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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(yè)數(shù)字化、信息化快速推進，作為工業(yè)數(shù)字化、信息化支撐的工業(yè)計算機在形態(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)、邊緣計算、量子計算、區(qū)塊鏈等顛覆性技術(shù)的發(fā)展和成熟，各行業(yè)對于數(shù)據(jù)計算、傳輸、存儲等將有更深層次的需求，驅(qū)使工業(yè)計算機在數(shù)據(jù)采集、存儲、處理、顯示、傳輸、交互等方面出現(xiàn)巨大變革，并且，其應(yīng)用場景將得到極大擴展、應(yīng)用環(huán)境將出現(xiàn)巨大變化、承擔的任務(wù)也將更加多元。結(jié)合現(xiàn)有工業(yè)技術(shù)特征與趨勢，工業(yè)計算機可能在以下幾個方面出現(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)為核心的各項服務(wù)、解決方案不斷推陳出新，工業(yè)計算機承擔的數(shù)據(jù)處理規(guī)模將成指數(shù)增長，執(zhí)行的數(shù)據(jù)任務(wù)復雜性也將極大增加，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)計算機發(fā)展的必然趨勢。并且隨著萬物互聯(lián)程度越來越高，尺寸小、功能強的微型化、模塊化的工業(yè)計算機將發(fā)揮越來越重要的作用，其市場將發(fā)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(chǎn)的驅(qū)動下，低功耗也將成為工業(yè)計算機發(fā)展的新趨勢。

（2）工業(yè)計算機組織方式的變革

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，地理位置跨度大，并且系統(tǒng)動態(tài)性強，對工業(yè)計算機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)計算機組織形式難以滿足大數(shù)據(jù)的快速采集、處理和存儲的要求。邊緣計算技術(shù)可將大數(shù)據(jù)采集、處理和分析任務(wù)分散至各終端，深度整合各運算終端算力和性能，極大減輕大數(shù)據(jù)處理壓力，實現(xiàn)事件的快速響應(yīng)。在邊緣計算、霧計算、云計算等新計算方式的快速發(fā)展下，必將帶來工業(yè)計算機組織形式的變革。

（3）工業(yè)計算機架構(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)，對計算機的算力提出了極高要求。傳統(tǒng)計算機架構(gòu)發(fā)展已經(jīng)遇到瓶頸，迫切需要新的計算機架構(gòu)方式。當前，以量子計算機為代表的新計算機架構(gòu)發(fā)展迅速，其關(guān)鍵技術(shù)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(gòu)的突破必將給工業(yè)計算機的發(fā)展帶來巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

在動態(tài)復雜系統(tǒng)故障診斷或安全性分析任務(wù)中，如何準確采集重要的數(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)的集中式通用計算機靈活度低，可擴展性差，系統(tǒng)升級、維護困難。而專業(yè)化、模塊化的邊緣計算工業(yè)計算機可直接部署于復雜系統(tǒng)中的關(guān)鍵節(jié)點，通過傳感器采集關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并利用設(shè)計的數(shù)據(jù)處理算法和診斷分析算法進行即時的數(shù)據(jù)處理和分析，使其具備自主感知和智能決策能力，從而實現(xiàn)該節(jié)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(shù)的引入使得算法和數(shù)據(jù)可依據(jù)實際任務(wù)需要，將數(shù)據(jù)或算法點對點地傳輸至相應(yīng)的終端工業(yè)計算機上。并且，每個邊緣計算工業(yè)計算機的處理結(jié)果也可上傳至微型云中，通過云計算整合各分布式工業(yè)計算機診斷分析結(jié)果，并最終給出整個系統(tǒng)最終的綜合分析結(jié)果。在這個過程中，算法、數(shù)據(jù)和結(jié)果以流的形式在分布式工業(yè)計算機系統(tǒng)中被訪問、讀取和操作。

摘自《自動化博覽》2020年11月刊