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重慶大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院院長(zhǎng)柴毅

中國(guó)改革開放40年以來，各行業(yè)數(shù)字化、信息化快速推進(jìn)，作為工業(yè)數(shù)字化、信息化支撐的工業(yè)計(jì)算機(jī)在形態(tài)與技術(shù)等方面也不斷快速發(fā)展，并越來越廣泛地應(yīng)用于能源、冶金、化工、航空航天、交通運(yùn)輸、建筑、食品、醫(yī)藥、環(huán)保等諸多領(lǐng)域。在未來，隨著新一代工業(yè)革命的到來以及人工智能技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、5G、大數(shù)據(jù)、邊緣計(jì)算、量子計(jì)算、區(qū)塊鏈等顛覆性技術(shù)的發(fā)展和成熟，各行業(yè)對(duì)于數(shù)據(jù)計(jì)算、傳輸、存儲(chǔ)等將有更深層次的需求，驅(qū)使工業(yè)計(jì)算機(jī)在數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、處理、顯示、傳輸、交互等方面出現(xiàn)巨大變革，并且，其應(yīng)用場(chǎng)景將得到極大擴(kuò)展、應(yīng)用環(huán)境將出現(xiàn)巨大變化、承擔(dān)的任務(wù)也將更加多元。結(jié)合現(xiàn)有工業(yè)技術(shù)特征與趨勢(shì)，工業(yè)計(jì)算機(jī)可能在以下幾個(gè)方面出現(xiàn)重大變革：

（1）專業(yè)化、微型化、模塊化和低功耗

伴隨人工智能、區(qū)塊鏈等新技術(shù)與工業(yè)生產(chǎn)的深度融合，以大數(shù)據(jù)為核心的各項(xiàng)服務(wù)、解決方案不斷推陳出新，工業(yè)計(jì)算機(jī)承擔(dān)的數(shù)據(jù)處理規(guī)模將成指數(shù)增長(zhǎng)，執(zhí)行的數(shù)據(jù)任務(wù)復(fù)雜性也將極大增加，為滿足工業(yè)大數(shù)據(jù)處理的需求，專業(yè)化、微型化是工業(yè)計(jì)算機(jī)發(fā)展的必然趨勢(shì)。并且隨著萬物互聯(lián)程度越來越高，尺寸小、功能強(qiáng)的微型化、模塊化的工業(yè)計(jì)算機(jī)將發(fā)揮越來越重要的作用，其市場(chǎng)將發(fā)生爆炸性的增長(zhǎng)。另外，在新一輪制造范式升級(jí)過程中，在低功耗、高效益生產(chǎn)的驅(qū)動(dòng)下，低功耗也將成為工業(yè)計(jì)算機(jī)發(fā)展的新趨勢(shì)。

（2）工業(yè)計(jì)算機(jī)組織方式的變革

隨著工業(yè)系統(tǒng)規(guī)模增加，工業(yè)系統(tǒng)部件分散性強(qiáng)，地理位置跨度大，并且系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性強(qiáng)，對(duì)工業(yè)計(jì)算機(jī)的性能和通信速率等提出了較高的要求，傳統(tǒng)集中式的工業(yè)計(jì)算機(jī)組織形式難以滿足大數(shù)據(jù)的快速采集、處理和存儲(chǔ)的要求。邊緣計(jì)算技術(shù)可將大數(shù)據(jù)采集、處理和分析任務(wù)分散至各終端，深度整合各運(yùn)算終端算力和性能，極大減輕大數(shù)據(jù)處理壓力，實(shí)現(xiàn)事件的快速響應(yīng)。在邊緣計(jì)算、霧計(jì)算、云計(jì)算等新計(jì)算方式的快速發(fā)展下，必將帶來工業(yè)計(jì)算機(jī)組織形式的變革。

（3）工業(yè)計(jì)算機(jī)架構(gòu)的變革

以人工智能技術(shù)為代表的新一輪變革技術(shù)的出現(xiàn)，對(duì)計(jì)算機(jī)的算力提出了極高要求。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)架構(gòu)發(fā)展已經(jīng)遇到瓶頸，迫切需要新的計(jì)算機(jī)架構(gòu)方式。當(dāng)前，以量子計(jì)算機(jī)為代表的新計(jì)算機(jī)架構(gòu)發(fā)展迅速，其關(guān)鍵技術(shù)不斷被突破。可以預(yù)見，量子計(jì)算機(jī)、超導(dǎo)計(jì)算機(jī)、納米計(jì)算機(jī)、光計(jì)算機(jī)、DNA計(jì)算機(jī)等新計(jì)算機(jī)架構(gòu)的突破必將給工業(yè)計(jì)算機(jī)的發(fā)展帶來巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

在動(dòng)態(tài)復(fù)雜系統(tǒng)故障診斷或安全性分析任務(wù)中，如何準(zhǔn)確采集重要的數(shù)據(jù)以及如何快速高效地處理數(shù)據(jù)是其關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的集中式通用計(jì)算機(jī)靈活度低，可擴(kuò)展性差，系統(tǒng)升級(jí)、維護(hù)困難。而專業(yè)化、模塊化的邊緣計(jì)算工業(yè)計(jì)算機(jī)可直接部署于復(fù)雜系統(tǒng)中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，通過傳感器采集關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并利用設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)處理算法和診斷分析算法進(jìn)行即時(shí)的數(shù)據(jù)處理和分析，使其具備自主感知和智能決策能力，從而實(shí)現(xiàn)該節(jié)點(diǎn)處信息的智能采集、分析和快速故障診斷、安全評(píng)估。此外，微型云技術(shù)的引入使得算法和數(shù)據(jù)可依據(jù)實(shí)際任務(wù)需要，將數(shù)據(jù)或算法點(diǎn)對(duì)點(diǎn)地傳輸至相應(yīng)的終端工業(yè)計(jì)算機(jī)上。并且，每個(gè)邊緣計(jì)算工業(yè)計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果也可上傳至微型云中，通過云計(jì)算整合各分布式工業(yè)計(jì)算機(jī)診斷分析結(jié)果，并最終給出整個(gè)系統(tǒng)最終的綜合分析結(jié)果。在這個(gè)過程中，算法、數(shù)據(jù)和結(jié)果以流的形式在分布式工業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中被訪問、讀取和操作。

摘自《自動(dòng)化博覽》2020年11月刊