柴毅：工业计算机未来发展三大趋势

重庆大学自动化学院院长柴毅

中国改革开放40年以来，各行业数字化、信息化快速推进，作为工业数字化、信息化支撑的工业计算机在形态与技术等方面也不断快速发展，并越来越广泛地应用于能源、冶金、化工、航空航天、交通运输、建筑、食品、医药、环保等诸多领域。在未来，随着新一代工业革命的到来以及人工智能技术、物联网技术、5G、大数据、边缘计算、量子计算、区块链等颠覆性技术的发展和成熟，各行业对于数据计算、传输、存储等将有更深层次的需求，驱使工业计算机在数据采集、存储、处理、显示、传输、交互等方面出现巨大变革，并且，其应用场景将得到极大扩展、应用环境将出现巨大变化、承担的任务也将更加多元。结合现有工业技术特征与趋势，工业计算机可能在以下几个方面出现重大变革：

（1）专业化、微型化、模块化和低功耗

伴随人工智能、区块链等新技术与工业生产的深度融合，以大数据为核心的各项服务、解决方案不断推陈出新，工业计算机承担的数据处理规模将成指数增长，执行的数据任务复杂性也将极大增加，为满足工业大数据处理的需求，专业化、微型化是工业计算机发展的必然趋势。并且随着万物互联程度越来越高，尺寸小、功能强的微型化、模块化的工业计算机将发挥越来越重要的作用，其市场将发生爆炸性的增长。另外，在新一轮制造范式升级过程中，在低功耗、高效益生产的驱动下，低功耗也将成为工业计算机发展的新趋势。

（2）工业计算机组织方式的变革

随着工业系统规模增加，工业系统部件分散性强，地理位置跨度大，并且系统动态性强，对工业计算机的性能和通信速率等提出了较高的要求，传统集中式的工业计算机组织形式难以满足大数据的快速采集、处理和存储的要求。边缘计算技术可将大数据采集、处理和分析任务分散至各终端，深度整合各运算终端算力和性能，极大减轻大数据处理压力，实现事件的快速响应。在边缘计算、雾计算、云计算等新计算方式的快速发展下，必将带来工业计算机组织形式的变革。

（3）工业计算机架构的变革

以人工智能技术为代表的新一轮变革技术的出现，对计算机的算力提出了极高要求。传统计算机架构发展已经遇到瓶颈，迫切需要新的计算机架构方式。当前，以量子计算机为代表的新计算机架构发展迅速，其关键技术不断被突破。可以预见，量子计算机、超导计算机、纳米计算机、光计算机、DNA计算机等新计算机架构的突破必将给工业计算机的发展带来巨大的发展潜力。

在动态复杂系统故障诊断或安全性分析任务中，如何准确采集重要的数据以及如何快速高效地处理数据是其关键环节。传统的集中式通用计算机灵活度低，可扩展性差，系统升级、维护困难。而专业化、模块化的边缘计算工业计算机可直接部署于复杂系统中的关键节点，通过传感器采集关键数据，并利用设计的数据处理算法和诊断分析算法进行即时的数据处理和分析，使其具备自主感知和智能决策能力，从而实现该节点处信息的智能采集、分析和快速故障诊断、安全评估。此外，微型云技术的引入使得算法和数据可依据实际任务需要，将数据或算法点对点地传输至相应的终端工业计算机上。并且，每个边缘计算工业计算机的处理结果也可上传至微型云中，通过云计算整合各分布式工业计算机诊断分析结果，并最终给出整个系统最终的综合分析结果。在这个过程中，算法、数据和结果以流的形式在分布式工业计算机系统中被访问、读取和操作。

摘自《自动化博览》2020年11月刊

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