原文發(fā)表于《科技導報》2025年第12 期 《 AI for Engineering：驅(qū)動數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡發(fā)展范式轉(zhuǎn)型 》

人工智能作為當今時代最具變革性的技術(shù)力量，正以前所未有的速度推動經(jīng)濟社會發(fā)展。人工智能不僅帶來AI for Science（AI4S）的科學研究新范式，更帶來AI for Engineering（AI4E）的工程科技范式變革。《科技導報》邀請鄔江興院士團隊撰文，系統(tǒng)闡述了AI4E驅(qū)動數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡發(fā)展范式的轉(zhuǎn)型動因、機理與實踐路徑，并指出傳統(tǒng)數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡發(fā)展范式面臨“剛性架構(gòu)與場景多樣化”的根本矛盾，亟需以“超融合、高可信、一體化”為目標進行重構(gòu)。面對撲面而來的AI4E浪潮，AI4E范式將為中國在全球數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡技術(shù)版圖重構(gòu)中搶占發(fā)展定義權(quán)提供“換道超車”的難得機遇。

人工智能不僅帶來AI for Science（AI4S）的科學研究新范式，更帶來AI4E工程科技范式變革。AI4S聚焦于通過AI加速自然規(guī)律發(fā)現(xiàn)及科學猜想推理實驗；AI4E則致力于創(chuàng)造高可用、高可靠、高可信、高經(jīng)濟性相統(tǒng)一的智能時代工程技術(shù)新范式，推動人類社會繁榮。AI4S是“用AI助力發(fā)現(xiàn)世界”，而AI4E是“用AI加持改造世界”。

1 AI4E驅(qū)動數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡發(fā)展范式轉(zhuǎn)型動因

隨著人工智能技術(shù)深度滲透，未來數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡基礎(chǔ)設(shè)施將逐步具備自我優(yōu)化、抗脆弱性，甚至類生命體的特征，重新定義從商業(yè)競爭到環(huán)境治理的全球規(guī)則，數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡發(fā)展范式正迎來新變革。

第一，數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡發(fā)展范式轉(zhuǎn)向何方？

人們對美好數(shù)字未來的憧憬可以概括為3個關(guān)鍵詞，即“超融合、高可信、一體化”，具體有5個目標：

• 一是“人機物智”深度融合；

• 二是空天地一體化；

• 三是存算通感智一體化；

• 四是網(wǎng)絡安全與信息化一體化；

• 五是運維服務智能化一體化，實現(xiàn)網(wǎng)絡質(zhì)量、能耗效率與服務性能的聯(lián)合優(yōu)化（圖1）。

圖1 數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡的支撐能力愿景

第二，數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)型嚴重依賴網(wǎng)絡發(fā)展范式變革

一是消費互聯(lián)網(wǎng)體制難以保障業(yè)務性能，現(xiàn)有網(wǎng)絡架構(gòu)在資源利用率、服務質(zhì)量保障與業(yè)務多樣性之間存在根本性矛盾。

二是新興應用場景突破網(wǎng)絡規(guī)劃邊界，新型應用對網(wǎng)絡提出超常規(guī)需求，現(xiàn)行解決方案因架構(gòu)剛性無法實現(xiàn)一體化適配，導致網(wǎng)絡資源調(diào)度效率低下，難以支撐百業(yè)千行的數(shù)字化轉(zhuǎn)型需求。

三是復雜度失控顛覆“簡單即美”原則，為適配垂直行業(yè)需求而采取的堆砌式開發(fā)部署，導致網(wǎng)絡脆弱性加劇，協(xié)議沖突頻發(fā)，運維成本指數(shù)級攀升，違背了控制論第一性原理。

四是“網(wǎng)算存一體”需求倒逼架構(gòu)革新，大數(shù)據(jù)與智能服務時代要求網(wǎng)絡突破傳統(tǒng)端到端傳輸定位，需兼具計算、存儲、傳輸、感知等多重能力。

五是異構(gòu)網(wǎng)絡共生共存機制缺失，新型網(wǎng)絡面臨“非此即彼”或“無盡疊加”部署困境。

六是廣義功能安全威脅疊加，“人?機?物?網(wǎng)”融合環(huán)境下，網(wǎng)絡安全與功能安全問題深度交織，形成“未知的未知”攻擊風險與失效隱患之新域新質(zhì)安全威脅挑戰(zhàn)。

第三，AI助力數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡發(fā)展范式轉(zhuǎn)型

AI發(fā)展使得數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)能夠充分借鑒不斷豐富的人類知識數(shù)據(jù)集，拓展通用（包括專用）大模型在網(wǎng)絡構(gòu)建和運行中的應用深度和廣度，提供“源于現(xiàn)實世界啟迪，創(chuàng)造高于現(xiàn)實世界”的體驗。

2 AI4E驅(qū)動數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡發(fā)展范式轉(zhuǎn)型機理分析

研究AI4E驅(qū)動數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡發(fā)展范式轉(zhuǎn)型，需要搞清一些基本問題。

第一，轉(zhuǎn)型基礎(chǔ)是什么？

一是網(wǎng)絡核心功能可以解構(gòu)為再編程的模塊化組件，二是相關(guān)基線技術(shù)和軟硬件資源通過元素化的表達和智能化的編排能夠生成多樣化的應用網(wǎng)絡場景（如圖2）。

圖2 網(wǎng)絡基線技術(shù)元素化示意

第二，技術(shù)支撐是什么？

• 一是共生共存的應用網(wǎng)絡體制；

• 二是以計算/存儲/網(wǎng)絡資源池化和軟件定義互連為基礎(chǔ)的云原生基礎(chǔ)設(shè)施；

• 三是支持面向領(lǐng)域的軟硬件協(xié)同架構(gòu)的全維可定義技術(shù)；

• 四是深度融合AI與網(wǎng)絡運維的網(wǎng)絡智慧化體系；

• 五是基于內(nèi)生安全構(gòu)造的基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡彈性架構(gòu)設(shè)計。

第三，運作方式是什么？

以基線技術(shù)元素化為基石，通過解耦系統(tǒng)功能為模塊化組件，構(gòu)建可編程的協(xié)議棧、交換模式與控制機制的云化資源池；依托智能化編排引擎，利用生成式AI實現(xiàn)可泛化推理的智能編排，通過形式化語義建模與生成式工具鏈完成軟硬資源的統(tǒng)一表征與遷移；基于結(jié)構(gòu)功能性能的智能化驗證體系，構(gòu)建多智能體協(xié)同學習框架，對應用網(wǎng)絡模態(tài)或結(jié)構(gòu)進行仿真與策略優(yōu)化，確保功能、性能與內(nèi)生安全的可靠實現(xiàn)；依托資源智能調(diào)度算法，實現(xiàn)計算、存儲、帶寬資源的動態(tài)分配與彈性伸縮，支撐多樣化應用場景的實時適配需求；支持全生命周期演進或變革兼容并蓄機制，驅(qū)動支撐架構(gòu)以較小邊際成本持續(xù)升級，形成“模態(tài)生成—部署驗證—策略優(yōu)化—動態(tài)演進”的閉環(huán)能力。

第四，新范式的特征是什么？

思維視角層面，突破機械論時代的還原論桎梏，從系統(tǒng)拆分式的求解轉(zhuǎn)向復雜系統(tǒng)論的整體性認知；

方法論層面，將“應用網(wǎng)絡或業(yè)務與基礎(chǔ)設(shè)施支撐環(huán)境相分離”，使網(wǎng)絡基礎(chǔ)設(shè)施能夠?qū)崿F(xiàn)“按需生成應用網(wǎng)絡、多樣化應用場景即插即用、共生共存兼容并蓄”的工程技術(shù)目標；

實踐規(guī)范上，根據(jù)不同應用需求，動態(tài)改變結(jié)構(gòu)形態(tài)提升“結(jié)構(gòu)適配應用”的系統(tǒng)整體效能；

發(fā)展路徑層面，在一體化的“多模態(tài)智能網(wǎng)絡環(huán)境”之上可靈活運行多種功能/性能有保障的、可共生共存、可各自演進與變革、能根據(jù)需求語義按需生成應用網(wǎng)絡模態(tài)及業(yè)務；

安全保證上，既能為網(wǎng)絡科技發(fā)展提供開放資源和協(xié)作平臺，也能為新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施提供高可信、高可用、高可靠三位一體、安全性可量化設(shè)計和可驗證度量的廣義功能安全保障。

3 AI4E賦能數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡發(fā)展范式轉(zhuǎn)型的實踐

1）探索實踐一：開辟網(wǎng)絡技術(shù)體制“第二曲線”。

當前，網(wǎng)絡技術(shù)發(fā)展面臨的核心問題是“統(tǒng)一性與多樣性矛盾”，從問題導向出發(fā)，網(wǎng)絡體制演進需要開辟“第二曲線”，通過“網(wǎng)絡之網(wǎng)絡”的創(chuàng)建，使得網(wǎng)絡基礎(chǔ)設(shè)施不再受限于剛性化或定制化的業(yè)務系統(tǒng)束縛，解耦應用網(wǎng)絡場景（業(yè)務）與基礎(chǔ)支撐環(huán)境的強綁定關(guān)系，提高信息物理基礎(chǔ)設(shè)施全生命周期的功能和性能及效率彈性，充分釋放智能時代網(wǎng)絡應用場景及業(yè)務不斷拓展或創(chuàng)新的活力（圖3）。

圖3 網(wǎng)絡技術(shù)發(fā)展示意

多模態(tài)網(wǎng)絡環(huán)境（polymorphic intelligent network environment，PNE/PINE）是支持多種或多個網(wǎng)絡模態(tài)共生運行的統(tǒng)一信息物理設(shè)施。其核心是應用網(wǎng)絡模態(tài)生成與部署能力，要在降低使用門檻、效益最優(yōu)性、環(huán)境適應性、服務可用性間建立技術(shù)經(jīng)濟平衡。從AI4E的視角看，生成式網(wǎng)絡技術(shù)將快速推動多模態(tài)網(wǎng)絡環(huán)境從理論到實踐的落地，為達成計算/存儲/感知和網(wǎng)絡基線技術(shù)元素化、資源動態(tài)聚合/編排、生成式應用網(wǎng)絡模態(tài)等網(wǎng)絡愿景目標，提供可工程化實踐的路徑。AI4E在多模態(tài)網(wǎng)絡環(huán)境部署中的核心作用，在于通過生成式技術(shù)實現(xiàn)應用網(wǎng)絡創(chuàng)建與全生命周期演進或變革控制（圖4）。

圖4 生成式變結(jié)構(gòu)計算示意

2）探索實踐二：打造智能算力“芯物種”。

AI4E范式的一般規(guī)律揭示，AI對計算任務的動態(tài)感知與建模，能夠?qū)崿F(xiàn)變結(jié)構(gòu)計算向生成式結(jié)構(gòu)計算的演進，并催生出信息物理系統(tǒng)的新載體或“芯物種”——晶上生成式變結(jié)構(gòu)計算系統(tǒng)。“芯物種”可在晶圓級范疇突破“大規(guī)模、高算力、低時延”不可能三角禁錮，為解決算法模型與硬件載體的錯配難題、促進智能算力轉(zhuǎn)化為真實生產(chǎn)力提供了新技術(shù)路徑。

3）探索實踐三：內(nèi)生安全賦能數(shù)字系統(tǒng)網(wǎng)絡彈性工程。

AI4E能助力完善動態(tài)異構(gòu)冗余構(gòu)造（DHR）的工程化生態(tài)。AI4E與內(nèi)生安全范式的有機結(jié)合，不但能夠強化數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡彈性/韌性工程的綜合效益，同時能夠為破解AI應用系統(tǒng)安全問題提供新路徑，達成AI4E“雙螺旋效應”?；贒HR的人工智能內(nèi)生安全防御框架，能將數(shù)據(jù)投毒、預留后門、無法徹查的漏洞等安全威脅在系統(tǒng)構(gòu)造層面轉(zhuǎn)化為可屏蔽可糾錯問題，從而使構(gòu)造安全可信的AI應用系統(tǒng)成為可能。

4 AI4E亟需建設(shè)超融合網(wǎng)絡與智能計算實驗床

AI4E范式為中國在全球數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡技術(shù)版圖重構(gòu)中搶占發(fā)展定義權(quán)提供了“換道超車”的難得機遇。

• 一是建立多模態(tài)網(wǎng)絡環(huán)境發(fā)展新范式；

• 二是實現(xiàn)領(lǐng)域?qū)Ｓ密浻布f(xié)同計算技術(shù)發(fā)展新范式；

• 三是開辟內(nèi)生安全發(fā)展新范式；

• 四是建立微電子/光電子技術(shù)發(fā)展等新范式（圖5）。

圖5 超融合網(wǎng)絡架構(gòu)示意

搶抓AI4E重構(gòu)全球數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)變革的寶貴機遇，加快中國新型工業(yè)化步伐、實現(xiàn)引領(lǐng)性創(chuàng)新，需要建設(shè)新型工程科學大裝置。如同研究“可控核聚變”需要托卡馬克裝置一樣，推動AI4E范式創(chuàng)新亟需體現(xiàn)數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)全要素交互的“智能反應堆”，通過建設(shè)“超融合網(wǎng)絡與智能計算實驗床”，推動工程科學研究、技術(shù)分析和突破，這就是建設(shè)新型國家級工程科學大裝置的邏輯起點和整體定位。

“超融合網(wǎng)絡與智能計算實驗床”的戰(zhàn)略意義在于搶占全球數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)重構(gòu)的戰(zhàn)略制高點和發(fā)展定義權(quán)，其核心價值表現(xiàn)為5個方面：

• 第一，驗證“結(jié)構(gòu)決定效能、結(jié)構(gòu)決定安全、結(jié)構(gòu)決定多樣性、結(jié)構(gòu)決定智能涌現(xiàn)”這一理論猜想；

• 第二，著力破解“有限數(shù)字資源生成多樣化結(jié)構(gòu)”與“復雜系統(tǒng)中生成結(jié)構(gòu)的功能性能一體化評測”兩大基礎(chǔ)科學難題；

• 第三，重點突破制約數(shù)字技術(shù)進化的“制程工藝繭房”“先驗知識繭房”“代際復用繭房”，破解網(wǎng)絡代際更迭的“沉沒成本”困局；

• 第四，深度推進人機物智多主體協(xié)同、空天地海多維度接入、云網(wǎng)算存多資源整合、量超通智多類型算力的四維融合；

• 第五，實現(xiàn)“引領(lǐng)技術(shù)發(fā)展、激活開源協(xié)同、推動智能普惠、保證安全可控、達成綠色高效”的五位一體發(fā)展目標。

5 展望與思考

未來，“超融合網(wǎng)絡與智能計算實驗床”大科學裝置如同一個“數(shù)字孿生腦”，通過模仿類似人腦復雜結(jié)構(gòu)與運行機理，開啟走向通用人工智能的大門。

第一，要有在范式變革窗口期建立開辟非對稱賽道的創(chuàng)新自信，DeepSeek的成功足以證明，在工程智能領(lǐng)域中國完全可能走通自主創(chuàng)新之路，技術(shù)后發(fā)者通過架構(gòu)革命一定能夠?qū)崿F(xiàn)代際跨越。

第二，要有主動挑戰(zhàn)傳統(tǒng)技術(shù)前提的勇氣和膽識，突破工程科學長期固化的學科邊界與確定性假設(shè)，敢于破除“技術(shù)天花板”的自我設(shè)限，敢于在“正確”與“可行”的共識之外探尋新可能。

第三，要建立包容多樣性創(chuàng)新的制度和環(huán)境，支持包容性邊緣創(chuàng)新的環(huán)境氛圍，重視非共識技術(shù)、重視非主流團隊，允許科研資源投向高風險領(lǐng)域形成“鯰魚效應”，培育顛覆性創(chuàng)新的制度土壤。

第四，要構(gòu)建自主知識體系從根子上終結(jié)跟隨者困局，構(gòu)建中國話語體系主導下的AI4E范式，推動科技自主創(chuàng)新和人才自主培養(yǎng)良性互動。形成中國式數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)與發(fā)展的自主架構(gòu)，打破50年來對西方信息技術(shù)領(lǐng)域的“課本依賴” “方法依賴”“工具依賴”。

第五，要以π型人才重塑教育范式，打破“流水線式”教育同質(zhì)化、實現(xiàn)個性化知識供給，讓每個學生都能獲得量身定制的學習路徑；構(gòu)建“深度×廣度”的復合能力培養(yǎng)模式，讓學生具備跨學科視野和獨立的價值判斷力；推行“在做中學”的場景化教育，讓學生在解決實際問題中錘煉創(chuàng)新能力。

本文作者：鄔江興、鄒宏、張帆、劉勤讓、高彥釗、尚玉婷、祁曉峰

作者簡介：鄔江興，國家數(shù)字交換系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，教授，中國工程院院士，研究方向為通信與信息系統(tǒng)、計算機與網(wǎng)絡技術(shù)、網(wǎng)絡空間安全技術(shù)；尚玉婷（通信作者），復旦大學大數(shù)據(jù)研究院，助理研究員，研究方向為網(wǎng)絡空間治理。

文章來 源 ： 鄔江興, 鄒宏, 張帆, 等. AI for Engineering：驅(qū)動數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡發(fā)展范式轉(zhuǎn)型[J]. 科技導報, 2025, 43(12): 19?28 .

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