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重慶大學自動化學院院長柴毅

中國改革開放40年以來，各行業數字化、信息化快速推進，作為工業數字化、信息化支撐的工業計算機在形態與技術等方面也不斷快速發展，并越來越廣泛地應用于能源、冶金、化工、航空航天、交通運輸、建筑、食品、醫藥、環保等諸多領域。在未來，隨著新一代工業革命的到來以及人工智能技術、物聯網技術、5G、大數據、邊緣計算、量子計算、區塊鏈等顛覆性技術的發展和成熟，各行業對于數據計算、傳輸、存儲等將有更深層次的需求，驅使工業計算機在數據采集、存儲、處理、顯示、傳輸、交互等方面出現巨大變革，并且，其應用場景將得到極大擴展、應用環境將出現巨大變化、承擔的任務也將更加多元。結合現有工業技術特征與趨勢，工業計算機可能在以下幾個方面出現重大變革：

（1）專業化、微型化、模塊化和低功耗

伴隨人工智能、區塊鏈等新技術與工業生產的深度融合，以大數據為核心的各項服務、解決方案不斷推陳出新，工業計算機承擔的數據處理規模將成指數增長，執行的數據任務復雜性也將極大增加，為滿足工業大數據處理的需求，專業化、微型化是工業計算機發展的必然趨勢。并且隨著萬物互聯程度越來越高，尺寸小、功能強的微型化、模塊化的工業計算機將發揮越來越重要的作用，其市場將發生爆炸性的增長。另外，在新一輪制造范式升級過程中，在低功耗、高效益生產的驅動下，低功耗也將成為工業計算機發展的新趨勢。

（2）工業計算機組織方式的變革

隨著工業系統規模增加，工業系統部件分散性強，地理位置跨度大，并且系統動態性強，對工業計算機的性能和通信速率等提出了較高的要求，傳統集中式的工業計算機組織形式難以滿足大數據的快速采集、處理和存儲的要求。邊緣計算技術可將大數據采集、處理和分析任務分散至各終端，深度整合各運算終端算力和性能，極大減輕大數據處理壓力，實現事件的快速響應。在邊緣計算、霧計算、云計算等新計算方式的快速發展下，必將帶來工業計算機組織形式的變革。

（3）工業計算機架構的變革

以人工智能技術為代表的新一輪變革技術的出現，對計算機的算力提出了極高要求。傳統計算機架構發展已經遇到瓶頸，迫切需要新的計算機架構方式。當前，以量子計算機為代表的新計算機架構發展迅速，其關鍵技術不斷被突破?？梢灶A見，量子計算機、超導計算機、納米計算機、光計算機、DNA計算機等新計算機架構的突破必將給工業計算機的發展帶來巨大的發展潛力。

在動態復雜系統故障診斷或安全性分析任務中，如何準確采集重要的數據以及如何快速高效地處理數據是其關鍵環節。傳統的集中式通用計算機靈活度低，可擴展性差，系統升級、維護困難。而專業化、模塊化的邊緣計算工業計算機可直接部署于復雜系統中的關鍵節點，通過傳感器采集關鍵數據，并利用設計的數據處理算法和診斷分析算法進行即時的數據處理和分析，使其具備自主感知和智能決策能力，從而實現該節點處信息的智能采集、分析和快速故障診斷、安全評估。此外，微型云技術的引入使得算法和數據可依據實際任務需要，將數據或算法點對點地傳輸至相應的終端工業計算機上。并且，每個邊緣計算工業計算機的處理結果也可上傳至微型云中，通過云計算整合各分布式工業計算機診斷分析結果，并最終給出整個系統最終的綜合分析結果。在這個過程中，算法、數據和結果以流的形式在分布式工業計算機系統中被訪問、讀取和操作。

摘自《自動化博覽》2020年11月刊