美國計算機研究協(xié)會（CRA）每四年發(fā)布一系列白皮書，又被稱為“四年期文件”，探索計算研究的潛在領(lǐng)域及問題，以響應(yīng)未來四年的國家優(yōu)先事項。這些白皮書試圖全面描述計算研究的潛在研究方向、挑戰(zhàn)，以及對政策制定者和計算研究界的建議。

2020年的“四年期文件”涵蓋五個主題領(lǐng)域：核心計算機科學(xué)、廣義計算、社會技術(shù)計算、人工智能（AI）和人才多樣性及教育。其中，核心計算機科學(xué)主題領(lǐng)域的白皮書已于2020年10月29日發(fā)布，其他四個主題領(lǐng)域的白皮書將陸續(xù)發(fā)布。

一、核心計算機科學(xué)

核心計算機科學(xué)主題領(lǐng)域著眼于后量子密碼學(xué)、理論計算機科學(xué)、下一代無線網(wǎng)絡(luò)計算研究挑戰(zhàn)、美國工業(yè)和社會的計算基礎(chǔ)等方向。該主題領(lǐng)域白皮書通過理論計算機科學(xué)探索了算法世界的基礎(chǔ)，思考了后摩爾時代的計算機挑戰(zhàn)，探討了下一代無線技術(shù)的機遇，并為應(yīng)對后量子計算時代的安全挑戰(zhàn)做好了準(zhǔn)備。

量子計算的進步嚴(yán)重威脅著人類數(shù)字安全和隱私。隨著量子密碼和計算技術(shù)的進步，隱私信息和數(shù)據(jù)的現(xiàn)有加密算法受到威脅。后量子密碼學(xué)方向白皮書識別了過渡到后量子密碼時代前需要解決的問題，尤其在確定現(xiàn)有加密算法的替代方案以及確保安全過渡方面。

理論計算機科學(xué)是算法世界的基礎(chǔ)，白皮書介紹了理論計算機科學(xué)基礎(chǔ)研究和資金資助方面的穩(wěn)定支持情況，強調(diào)了算法隱私、算法公平性、數(shù)據(jù)科學(xué)基礎(chǔ)。理論計算機科學(xué)的進步將推動整個計算機科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展，其能夠洞察計算領(lǐng)域的可能性和局限性，識別新領(lǐng)域的關(guān)鍵問題以及計算機科學(xué)之外的計算和算法問題。

5G技術(shù)通過使用不同的無線技術(shù)進一步提高了網(wǎng)絡(luò)傳輸速度、改善了基站容量、降低了網(wǎng)絡(luò)延遲。隨著技術(shù)的快速發(fā)展，6G技術(shù)已引起了人們的興趣并被認為是新的使能技術(shù)。白皮書探討了6G技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用，如6G技術(shù)的安全、隱私和可靠性研究，頻譜共享，深度可編程網(wǎng)絡(luò)等，并概述了可能的研究議程。

白皮書在推進美國工業(yè)和社會的計算基礎(chǔ)方向概述了后摩爾時代新的計算技術(shù)，以繼續(xù)提高計算機的速度和性能，推動計算領(lǐng)域的進步。四個遞進層級方案將顛覆現(xiàn)有技術(shù)：（Level-1）延續(xù)摩爾定律（More Moore），該層級的目標(biāo)是將摩爾定律延續(xù)到2025年，而3D芯片結(jié)構(gòu)成為最有潛力的解決方案；（Level-2）隱藏式變化（Hidden changes），該層級方案通過絕熱/可逆和低溫/超導(dǎo)計算等新方法構(gòu)建計算機內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以過渡現(xiàn)有軟件應(yīng)用；（Level-3）架構(gòu)變化（Architectural changes），該層級試圖改變計算機硬件架構(gòu)，進而改變計算機的編程方式；（Level-4）非馮·諾依曼結(jié)構(gòu)（Non-von Neumann），該層級從量子計算、神經(jīng)形態(tài)計算、物理計算等非馮·諾依曼結(jié)構(gòu)探索突破摩爾極限的解決方案。

二、廣義計算

廣義計算主題領(lǐng)域著眼于大流行信息學(xué)、安全計算的研究生態(tài)、AI/量子/高性能計算的基礎(chǔ)設(shè)施、機器人使能的勞動力等方向。

廣義計算主題領(lǐng)域的白皮書鑒于最近的大流行，概述了應(yīng)對全球大流行的戰(zhàn)略，強調(diào)及早發(fā)現(xiàn)、公眾反應(yīng)預(yù)測以及有效措施制定，以減少全球大流行的不利影響。實現(xiàn)應(yīng)對全球大流行的戰(zhàn)略目標(biāo)需要很多領(lǐng)域的研究和技術(shù)進步，例如，如何利用信息基礎(chǔ)設(shè)施協(xié)助應(yīng)對全球疫情爆發(fā)和更好地應(yīng)對未來衛(wèi)生危機。

當(dāng)今的技術(shù)開發(fā)者更關(guān)注技術(shù)能力而忽略安全性，白皮書強調(diào)了設(shè)計階段優(yōu)先考慮安全問題的重要性，確定了研究和資助的重點領(lǐng)域涉及加強安全性的過渡和采用、培訓(xùn)和教育以及激勵結(jié)構(gòu)等。

白皮書在AI/量子/高性能計算的基礎(chǔ)設(shè)施方向，打破了三者之間的障礙，呼吁整合資源以支持這些關(guān)鍵領(lǐng)域并強調(diào)他們之間的協(xié)同作用。該方向的目標(biāo)是彌合三者之間的差距，通過基礎(chǔ)設(shè)施促進彼此進步。

白皮書在機器人使能的勞動力方向，描述了機器人技術(shù)提高了自動化程度并為工人提供了新的機會。白皮書概述了研究、技術(shù)開發(fā)、教育、培訓(xùn)和政策方面的必要投資。機器人技術(shù)將有力補充人工勞動力，如何獲得最佳的人機組合勞動力是研究的關(guān)鍵。

三、社會技術(shù)計算

社會技術(shù)計算主題領(lǐng)域著眼于理解AI對社會影響的跨學(xué)科方法、虛假信息研究、數(shù)據(jù)所有權(quán)等方向。

AI技術(shù)為人類帶來便利和機會的同時，也產(chǎn)生了諸多問題或負面影響，如帶有種族或性別偏見的算法，侵犯個人隱私、自由，加重不同群體之間的不平等。白皮書呼吁通過跨學(xué)科的方法深入理解技術(shù)和社會之間的相互作用，以避免AI技術(shù)帶來的負面影響。

針對虛假信息，白皮書介紹了一個多學(xué)科研究議程，包括虛假信息偵查、教育、影響衡量和研究基礎(chǔ)設(shè)施，以打擊虛假信息并減少其社會影響。

在數(shù)據(jù)所有權(quán)方面，白皮書期望通過保護個人數(shù)據(jù)來理解AI的社會影響。數(shù)字時代，互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)所收集的個人數(shù)據(jù)大量增長，白皮書探討了在此環(huán)境下的一些重大問題，如數(shù)據(jù)的擁有、使用、控制、量化、以及個人隱私等問題。

四、人工智能

AI主題領(lǐng)域著眼于邊緣AI、AI合作、AI驅(qū)動的模擬器、下一代AI等方向。

如果將AI部署到網(wǎng)絡(luò)邊緣是否能更好的支持社會需求？白皮書研究了邊緣AI的潛在用途，確定了實現(xiàn)邊緣AI技術(shù)的需求和研究方向。

白皮書主張進一步研究AI和人類之間的合作，一系列的研究方向包括AI架構(gòu)、人智協(xié)作系統(tǒng)、經(jīng)濟觀點以及人類喜好和控制等各個方面。

模擬技術(shù)在社會和經(jīng)濟中無處不在，提供了輔助決策的作用。白皮書闡述了AI驅(qū)動的模擬器的重要性，描述了該方向的挑戰(zhàn)、成果及潛在研究，以期發(fā)揮模擬預(yù)測的全部潛力。

白皮書介紹了當(dāng)今AI系統(tǒng)的歷史和局限，如脆弱性、對抗性攻擊的弱點以及系統(tǒng)訓(xùn)練的難點，并提出了一系列建議和研究重點，以催生健壯、可解釋、適應(yīng)性強、符合倫理和負責(zé)任的下一代AI。

五、勞動力多樣性及教育

勞動力多樣性和教育主題領(lǐng)域著眼于勞動力多樣化新途徑、計算機科學(xué)博士培養(yǎng)、研究生人才挖掘等方向。

勞動力多樣性增強了計算領(lǐng)域的創(chuàng)造力。為了支持計算領(lǐng)域勞動力多樣化，白皮書建議：資助多元化機構(gòu)的碩士課程，例如少數(shù)民族服務(wù)機構(gòu)和特殊機構(gòu)；為婦女、黑人、土著和其他有色人種或殘疾人等提供碩士或本科課程津貼。

計算機科學(xué)（CS）對博士學(xué)位的需求持續(xù)增加，然而對于美國來說，其本土博士生的比例已從1985年的69%下降到2018年37%，同時國際學(xué)生去留不確定。白皮書建議美國政府、工業(yè)界和學(xué)術(shù)界采取大膽的行動來增加美國本土博士生人數(shù)，如增加本科生參與研究的機會和資金，創(chuàng)造學(xué)生進入博士項目的新途徑，吸引直博生，同時加強工業(yè)界在CS博士培養(yǎng)方面的作用。

白皮書認為美國必須建立和培養(yǎng)多層次的創(chuàng)新性技術(shù)人才。培養(yǎng)未來CS人才的K-12教育無法滿足當(dāng)前的社會勞動力需求，而現(xiàn)有的研究生是有待開發(fā)的寶貴勞動力資源。白皮書概述了計算機科學(xué)領(lǐng)域的職業(yè)機會和要求，以期為該領(lǐng)域注入多元化的經(jīng)驗和觀點來驅(qū)動創(chuàng)新，同時克服社會公平公正方面的問題。

原文標(biāo)題：【政策規(guī)劃?算】美國CRA發(fā)布2020年“四年期文件”，闡述未來四年計算機研究的挑戰(zhàn)和機遇

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