《2012高技術發展報告》是中國科學院面向公眾、面向決策人員的系列年度報告——《高技術發展報告》的第十三本。全書在綜述2011年高技術發展動態的同時，以信息技術為主題，著重介紹了信息技術和信息化新進展、戰略性新興產業技術發展情況與方向、高技術產業創新能力與國際競爭力、高技術與社會等人們普遍關注的重大問題，提出了若干促進我國高技術及高技術產業發展的思路和政策建議。
本報告有助于社會公眾了解高技術，特別是信息技術、信息化、戰略性新興產業技術的發展動態與思路，可供各級領導干部、有關決策部門和社會公眾參考。
存儲傳輸方式不斷革新，引領信息產業全新方向衛星導航系統重要性凸顯，新型飛機將更小更快全新概念的量子電路有望引發新一輪的技術革命節能、環保、特種材料加速可持續發展時代到來不斷發現致病基因，累積攻克重大疾病關鍵信息能源技術的不斷突破，加速破解能源和環境危機基于云架構的新型網絡體系結構已成為重要方向智能機器人將成為“第一生產力”體系的引領者。
新科技革命的拂曉(代序)白春禮
前言
第一章 2011年高技術發展綜述任中保
第二章 信息技術和信息化新進展
2.1 半導體光電子材料與器件技術新進展
2.2 光電傳感器和相關信息檢測技術新進展褚君浩
2.3 通信技術新進展鄔賀銓
2.4 軟件技術新進展梅宏郝丹郭耀
2.5 信息安全技術新進展馮登國蘇璞睿
2.6 未來網絡的發展與展望劉韻潔黃韜
2.7 人工智能技術新進展鐘義信
2.8 機器人技術的新進展徐揚生閻鏡予
2.9 信息終端與人機界面技術新進展
2.10 “云計算”技術新進展李伯虎歷軍柴旭東
2.11 社會計算新進展王飛躍毛文吉曾大軍
2.12 生物信息學與系統生物學的新發展孫之榮
2.13 中國信息化和工業化融合新進展劉九如
2.14 中國電子政務新進展高新民
2.15 中國農業農村信息化新進展郭永田
第三章 高技術與戰略性新興產業發展
3.1 我國節能產業發展現狀與趨勢田智宇楊宏偉
3.2 我國環保技術發展現狀、問題與趨勢分析吳舜澤
3.3 中國特色的綠色再制造產業及其創新發展徐濱士
3.4 中國醫療器械產業現狀與趨勢李青敖翼
3.5 生物育種產業現狀與發展趨勢李新海李曉輝劉錄祥
3.6 生物制造與可持續發展馬延和
3.7 民用航空裝備產業技術研發重點與方向陳少軍
3.8 智能裝備產業發展的重點與方向孫容磊李斌朱森第
3.9 太陽能產業發展現狀與方向王仲穎孫培軍朱順泉
3.10 生物質能產業發展現狀和趨勢胡潤青竇克軍秦世平
3.11 新型功能材料技術現狀及發展趨勢
3.12 我國高性能纖維材料產業發展現狀與建議趙慶章
第四章 高技術產業創新能力與國際競爭力評價
4.1 中國通信設備制造業創新能力評價陳芳穆榮平
4.2 中國電子計算機及辦公設備制造業國際競爭力評價
第五章 高技術與社會
5.1 會聚技術的科學寓意與經濟寓意李真真
5.2 物聯網與虛擬世界之整合前景及其基本問題翟振明
5.3 網絡中立問題：在開放與控制之間杜鵬
5.4 轉基因生物風險管理中的公眾參與
5.5 關于核能安全發展的思考王毅
第六章 專家論壇
6.1 國家自主創新能力建設若干問題思考穆榮平樊永剛
6.2 “十二五”時期培育發展戰略性新興產業的主要任務
6.3 依靠科技創新 推動工業轉型升級畢開春
6.4 國家信息化發展的形勢和任務周宏仁
6.5 關于我國社會服務創新能力建設的若干問題思考
2011年高技術發展綜述
任中保
（中國科學院科技政策與管理科學研究所）
2011年，美國發布《美國創新戰略：確保經濟增長與繁榮》，日本圍繞“綠色創新”和“生活創新”兩個主題實施329項最尖端研究開發項目，俄羅斯總統令確定未來幾年科技發展優先方向并出臺《俄羅斯聯邦2020年前創新發展戰略》，德國實施《納米技術2015行動計劃》、《生物經濟2030國家研究戰略》、《面向環保、可靠和廉價的能源供應研究》和《可再生原料研究計劃》等計劃，韓國公布《2020年產業技術創新戰略思路》和《云計算擴散和加強競爭力的戰略計劃》，巴西宣布實施《巴西更大計劃》，這些都昭示著世界高技術研發掀起了新一輪的激烈競爭。2011年是我國“十二五”規劃的開局之年，國家發布了《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要》和《國家“十二五”科學和技術發展規劃》，為高技術研發指明了方向�；仡�2011年世界高技術發展成就，總體呈現出一片生機盎然的景象，正在深刻地改變人類的生產生活方式。
一、信息技術
回顧2011年，信息技術仍在繼續向國民經濟和社會的各個領域滲透，石墨烯片集成電路、三維芯片結構、慢速內存和快速內存“合二為一”的新存儲器、新的數據傳輸方式等重大成果的不斷涌現，為開辟信息技術發展新空間提供了新思路，重要先進成果的應用也正在改變著信息產業的發展方向。
1.高性能計算機
2011年6月，國際TOP500組織網站上公布了全球超級計算機TOP500排行榜，日本超級計算機“京”以8162萬億次/秒的實測運算速度躋身榜首，中國的“天河一號”排名降至第二�！熬庇扇毡靖皇客ü竞腿毡纠砘芯克献鏖_發，共用864座機柜，連接超過8.8萬塊CPU，運算速度可以達到1.051萬萬億次/秒，是全球首款運算速度越過1萬萬億次/秒大關的超級運算機器。11月，我國首臺實測性能超千萬億次/秒的超級計算機曙光“星云”在國家超級計算深圳中心正式運行。該計算機的運算能力相當于20萬臺個人電腦運算能力的總和，能大大緩解我國華南地區乃至東南亞地區高性能計算能力緊張的局面，將在新能源開發、新材料研制、自然災害預警分析、氣象預報、地質勘探、工業仿真模擬等眾多領域發揮重要作用。12月，美國普度大學研發出“無源光學二極管”，它由直徑為頭發直徑1/10的兩個微小硅質環狀物制成，具有體積極小、無需外部能源就能傳播信號的優點，有望大大提高超級計算機的信息處理速度和能力。12月，韓國高等研究院（KoreaInstituteforAdvancedStudy）利用“Tachyon二號”超級計算機完成了迄今為止規模最大的宇宙模擬，歷時20天，對大約3740億個顆粒進行了分析，涵蓋區域相當于可觀測宇宙的2/3左右。
2.量子通信
2011年1月，加拿大卡爾加里大學首次成功在一種特殊晶體中存入光量子糾纏態的編碼信息。該項研究成果是量子網絡發展的一個里程碑，有望在不久的將來使量子網絡變成現實［1］ 。2月，美國國家標準與技術研究院的科學家首次在兩個分隔的帶電原子之間建立了直接運動耦合，實現了原子之間的單量子能量交換，簡化了信息處理過程，這一技術有望用在量子網絡中［2］ 。3月，美國加利福尼亞大學（簡稱加州大學）圣塔芭芭拉分校的科學家采用RezQu架構，研發出了一塊6厘米×6厘米的芯片，該芯片中的9塊量子設備均有4個量子比特執行運算。雖然距離100個量子比特執行運算的目標還很遠，但這種具有很強可擴展性的架構有望讓量子計算機問世。5月，德國馬克斯普朗克協會量子光學研究所的科學家首次成功實現了單原子存儲量子信息―
將單個光子的量子狀態寫入一個銣原子中，180微秒后將其讀出。該項研究成果將有助于設計出功能強大的量子計算機，以及遠距離聯網構建“量子網絡”。9月，英國劍橋大學的科學家實現了單個電子在兩點間往返運動，有望解決電子攜帶的量子信息丟失問題。10月，美國萊斯大學的科學家研制出一種微型的“電子高速公路”―
量子自旋霍爾拓撲絕緣體。這種微型設備可用于制造量子計算機所需的量子比特，這一成果將大大促進量子計算機發展。
3.信息傳輸
2011年2月，美國英特爾公司推出了名為“雷霆”的新型高速連接技術。該技術將計算機和其他設備連接在一起，理論最大數據傳輸速率可達10Gbps，使用戶方便地獲得高速數據傳輸和高清屏幕顯示服務。3月，德國弗朗霍夫協會海因里希-赫茲研究所與丹麥技術大學在長度為29千米的單一玻璃光纖線路上，創造了每秒傳輸10.2太比特（相當于240張DVD光盤存儲的數據量）的光纖傳輸速率紀錄。5月，美國加州大學伯克利分校的研究人員將石墨烯鋪展在一個硅波導管的頂部，研制出能打開或關閉光的光調制器，目前的調制速度達到1吉赫茲，理論調制速度可達500吉赫茲。該項研究成果有望在實際應用中大幅提高數據包傳輸速度，實現超快數據通信。5月，德國卡爾斯魯厄理工學院的科學家成功完成了在一秒鐘內為26太比特的數據編碼、輸出50千米再成功解碼的實驗，這是迄今用單一激光束傳輸的最大數據量，每秒傳輸約700張DVD光盤的數據。7月，IBM公司演示了最新的多位相變存儲器，使用4個不同的阻值區來存儲字節組合“00”、“01”、“10”和“11”，具有速度快、耐用、非揮發性和高密度性等多種優點，讀寫數據和恢復數據的速度是現有閃存的100倍。
4.信息存儲
2011年1月，美國北卡羅來納州立大學的研究人員開發出可使慢速內存和快速內存“合二為一”的新器件。它能同時執行易失性和非易失性器件的功能，將其用于主存儲器中，有望徹底改變計算機內存技術。8月，南安普敦大學的科學家用激光使玻璃塊中的原子重新排列，讓其“變身”為新式存儲器，其具有體積小、存儲能力強、防水、耐高溫等優點，壽命可達幾千年，使海量信息長時間安全存儲成為可能。8月，通用電氣全球研發中心研發出500GB大容量全息光盤，達到了藍光光盤相同的刻錄速度，同時全息光盤的最高容量可以達到藍光或DVD光盤的20～50倍，極大地提升了光盤存儲容量。10月，新加坡科學家發現了一種新的硬盤制造方法，通過添加氯化鈉即可將硬盤數據記錄密度增加到每英寸記錄3.3太比特，是現有存儲密度的6倍。
5.集成電路
2011年4月，中國科學院上海微系統與信息技術研究所研制成功我國第一款具有自主知識產權的相變存儲器（PCRAM）芯片，存儲容量為8MB，有望被廣泛應用于手機、射頻識別等多種消費電子產品中。4月，西安交通大學研制成功集成度約350萬門的高清立體顯示處理芯片HMD100，具有體積小、功耗低、視場大（60～70英寸）、沉浸感強等特點，在消費電子、虛擬現實、國防、醫療、遠程教育等領域都具有廣闊的應用前景。5月，美國英特爾公司研發出可大規模生產的“三柵”晶體管，它是一種三維晶體管，不僅可以實現電子平面傳導，而且還可以實現電子沿鰭狀突起物三面傳導。同時，英特爾公司還展示了采用該三維晶體管制成的22納米微處理器―
常春藤橋，與目前處理器相比，它的運算性能可提高37%，耗電降低約一半，這是集成電路領域發展中十分重要的突破。6月，美國IBM公司在一塊碳化硅晶圓的硅面上種植石墨烯，研制出了首款由石墨烯制成的集成電路，混頻最多可達10吉赫茲，且可承受125℃的高溫，把用石墨烯圓片來替代硅晶片制造計算機芯片的夢想推向了前進。8月，美國IBM公司公布了最新研究成果―
一種可以模擬人腦處理信息方式的認知計算機芯片。該芯片由兩個沒有任何生物成分、完全由硅電路組成的芯片構成，能夠讓計算機具有導航、機器視覺、模式識別、聯系記憶及分類等功能。
6.互聯網與移動通信
2011年1月，中國互聯網地圖服務網“天地圖”正式上線運行。它集成了海量基礎地理信息資源，可以向社會公眾提供權威、可信、統一的在線地圖服務，是中國區域內基礎地理信息數據資源最全的互聯網地圖服務網站。8月，英國愛丁堡大學的科學家在普通燈泡中植入電子裝置，研發出一種被稱之為“lightfidelity”（Li-fi）的全新無線數據傳輸裝置，它利用光線強度的微弱變化來傳輸數據，成本卻比Wi-Fi（wirelessfidelity）廉價很多。8月，英國南安普敦大學的科研人員發布了一個零成本向萬維網發送大型文件的新系統。該系統可以幫助用戶把大型文件傳送到網上，發送速度比通過電子郵件快很多。9月，美國萊斯大學的科學家通過改造多輸入輸出天線系統，研制出全雙工（數據發送和接收同步進行）無線網絡技術，能在不新建發射塔情況下使無線網絡吞吐量增加一倍。10月，歐盟委員會決定整合各成員國資源，大力發展泛歐衛星移動通信服務，實現歐洲“無死角”通話、高速上網和收看電視。
二、生物和醫藥技術
2011年，合成生物領域的若干重大發明正在改變人們對世界的認識，多種致病基因的發現正在積累破解重大疾病難題的關鍵信息，癌癥和艾滋�。ㄈ祟惈@得性免疫缺陷綜合征）等重大疾病防治研究取得了系列重要突破，瘧疾、病毒性肝炎新的治療手段的出現，以及廣譜抗菌新藥的發現和上市正在改變人們的生活，全球生物技術開發已經成為最為活躍的高技術研究領域。
1.致病基因發掘
2011年2月，我國醫學免疫學國家重點實驗室的研究人員通過深度測序技術進行人正常肝臟、病毒性肝炎肝臟、肝硬化肝臟和人肝癌肝臟微小RNA（microRNA）組學分析，發現了microRNA-199表達高低與肝癌患者預后密切相關，證明microRNA-199能夠靶向抑制促肝癌激酶分子PAK4從而顯著抑制肝癌生長，為肝癌的預后判斷與生物治療提供了新的潛在靶標［3］ 。2月，英國布里斯托爾大學的科學家通過數據分析發現，PLA2R1和HLA-DQA1基因與特發性膜性腎病密切相關，攜有這兩個基因的人發生特發性膜性腎病的可能性高達78.5%，這為治療特發性膜性腎病提供了新信息。3月，英國劍橋大學和加拿大不列顛哥倫比亞大學的研究人員通過乳腺癌腫瘤細胞與正常健康細胞中基因活性對比，發現ZNF703基因在雌激素受體陽性乳腺癌腫瘤中極其活躍，該項發現對于乳腺癌的治療具有重要意義。［4］ 8月，由英國和美國等國家組成的一個國際研究小組對9772名多發性硬化癥患者以及17376名健康人群進行了DNA分析研究，確認了此前已知的23個與多發性硬化癥有關的基因，并發現了29個與此疾病相關的新基因。8月，英國科學家通過基因對比發現，RAD51D基因有缺陷的女性患卵巢癌的幾率為1/11。該發現對于尋找卵巢癌預防方法和治療新藥具有重要意義。［5］ 9月，由英國和美國等國家科學家組成國際研究小組發現，C9orf72［6］ 基因與運動神經元疾病密切相關，有近40%的運動神經元疾病由該基因變異引起。
2.基因組測序
2011年1月，英國帝國理工學院的科學家攻克了超快DNA隧道測序設備的關鍵技術，第一次證明能在納米孔平臺上同時進行隧道檢測和DNA分子的離子電流檢測，開發出了納米孔測序原型裝置，以此開發出的大裝置理論上能在幾分鐘內完成個人基因組的測序，且測序成本將大大下降［7］ 。2月，美國印第安納州大學科學家領導的國際研究小組完成了對水蚤的基因組測序，發現其基因數量比已知所有動物還要多，這是科學家第一次完成的甲殼類動物基因組測序［8］ 。7月，由中國科學家牽頭，共14個國家97名研究人員組成的國際研究團隊經過6年的努力，完成了馬鈴薯基因組測序，并通過比較基因組分析發現了影響薯塊生長發育和病蟲害抗性的重要基因，為進一步了解雙子葉植物的進化路徑提供了分子生物學新知識；8月，該國際研究小組共同完成了白菜全基因組測序。這項成果有助于白菜類作物和其他蕓薹屬作物的遺傳改良。［9］ 9月，英國科學家完成了17個關鍵小鼠基因組的測序工作，發現了廣泛的基因變異，為了解功能變異體的分子性質提出了新見解［10］ 。11月，馬薩諸塞大學醫學院的研究人員公布了帝王蝶基因組序列，分析了負責視圖、生物鐘和方向性飛行的基因，解析了蝴蝶能記住遷徙過程中的時間和空間的原因［11］ 。
3.生物合成
2011年1月，美國普林斯頓大學的科學家首次使用人造基因合成出了能維持活細胞生長的人造蛋白質，其功能同自然界中存在的蛋白質相同。這項成果有助于科學家研制出新的生物系統［12］ 。9月，美國約翰?霍普金斯大學的研究人員對酵母的兩個染色體片段進行改造，在刪除其中重復的部分基因序列后，添加了一些人工合成的基因序列，酵母仍能正常存活。這是人類首次人工合成真核生物部分基因組［13］ 。9月，美國加利福尼亞薩克生物研究所的科學家把非天然氨基酸整合入蛋白質的多處，成功制造出了一個可用的、擁有多處包含非天然氨基酸的蛋白質細菌菌株。該菌株可廣泛應用于藥物研發、藥物合成、生物燃料等領域［14］ 。9月，英國格拉斯哥大學的科學家使用由鎢（占大多數）和其他金屬原子、氧、磷結合形成的巨型分子，成功地制造出了類似于細胞的氣泡，其具有一些類似生命的特征。科學家還希望誘使這些氣泡演變成完全無機的能自我復制的實體，以此證明存在著完全基于金屬（無機物）的生命［15］ 。11月，美國能源部下屬的聯合生物能源研究所的科學家使用合成生物學方法，修改了大腸桿菌和一個釀酒酵母的菌株，制造出了沒藥烷的前體物沒藥烯，對沒藥烯進行加氫反應后生成的沒藥烷是一種綠色生物燃料，有替代D2柴油的潛力［16］ 。
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