忠书馆·特辑丨后疫情时代，对大数据应用的七大设想

“忠书馆”迎客

2020年8月14日，华高莱斯董事长兼总经理李忠先生，与北京市大数据中心副主任、北京市经信局大数据应用与产业处处长唐建国，北京市大数据中心副主任屈波等一行10余人，就后疫情时代，大数据的应用与发展等话题深入交流。

与以往不同的是，双方此次没有选择在会议室进行交流，而是在华高莱斯的精神领地“忠书馆”，进行了一场开放式的互动研讨。

李忠先生首先带领嘉宾一行参观了“忠书馆”。参观时，李忠先生如数家珍地向嘉宾们介绍了“忠书馆”的部分藏书——3万多册建筑书籍，5万多册人文书籍和2万多册城市相关文集。

以书会友

李忠先生还为到访嘉宾准备了一份充满华高莱斯特色的礼物——包括李忠先生的著作《城市阅读》《城市考察》在内的知识礼包。此外，李忠先生还向嘉宾们展示介绍了刚刚出版的技术要点丛书系列——《中小城市的产业逆袭》。

图书馆中，最宜以书会友。唐建国处长也带来了精心准备的礼物——《北京工业》《构建高精尖产业新体系》《北京产业结构高级化研究》等书籍。对于唐建国处长所赠图书，李忠先生赞不绝口，连称“扎实”，“为图书馆增添了硬货”。

对大数据应用的七大设想

介绍完“忠书馆”，李忠先生和嘉宾们进行了一个小型交流会。

交流过程中，唐建国处长介绍了北京市利用大数据，尤其是在抗击疫情期间使用大数据的应用情况。

李忠先生十分肯定北京市利用大数据在抗击疫情期间取得的成果，认为可以将抗击疫情时取得的成绩，在后疫情时代继续深入推广。紧接着，李忠先生阐释了大数据应用在后疫情时代的七大设想：

一、大数据+企业信用评估

二、大数据+金融科技

三、大数据+消费画像

四、大数据+医疗

五、大数据+检验检测

六、大数据+旅游

七、大数据+交通

交流会上，李忠先生分享了华高莱斯在大数据领域的部分研发课题、知识模块，及案例成果。其中，《“刷脸”的未来——以“美国网络安全人才争夺战”看网络安全对城市的意义》、《用科技精准刻画“未来之城”——智慧城市建设正当时》等研究成果颇受嘉宾们青睐，李忠先生对大数据趋势的把握及后疫情时代，对大数据应用的设想，也得到了在场领导、干部的高度认可。

临别之际，唐建国处长笑言，自从看过李忠先生数万字的长文——《我爱我的图书馆》后，就对此处心向往之。此次交流在“忠书馆”进行，既对大数据应用进行探讨外，也让自己如愿以偿。唐建国处长表示，听完李忠先生的发言，让他立马感受到这些图书在李忠先生的脑子里根植后转化成的知识力量，令人钦佩；对华高莱斯的学习精神、创新方法、专研态度，唐建国处长也给予了高度评价。

电子传输数据太慢，将被光子传输数据取代

光子学也许能解决超级复杂的问题，但是一个巨大的挑战仍然存在：如何将电子数据转换成硅芯片上的光？

将电子数据转换成硅片上的光是复杂的，因为硅不发光。但是办法总比问题多，德国的科学家已经开发出微型纳米线激光器，可以在芯片上产生并传输光。

光波逻辑电路公司正在研制一种聚合光子集成电路，它的光子发射机能以每秒800GBT的速度工作，比一般数据传输方式都快的多。

我们的世界正处于大规模的交通堵塞状态，不仅在车辆方面，而且在数据方面。埃因霍温科技大学和荷兰咨询公司联合发布的报告《超越速度》显示，在许多国家，网络流量每年增长约40%。随着全球互联网流量预计在未来5年增长近3倍，并且这一比例还会继续上升，而且数据中心首当其冲。IBM Research光电子经理伯特•简•奥弗林表示：“75%的数据交换是在数据中心内部和数据中心之间进行的，比中心与用户之间的数据交换要大得多。”

随着光子传输数据技术的发展，这项技术将会在将来普及到数据传输方式上，那么光子传输数据会有哪些优势呢？

光子数据传输大大加快工作效率

为了跟上云计算需求的增长，数据中心正以惊人的速度在许多方面扩张。每一个新一代的处理器芯片都比上一代包含更多的晶体管，服务器板也包含越来越多的处理器，数据中心将变得更大以容纳更多的服务器机架。

地球上最大的数据中心位于内华达州太浩里诺的城堡校园，占地近70万平方米，相当于61个足球场。在如此巨大的数据中心存的存储机架存在着诸多缺点，即使是机架到机架之间的通信也需要在一定的距离和带宽上传输数据，而目前的光纤通道设计不支持这种带宽。超过每根纤维芯每秒100MBT的速度会造成数据信号的严重失真，并可能导致一种称为纤维融合的现象，即纤维芯融化。

丹麦技术大学在开发下一代光纤方面处于领先地位，这种光纤可以处理上述通信问题。他们通过建立基于高计数、单模、多芯光纤的光学多路复用系统，打破了现有的传输障碍。当与放大器相结合时，该系统能够以每秒超过1000公里的速度传输1pb的超高容量光。

我们知道生产力提高会降低生产成本，该光学多路复用系统可能会使数据中心的平均成本、每比特的能量和空间降低10倍。

将硅光子移动调制芯片上

为了将数据通过光缆传输，芯片上的电子信号必须转换成光。让光在传统的电缆内传输，意味着激光，探测器和电子设备，要帮助调制光脉冲都位于电缆外壳。当这种光电转换尽可能靠近芯片时，传输性能就会提高。

因此，世界各地的研究实验室一直在寻找使光学元件更接近处理器的方法。最终目标是在芯片本身上执行转换，这将使电光通路在纳米尺度上并行运行。

慕尼黑工业大学认为将电子数据转换成硅芯片上的光是很复杂的。在计算领域，半个世纪以来半导体物理学几乎都是基于硅有关的工作，而硅不发光。但是现在半导体物理学进入了材料科学的新领域：硅光子学。

慕尼黑工业大学已经开发出比人类头发还要细1000倍的微型纳米线激光器，可以在芯片上产生和传输光。慕尼黑工业大学已经在硅波导上培育出了砷化镓的丝状晶须，它被用于第一次激光演示。当把这些晶体做得非常薄时，薄到直径300纳米，这时晶体管的工作效率非常高。

为了更好地理解这种性能，举个例子，一般搜索引擎要查询一个关键词，要消耗每BT1毫微焦耳的电能。但是如果使用硅光子这种新结构材料，电能消耗将下降到1F焦耳BT，这是每比特信息的一百万倍的能源效率。

如果硅光子材料的生产规模扩大，对全球能源消耗的影响将是巨大的。在过去的四年里，其它一些实验室也在硅芯片上演示了光学发电，芯片激光器的商业应用将比许多人预测的要快，大约6到8年就能实现商业应用。

光子学的进步与聚合物的发展

在这个硅光子学的新时代，聚合物可能使在复合半导体和硅平台上集成光子学成为可能。在英国光电子先驱Michael Lebby的指导下，美国Lightwave Logic公司利用有机聚合物开发了新型脊形波导调制器。

与之前的设计相比，该材料的温度更稳定，并提供了一个具有巨大的结构性能和能源效率潜力的平台。由于这种聚合物可以承受极高的温度，所以在标准的芯片生产过程中，新型脊形波导调制器可以被喷到硅上。

这种调制器已经具备了传输数据速率超过50Gbps每秒的带宽能力，这是许多数据中心正在设法达到的数据速率。该团队目前正在研究一种先进的聚合物结构，这种结构能使发射机的功率达到每秒800吉GBT。

聚合物光子集成电路将在未来十年解决大数据产业面临的挑战，聚合物光子集成电路具有高温稳定性、可靠性、高性能、低功耗和简单的制造技术，非常适合作为制造聚合物发动机的载体，不仅用于数据应用，而且随着基于电池的手持产品的发展，也适用于医疗、消费者和汽车行业。

光子计算进入新时代

随着光子学越来越深入计算机系统，计算的未来会完全是光子的吗?

研究人员已经在设想这样一个未来：计算机完全避开电子而转向光。关于光学计算最大的误解是它会像我们今天拥有的计算机一样工作，当你输入0和1时，电子晶体管会执行特定的数学运算。在光学计算中，晶体管可能会区分某些东西，或对其进行集成，或改变其相位，带来的输出可能会更加微妙。

全光子系统的能量效率对研究神经形态计算的工程师来说特别有趣，神经形态计算模拟了大脑的结构。埃克塞特大学教授c·戴维·赖特说:“电子计算机的运行速度相对较慢，运行速度越快，消耗的能量就越大。”

他最近帮助证明了一个完整的全光子突触，它与生物突触相似。他说:“传统的电脑也很笨，没有人脑内置的学习和并行处理能力。“但是他已经解决了这两个问题，不仅开发了新的类似大脑的计算机架构，还通过在光学领域的工作来利用即将到来的硅光子学革命的巨大速度和功率优势。

在未来，计算的世界会是光子的时代，电子数据传输将被光子数据传输取代。

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