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作者：谢耘博士

图：信息技术从科学原理到应用系统

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在上篇文章《“深度学习”与工匠技艺》当中谈到的从科学原理到具体应用技术各层的产出，都还不能直接服务于人。所以在它们之上，还有把技术变成实用产品/系统的原理与技术。在此为了简便我们只分了两层。特别需要指出的是，由于人工智能等技术属于具体应用技术，而不是系统级技术，所以事实上它们自己无法成为构造实际应用系统/产品的基础，而必须依附于系统级原理与相关技术才能发挥作用。比如导致人工智能再次兴起的“深度学习”图像识别技术，必然要放到具体的应用系统中才有实际意义。虽然当初有过主要基于人工智能技术构造系统的努力，比如日本的第五代计算机，今后这种努力也不会完全消失。但是，从人工智能技术的客观本质来看，将其作为具体层面的应用技术来使用，才是合理的选择。

对底层技术发挥自身价值起决定性作用的，是基础系统原理及相关的技术。比如冯诺依曼架构就属于这个范畴。它之所以成为了计算机领域的核心成就，就是因为这个架构使得我们能够利用相关的具体技术设计制造出实际可以使用的计算机系统产品，借助计算机系统产品让相关的具体技术在各个领域里发挥出自己应有的价值。

这一层的基础系统原理及相关的技术与具体的应用领域相对独立，所以其影响也是全局性的。它们不仅包括了独立基础性系统的原理与相关系技术，还包括了大量独立系统之间的交互链接组成更宏观的基础性大系统的原理与相关技术。互联网就属于这个类别。在网络化的信息技术领域，组成宏观大系统的原理与技术在起到日益重要的作用。当然独立基础性系统的创新，是大规模互联系统的前提，其作用更为基础。

这一层基础系统原理与相关技术有价值的创新的重要性，可以远远超过具体应用技术，至少可以与基础共性技术比肩，有些甚至接近科学原理。所以冯诺依曼架构在计算机领域才有了如此崇高的地位。而人脑的强大功能，不仅仅体现在具体的智力能力上，还体现在它的系统层面。人脑这种系统层面的优势，它不仅仅是在于大量神经元之间的分布式联接而形成的高度分布的网络，后续我们还会从另外一个方面分析人脑在系统层面的一个重要的、没有被充分重视的特征。

同属于这个层面的基础系统技术原理除了互联网以外还有最近备受关注的“区块链”技术。2009年伴随比特币出现的区块链技术，能很好地说明系统层面的突破，如何能够让下层具体的应用技术发挥出最大的价值，开拓出信息技术应用全新的疆域。

02

区块链：2008年11月，一个自称为“中本聪”的匿名人士在互联网上发表了一篇简短但影响重大的文章：“Bitcoin： A Peer-to-Peer Electronic Cash System”（比特币：一个对等网络上的现金系统）。2009年1月3日，中本聪自己在比特币系统里建立了第一个区块（创世块），由区块链支撑的比特币系统开始运转，区块链技术正式登场。该技术的示意见下图。

图：区块链示意

仔细研究区块链中的具体技术我们就会发现，区块链所使用的解决具体问题的技术，如非对称加密，防篡改，对等网络等等，都是现有的技术，没有任何一个是中本聪发明或改进过的。仅仅使用这些现成的技术，中本聪却创造出了一个在开放互联网上分布式运行、不用监管、人人可以参与记账、账目公开透明，同时又是可信、可靠、安全、精准无误的现金系统。如果说创造出与人有着同样智能、甚至超越人的智能化系统至今依然是无数人的梦想的话，一个比特币这样的现金系统在被创造出来之前，都不曾有人有过这样的梦想。这是一个建立在现有信息具体技术之上、超出了所有人想象的信息技术奇迹。

这个奇迹依靠的不是解决具体问题的技术的新突破，而是一个创新的系统性原理与设计。中本聪充分利用了分布式开放网络环境下人的行为特征，巧妙地创造出了可以运行在开放的互联网上的基于区块链的分布式系统。比特币中保证账务记录准确无误的所谓“共识算法”，正是这个分布式系统的系统级运行机制的一部分。或者说共识算法是通过分布式系统的系统级运行机制的设计而实现的。区块链技术之所以难以被准确把握与理解，就在于它的许多本质的特性是由系统级机制决定的，而不是依靠单点技术来实现。理解系统级原理，远远比理解解决具体问题的技术困难。

区块链是一个任何人都可以平等参与进来的一个的“游戏”，大家共同对这个“游戏”是否能够持续“玩”下去负责任。它的奥妙在于，所有参与区块链“记账”这个“游戏”的人，都有一份完整的历史数据记录，可以依据自己保存的这个数据记录去核实新产生的数据记录的准确性与合规性。新产生的不准确合规的记录将被大家共同排斥在系统之外。这就是区块链的所谓“共识机制”的基础；数据记录被分割成了一个个按照时间进度排序的“区块”，系统运行机制的设计保证了每个区块的记录人是随机选取的，这就是区块链的“去中心化”的核心。它有效地防止了单个人垄断数据记录权而获得作弊伪造数据的机会；在避免了单个人有能力与机会破坏系统的情况下，分布在全球不同地方的、互相不知底细的网络上的参与者，不论其参与这个“游戏”的背景与动机如何，大家不太可能联合起来伪造记录。因为在一个完全封闭的系统中，陌生人之间如果按照系统设定的原则行事有可能获得期望的利益的话，他们很难彼此“信任”而一起去做“失信”破坏系统从而通过损害另外一些人的利益而获取自己的利益的事。而且这样做等于是掀桌子让大家都玩不下去了。这是区块链“可信”的系统级保证。

以上三点就是区块链可以在开放的网络之上，由任意的参与者共同运行一个可信、准确、合规的现金系统的核心基础。它不是简单依靠某个加密防篡改技术，而是在这些具体技术的基础上，利用系统运行机制的巧妙设计，保证了整个系统可信可靠地运行。这个设计不仅基于对技术的理解，也包括了对人性的认识。

03

区块链是个比较专有的技术，不论它未来会有什么样的应用，它的出现本身都给我们带来了非常深刻的启示。

首先，它让我们在信息技术产业中看到了一个活生生的、利用成熟的具体技术做系统级创新所能够创造出来的、超出所有人想象、超出了具体技术所能够达到的、奇迹般的颠覆性效果。其实，在远在区块链出现之前的互联网，利用在传统通信领域看上去相当“简陋”的分组交换技术，在长期不被传统通信领域认可的情况下，基于其特有的、有别于传统通信网络的系统级创新，让信息技术产业跨上了一个全面互联、全面开放、灵活接入的全新高度、发生了质的飞跃，进而深刻而全面地改变着整个人类社会的方方面面。

“系统”的重要性，在上个世纪八十年代就被高度重视了。当时在科技界有着著名的三论之说，即信息论、系统论与控制论。对系统论的高度重视，是对近代科技发展历程认识深化的结果。

在传统的产业中我们也能看到大量的系统性创新，超越了具体的应用技术而引发了改天换地的变化。我们简单看一下航空工业中的例子。早期的飞机所采用的动力是活塞发动机。后来在上个世纪三十年代末，德国率先将喷气式飞机送上了天。随后涡轮喷气发动机成为了航空动力的主角。这两种发动机在科学原理上是相同的，都是利用燃料燃烧导致气体膨胀而将热能转化为机械能。但是两者的系统级原理却完全不同。涡轮喷气发动机是航空动力系统的一次基础性系统级颠覆式创新。它所带来的进步，不是塞发动机在任何具体技术层面或使用材料的改进所能够比拟的。它给航空产业带来了划时代的变化。

图：活塞发动机与涡轮喷气发动机

区块链的出现，让我们看到了在信息技术产业，在现有的具体技术基础上的系统级创新所带来的超出想象的颠覆。我们有充分的理由相信，区块链绝不会是信息技术产业中最后一个这样的系统级创新。在信息技术产业开启了其黄金时代的大门之后，必然会有更多的、超出我们想象的、超出解决具体问题的技术层次、基于系统级的创新不断出现，为信息技术产业的发展不断开拓出超出想象的全新疆域，从而对人类社会的各个领域产生颠覆式的影响。

区块链技术与当前人工智能、大数据与云计算这个几个热点领域，并没有特别紧密的关联。当看到区块链吸引了越来越多的注意力后，许多人现在急于将其与如日中天的人工智能拉上关系，似乎要获得一种心理上的安全感，以示人工智能的无所不能、无所不包。

我们把自己对信息技术产业未来的想象集中于用信息技术去模仿人或让信息系统具有人的智能上，虽然很有道理，但是面对区块链创造的奇迹，这样的视野可能过于偏狭了。人工智能起源于用工具去实现人所具有的智能的追求，但是区块链让我们看到，信息技术系统可能会拥有人所不具有的、独特的、而且是超出我们想象的能力。这种能力是人创造出来的、与一般意义上人所具有的能力不同。信息系统的这种能力是基于人的智慧创造而且建立在对人类意识的产物—“信息”的利用之上，它是人类智能活动的物化性延伸，我们没有道理把它排斥在“智能”之外。从这个角度来看，“区块链”也当然是智能类技术，不必非要给它贴上一个“人工智能”的标签。“人工智能”并不能独自来完全代表信息技术的“智能”化未来前景。未来信息技术的应用，必然会包含大量的这种与人原有的智能无关的、机器独有的“智能”。这种“机器智能”，不仅会体现在解决具体问题的技术方法层面，更会体现在全新的系统技术原理层面，就像区块链那样。在这些智能化系统中，各种解决具体问题的技术方法，包括人工智能在内，会找到实现自己最大价值的舞台。比如，如果区块链在未来得到广泛应用，各种具体的“人工智能”或“非人工智能”的智能类技术融入其中也是必然的趋势。

图：人的智能、人工智能与机器智能

上图形象地描绘了人的智能、人工智能与机器智能之间的关系。其实，按照真实的比例机器智能应该远比图中画的还要大很多。人工智能是机器智能与人的智能的重叠，而机器智能则是应该包括所有基于信息的信息技术应用，它是对人的智能的替代、拓展与延伸。

在当今信息技术产业的热点中，与大数据和人工智能等技术相比，由于它的专业性区块链是一个相对“偏门”的技术。但正是它，给我们打开了一扇独特的观察信息技术产业未来发展的窗户，提供了一个独特的视角。它所揭示的信息技术具有的潜在可能，对我们有效地把握信息技术产业的智能化未来乃至整个人类文明的未来发展或许具有更本质而重要的意义。

当前信息技术应用系统越来越多地成为了软件的设计，与实物产品的设计开发相比，软件开发几乎是在一个无限资源的虚拟空间里的随意发挥。以至于软件设计开发甚至被认为是一种纯精神化的艺术创作过程。正是这种随意创作的自由，才出现了区块链的奇迹，也将催生更多的、超出我们今天最浪漫的想象边界的、各种不同系统规模的颠覆性系统级创新。许多系统将要实现的功能在整体上将远远超出今天我们对人工智能的期待。它们不会拥有人这样的主体地位，但是在功效上却会极大地超越人在智能上作为一个个体所能达到的高度与广度——就像辅助与延伸体能的机械性工具在体能的各个方面实现的对人的全面超越。而这些系统所具有的“智能”是将机器对人的智能的模仿与机器独有的“智能”的有机融合，在性质上将会与人的“本有智能”有重大区别，正如区块链系统展示给我们的那样。这些系统正在被逐步创造出来，并将形成一个空前复杂的虚拟世界。

在充分重视“传统”的、对人的智能活动模仿的人工智能具体应用技术的进展与带来的冲击的同时，我们应该展开我们的想象，更加重视基础系统级原理及相关技术的创新。信息技术产业发展的未来，将更多地由这个层面的颠覆式创新所决定。而人工智能等解决具体问题的技术，将在这些创新中，找到更好的、更大的发挥舞台。反过来，系统级创新，也为解决具体问题的技术与方法的进一步发展提高提供了强大的牵引力。

04

我们今天无法预测未来会有哪些颠覆式的系统级创新出现，就像19世纪最优秀的物理学家也无法预测20世纪初量子力学与相对论的诞生。开疆拓土的创新，来源于实践，来源于对实际问题的深刻理解与剖析，以及在此基础上系统性的理论构建与技术设计。正是面对了20世纪初物理学中两个困扰：黑体辐射与迈克尔逊—莫雷实验，普朗克才提出了破天荒的量子概念，爱因斯坦才推导出了匪夷所思的相对论。把已有的框架、技术或方法作为出发点去套问题，固然是创造价值的一条有效的途径，但是颠覆式创新，开疆拓土奇迹，确是来以问题为出发点的思考与探索的结果。量子力学与相对论是如此，区块链也是如此。区块链是因为中本聪为了解决在开放的网络上设计一个无中心的可信的现金系统的问题才被创造出来的。

从实际问题出发而不是从已有的方法出发，一直是人类科技发展的基本主线。信息技术的未来属于那些直面真实问题，而不是抱着已有的框架、技术与方法的人。

作者简介：谢耘博士，国家科技进步二等奖获得者，现任海航科技首席科学家，首都科技领军人才，清华大学电子工程系博士，教授级高级工程师。

以上内容节选自谢耘博士新书

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