深度 | 创造“世界纪录”！江苏这个王牌实验室为何收获多？

　　新年新气象。就在几天前，紫金山实验室发布国际领先水平的重大原创成果——360-430GHz太赫兹100/200Gbps 实时无线传输通信实验系统，通信速率较5G提升10-20倍，创造目前世界上公开报道的太赫兹实时无线通信的最高实时传输纪录。

　　这是一个好消息！作为江苏打造的标志性重大科技创新平台，紫金山实验室自2018年成立以来已连续发布重大科技成果，此次关于6G的原创成果更是打破世界纪录，走在全球前列。

　　成立仅4年就创造世界级创新成果，这座实验室为何如此强悍？6G将如何改变我们的生活？江苏其他王牌科创平台还有哪些新的收获？“瞭望君”今天跟大家说一说。

　　先说紫金山实验室最新发布的6G重大成果。国家科技部已牵头组建国家6G重大专项专家组，紫金山实验室作为主力参与未来国家移动通信重大科技专项研究。这一次，江苏在未来网络与6G领域走在全国乃至全球前列。

　　第一个问题，这个重大成果的含金量怎样？

　　此次发布的6G重大原创成果看起来离生活很远，其实不然。“瞭望君”了解到，6G网络意味着更高的接入速率、更低的接入时延、更快的速度和更广的通信覆盖。

　　2019年芬兰奥卢大学6G旗舰研究计划发布的全球首个“6G白皮书”，列出几个衡量6G技术的关键指标，其中包括6G单用户最高传输速率达1Tbps，而5G的最高传输速率则是10Gbps。举例来说，5G下载一部高清电影要10秒，而用6G下载，只要1秒！

　　达到这么高的速率，需要解决的技术难题不少。首要的任务，就是攻克尚不成熟的太赫兹通信技术，实现理想中的通信速率。

　　需要做些科普。南京邮电大学通信网络产业研究院院长、通信与网络技术国家工程研究中心副主任徐友云告诉“瞭望君”，太赫兹频段是指100GHz-10THz，是一个频率比5G毫米波高出许多的频段。实际上，从1G到4G，无线电磁波的频率一直在升高。频率越高，允许分配的带宽范围越大，单位时间内所能传递的数据量就越大，也就是通常说的“网速快了”。

　　如果把波段比作高速公路，那么这条路越来越宽，车子越跑越快。但是，再宽的路也会有不够用的时候，这时就要考虑再修一条路。用专业的表达就是，开发新的通信频段，拓展通信带宽。

　　经常有人打比方，如果把4G比作快速公路，5G比作高速公路，那么6G就是超高速公路。未来网络，或许我们还会考虑到更高的光波频段。

　　“传统的电子太赫兹技术受困于电子器件的固有属性，高频电子器件的参数逐渐接近理论极限，面临传输损耗大、频率和带宽受限等系列难以解决的挑战问题。”紫金山实验室副主任、首席科学家尤肖虎教授介绍说，紫金山实验室选择光子太赫兹无线通信作为6G全新突破方向，发挥体制机制优势，集聚优势力量搭建国内领先、国际一流的光子太赫兹实验环境，首创光子太赫兹光纤一体融合的实时传输架构，完成光子太赫兹实时无线通信实验系统的研制。

　　我国IMT-2030（6G）推进组去年发布的《6G总体愿景与潜在关键技术白皮书》指出，未来，6G业务将呈现沉浸化、智慧化、全域化等发展趋势，形成沉浸式云XR、全息通信、感官互联、智慧交互、通信感知、普惠智能、数字孪生、全域覆盖等八大业务应用。

　　“可以合理想象，未来网络，通信的主体将不仅是人或物，而是智能体。”未来移动通信论坛5G/6G工作组主席、中国移动研究院首席科学家易芝玲告诉“瞭望君”，所谓“智能体”，可以是穿戴智能设备的人，也可以是数字人、机器人，甚至是带有情感的机器人。这些“智能体”不仅能交互信息、交互数据，还可交互智慧，共同学习、相互合作，极大地提升工作效率。

　　基于“万物智联，数字孪生”的美好愿景，6G时代人们的生活将发生翻天覆地的变化——全息通信将广泛用于文化娱乐、医疗健康、教育、社会生产等众多领域，人们不受时空限制，打破虚拟场景与真实场景的界限，身临其境，享受极致沉浸感体验。易芝玲勾画一个个令人心动的6G生活场景。

　　比如，“数字孪生人”可以预测你的身体运行，在你生病或者处于亚健康状态前，拿出治疗手段和干预措施，实现医疗健康服务由“以治疗为主”向“以预防为主”转化。

　　在交通方面，全自动无人驾驶将大行其道，通过有序运作“海—陆—空—太空”多模态交通工具，人们将真正享受到按需定制的立体交通服务；新型特制基站覆盖各空间维度的用户、城市上空无人机等，利用无线通信信号提供实时感知功能，获取环境实际信息，生成超高分辨率的图像，实现厘米级的定位精度。

　　易芝玲特地强调，6G时代，将给数字大潮下的全球产业带来更多机遇。

　　6G通信将为数字经济发展提供泛在连接，毫米波、太赫兹通信和低轨卫星通信产业迎来机遇；

　　6G具备的内生计算能力，将成为国家算力基础设施重要组成部分，为数字经济发展提供泛在计算，国产化通用计算、专用计算、先进计算和类脑计算等产业将蓬勃发展；

　　6G将具备内生感知能力，成为数字世界与物理世界的桥梁，小型化雷达和传感器产业空间将持续增长；

　　6G与人工智能产业融合发展，将推动6G网络智能化，加速智能化应用发展，AI芯片、算法与学习框架将迎来新一波增长；

　　6G与公共基础设施与行业基础设施融合发展，将成为数字经济发展的信息基础设施。

　　第二个问题，为什么是紫金山实验室？

　　2018年8月28日，在江苏省科学技术奖励大会暨科技创新工作会议上，网络通信与安全紫金山实验室揭牌。

　　紫金山实验室的诞生，肩负重大任务，以解决网络通信与安全领域重大需求、行业重大科技问题、产业重大瓶颈问题为使命，开展基础性、前沿性研究。

　　为什么要建这个实验室？

　　中国工程院院士、紫金山实验室主任刘韵洁介绍，互联网的下一个变革就是跟实体经济融合，江苏工业经济发达，转型发展亟待与互联网深度融合。建设金山实验室，正是江苏打造综合性科学中心、产业创新中心的重要举措；紧密结合国家重大战略部署，立足江苏和南京现有科研基础与发展需求，聚焦网络通信与安全领域进行布局，对南京乃至江苏形成技术和产业高峰，促进我国打造国际竞争新优势，具有重大意义。

　　实验室主要干什么？

　　“承担实现国家重大战略需求、组织重大战略任务，实施重大战略工程。”紫金山实验室副主任、东南大学尤肖虎教授表示，南京网络通信与安全研发处于国内引领、国际先进水平，实验室设立在南京实至名归。

　　紫金山实验室以未来网络重大科技基础设施建设为重点，承担满足国家重大需求、引领未来信息产业发展的战略性项目，开展多学科交叉前沿研究和重大基础科学研究，重点突破包括网络、通信与安全领域前沿基础科学问题，引领网络、通信、安全相关领域的未来学术发展方向，全面提升国家网络创新能力和产业核心竞争力，保障网络空间安全和可持续发展，为我国乃至全球网络通信提供引领。

　　建成这几年，紫金山实验室已取得多项重要科研成果，可以说收获很大。

　　揭牌次年，也就是2019年5月，紫金山实验室宣布我国信息通信领域唯一的国家重大科技基础设施——“未来网络试验设施”（CENI）正式运行，我国自主研发的全球首个大网级网络操作系统CNOS（China Network Operating System）正式发布。

　　不要小看这两个成果，前者解决互联网如何适应实体经济发展需要，尤其如何满足现代制造业对网络在时延、服务质量以及安全等方面需求，使互联网从尽力而为的状态转变为可确保任意需求、以任意质量标准服务的网络，说白了，就是更快捷、更简单、更便宜、更安全的下一代互联网，以用户为中心，让上网的人感觉更好。

　　后者应用于工业互联网、空间卫星互联网等重大领域，增强我国在这些领域的话语权、规则制定权和产业的主导权。

　　2020年1月19日，紫金山实验室再次宣布重大成果：完全自主可控且成本超低的毫米波相控阵芯片问世！它速度快、覆盖广、价格大幅降低，一脚踢开毫米波通信技术商用“绊脚石”，在世界上首次较为彻底地解决阻碍CMOS毫米波通信芯片走向大规模应用的核心环节，从芯片、模块到天线阵面全面实现自主可控，技术水平处于国际领先。

　　当年8月，在第四届未来网络发展大会上，紫金山实验室亮出新的“创新海拔”，牵头主导发布多项重大成果，包括全球首个确定性广域网创新试验、数据驱动的B5G网络智能开放平台、长三角工业互联网高质量外网开通，并发布紫金山实验室6G研究白皮书、未来网络白皮书。

　　2021年6月，紫金山实验室在第五届未来网络发展大会上继续发布一批“全球首个”重大成果。

　　比如，全球首个骨干网级可编程交换设备操作系统，可通过开放接口直接增加功能；全球首个5G网络数据采析体系与性能追踪系统，能在复杂的系统内，对5G网络出现的性能缺陷进行准确定位与追踪。

　　会上落地的未来网络实验设施多云平台，则可解决中国企业上云率低的问题。

　　从紫金山实验室成立以来发布的重大科技成果，不难看出，实验室重点聚焦——

　　解决国家重大需求。服务网络强国、制造强国等国家战略需求，提供从软件到硬件皆自主可控的网络解决方案。

　　探索重大前沿理论。探索学科交叉前沿基础理论，发展颠覆性技术，实现原始创新。

　　突破关键核心技术。突破未来网络、新型通信、内生安全等关键核心技术。

　　建设重大实验平台。建设面向全球开放的国际一流的支撑跨学科交叉融合发展的公共实验平台。

　　开展重大示范应用。开展核心技术在工业互联网、车联网等领域的示范应用，带动江苏及全国产业创新发展。

　　打造全球创新高地。集聚国内外顶尖人才，形成信息领域全球著名的创新人才高地。

　　建成国家级战略科技基地。建成体现国家意志、具有世界一流水平的战略科技创新基地。

　　“瞭望君”注意到，对于紫金山实验室发展，江苏省委、省政府高度重视，在很多重要会议、重要规划中频频提及。一个多月召开的省第十四次党代会，在部署加快科技自立自强，更大力度建设自主可控的现代产业体系时，提出推动紫金山实验室等承担更多战略任务。

　　第三，江苏还有哪些王牌科技创新力量？

　　无论是6G还是未来网络，无一不代表着江苏在科技创新版图上的最新成果。“瞭望君”发现，除紫金山实验室研发的未来网络试验设施以外，江苏还有一些国家重大科技基础设施，值得说一说。

　　比如，高效低碳燃气轮机试验装置。自主研制燃气轮机是国家科技实力、装备制造能力乃至综合国力的重要标志，对促进航空、电力、船舶等高端装备产业自主发展，保障国家能源安全具有重要意义。

　　长期以来，由于不掌握燃气轮机设计技术和热端部件制造及维护技术，我国深受大功率燃气轮机试验装置瓶颈制约，尽快建设高效低碳燃气轮机试验装置，是我国燃气轮机科学技术和产业发展的迫切需求。

　　高效低碳燃气轮机试验装置工程办副主任关树江告诉“瞭望君”，高效低碳燃气轮机试验装置6年前落地连云港，4年前项目可行性研究报告获批。这一项目总投资20多亿元，多项技术指标处于国际先进水平，它的建设将填补我国大功率燃气轮机试验装置的空白。

　　去年3月，高效低碳燃气轮机试验装置燃烧室1号试验台点火成功，这一国家重大科技基础设施项目建设，由此取得重大阶段性进展。该试验台具备的高参数、多燃料、高精度测量等特点，可满足国际上现役和在研燃气轮机开展试验的需求，将支撑从基础研究、关键技术研发到样机验证的燃烧室研发全过程。

　　就在去年12月18日，一个新的重大科技基础设施——“深时数字地球”国际大科学计划正式落户江苏。

　　这同样是足够高上大的重大科技基础设施。“瞭望君”从江苏省科技厅得知，“深时数字地球”国际大科学计划，由中国科学家提出并主导，围绕地球演化这一科学命题，通过全球科学家和机构协作，运用人工智能、大数据、超级计算等现代技术，整合过去数十亿年地球时空大数据，构建地球科学全领域知识图谱，建立全球共享的处理分析平台，研究生命演化、地理演化、气候演化与物质演化相关重大科学问题。

　　除紫金山实验室，江苏这几年相继成立姑苏实验室、太湖实验室，打造国家战略科技力量。

　　姑苏实验室挂牌成立一年多来，以纳米真空互联实验站等重大科技基础设施为支撑，主要围绕电子信息材料、生命健康材料和能源环境材料等开展研究，已联合华为、腾讯等行业龙头企业，布局“量子计算芯片”“碲化镉单晶材料”等 29个攻关项目。

　　2020年底成立的太湖实验室，以“深海空间站”等国家重大科技任务为引领，开展深潜、深网、深探三个研究方向的关键核心技术攻关。目前，实验室4万平方米载体大楼已投入使用，团队已承接“南海重大技术装备产业化工程顶层研究”国家重大论证项目。

　　与此同时，江苏还围绕先进材料、重症医学、海洋能源、综合交通等领域，先后布局建设一批省级重点实验室，并争创国家重点实验室。学科重点实验室新增7家，其中2家为省部共建国家重点实验室；企业重点实验室新增29家。全省建有省级以上重点实验室190家，其中国家重点实验室42家，数量居全国各省份前列。这些重点实验室集聚人才超1万人、两院院士54人，近5年主持或参与省级以上科技计划项目1万多项，实现成果转让3281项，总金额超24亿元。

　　以实验室为支撑，重大科技创新平台是战略科技力量的重要组成部分，是实现高水平科技自立自强的重要保障。江苏省科技厅厅长王秦表示，面向“十四五”，江苏将实施战略科技力量培育行动，加快建设以省产业技术研究院为引领、以3大省实验室为基础、以10家以上省级技术创新中心为骨干、以N家工程技术创新平台为桥梁的“1＋3＋10＋N”科技创新平台体系。

　　整合高水平研究型大学、一流研发机构和科技领军企业力量，吸引一批精英科学家团队，争取更多“国字号”平台落地，江苏正全力打造一支能代表国家水平、参与国际竞争的战略科技力量，为建设科技强省提供重要支撑。

　　撰稿 新华日报·交汇点记者 张宣 叶真

编辑: 王建旸