5G时代新型基础设施建设白皮书

国家信息中心 北京经济技术开发区 北京亦庄投资控股有限公司 2019 年 11 月 新型基础设施建设白皮书 5G 时代 前言 内涵特征 （一）基本内涵 （二）特征 （三）意义 （四）发展现状 十大关键领域 应用场景 （一）智慧工厂 （二）车联网 （三）智慧金融 （四）智慧社区 （五）智慧农业 （六）智慧安防 （七）智能电网 （八）智慧医疗 （九）智慧教育 （十）智能媒体 展望与建议 02 04 12 16 28 ? CONTENTS 新型基础设施建设白皮书 5G 时代 1 ? 加快推进信息网络等新型基础设施建设。 2019 年中共中央政治局会议 加快 5G 商用步伐，加强人工智能、工业互联网、 物 联网等新型基础设施建设。 2018 年中央经济工作会议 当今世界，新一代信息技术与经济社会深度交融，正引领全球新一轮 科技革命和产业变革，其速度、广度、深度前所未有。大数据技术和人 工智能应用创新正在创造新产业、新业态、新模式，信息技术、智能技术、 新能源技术等各类新兴技术广泛渗透到各个领域，正在将人类社会带入 一个全面感知、高速传输、智能处理的万物智联的新时代。 加快 5G 商用和人工智能、工业互联网、物联网等新型基础设施建设 是发挥投资关键作用，促进形成强大国内市场，推动经济社会高质量发 展的重要力量。 02 新型基础设施建设白皮书 5G 时代 2 ? （一）基本内涵 （二）特征 （三）意义 （四）发展现状 （一）基本内涵 数据是要素， 连接是基础， 算力是核心， 融合是关键。 新型基础设施主要是指面向现代化建设和数字经济发展，支撑数据的感知、连接、汇聚、融合、 分析、决策、执行、安全等各环节运行，并提供智能化产品和服务的新一代数字基础设施体系。 图 1 新型基础设施框架体系图 （资料来源：课题组整理） 04 新型基础设施建设白皮书 5G 时代 （二）特征（三）意义 迭代、 泛在、 融合、 智能、 安全5G与人工智能、工业互联网、 云计算、 物联网、 区块链等领 域结合， 为新技术新模式深度融合与系统创新创造了条件， 带动社会经济的效率提高、 成本降低和能力提升。 新型基础设施不仅具有传统基础设施的公共性、基础性等特征， 而且具有快速迭代、泛在支撑、 融合创新、 智能引领、安全至上等内在特点。 ?代? ? ? ? ? ? ? ? ? 新型基础设施在推动人、 机、 物的数字化、网络化、 智能 化过程中， 伴随着技术的持续快速迭代。 新型基础设施建设需求大、投资多、周期长， 在我国促投资稳增长中发挥重要作用， 同时带 动传统基础设施智能改造和传统产业数字化升级， 进一步发挥投资乘数效应。 以新型基础设施建设为抓手， 集中优势力量， 加强科技创新提升关键核心技术和产品的自 研能力， 实现关键技术自主可控， 对于我国抢抓新一轮科技革命和产业变革机遇， 实现创新 驱动发展具有关键意义。 人工智能、 物联网与实体经济正在加速走向深度融合，随着新型基础设施建设和应用， 必 将释放更多经济动力和消费需求， 对实体经济产生全方位带动作用。 新型基础设施建设发挥前沿布局牵引作用， 为有效提升各领域建设质量、运行效率、服务 水平和管理水平提供强有力支撑。 新型基础设施连接范围大幅扩展， 推动数字化、 网络化、 智能化广度、深度和速度大幅跃升。 通过物理世界与数字空间的融合集成、 相互映射、全面 创新， 提供全局性的价值赋能， 实现全局资源优化配置。 人工智能具有溢出带动性很强的 “头雁” 效应， 具有深度学习、 跨界融合、 人机协同、 群智开放、 自主操控等特点， 对新型 基础设施建设乃至数字经济发展全局起到引领作用。 围绕“自主可控、安全可信” ， 新型基础设施建设和应用 对网络安全提出了更高的要求， 相关新技术、新产品、新 模式、新业态的安全模式、 标准和规则有待建立完善。 0506 新型基础设施建设白皮书 5G 时代 （四）现状 ? ? 我国目前处于 5G 网络大规模商用准备阶段， 5G 网络设备制造水平全球领先， 各省市纷纷围绕 智慧城市、 智慧生活、 智慧工厂 、 智慧医疗、 智慧交通等领域， 大力培育 5G 应用生态， 未来“5G+”模 式有潜力伴随各行业互联互通和数字化转型推进， 形成在全球具有先进意义的各类应用场景， 并进一 步催生面向新一轮科技变革和产业革命的动力产业、先导产业和引致产业， 构成现代化经济体系和高 质量发展的重要基础。 ? ? 美国通过积极实施国家信息基础设施行动动议、国家宽带计划、 联邦政府云计算等一系列战略， 掌握了全世界数量最多最先进的“互联网 +” 关键技术， 拥有发达的互联网基础设施， 关键性云计算 市场份额占有率超过六成， 全球排名前 20 的芯片公司大多集中在美国， 此外还拥有完善的 wifi 标准、 芯片、感知、 云计算、人工智能、 物联网等产业生态， 均处于国际领先水平， 并从政府、法律、技术及投 资层面形成了全方位的组织推进模式。 美国尤其大力推行工业互联网， 促进制造业与互联网深度融合， 集中了全球近半数工业互联网平台， 建设全领域、全产业链和全价值链的创新技术集成应用体系。 图 2 中国：新型基础设施建设带动经济高质量发展 （资料来源：课题组整理） 图 3 美国：wifi 专利分布情况 （资料来源：华为） 0708 新型基础设施建设白皮书 5G 时代 ? ? ? 韩国政府迫切希望通过新一代信息技术应用打造其竞争优势， 分别于 2016 年和 2018 年宣布 新型基础设施相关九大领域国家战略项目与人工智能发展战略， 从人才、技术、 设施三个层面详 细规划了未来发展方向、 投入水平与建设标准。 目前， 韩国智能信息技术 （移动通信、 AI、 IOT、 大数据、 云计算等）产业聚焦 10 大产业 5 大业务， 跨领域跨行业融合已初见成效， 在高端芯片、 半导体制造、 5G 通信等方面具有世界领先水平； 未来， 围绕“5G+” “AI+”等模式， 韩国将结合场景应用和垂直行 业应用， 探索新型基础设施融合应用， 以进一步巩固制造业高精尖产品优势。 图 5 韩国：聚焦 10 大产业 5 大业务 （资料来源：华为） ? ? 日本以谨慎、务实为原则， 在 5G 时代到来之际， 推进包含基础设施革命在内的五大革命。 日本在 芯片和传感器领域处于国际领先地位， 围绕工业互联网已形成较为完善的产业供应链， “机器 +IoT” 制造已形成常态化， 创新技术应用范围不断扩大， 垂直行业数字化转型不断加快， 新型基础设施与各 行业业务创新的融合度不断提高。同时， 日本高度重视人工智能发展， 积极推进超智能社会基础设施 建设， 加快人工智能在金融、 医疗、交通等领域的应用。 图 4 日本：5G 推动产业变革 （资料来源：华为） 0910 新型基础设施建设白皮书 5G 时代 3 面向新一轮科技革命与产业变革，按照国家战 略要求， 围绕感知、连接、 汇聚、融合、 分析、 决策、 执行、 安全等八个方面， 推进新型基础设施建设， 需 要在关键核心领域尽快取得突破。 ? 12 新型基础设施建设白皮书 5G 时代 ? ? 围绕开源性平台的大数据处理软件、 开源云计算平台等新型平台基础设施； 端边云网协同的分布式数字基础设施； 连接、 计算、 存储、AI 算法等一体化 的数字基础设施平台。 区块链点对点技术、非对称加密技术与分布式技术等核心技术跨行业跨类 别使用； 区块链 + 各类场景及有关安全保障技术。 ? ? 5G ? ? 围绕航天、医疗、 稀有气体感知等领域的特定用途高精尖传感设备与物联网 设备； 近距离机器通信等物联网核心技术等关键技术。 人工智能算法创新， 针对现有框架的差异化发展路径； 自主实用新型算法及 算法训练场景； 行业算法开放平台。 芯片设计软件、 CAD/CAE 设计软件、虚拟仿真软件等核心工业软件； 国产 电子设计自动化（EDA）等芯片工具软件国产化；基础软件的云化、 平台化 和服务化； 关键环节行业知识结晶的软件化构建升级。 基于 5G 技术应用愿景， 包括光传输器件、 基站等依赖进口比例较大的设备； 超 100G 相干 DSP、 FPGA、高端千兆以上以太网芯片、光收发模块和高 端滤波器等 5G 核心技术。 自主研发的云、端操作系统； 基于自研操作系统的软、 硬件， 及智能应用开发 平台； 围绕城市、 制造、 医疗、交通等各个领域， 涵盖行业资源的行业操作系 统平台。 研制 AR/VR 技术， 搭建虚拟现实开放平台， 构筑对于各行业基础软件和数 字孪生构建的核心引擎；行业操作系统和行业基础软件领域在重构周期中 的优势技术获取。 ? ? 云计算的全新技术体系及完整的技术生态 ； 云计算体系结构的创新及持续迭代。 高端通用芯片、先进工艺、关键材料和关键设备； 通用芯片 CPU、 GPU、AI 芯片等基础芯片； 高端光电子芯片、 硅光集成芯片、高速光器件测试封装等 产品工艺平台， 400G 硅光器件等关键技术；光刻胶、超净高纯试剂、 电子 特种气体、 硅晶圆材料等关键材料技术； 光刻设备、 刻蚀设备、 薄膜沉积设备、 离子注入设备、湿法设备等核心设备。 0106 08 0207 09 03 04 0510 1314 新型基础设施建设白皮书 5G 时代 4 ? （一）智慧工厂 （二）车联网 （三）智慧金融 （四）智慧社区 （五）智慧农业 （六）智慧安防 （七）智能电网 （八）智慧医疗 （十）智能媒体 5G商用时代已经到来， 5G通过与大数据、 物联 网、 人工智能、 区块链等新一代前沿技术深入融合， 逐渐衍生出众多服务于生产生活和城市管理的应用 场景。 传统行业与5G技术的深度融合， 提高了产业生 产效率， 提升了生活的舒适度与便利度， 拓展了各行 业各领域的应用圈， 催生了智能生产与智慧生活的落 地。 在工业、 农业、 金融、 交通、 教育、 电力、 医疗、 城 市管理、 公共安全、 媒体等领域， 逐步涌现出有望率 先实现技术突破并形成商业闭环的应用场景。 图 6 新型基础设施应用全景图 （资料来源：课题组整理） 16 新型基础设施建设白皮书 5G 时代 （一）智慧工厂（二）车联网 智慧工厂通过各种形式采集生产环节中的数据， 传输至工业互联网平台， 用于分析、控制、预测 各类生产参数。5G 技术高速率低时延的特性有效地为工业数据的传输提供了保障。 以智慧工厂工业专网分流应用场景为例， 其基础设施主要包括 5G终端， 5G 基站， MEC， 5G 核心网， 通过切片商城、无线切片感知、端到端切片安全隔离、 切片动态迁移、 切片的 UPF 下沉和 UPF 分流 等关键技术， 实现机器视觉切片的快速部署和视频流的快速回传。 车联网的服务分为车载娱乐业务、 交通安全与辅助驾驶业务、 自动驾驶业务。 随着 C-V2X （4G/5G） 技术的应用， 车联网实现了汽车与道路基础设施 （V2I） 、 车与车 （V2V） 、 车与人 (V2P) 的点到点通信， 提高了交通安全和通勤效率； 而辅助驾驶业务的升级版则是自动驾驶， 目前自动驾驶在矿山、港口等 封闭道路已基本实现。 以车路协同自动驾驶为例， 其基础设施主要包括： 路侧基础设施的建设（通信基站、差分基站、路 侧感知设备建设、 智能网联红绿灯改造等）、通