軟件定義的未來世界

+ 梅宏

大家“金句”

· 人工智能會讓一些低端的工作崗位被機器或者計算機所取代，但是它一定和傳統(tǒng)技術(shù)一樣，創(chuàng)造出新的、適合于人去做的崗位，畢竟人才是這個世界的萬物之靈。

· 在操作系統(tǒng)這個層面，我們一直沒能有所突破。軟件向上受制于應(yīng)用、向下受制于芯片，獨發(fā)展難度是比較大的。如果說不能夠自主掌握這些技術(shù)，形成自主可控的系統(tǒng)，我們的競爭力和國家安全都是難以保障的。

· 軟件會成為人類社會的基礎(chǔ)設(shè)施，它將成為支撐我們?nèi)祟惿鐣\行的一個不可或缺的元素，以說軟件無處不在，它在為我們的社會、我們每一個人賦能、賦值、賦智。

現(xiàn)代信息技術(shù)兩個最重要的核心分別是芯片，和在芯片之上、讓芯片運行起來的軟件。軟件一定是未來世界非常重要的一個元素。這個問題，需要從“大數(shù)據(jù)開啟信息化新階段”、“無處不在的軟件”、“軟件定義的未來世界”三個方面來闡述。

一、大數(shù)據(jù)開啟信息化新階段

2017年12月8日，中共中央政治局舉行第二次集體學習，習近平總書記發(fā)表重要講話時談到：大數(shù)據(jù)是信息化發(fā)展的新階段。

為什么這么說？

回顧整個信息化發(fā)展的歷程，大體上經(jīng)歷了兩次信息化的浪潮。

· 第一次信息化浪潮——以PC機應(yīng)用為主要特征的數(shù)字化階段。是指在上世紀70年代末80年代初，隨著個人計算機的廣泛應(yīng)用，掀起的全球化的信息化浪潮。

· 第二次信息化浪潮——以互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用為主要特征的網(wǎng)絡(luò)化階段。隨著上世紀90年代中期，美國開啟信息高速公路計劃，互聯(lián)網(wǎng)開始了大規(guī)模的商用進程，催生了第二波信息化浪潮。其實互聯(lián)網(wǎng)是60年代末發(fā)明的，但它在90年代中期才完成了大規(guī)模的商業(yè)化。這一進程大約延續(xù)了20多年。

· 第三次信息化浪潮——隨著20多年互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展以及應(yīng)用，在這個階段有大量的數(shù)據(jù)資源的積累和無處不在的信息技術(shù)應(yīng)用，人類也因此進入一個新的階段，即以數(shù)據(jù)的深度挖掘和融合應(yīng)用為主要特征的智能化階段。

數(shù)字化奠定基礎(chǔ)，解決數(shù)據(jù)資源的問題；網(wǎng)絡(luò)化提供平臺，讓數(shù)據(jù)資源能夠在網(wǎng)上進行匯聚、流通和交換；而智能化是展現(xiàn)能力，是把信息技術(shù)的應(yīng)用通過人能感受到的“類人的方式”，展現(xiàn)給所有人。這三個階段在歷史上是并行的，就像三條線，只是開啟的時間不一樣。

數(shù)字化本身也經(jīng)歷了相應(yīng)的幾個階段，每個階段有不同的特征：第一個階段的數(shù)字化解決的是辦公數(shù)字化的問題；第二階段數(shù)字化的重點是社會數(shù)字化，現(xiàn)階段開啟的數(shù)字化則是萬物的數(shù)字化。

網(wǎng)絡(luò)化，在過去20年經(jīng)歷了互聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)，現(xiàn)在正走向一個連接萬物的物聯(lián)網(wǎng)時代。

智能化，人類目前正在開啟。

未來人工智能的發(fā)展會對軟件學科和整個行業(yè)產(chǎn)生怎樣的影響？

人工智能現(xiàn)在是很熱的話題，確實人們也看到了很多非常成功的人工智能的應(yīng)用。

到現(xiàn)在為止的智能還是數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能，它和人類的智能相比還不是一個概念，因此可以稱其為“類人智能”。它工作起來好像與人類差不多，能夠解決人們過去認為智能能夠解決的一些問題。

從計算機出現(xiàn)以后，很多計算的事都交給計算機了；同樣，現(xiàn)在智能化時代，很多信息處理類工作，計算機做起來比人類要有力得多。所以人工智能會讓一些低端的工作崗位被機器或者計算機所取代，但是它一定和傳統(tǒng)技術(shù)一樣，會創(chuàng)造出新的、適合于人去做的崗位，畢竟人才是這個世界的萬物之靈。

什么是大數(shù)據(jù)？

由辦公數(shù)字化到社會數(shù)字化，最后到萬物數(shù)字化，現(xiàn)在隨著數(shù)據(jù)資源的大規(guī)模的積累，又出現(xiàn)了所謂的大數(shù)據(jù)。

到底什么是大數(shù)據(jù)？這里有兩個定義，一是從能力的角度，麥肯錫認為，“大數(shù)據(jù)”是指其大小超出了典型數(shù)據(jù)庫軟件的采集、儲存、管理和分析等能力的數(shù)據(jù)集。即大數(shù)據(jù)是現(xiàn)有的信息處理能力、計算能力無法處理和存儲的數(shù)據(jù)。

另一個，即大數(shù)據(jù)的內(nèi)涵——具有海量、高速、多樣性、可變性等特征的多維數(shù)據(jù)集。毫無疑問，這樣多維的數(shù)據(jù)集就需要在技術(shù)上有一套新的體系來完成數(shù)據(jù)處理。

數(shù)據(jù)到底有多大？IDC有一個統(tǒng)計，2003年全球產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量大概是500萬T，2009年全球的數(shù)據(jù)總量是0.8Z；最新的2017年初的估算表明，到2020年全球數(shù)據(jù)總量將達到44Z。

1個Z有多大？如果把三分鐘的歌曲錄制成最高質(zhì)量的mp3格式，把這些歌曲存到一個Z空間，能存140萬億首。形象地說，一個人要把這140萬億首歌聽一遍需要8億年，這是非常龐大的數(shù)字。

大數(shù)據(jù)給我們帶來什么？

前幾年有個美國防務(wù)承包商的雇員斯諾登，向全世界披露了美國當時正在進行的棱鏡計劃。

棱鏡計劃當時對全世界影響很大，因為美國透過棱鏡計劃在收集公民、對手，甚至世界各國的各類信息來進行綜合地處理。它事實上危害了別國的安全，侵害了別國的利益。

在這種意義之下，我們國家怎么能夠保護自己國家的安全？國家的主權(quán)空間包括陸?？仗?，進入信息時代，我們又有了一個新的空間——網(wǎng)絡(luò)空間（Cyberspace）。網(wǎng)絡(luò)空間里如果沒有自主可控的、足夠高水平的能力去維護這個空間，就保障不了國家的安全。

大數(shù)據(jù)是人類認識復(fù)雜系統(tǒng)的新思維、新手段，是提升國家綜合能力和保障國家安全的新利器，是提升政府治理能力的新途徑；促進經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的新引擎。這就是大數(shù)據(jù)的價值和意義。

什么是數(shù)字經(jīng)濟？

國際多個權(quán)威機構(gòu)都提出，大數(shù)據(jù)對GDP整體拉動的作用大概是2%到4%。北京大學的楊芙清院士經(jīng)常說，信息技術(shù)不僅是一個獨立存在的行業(yè)，還廣泛地滲透到別的行業(yè)和領(lǐng)域，成為別的行業(yè)或者領(lǐng)域的催化劑或者倍增器。而如今到了什么樣的一個時代呢？——不擁抱信息技術(shù)，不完成數(shù)字化轉(zhuǎn)型，就會被顛覆。

信息技術(shù)會成為很多傳統(tǒng)行業(yè)的顛覆者，它也會成為新經(jīng)濟形態(tài)的引領(lǐng)者和驅(qū)動力。因此國家大力倡導(dǎo)數(shù)字經(jīng)濟，數(shù)字經(jīng)濟是以新一代信息技術(shù)和產(chǎn)業(yè)為依托，繼農(nóng)業(yè)經(jīng)濟、工業(yè)經(jīng)濟之后的主要經(jīng)濟形態(tài)。數(shù)據(jù)是數(shù)字經(jīng)濟的關(guān)鍵生產(chǎn)要素；網(wǎng)絡(luò)是平臺和重要的載體，而信息技術(shù)的應(yīng)用是重要的推動力，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，是數(shù)字經(jīng)濟的主線和主軸。

二、無處不在的軟件

軟件的三個階段

回顧軟件的發(fā)展，可以分為三個階段。

（1）1945-1975年，軟硬一體化階段。該階段從第一臺計算機誕生，一直到70年代中期，軟件并沒有自己完全獨立的位置，以硬件的附屬品方式存在。50年代末60年代初，“軟件”這個詞開始出現(xiàn)，人們開始認識到軟件的重要性，軟件學科應(yīng)運而生。

（2）1975-1995年，產(chǎn)品化、產(chǎn)業(yè)化階段。這個階段的開端，以兩個著名的軟件公司的誕生為標志，一個是Microsoft、一個是Oracle。在這個時期，軟件開始成為獨立的產(chǎn)品，開始獨立地銷售，軟件產(chǎn)業(yè)也隨之興起。

（3）1995年至今，網(wǎng)絡(luò)化、服務(wù)化階段。在上世紀90年代中期開始，軟件進入一個新的階段，即網(wǎng)絡(luò)化和服務(wù)化的階段。隨著互聯(lián)網(wǎng)開始進入我們的生活和工作，軟件從單機環(huán)境向網(wǎng)絡(luò)環(huán)境延伸，這個時候軟件的形態(tài)，從單機時代的拷貝方式開始變成服務(wù)化的方式。

服務(wù)化是什么？用戶把需求告訴系統(tǒng)，系統(tǒng)把處理的結(jié)果返回給用戶，用戶甚至不知道服務(wù)器在哪。通過這種方式讓用戶獲取軟件提供的能力，這就是一種軟件服務(wù)化。

第二種服務(wù)化的方式就是App。App幾乎每個人都在用，它是移動互聯(lián)網(wǎng)興起后產(chǎn)生的一種新的應(yīng)用模式。App是介于原有的安裝拷貝式和完全服務(wù)化之間的方式。與通過瀏覽器使用的方式不同，用戶需要安裝一個小的App在終端上，同時它和云端、和服務(wù)器緊密結(jié)合來完成任務(wù)。App的兩大陣營，蘋果與安卓，其應(yīng)用商店上都有幾百萬個App，累計下載量已經(jīng)是千億、萬億次的量級。

Software eats the world（軟件在吞噬世界）！

——Netscape創(chuàng)始人馬克·安德森

人類文明運行在軟件之上。

——美國工程院院士、C++語言發(fā)明人Bjarne Stroustrup

軟件產(chǎn)業(yè)保持高速增長態(tài)勢

很多人每天起床的第一件事是打開新聞，上班第一件事打開郵件，公文的批轉(zhuǎn)是通過辦公系統(tǒng)。難以估算，每個人每天用了多少不同的軟件，所以說未來的人類是運行在軟件基礎(chǔ)之上的。

軟件開始出現(xiàn)以后，軟件產(chǎn)業(yè)始終保持高速增長的態(tài)勢。如果說在七、八十年代還處于起步階段，那么2017年全球軟件收入已經(jīng)是4500億美元，這是非常龐大的數(shù)字。比爾·蓋茨創(chuàng)立公司二十多年，到1999年他的個人財富已達到540億美元；微軟公司產(chǎn)值甚至超過了美國三大汽車公司產(chǎn)值的總和。

美國是汽車最發(fā)達的地方。但在上世紀末、本世紀初的時候，“底特律三巨頭”即通用、福特、克萊斯勒三大汽車公司的市值總和，大概也就1130億美元，而如今底特律基本是一個破產(chǎn)的城市，在美國西部的硅谷則產(chǎn)生了一片新的產(chǎn)業(yè)天地。

根據(jù)2018年雅虎財經(jīng)公布的數(shù)據(jù)，全球市值排在前五位的公司為：1、蘋果，市值8790億美元；2、谷歌，市值7015億美元；3、微軟，市值6947億美元；4、亞馬遜，市值6802億美元；5、騰訊，市值4928億美元。這些公司大部分都是以軟件為核心業(yè)務(wù)的公司，特別是微軟，比爾·蓋茨占據(jù)了相當長時間的全球首富寶座，個人擁有1050億美元；而亞馬遜的創(chuàng)始人貝索斯是當今全球首富；喬布斯曾經(jīng)說過一句話：“蘋果定位為一個軟件公司?！?/p>

當前，軟件產(chǎn)業(yè)仍然是規(guī)模最為龐大的產(chǎn)業(yè)，也是充滿朝氣、具有蓬勃生長力的產(chǎn)業(yè)。從行業(yè)創(chuàng)造的產(chǎn)值來看，全球有19個國家，軟件支出占GDP的比重已經(jīng)超過了0.5%，其中美國軟件支出占GDP超過1%。從從業(yè)人數(shù)來看，2014年全球信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)從業(yè)人員達2900萬人，其中專業(yè)開發(fā)人員約為1100萬。我國的軟件從業(yè)人員也在不斷地增長，官方數(shù)據(jù)顯示，目前約為576萬人。

中國軟件產(chǎn)業(yè)和軟件技術(shù)的進展情況

中國軟件業(yè)的早期就是學習，把國際上的結(jié)構(gòu)化編程東西拿過來，支持結(jié)構(gòu)化方法的軟件開發(fā)環(huán)境；后來開發(fā)面向?qū)ο蟮能浖?，大約比國際主流水平晚一些；在構(gòu)件化的平臺階段，基本上達到與國際并行的水平；2000年以后，中國開始圍繞互聯(lián)網(wǎng)做創(chuàng)新研發(fā)，開始在國際學術(shù)界發(fā)出聲音；現(xiàn)在，中國的軟件業(yè)在國際學術(shù)界表現(xiàn)還是不錯的。

但是在操作系統(tǒng)這個層面，我們一直沒能取得突破。我們曾經(jīng)做中間件還不錯，也能夠替代國外的產(chǎn)品，但是總體要形成競爭的態(tài)勢，競爭能力還是不足。

軟件向上受制于應(yīng)用、向下受制于芯片，獨立發(fā)展難度是比較大的。如果不能夠自主掌握這些技術(shù)，形成自主可控的系統(tǒng)，我們的競爭能力和國家安全都是難以保障的。不過這幾年，無論從學術(shù)上還是技術(shù)上的進步都是有目共睹的。只要保持這個態(tài)勢下去，我相信終究有一天，我們能用上中國人自己的操作系統(tǒng)。

軟件成為人類社會重要的基礎(chǔ)設(shè)施

互聯(lián)網(wǎng)能夠產(chǎn)生價值的核心機理就是，連接。

大家知道梅特卡夫定律，網(wǎng)絡(luò)的價值與網(wǎng)絡(luò)用戶節(jié)點數(shù)的平方成正比。所以網(wǎng)絡(luò)越大，網(wǎng)絡(luò)的價值也就越大。

這個時代一個非常重要的趨勢是，軟件正開始成為人類社會的基礎(chǔ)設(shè)施。

一方面，軟件是信息基礎(chǔ)設(shè)施的重要構(gòu)成成分。

另一方面，軟件正在“重新定義”傳統(tǒng)物理世界。隨著人、機、物融合時代的到來，傳統(tǒng)物理世界的基礎(chǔ)設(shè)施也面臨著一次新的改變，要用軟件去重新定義這些傳統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施，我們要把傳統(tǒng)的物理世界的基礎(chǔ)設(shè)施完成數(shù)字化以及可定制化。

這些東西構(gòu)造起來兩個方面的含義，導(dǎo)致了軟件會成為人類社會的基礎(chǔ)設(shè)施，它將成為支撐我們?nèi)祟惿鐣\行的一個不可或缺的元素，所以說軟件無處不在，它在為我們的社會、我們每一個人賦能、賦值、賦智。

Netscape（網(wǎng)景，第一個瀏覽器公司）的創(chuàng)始人馬克·安德森說過一句話：“Software eats the world（軟件在吞噬世界）！”美國工程院院士、C++語言的發(fā)明人Bjarne Stroustrup說：“人類文明運行在軟件之上?！?/p>

軟件時代的信息安全

現(xiàn)在的國家安全中，信息安全是非常重要的一個方面，信息安全問題已經(jīng)成為事關(guān)經(jīng)濟、社會、國防安全的第一安全。

軟件實現(xiàn)了對信息的存儲、加工、傳輸，因此說軟件的安全對信息安全至關(guān)重要，它是整個網(wǎng)絡(luò)空間安全的一個非常重要的要素。未來隨著軟件的基礎(chǔ)設(shè)施化，很多東西都要靠軟件來管理，比如說工業(yè)要聯(lián)網(wǎng)，形成工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，這是一個必然的趨勢，那么工業(yè)控制就必須靠軟件了。而同樣它帶來了很重大的安全問題。未來軍事、工業(yè)、金融等等都要聯(lián)網(wǎng)，這些重大領(lǐng)域的安全都必須建立在軟件的安全基礎(chǔ)之上。

現(xiàn)在國內(nèi)很多制造業(yè)都在完成新一輪與信息化的結(jié)合，解決數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、及進一步的智能化的問題。其中軟件的作用非比尋常，它不僅是一個使能技術(shù)，如果安全問題不能得到保障，在工業(yè)制造領(lǐng)域所帶來的損失，比人們?nèi)粘Ｉ钪械膽?yīng)用帶來的損失將大得多。

在大數(shù)據(jù)時代，確實由于數(shù)據(jù)的融合應(yīng)用，由于人們和信息空間的緊密綁定，每個人的隱私都受到前所未有的嚴重挑戰(zhàn)。除了個人隱私之外，還有數(shù)據(jù)安全的問題。數(shù)據(jù)的安全和隱私已經(jīng)是全世界無論學術(shù)界還是產(chǎn)業(yè)界都在關(guān)注的重點。我以為這件事不能夠單靠技術(shù)方案來解決，技術(shù)方案只能提供輔助。它應(yīng)該從法律法規(guī)這個源頭開始，包括全社會的自律，是一個要靠多方共同實現(xiàn)的事情。

回顧我們?nèi)祟惿鐣恳淮芜M步，客觀來說，都是以人的很多方便為進步，同時又以讓人的很多方面被打擾為代價的。當前各有關(guān)方面的確應(yīng)該深入探討，如何從立法層面、技術(shù)層面、道德層面綜合地來考慮這件事情，讓我們每一個人盡可能的不要受到數(shù)據(jù)濫用的影響。

三、軟件定義的未來世界

如今的社會已經(jīng)離不開軟件，而未來，可以說，將是軟件定義的世界。

未來是一個人、機、物融合的環(huán)境，在此環(huán)境下的信息基礎(chǔ)設(shè)施，是海量異構(gòu)的各種軟硬件資源——我們經(jīng)常講的云、管、端還有物，各種設(shè)備在一個網(wǎng)上連接，還有我們?nèi)说慕槿?。同樣在這個環(huán)境之下，新型的應(yīng)用需求將層出不窮，并且形態(tài)多樣，例如各種新的計算模式、共享經(jīng)濟、各種的應(yīng)用商店、社交網(wǎng)絡(luò)、人工智能運用、電子商務(wù)、電子政務(wù)等等。

這種情況之下要解決這種東西，按照軟件長期發(fā)展的思路，就需要構(gòu)建軟件平臺。這個平臺向上，能夠為各種各樣的應(yīng)用提供共性的服務(wù)，即把各種應(yīng)用需求的共性凝練下來放到平臺中，向下則把海量的異構(gòu)資源管理起來。

這樣的軟件平臺要應(yīng)對應(yīng)用場景的動態(tài)多變，關(guān)鍵是能否做到“按需定制”，而這就需要軟件定義。

那么什么是軟件定義？軟件定義是指硬連接的一體化的基礎(chǔ)設(shè)施，把它中間的一些部件通過軟件虛擬化的方式提供可操控的接口，用軟件把這些接口連起來，使得硬件能夠?qū)崿F(xiàn)靈活的互聯(lián)。

軟件定義的本質(zhì)是通過虛擬化及應(yīng)用編程接口“暴露”硬件的可操控成分，以實現(xiàn)硬件的按需管理。即“基礎(chǔ)資源虛擬化”、“管理任務(wù)可編程”。計算機操作系統(tǒng)完全符合這個定義，向下管理硬件資源、向上支撐各種各樣的應(yīng)用服務(wù)。

編寫出一個軟件操作系統(tǒng)，國內(nèi)是具備這個能力的。但問題是怎么讓它的生態(tài)建立起來。一個操作系統(tǒng)要有足夠的用戶，要有人在此之上開發(fā)各種各樣的應(yīng)用軟件，這才是關(guān)鍵。要破解這個問題，還需要一代又一代人的努力才能實現(xiàn)到。

軟件定義的城市

隨著“軟件定義”理論的提出，很多概念出現(xiàn)了，比如說“軟件定義城市”。2012年的時候，BBC就報道了倫敦在部署所謂的智能城市操作系統(tǒng)。

智能城市也是軟件的架構(gòu)，把傳感器層、控制層、監(jiān)控層和應(yīng)用層搭建起來所形成的平臺，形成整個城市的軟件定義。這種人機物融合在物理世界延伸以后，就把城市里面的各種信息物理基礎(chǔ)設(shè)施，以開放、共享、智能連接的方式，通過軟件的方式來實現(xiàn)，從而支持城市的各種硬件基礎(chǔ)設(shè)施，以及人的活動的精細化管理，這就是軟件定義的城市。

目前，各種人工智能的應(yīng)用成為發(fā)展的大熱潮。但實際上現(xiàn)在的人工智能總體上還是算法人工智能。如果通過一種通用的平臺、提供通用的框架，能不能夠支持各種人工智能應(yīng)用的按需定制呢？這應(yīng)該值得探討。

通過軟件的角度打造一個支撐各種智能化應(yīng)用的通用平臺，這是軟件定義的一個思路。

基于軟件定義，就是操作系統(tǒng)本身。未來要解決各種各樣的物體、平臺、組織的操作系統(tǒng)的問題，我們?yōu)榇颂岢隽恕胺涸诓僮飨到y(tǒng)（Ubiquitous Operating System，UOS）”的概念，即未來操作系統(tǒng)從計算機的操作系統(tǒng)，會變成各個行業(yè)、各個組織，甚至城市操作系統(tǒng)、家庭操作系統(tǒng)等等，這些都是通過軟件定義來實現(xiàn)。軟件定義應(yīng)當作為一種技術(shù)方法，一種思維途徑、實現(xiàn)途徑和操作系統(tǒng)平臺展現(xiàn)。

軟件行業(yè)的發(fā)展，中國正在進入一個新時代、一個好的時代。而且中國這個火車頭開起來，誰也擋不住。和發(fā)達國家比，中國擁有后發(fā)優(yōu)勢，沒有那么多歷史包袱；和發(fā)展中國家比，中國正當其時，做好了準備。所以這是歷史給我們的一個窗口期。

回看20多年來，中國軟件事業(yè)的進步是長足的?，F(xiàn)在我們很多的學術(shù)成果、技術(shù)產(chǎn)品，和國際主流水準已大大縮短了差距，不再是過去“仰頭看西方”的情況了。但是科學研究、技術(shù)發(fā)展有它的規(guī)律，很難一蹴而就，畢竟我們是從一窮二白的基礎(chǔ)上開始的。在新的生態(tài)模式之下，比如說硬件開放趨勢已經(jīng)很明顯，軟件開源已經(jīng)成氣候，在此基礎(chǔ)上，我相信我們要構(gòu)建自主可控的體系應(yīng)該是可能的。只要我們有自信心，同時需要大家共同的努力。

萬物皆可互聯(lián)，一切均可編程

未來世界是一個人、機、物融合的世界，我們需要把各種各樣的信息資源連到一起，同時信息資源又要和我們的各種社會資源、各種物件、各種設(shè)備硬件資源關(guān)聯(lián)起來，還有支撐我們各種各樣的應(yīng)用模式，在大數(shù)據(jù)、人工智能、共享經(jīng)濟、平臺經(jīng)濟等等新的概念之下形成的場景，這個場景是什么？ 從軟件的視角來看，就是：萬物皆可互聯(lián)，一切均可編程。這一切要靠軟件定義的方式來實現(xiàn)。所以說未來世界是一定離不開軟件的。