步
我国的建设部署与主要发达国家处于同一起跑线。经过多年发展，我国信息基础设施已形成感知、网络、算力、新技术等基础设施全面发展的格局，建设规模和发展水平位于全球前列。
从感知设施看，我国已建成全球最大的窄带物联网（NB-IoT），部署百万规模的NB-IoT基站，基本实现县城以上连续覆盖。从网络设施看，我国移动通信网络和光纤网络全球规模最大、覆盖广泛、技术领先。截至2022年3月底，5G网络已覆盖全国所有地级市和县城城区。宽带接入光纤化改造基本完成，超过300个城市开始建设千兆接入网络。从算力设施看，截至2021年，在用数据中心机架总规模为520万架，云计算市场规模为3030亿元，超级计算能力位于国际前列，一批专用于人工智能的高性能开放算力平台、智能计算中心等设施正在逐步形成。从新技术基础设施看，人工智能、区块链等基础设施开始探索部署。骨干企业开发的深度学习平台已开源运营，智能语音、计算机视觉等通用AI能力平台逐渐成形，辅助诊疗、自动驾驶、城市大脑等行业专用AI能力平台在快速推广。自主化的区块链底层平台不断涌现。
（二）全面布局社会经济融合基础设施
在工业领域，我国工业互联网产业规模已突破万亿元大关，在研发设计、生产制造、运营管理等各个环节广泛应用。以国家顶级节点为中心的工业互联网标识解析体系初具规模，国家级、行业级、企业级多层次的工业互联网平台体系初步构建，具有一定影响力的工业互联网平台超150家，对接31个省级平台的国家级工业互联网安全态势感知平台已经构建。在交通领域，借助超大规模市场优势，通信、汽车、交通等技术应用充分融合集成，产业创新生态已基本形成，车路协同和产业协同的基础设施正在构建。
（三）创新基础设施正在加速构建
区域性创新基础设施正在构建。近年来，以北京、上海和粤港澳大湾区的科创中心、综合性国家科学中心建设为契机，已涌现出一批科技创新要素集聚、创新链条上下游贯通、有力支撑重大产出的创新基础设施，成为国家创新体系的重要基础。结构性创新基础设施正在布局。重大科技基础设施、科教基础设施、产业技术创新基础设施在加速部署。
三、数字基础设施发展面临的挑战仍然突出
虽然我国新一代信息通信基础设施发展迅速，但仍然面临一些亟待解决的问题。
（一）部分信息基础设施尚未形成融合协同的发展格局
部分信息基础设施部署呈碎片化、烟囱型，难以形成规模效应，也难以发挥基础设施的作用。算力设施、区块链基础设施等创新发展，在促进技术和服务持续进步的同时，也存在各自为政、重复建设、盲目建设的现象，算力设施和网络设施的融合协同也需要积极推进。信息基础设施的行业应用市场还有待培育。面向全新的产业互联网市场，5G、光纤宽带、人工智能等基础设施亟待优化。此外，如何释放数据要素价值，充分发挥数字新型基础设施的倍增效应也是亟待解决的问题。
（二）融合基础设施发展处于启动阶段，尚须长期推动构建
当前社会经济数字化转型才刚刚开始，基础设施构建也在起步中。数字化、网联化的基础设施发展很快，但存在结构性、区域性和行业性的差距，还需要5～10年的逐步推进。融合基础设施的互联互通还需要分领域逐步推进。在工业领域，要建设高可靠、广覆盖、大带宽、可定制的工业互联网网络，促进各类工业设施的有效互联；在能源领域，要构建多能协同的能源网络，带动能源行业整体创新能力建设。融合基础设施的智能化水平亟待提升。我国行业智能化水平较低，需要数字基础设施通过部署泛在的感知设备，收集监测基础设施的各项运行状态数据，汇集训练成为各类智能算法模型，进而开展各项辅助决策、自动运行、预测预警等智能化工作，推动各类基础设施的智能升级。
（三）创新基础设施发展存在多方面的挑战
针对原始创新能力不强的问题，需要超前布局一批科学研究设施。当前科学技术前沿向着极宏观、极微观、极复杂的方向发展，需要重大科技基础设施、科教基础设施等前沿科学技术手段提供支撑，需要推进国家实验室、综合性国家科学中心等战略科技力量集群化、协同联动式发展，系统提升科学研究基础设施多元化建设能力、开放式运行能力。针对核心技术受制于人的问题，需要优化提升一批技术开发设施和试验验证设施。由于自主开发产业共性技术的外溢性显著、基础研究与产业应用存在巨大鸿沟，所以需要主动链接前沿研究和产业发展的关键环节，建设一批支持产业共性基础技术开发的新型共性技术平台、中试验证平台、计量检测平台。针对科技资源支撑能力不强的问题，需要统筹发展一批科技资源条件平台。科学技术研究持续向精细化、智能化方向演进，“数据密集型”正在成为科学技术研究的典型特征，需要及早布局科学大数据存储处理能力。
（四）数字基础设施的安全成为建设和运行的关键问题
数字基础设施作为信息通信技术发展融合的基础和载体，存在安全保障不足的问题。5G、云计算、大数据、人工智能等数字基础设施的重点技术都存在自身安全的脆弱性。例如，在5G领域，虚拟化技术、网络切片技术、网络能力开放、异构网络和边缘计算场景的引入会带来复杂的安全问题，并增加引入恶意攻击的风险。数字化还会带来网络安全脆弱性。数字基础设施将数字空间的网络安全威胁带向传统行业，使得更多的传统设施面对前所未有的新型网络攻击风险。
四、加快建设面向未来的新型基础设施
（一）充分发挥体制优势，形成全国发展一盘棋
新型基础设施的发展涉及多个领域、多种设施、多方主体，单纯依靠市场力量难以消除基础设施发展中的盲目性，容易形成供给过热、低水平重复建设。为此，要突出需求牵引，适度超前开展数字基础设施建设。坚持需求导向、问题导向和目标导向，以政府、企业和公众需求为驱动，以应用成效为核心，科学开展项目需求分析与测算，提升投资效率。健全协调机制，强化融合共享。健全宏观管理部门和各行业主管部门共同参与的协调机制，强化各领域数字基础设施间的技术融合、互联互通和智能交互，促进数字资源的开放共享和整合利用。强化区域协同，打造因地制宜的数字基础设施。对于北京、上海、深圳等产业、技术、资本的首要聚集地，注重高新技术赋能和应用场景创新，打造先进数字基础设施和应用样板。对于中西部地区，特别是欠发达地区，加快5G、物联网等通信网络基础设施建设，推广远程教育、远程医疗等应用，缩小与发达地区的公共服务供给水平差距。健全数字基础设施建设投融资体系，充分激发市场和民间的投资活力，吸引更多社会企业参与数字基础设施的建设。发挥政府资金对投资的引导带动作用，创新政府资金投入模式，创新金融信贷投入模式，创新投融资产品与服务，做好数字基础设施建设的资金保障。
（二）发挥信息基础设施赋能作用，加快建设和创新运营
创新建设模式，发展泛在协同的感知设施。探索建立感知设施的统一标识体系、统一数据格式，充分利用供电、网络和空间点位等资源进行集约化部署，推进技术性开发平台和行业性管理平台建设。顺应技术经济发展趋势，持续升级网络设施能力。面向2C和2B精准优化布局，建成覆盖广泛、技术先进的5G网络。加强5G行业专网模式创新，推动5G虚拟专网建设落地。加快城市地区千兆宽带接入能力供给，组织开展千兆宽带应用示范。加强统筹布局，有效提升算力设施效能。布局“东数西算”，形成全国数据中心一体化格局，在八大区域部署国家枢纽节点。重点推动数据中心与网络、云、算力、数据要素、数据应用和数据安全等协同发展。大力推进数网融合、算网融合和云边协同发展。面向新兴需求，积极培育新技术设施。合理布局人工智能计算中心，大力发展更高性能、更低成本的计算能力。推动不同框架、通用平台之间的互联互通。探索建设跨链平台，促进产业链上下游的衔接和区域协同发展。加强量子通信、量子计算、新型网络基础架构研究，适时开展试验网络建设和应用探索，超前布局培育新型基础设施形态。
（三）聚焦经济社会转型，全面构建融合基础设施
重点支持一批融合基础设施。充分考虑行业属性、所处阶段和融合水平的差异性，重点支持支撑范围广、赋能能力强、带动效应好的设施发展，如工业互联网平台、车联网、能源互联网等。重视公共服务基础设施建设。建设基于新一代信息技术的新型社会性设施，提升公共服务水平。建设人民群众生活需要的基础设施。全面覆盖与广大人民群众日常生活密切相关的重要领域，积极发展智慧医院基础设施、智慧养老基础设施、智慧教育基础设施等，增加和提升公共服务的供给数量和质量。
（四）面向科技自立自强，积极培育创新基础设施
面向世界科技前沿，建设一批重大科技基础设施，提供极限研究手段，帮助提升原始创新能力和支撑重大科技突破。面向国家重大战略需求，建设一批科教基础设施，构建特色鲜明、水平先进的研究平台体系。面向经济主战场，整合现有优质资源，建设一批新型共性技术平台和中试验证平台，完善高水平试验验证设施。
（五）统筹发展和安全，确保数字基础设施的安全可靠
统筹发展和安全，系统谋划和整体协同，优化基础设施布局，实现结构优化。立足长远，部署有利于引领产业发展和维护国家安全的数字基础设施。加强安全保障制度建设，建立安全评估评测机制和可靠性保障机制，完善安全保障责任制度，把安全发展贯穿于数字基础设施建设全过程，防范和化解潜在风险，确保数字基础设施安全稳定运行。
[1] 德国工业4.0是指利用物联信息系统（Cyber-Physical System，CPS）将生产中的供应、制造、销售信息数据化、智慧化，最终达到快速、有效、个人化的产品供应。