非冯诺依曼网络计算体系"
本书全面深刻地剖析了计算机、互联网、移动通信三大体系的内在联系、现实瓶颈和发展趋势，在预见了一个资源丰盛条件下的新信息世界的基础上，创造性地提出一整套重构计算和网络核心技术的理论体系。该体系的核心是扬弃传统冯诺依曼结构和互联网基础协议，以一种可无限扩展、基于流水线的新一代异构网络计算架构实现计算、通信、存储的融合，建立人工智能时代的网络计算通用平台，智能分配带宽和计算资源，根本性突破算力瓶颈，满足高效实时、高并发和安全可靠的网络计算需求。本书还指出了一条完整清晰的技术路线和渐进有序的实践路径，包括从软硬件结合的计算架构入手、到大规模数据中心的改造，从小规模边缘节点间的融合计算、到最后实现全网统一，真正意义上实现可无限拓展的大一统网络计算机梦想。本书提出的非冯诺依曼网络计算体系是对计算机架构、大数据储存、宽带网络、网络安全和互联网应用等各方面的颠覆性整体解决方案，包含了上述全部内容的结构性重组，是一个承前启后的理论突破和设计创新，或将改变人工智能时代信息产业的运作方式。非冯诺依曼体系的理论技术突破和产业化落地实现，将极大推动我国自主可控战略核心底层架构的建立。
工业社会的发展历史可以概括为被机器替代的人力重构了生产关系，新的生产关系孕育出更先进的生产力。而承载着先进生产力的基础设施决定着一个国家的经济基础和国际地位。回到眼下，第三次工业革命带来个人计算机（PC）与移动计算设备的平民化，随之被解放的体力和简单脑力资源催生了互联网与移动互联网飞速发展的二十年。当量变积累成质变，我们迎来的便是第四次工业革命。信息物理系统将通信的数字技术与软件、传感器和纳米技术相结合，彻底消除物理世界与虚拟世界的边界。第四次工业革命将重度解放人脑，而被释放的脑力资源终将被再次投入创造和娱乐两个方向，从而再次重构生产关系。不难看出，在这个过程中，无论新的生产力还是新的生产关系都将大幅提升对信息计算、传输、存储的需求。支撑信息计算、传输、存储的核心基础设施之一就是算力。物理世界基础设施的建设已经成百上千年，而信息化平行世界的基础设施建设才刚刚开始。
20世纪90年代，中国通过引进先进国家的芯片和操作系统，快速使全国人民用到了高性能的
PC。当时不盲目选择、坚持发展自主技术的“民族精神”，
促使众多有识之士投入芯片和操作系统的研发中，
换来了21世纪我国成功将人口红利转化为人才红利（尤其是工程师红利）的基础。人口红利与人才红利的共同作用让中国在计算机软件、互联网和移动通信领域的基础设施建设高速发展，迅速跻身世界前列，进一步为大数据、人工智能这些信息技术明珠的璀璨埋下伏笔，同时更造就了托起这些明珠的皇冠——云计算这个世界级的新的信息基础设施。今天，对于率先迈入云计算时代的中国，这条产业链上的底层技术实现自主可控就变得势在必行,而其中最为核心的就是芯片技术。随着开源芯片架构RISC
Ⅴ的诞生，我国受制于西方已久的局面有了重大转机，而且还有足够的西方先进经验可以学习，这也是我们的后发优势。
然而半导体工艺发展至今，摩尔定律已接近尾声，工艺进步对处理器能力提升已无法匹配正呈指数级增长的算力需求。同时，现有的计算机体系结构仍沿用在资源匮乏时代诞生的冯·诺依曼结构。通用处理器CPU上运行着层层堆砌的无比复杂的软件，在多核平台保证并行性能的实现复杂度引发了第三次软件危机。换句话说，冯·诺依曼结构先天的缺陷导致其无法适应第四次工业革命生产力发展的需求。进一步提升算力最好的方法就是摒弃冯·诺依曼结构，建立新一代人工智能时代的通用网络计算体系。这也正是本书的主题。
本书由两部分组成，各自独立成篇，内容涵盖了人工智能和云计算时代的核心信息技术、非冯诺依曼网络计算体系构架以及存储、互联网和移动通信等众多热点话题。本书是对过去数十年信息技术的再思考和扬弃，包含对计算机时代、互联网时代、移动互联网时代、云时代、人工智能时代以及价值互联网时代
总体构架和演变趋势的深入分析，以及高汉中先生和我
在相关领域的自主研究和实践。但是，请您不要以为本书是一本博采众家的大杂烩。
尽管本书所涵盖的范围极广，但书中的每一个观点都与您在网上或图书馆中找到的答案截然不同。
本书的第一篇是全书的理论基础，主体内容在高汉中老师和我于
2012年出版的《云时代的信息技术——资源丰盛条件下的计算机和网络新世界》一书中已经做了基本阐述。该篇重点探讨了信息世界的三大关联领域：计算机领域、互联网领域、移动通信领域。我们着眼资源丰盛时代的算力需求，提出颠覆性的理论创新，从道的层面重新解构信息的计算、存储与传输，提出一种非冯诺依曼计算体系，定义了一种神经网络计算机。它由神经元传导协议、信息处理流水线、极多线程状态机、异构算法引擎、跨平台数据结构，以及按内容分类的信息库、文件库和媒体库结构等要素组成，使构建大一统网络成为可能。
本书的第二篇是全书的核心，篇名是“非冯诺依曼网络计算——人工智能环境下的计算和网络新体系”。该篇
是高汉中老师和我近年来进一步思考的结晶，提出了人工智能时代的通用计算网络构架，简称Rabbit系统，把实现专用芯片的思路推广到其他众多更普遍的算法上，以求实现通用的可编程硬件模式，对三项最基本的资源（带宽、算力、存储）定义了三项最基本的应用（感观网络、人工智能、镜像存储）。Rabbit的核心价值可以概括为：在计算上，突破算力资源规模瓶颈和CPU结构限制，颠覆传统计算机和软件工程；在传输上，增强实时互动能力，包括有线和无线通信，颠覆传统互联网；在存储上，建立虚拟与现实的对应空间，全面改善系统的反应能力、并发能力、反馈能力、实时性和安全性。
最后是附录，收录了过去二十余年高汉中老师和我曾经发表过的文章，
代表了我们在通信和计算领域内深入研究和自主思考的轨迹。作为行业资深工程师和理论研究者，我们对十多项孤立的热点技术的必要性和可行性进行了比较和探讨，并重点涉及三大关键领域（计算机、互联网、移动通信）的深层次原理及相应技术选择的深入研究。这也反映了我们从学习、理解，到概括，再到创新突破的全过程。
为了方便读者，在下面的内容中，我们先将本书的立论基础和核心观点提炼总结出来，其具体内容将在书中逐步展开。
1. 云时代的信息技术
众所周知，IT行业的有识之士早已看到了计算机、互联网以及无线通信技术面临的困境，但是，解决问题的出路在哪里？
多年来，由于传统束缚、惯性思维、既得利益、资源垄断、“近亲繁殖”等各种原因，IT产业过多地专注于微观层面竞争和快餐式应用，鲜有人敢于直面宏观问题的根源。经过长期研究，本书同时论述信息领域三大主题，即计算机、互联网和移动通信的发展瓶颈和重大缺陷，提出颠覆性理论和发展观。
纵观历史，计算机和网络发展过程中有许多关键的选择点，串起这些节点可以清晰地看到信息技术的进化轨迹。我们认为：在当年相对匮乏的资源环境下，这些选择是合理正确的；但今天的资源环境已经发生翻天覆地的变化。在新环境下，如果我们退回到某些关键节点，重新审视当初的决定，调整方向，做出更佳选择，将会取得创造性的跨越式发展机遇。实际上，正是我们在资源贫乏时代做出的某些短视选择，造成了长期发展的瓶颈，虽然我们后来采取了一系列补救措施，但治标不治本，导致最终陷入了如今难以自拔的境地。预见未来后而敢于后退，从而开始全新的未来发展空间，这正是颠覆性历史创新的思想纲领、跨越性发展思路的哲学本源。
具体地，本书认为，只要转换到资源充分富裕的思维模式，采用“退回去重新选择”的方法，解决当前计算机和网络难题的途径不可思议的简单，“大道至简”，遵循本书的理论、技术和推广路线图，能够对未来网络经济发展起到不可估量的进步作用。想要知道其中的秘密，以及获得相匹配的商业机会，您需要付出的代价无非是仔细阅读本书内容。如果您急于知道这个秘密，那么，可以概括为一句话：舍得扬弃过去三十年积累的传统理论和技术思路。
1) 在计算机领域
我们看到一个事实：过去五十年，可追溯到PC之前，例如今天中国铁路售票系统与四十五年前美国航空订票系统相比，计算机的运算能力累计增加数亿倍，但是，服务能力仅累计增加数百倍，这足以说明当前计算机效率不可思议的低下。
本书揭示另一个事实：一百多年前，制造业的生产流水线已经获得巨大成就，但是，今天在高科技的计算机领域，居然还在延续原始的行为模式，具体表现为串行操作的CPU硬件和洋葱式的层叠软件，系统能力受限于手艺精湛的“老师傅”，即单一的应用软件。
本书还揭示第三个事实：八十多年前，自从图灵发明有限状态自动机以后，计算机发展出了两个主要流派：以冯·诺依曼
结构为代表的独立硬件和软件体系取得了巨大的商业成功；另一派神经网络由于理论缺陷而从计算体系退化成为算法。
进入云时代，我们将看到，云端运算力主要消耗在实时多媒体内容的深度加工，以及各类人工智能的应用。传统冯·诺依曼计算体系遭遇难以逾越的瓶颈，云计算提供了技术和应用之间的天然隔离。所有事实表明：突破冯·诺依曼计算体系的时机到了。
本书第一篇提出云端信息中枢概念。一方面，通过剥离多媒体内容，将人性化环境建设指派到用户终端，拧干传统PC模式的低效率水分；另一方面，通过基于神经网络的非冯诺依曼计算机结构，拓宽传统神经网络的局限，无限扩展系统功能和规模。其贡献包括创新思维模式、计算理论和技术，充分展示了云端计算体系的完整性、新颖性和实用性。很明显，这是从第一台计算机问世以来最大的结构性变革，作为开创云时代的奠基。
2) 在互联网领域
云时代的特征是娱乐和体验，但是，当前的互联网表现出致命的缺陷：
（1） 网络传输品质不能满足观赏过程的体验；
（2） 网络下载方式不能满足同步交流的体验；
（3） 网络安全和管理不能满足视频通信内容消费产业的商业环境和计费模式。
更有甚者，在可预见的将来，上述问题在IP网络中解决无望。基本常识告诉我们，云时代的应用王国不能建立在沙滩上，千万不要忘记要寻找一片坚实的土地。过去，在人类没有掌握光纤通信技术的时代，我们看到的网络世界，包括传统的电信、有线电视、互联网和移动通信，统称为“窄带世界”。今天，我们看上去学会了光纤技术，但是，业界并没有真正理解光纤的灵魂，还没有真正进入到“宽带世界”。
什么才是光纤的灵魂？就是富裕带宽资源的终极目标是满足人类感官体验的极限。
本书认为，当前通信网络工业思维模式还停留在“窄带世界”。只有充分掌握光纤资源的灵魂，聚焦终极目标，整个网络才能进入一个完全不同的新世界，传统无线技术才能获得新生，大规模视频通信服务将成为可能。那时，才能称其为“宽带世界”。
进入云时代，我们将看到，大一统网络融合传统信息服务、媒体、通信和娱乐平台为一体，其中，还包括无线通信服务达到有线同质化水平。在坚实的大一统基础上，通信网络的主要任务从传递消息过渡到传递感官体验（传递消息占用的资源微不足道）。本书明确告诉读者，今天网络世界中的大部分热门技术，不论多好，在新世界终将成为多余。今天网络世界中无法解决的难题，不论多难，在新世界中将不复存在。本书并不提倡用“聪明”的方法试图解决当前网络的安全和品质难题，而是用“智慧”谋求本质上不存在安全和品质弊端的网络架构。本书揭示了一个具有战略价值的事实，未来网络是一片未开垦的处女地。
3) 在移动（无线）通信领域
移动通信和无线终端为消费者带来极大的便利，把网络服务推进到“泛在”的境地，必然成为IT产业兵家必争之地。但是，当前的移动业务主要局限在填充消费者的“碎片化”时间。本书首次提出无线通信的终极目标，这就是提供有线固网同等水平的服务。一旦移动通信充分通畅，手机终端智能自然移向云端，终端进一步空洞化，导致云时代应用突飞猛进。
实现这一目标的焦点是大幅提升无线系统宽带。但是，香农信道极限理论告诉我们，当前移动通信行业所推崇的长期演进计划不能提供足够的宽带，不能满足本书所述的终极目标，即无线多媒体业务的需求。
本书认为，解决无线通信宽带不足的根本出路在于网络架构创新，或者说，微基站网络。实际上，微基站概念是相对于当前蜂窝网宏基站而言，大幅度缩小基站覆盖半径，意味着减少单个基站服务的用户数，等效于大幅度增加每个用户的可用宽带。因此，只要不断缩小基站覆盖半径，就能充分满足未来无线通信的宽带需求。
但是，这个看似简单的微基站网络包含许多复杂问题。本书详细探讨了边界自适应微基站无线通信网络的原理，指明了破解难题的基本思路和诀窍，其中包括解决微基站间的信号干扰和快速无损切换难题。根据本书的理论，无线基站就像电灯一样，天黑了，我们只需照亮个人的周边活动环境，在照明度不够的地方随意添几盏路灯，而不是复制一个人造太阳。
在此基础上，本书还附带提出“兼职无线运营商”的推广模式和平灾兼容的解决方案。
2. 人工智能时代的通用计算网络构架
人类信息产业的归宿就是感官网络（通信）、人工智能（计算）和镜像空间（应用）融为一体。现有的互联网业务，只是附带的皮毛而已。而且，所谓的多媒体业务，属于内容范畴，好比在管道中传送水、酒或汽油，与网络结构无关。我们的解决方案归结为强云和弱端。下一代的目标是在遵循物理原则的前提下，达到人类想象力的边界。现在这个新时代才刚刚开始。
2003年2月，互联网兴起不久，高汉中先生撰写了《论下一代网络》一文，从九个方面评价了那时互联网发展中的独立热点技术，包括：①关于带宽与芯片的资源重组；②关于网络发展的三大法则；③关于多媒体网络的错误；④关于QoS的错误；⑤关于IP为王（Everything over IP）的错误；⑥关于网络兼容性和标准的误区；⑦关于保护原有投资的误区（兼论软交换、VoIP、IPv6的错误）；⑧关于接入网之争；⑨关于网络的收费机制和商业模式。
2012年，高汉中先生和我联合出版了《云时代的信息技术》一书，书中不再谈论前面那些孤立的技术问题，而是重点探讨信息世界三个不同的关联领域，并从中提取系统精华，探索应用市场，涵盖计算机领域、互联网领域和移动通信领域。该书进一步揭示出这三大领域是不能分离的。计算机、存储空间、互联网和移动通信，必将是一个从底层深度融合的整体。类似于19世纪机械电力相关技术发展，20世纪的信息相关技术发展，将会扩展到21世纪生物和人工智能相关技术发展。未来想去遥远的星球旅行，只要把我们的思维和肉体结构文件打包，通过原子比特转换器，并以光速发送，到了那里再把比特转回原子就可以了。
根据第一性原理，我们的系统架构只是对三项最基本的资源（带宽、算力、存储），定义了三项最基本的应用（感观网络、人工智能、镜像存储）。只有这种基本的资源、规则、流程和算法，不受CPU制约，才具备宽泛的承载能力，最大限度地承载人类信息世界的终极应用。本书第二篇提出的人工智能时代的、基于非冯诺依曼构架的通用计算网络体系，简称Rabbit系统，将同时颠覆计算机、互联网和移动通信产业。
当然，如果我们与多个相关的行业协会讨论跨越互联网话题，这无异于与虎谋皮。唯一的出路是像乔布斯和盖茨一样，按照自己的认知，抛开当时AT&T和IBM垄断的清规戒律，直接开辟全新市场，建立全新的事实标准。同样情况，乔布斯定义了苹果系统，盖茨与Intel定义了Wintel系统，雅虎和谷歌定义了搜索系统，谷歌定义了安卓+ARM系统。类似事件还有很多，不是孤立的特例，而是创新领域的普遍规律。
下一个阶段，我们也将定义新的事实标准，开辟超越计算机和互联网的全新市场，引导我们进入感官网络、人工智能和镜像空间的新时代。如前所述，我们面对的是一个不可分割的系统，为了描述未来信息社会的技术生态，只需通过本书第二篇的6章，每章5节，垂直解读这个结构单一而功能齐全的系统，包括：①系统理念和进化；②网络资源和结构；③硬件设备和无线连接；④系统管理和服务流程；⑤开发编程和应用环境；⑥总结和展望：画龙点睛。
希望本书为读者带来全新的视角。实际上，Rabbit系统移除不必要的边界和复杂的协议，把结构简化到极致。与此同时，功能远超传统互联网和计算机，尤其是Rabbit编程设计远比大家想象得简单。关于Rabbit系统的具体细节，您需要通过阅读本书的第二篇来获得，此处不再赘述。
3. 本书为何与众不同
诚如上文分析，难道积累了几十年的传统IT技术都错了吗？当然不是，传统技术在资源贫乏的前提下都是合理的。但是，时代变了，资源和需求的关系发生了根本性颠倒，我们进入了资源丰盛的新时代。
正如当人们认识到空间曲率，就需要将欧氏几何
（欧几里得几何，以下简称欧氏几何）发展到非欧几何
（非欧几里得几何，以下简称非欧几何），当人们要研究微观或宏观世界，就需要从经典牛顿力学发展到量子力学和相对论，同样地，当网络空间发展到人工智能、万物互联的时代，为了满足资源丰盛时代超高并发和流量、超低
时延、超高可靠性的算力需求和通信需求，我们就必须突破冯·诺依曼结构的束缚，建立非冯诺依曼结构的网络计算体系。
本书与众不同之处在于用新思维模式看世界，通过终极目标导向，假设已经到了未来世界，回头再看IT产业的发展轨迹，云时代的信息技术自然变得清晰可见。
我们知道，信息产业的基础资源（算力、存储、带宽）代表了日新月异的科技成果，是一个不断增长的“激变量”；人类接受外界信息的能力决定于百万年漫长进化的人体生理结构，它是一个基本恒定的“缓变量”。今天我们看到的各种高科技应用，无非是多了一个电子化和远程连接，其实早就出现在古代的童话和神鬼故事中，今天的科幻电影无非是把老故事讲得更加生动和逼真。站在历史大跨度，从三星堆出土的“千里眼顺风耳”大面具，到好莱坞大片《阿凡达》，人类远程通信的基本需求五千多年未变。可以推测，未来几百年也基本不会变。从古到今，这些丰富的想象力代表了人类信息需求和文明的极限。
显然，“信息资源”和“信息需求”是两个独立物理量，不可能同步进化，因此，两者轨迹必然存在交叉点。
在交叉点之前，信息资源低于需求极限，信息产业发展遵循窄带理论，每次资源的增加都能带来应用需求的同步增长。因此，人们习惯于渐进式思维模式，
这个时代或称为资源贫乏时代。
一旦越过交叉点，独立的信息资源增长超过需求极限，很快出现永久性过剩，信息资源像空气一样丰富。此时，必然导致思维模式的转变，出现颠覆性的理论和技术。消除了信息资源限制以后，信息化从知性到感性的大转折成为必然。从此，人类信息化将进入一个完全不同的新世界，或称为资源丰盛时代。
在资源贫乏时代，为了节约资源，不同需求按品质划分，占用不同程度的资源。因此，资源决定了需求，我们必然看到无数种不同的需求。
在资源丰盛时代，当我们把品质推向极致，原来无数种不同的品质反而简化成单一需求，这就是满足人体的感官极限。也就是说，人体感官的极限决定需求。当然，原先资源贫乏世界的全部服务需求都会继续保留，但是，在数据量上将沦为微不足道的附庸。
在当今信息产业普遍产能过剩、云计算和互联网走向迷茫、全球经济低迷的形势下，跳出旧世界的思想桎梏，站在新世界观察问题，结果当然大不相同。好比您向古代人介绍今天的交通工具，一些理所当然的基本常识，例如汽车和飞机，但是，古代人会觉得不可思议。
4. 本书的价值和定位
本书全面论述了云计算、互联网、移动通信的理论基础。事实证明，过去许多年三大产业独立发展，前景迷茫难有进步。本书通过突破传统的思维模式，通盘考虑多个跨领域难题，互为依托，效果倍增，同时颠覆三大领域的理论架构，自然形成本质可信赖的安全体系。
实际上，颠覆性的替代技术我们见得不少，信手拈来：PC替代王安的文字处理机，互联网替代传统电信，DVD替代录像带，USB存储替代计算机软盘，手机替代传呼机，MP3替代随身听，数码相机替代胶片……值得注意的是，上述被替代的技术都能满足当时的用户需求，表面看很强大，具备长期发展的经历和稳固的市场地位。但是，实际上很脆弱，鼎盛时期毫无先兆地被新技术彻底颠覆，整个过程不过短短几年时间。因此，千万不要迷信当前的权威理论和不可一世的市场地位。
本书重点论述在资源充分丰盛的条件下，IT产业基础的颠覆性替代技术及其必然性。读者能从本书得到多少资讯、理解到什么程度取决于自身的知识和经验。本书提出的各种创新设计思路，基本上都经过了实践验证。显然，限于篇幅本书不是一本设计手册，更不是一本科普读物。
本书未触及用户终端设计，云计算的初级应用已经导致PC终端功能弱化。可以推测，随着通信网络的实时性和透明度不断提升，终端硬件和软件功能移到几百公里外的城市云中心，理论上，无非是增加几毫秒延迟。相对人类的生理反应时间，这点延迟可以忽略不计。然而，智能功能移到云端必然带来无法抗拒的优势。实际上，复杂智能手机就是把赌注押在网络品质永不通畅的假设上，显然，这个假设迟早不成立。本书认为，随着终端进一步空间化，终端操作系统的技术屏障弱化，最终下降为简单接口。当前的趋势显示，甚至通用的浏览器可能被撕裂成为多种用户端软插件，成为终端界面上的众多图标之一。也就是说，操作系统和浏览器的重要性固然存在，但是经济价值逐渐丧失。
本书未触及人工智能和视频压缩等算法，在云端计算平台上，系统的“聪明”程度取决于算法，而实现算法的手段不限于软件。
本书也未触及具体细分化的应用技术和推广模式，当然，在体系创新之下，云时代应用将迎来新一轮的蓬勃发展，为我们每个人带来新的应用服务、新的商业模式以及新的生活方式。
本书最大的期望是为云和人工智能时代计算机和互联网整合最有力的资源，推动全球IT经济。并且，说服计算机、电信、有线电视、互联网和移动通信行业的决策者和专家们，站在终极目标的高度，不难发现过去许多年视为至宝的技术，其实是云时代IT经济发展的绊脚石。积极推进信息中枢和大一统互联网，不仅能从根本上解决当前的难题，同时也可以以不可思议的简单和低成本，大幅度超越传统和远景规划中的全部服务能力。
对于有志在云和人工智能时代计算机和互联网平台开展各类应用的工程师们，通过阅读本书，了解未来平台的架构和原理，有助于激发创新灵感。
本书向IT业内人士提供一个了解行业发展的新视角，对于打破僵化思维、呼吸新鲜空气大有好处。我们应当学会不盲从众人的观点，学会质疑流行的看法和权威人士的意见，以事实为依据，以历史为鉴，严谨逻辑推理，形成自己的结论。
本书能够在2021年新春顺利问世，首先要感谢高度重视本书并为本书审稿和作序的多位领导和专家，包括第十二届全国政协教科文卫体委员会主任、国务院发展研究中心原主任张玉台，公安部原副部长、国家网信办原副主任陈智敏，原国家信息化领导小组办公室副主任、住建部原副部长陈大卫，科技日报社原社长、国际欧亚科学院院士张景安，中共中央宣传部原秘书长官景辉，科技部原秘书长、原国务院参事石定环，以及孙家广、方滨兴、沈昌祥、张亚勤、倪光南、刘韵洁、邬江兴、林垂宙、解思深、李乐民、陈国良、郑纬民、赵春江、邓中翰、任福继等十数位中国工程院、科学院两院院士和国际院士。感谢清华大学出版社的大力支持，以及编辑们的辛勤编校。还要感谢参与本书编写的
其他几位作者，汝聪翀、王卓然、马传军和姚正斌以及
谭兴晔、刘星妍、邓丽凤、乔雪红、李昕萌和杨青等飞诺团队成员，还有中国云体系产业创新战略联盟、清华海峡研究院等机构的支持和帮助。
过去未去，未来已来。
全球正迎来科技革命与产业革命交汇的重大历史机遇期，
面对这个技术改变世界的大时代，新一代信息技术不再是支撑一个个单独孤立的产业，而是以一种前所未有的姿态站在全产业链的最高顶点，成为所有产业共同的技术平台。这场信息革命的影响无疑将是方方面面的、无孔不入的、裂变式爆发的。它将引发新一轮技术革命、产业革命和社会变革，使人跨越时间空间，使物理世界和虚拟世界深度融合，使经济模式和生产力发展产生质的飞跃。全球各个国家的竞争力也会随之重新洗牌，
中国同样处于百年未有之大变局和重大战略机遇期，正全力实施创新驱动发展战略。
我们每个人都身处“科技引领未来，创新改变世界”的伟大时代，挑战与机遇并存，压力与动力同在。
习近平总书记在党的十九大报告中代表党中央为我们规划了建设世界科技强国和实现社会主义现代化强国目标的蓝图，并提出了实现两个一百年的目标，他特别提出的“创新是引领发展的第一动力，是建设现代化经济体系的战略支撑”“科技是核心战斗力”等划时代论断，言犹在耳。我国积累了二十年的人才红利，至少可延续十年的人口红利，未来二十年仍有发达国家先进经验可供学习的后发优势，这些注定第四次工业革命是中国巨大的历史机遇。尤其
值得强调的是，我们在专用芯片领域与西方的差距已日益缩小，在通信芯片上甚至正在赶超。而云计算时代使Linux类开源云操作系统的地位日益提升，终将弱化Windows、安卓等个人操作系统的垄断。这一切都意味着我国在信息基础设施建设上并无明显劣势，而计算机与网络架构的自主创新更是实现“弯道超车”的必争之地，且有望彻底解决网络的可控与安全问题。
本书出版之时，正值“新基建”（新型基础设施建设）如火如荼开展之际。新型基础设施主要包括三方面内容：一是信息基础设施，包括以5G、物联网、工业互联网、卫星互联网为代表的通信网络基础设施，以人工智能、云计算、区块链等为代表的新技术基础设施和以数据中心、智能计算中心为代表的算力基础设施等；二是融合基础设施，主要指深度应用互联网、大数据、人工智能等技术，支撑传统基础设施转型升级，进而形成的融合基础设施，比如智能交通基础设施、智慧能源基础设施等；三是创新基础设施，主要是指支撑科学研究、技术开发、产品研制的具有公益属性的基础设施，比如重大科技基础设施、科教基础设施、产业技术创新基础设施等。
中国向来将基础设施建设作为社会发展的重要支撑，相比传统基建，科技创新驱动、数字化、信息网络这三个要素是所有关于
“新基建”认知中的最大公约数，信息基础设施建设和融合应用将是中国下一步经济发展的主要路径。同时，“新基建”作为面向产业、面向国家竞争力的建设，必须在规划上适度超前，一方面激活现有产业链的内部需求，另一方面也为未来五年、十年的创新发展提供动力和场景供给。作为一项系统性工程，“新基建”不能一蹴而就，也非政府一己之力可以完成，需要汇聚各方智慧和力量，持续推进。通过科学规划，不断探索监管方式，深化体制机制改革，充分激活市场内生动力和创新活力，进而带动新型基础设施和传统基础设施融合升级发展，就一定能从更大范围、更深层次增强综合国力，为新一轮国际竞争积蓄新能量。
回顾整个信息产业的历史，本质上就是计算（或称算力）、存储和网络三大基础性资源不断发展且相互博弈的历史，创新始终是引领发展的第一动力。展望呼之欲出的人工智能新时代，我们坚信，整个信息和通信的理论和应用将被重新构造，关键信息基础设施关涉国家核心利益，重大科技创新突破成为最核心竞争力，是国之重器、国之利器。
在这一伟大变革之际，我们既需要“创造性毁灭者”的远见和气魄，也需要“海纳百川，图大则缓”的胸怀和定力。赢得胜利的关键，在于在对全局融会贯通的基础上，扬弃既有体制的心态和技术，以划时代的理论指导划时代的实践！“雄关漫道真如铁，而今迈步从头越”，观历史潮流，浩浩汤汤，“数风流人物，还看今朝”，“天若有情天亦老，人间正道是沧桑”，“待到山花烂漫时”，我在丛中笑。
希望本书能抛砖引玉，在资源丰盛时代的新思维指引下，在创新驱动发展的变革大时代中，推动信息产业的自主技术创新和产业跨越升级，为中国现代化建设的伟大事业和中华民族的伟大复兴略尽绵薄之力。
2020年12月于北京
第一篇云时代的信息技术——资源丰盛条件下的
计算机和网络新工具
第1章计算机体系结构的发展00
1.1信息技术的发展历程00
1.1.1半导体技术的发展进程00
1.1.2摩尔定律和登纳德缩放定律00
1.1.3冯·诺依曼体系结构00
1.1.4计算机架构的演进0
1.1.5互联网的发展历史0
1.1.6互联网面临的问题0
1.1.7人工智能的发展历史0
1.1.8区块链发展历史0
1.1.9冯·诺依曼结构对人工智能发展的局限0
1.2非冯诺依曼计算机体系的探索0
1.2.1新的物理介质催生新的架构0
1.2.2计算架构的创新0
1.2.3网络架构的创新0
1.3未来的网络计算体系0
第2章论道云计算0
2.1冷眼看云计算0
2.2展望云计算的高级阶段0
2.2.1两种思维模式0
2.2.2三大终极目标0
2.3云时代的终极网络：大一统互联网0
2.4从PC时代的数据库过渡到云时代的信息中枢0
2.4.1要解构传统数据库的原因0
2.4.2解构传统数据库的方法0
2.4.3要建设信息中枢的原因0
2.4.4建设信息中枢的方法0
2.5迈向统一云的过程：信息黑洞效应0
2.6社会效应：信息化促进社会公平和诚信0
第3章再论资源、需求和工具0
3.1解读美国信息化历史，推测未来发展路线图0
3.2重温Microcosm和Telecosm0
3.2.1四件大事所传递的信息0
3.2.2宽带网络的价值在于消耗0
3.2.3云计算改变生态环境0
3.3开发信息产业需求的海洋：从知性到感性大转折0
3.3.1人体生理结构的秘密0
3.3.2暴增的新需求必然打碎原有的行业秩序0
第4章大数据和云存储0
4.1云端存储系统0
4.1.1云存储创新之一：解构传统数据库0
4.1.2云存储创新之二：剥离多媒体内容0
4.2跨平台数据结构0
4.3信息库设计(裸信息)0
4.4文件库设计(多媒体文件)0
4.5媒体库设计(视频流媒体)0
第5章云时代的计算技术0
5.1云端计算结构创新0
5.2从解构传统数据库到创立非冯诺依曼计算体系0
5.2.1神经网络结构0
5.2.2传统神经网络缺少什么0
5.3极多线程状态机0
5.3.1极多线程状态机的工作原理0
5.3.2面向云计算应用环境0
5.4信息处理流水线0
5.4.1应用软件的价值在哪里0
5.4.2未来的网络应用会更加复杂吗0
5.5异构算法引擎0
5.5.1算法不是软件0
5.5.2从试管和白鼠探索软件硬化之路0
5.6神经元传导协议0
5.6.1基本协议栈0
5.6.2关于信息安全0
5.6.3关于电视、计算机、手机的三屏融合0
第6章云时代的大一统互联网0
6.1大一统网络世界观0
6.1.1多媒体网络是个伪命题0
6.1.2通信网络的终极目标0
6.2Isenberg和Metcalfe缺少什么0
6.2.1两个阵营的叛逆者0
6.2.2笨网理论错在哪里0
6.3七层结构模型是网络弊端的总根源0
6.3.1七层结构模型源自窄带网络环境，今天已经无此必要0
6.3.2七层结构违背网络管理基本原则，导致不可弥补的安全漏洞0
6.3.3大一统网络定义的三层结构模型是未来网络的普遍基础
6.4互联网IP和路由器是大一统网络的绊脚石
6.4.1四段通俗故事揭示IP互联网真相
6.4.2IP路由器错在哪里
6.4.3IP视频通信服务还有多远
6.5IPv6(NGI)的变革和局限
6.5.1学术界的派别
6.5.2变革性的过渡方案
6.5.3无奈的事实
6.6迷失方向的GENI：网络学术误区
6.6.1黑洞效应就是通信网络的归宿
6.6.2网络和计算机辨析
6.7未来网络发展观
6.7.1从ATM看NGN再看IMS，跳出“多媒体网络”陷阱
6.7.2认识通信网络的互斥二元论，跳出“IP网络”陷阱
6.7.3建设透明管道，跳出“智能化网络”陷阱
6.7.4两种发展观
6.7.5大一统网络技术平台的领导者
6.7.6奠定大一统网络的理论基础
6.8创建大一统的通信王国
6.8.1再次改造以太网
6.8.2流媒体网络交换机
6.8.3网络品质保证的充分条件
6.8.4网络安全的充分条件
6.8.5定义网络管理的新高度
6.8.6异构网络融合原则与孤岛价值
6.9大一统互联网的推广路线图
6.9.1透明承载IP数据，吸纳区域有线电视的大流量
6.9.2用户自建不一样的无线通信
6.9.3白赚一棵摇钱树：用户之间的视频通信仅需下载软件
6.9.4迈向真正的大一统
第7章边界自适应微基站无线通信网络
7.1无线领域的两大阵营
7.1.1移动通信
7.1.2无线局域网
7.2无线通信的终极目标：有线同质化服务
7.2.1基本功课就是两个简单的问题
7.2.23GPPLTE的技术文档中得出的结论
7.3解读香农信道极限理论
7.4把微基站理念发挥到极致
7.4.1微基站网络的设计策略
7.4.2中心控制时分多址技术
7.4.3兼职无线运营商
7.4.4重大灾难时不间断无线通信服务
第8章云时代的终极目标
8.1云时代信息化的制高点：信息中枢和大一统网络
8.1.1资源驱动的云时代
8.1.2信息中枢和大一统网络两极分化
8.2解读狭义网络经济和广义网络经济
8.2.1狭义网络经济总量
8.2.2广义网络经济总量
8.3探讨大一统互联网的商业模式
8.4云时代的发展方向是产业融合
第二篇非冯诺依曼网络计算——人工智能环境下的
计算和网络新体系
第9章系统理念和进化
9.1下一代计算机、互联网和移动通信
9.1.1颠覆CPU和传统软件
9.1.2扬弃路由器和TCP/IP
9.1.3超越无线蜂窝网络
9.1.4Rabbit 重新定义信息产业
9.2大数据触及冯·诺依曼瓶颈
9.3计算机的源头和归宿
9.3.1计算机历史博物馆
9.3.2独立计算机的隐退
9.3.3计算机的三种传承关系
9.4即将发生的大事
9.4.1云端数据中心的兴起
9.4.2无边的非冯诺依曼计算
9.4.3重新定义系统软件
9.4.4重新定义系统硬件
9.4.5Rabbit系统三要素
9.5信息时代的三个阶段：过去、现在和未来
9.5.1第一阶段：过去=电话网络+计算机文字和数据
9.5.2第二阶段：现在=多媒体网络+计算机信息处理
9.5.3第三阶段：未来=感官网络+人工智能+镜像空间
第10章网络资源和结构
10.1走向资源的海洋
10.1.1开发结构化资源
10.1.2探索互联网以后
10.2创新无CPU和无边界的计算系统
10.2.1消除CPU边界
10.2.2无CPU的计算机结构和任务
10.3创新统一的网络结构
10.3.1分层环路拓扑结构
10.3.2外骨骼引入创新业务
10.4创新资源管理体系
10.4.1驱动创新的引擎
10.4.2统一数据结构：采控、传输、交换、存储、计算、管理
10.4.3统一资源定位
10.4.4统一路由规则
10.5下一代计算和网络的联合体
10.5.1突破互联网惯性思维
10.5.2未来网络功能单一化
10.5.3整合两大应用体系
第11章硬件设备和无线连接
11.1直奔计算机的终极目标
11.1.170多年的老问题
11.1.2解决难题的新思路
11.1.3扩大万倍算力
11.2Rabbit流水线结构
11.2.1从CPU到流水线
11.2.2算法不是软件
11.2.3从试管和白鼠探索软件硬化之路
11.2.4异构算法引擎
11.2.5FPGA功能进化
11.3Rabbit无线网络
11.3.1换一个角度解读香农理论
11.3.2前端追求低频密集复用
11.3.3后端追求高频无限带宽
11.3.4兼职无线运营商
11.3.5灾难时的不间断应急通信
11.4Rabbit终端设备
11.4.1借用互联网现有资源
11.4.2智能手机退出舞台
11.4.3Rabbit广义终端
11.5Rabbit云端设备
11.5.1Rabbit云端基本元素
11.5.2运算交换一体机
11.5.3存储交换一体机
11.5.4两种电路板随机分布的机箱设计
第12章系统管理和服务流程
12.1Rabbit服务管理流程
12.1.1统一四步服务合约
12.1.2用户注册和入网
12.1.3与互联网共存和竞争
12.2Rabbit内容管理流程
12.2.1媒体插件管理
12.2.2设备端读写和文件调度
12.2.3智能插件管理
12.2.4商品插件管理
12.2.5系统流程管理
12.3Rabbit网络管理流程
12.3.1独立设备管理流程
12.3.2设备内部健康管理
12.3.3网络管理的功能和性能
12.4Rabbit安全管理流程
12.4.1杜绝仿冒
12.4.2杜绝黑客
12.4.3隔离数据包
12.4.4切断自由连接
12.4.5通信协议中植入商业规则
12.5Rabbit云端操作界面
12.5.1多窗口操作管理界面
12.5.2文字信息交互
12.5.3几何图形语言开发工具
12.5.4拓扑矢量图
第13章开发编程和应用环境
13.1Rabbit新概念体系
13.1.1新概念服务流程
13.1.2新概念编程策略
13.1.3新概念标准化原则
13.1.4为什么Rabbit是最佳系统结构
13.1.5Rabbit定义的人工智能
13.1.6Rabbit生态系统
13.2Rabbit系统的基本结构
13.2.1人工智能催生Rabbit系统
13.2.2Rabbit结构简图
13.2.3Rabbit功能简图
13.2.4Rabbit流程简图
13.2.5Rabbit资源共享环境
13.2.6硬件模块入网
13.3Rabbit流程类软件开发
13.3.1再论Rabbit新概念软件
13.3.2全面承载和发展互联网业务
13.3.3互联网资源回收和再利用
13.3.4关于FPGA、ASIC、CPU等的使用价值
13.4Rabbit算法类软件开发
13.4.1算法模块效果评估
13.4.2Rabbit多窗口操作界面
13.4.3Rabbit算法模块开发环境
13.4.4建立Rabbit标准模块库
13.4.5人工智能的市场
13.5Rabbit社会资源和开发环境
13.5.1Rabbit的机会
13.5.2Rabbit的社会资源
13.5.3Rabbit的生态圈
13.5.4Rabbit的价值
第14章总结和展望： 画龙点睛
14.1大势所趋
14.2新概念解决方案
14.3信息产业的笼子
14.4Rabbit的商业定位
14.5Rabbit的行动计划
14.5.1分析信息产业发展轨迹，论证Rabbit目标
14.5.2Rabbit系统引导和落实第三次变迁的发展战略
附录A论下一代网络
附录B论边界自适应微基站网络
附录C云时代的信息中枢
附录D云时代的通信网络
附录E云时代的智能终端
附录F探索云时代市场需求的海洋
附录G云计算体系概论
附录H用CPS引导制造业转型
附录I信息政略： 信息社会的战略中枢
附录J数学分析与应用研究
参考文献
作者介绍
1.颠覆传统冯诺依曼网络计算体系 2.资源充分丰盛条件下，IT产业基础的颠覆性替代技术，及其必然性 3.建立我国自主可控的基础技术
沈寓实，博士，MBA，教授，国家级特聘专家，自然科学研究员，北京市“海聚工程”特聘专家，中关村高端领军人才，国家级人才计划评审专家，“中国改革开放海归40年100人”入选者。拥有中国清华大学电子工程学士学位，美国加州大学圣迭戈分校（Univ. of CA，San Diego）电子计算机硕士和博士学位，美国华盛顿大学（Univ. of WA）工商管理学硕士学位。 在ICT领域有20年以上的科研、研发和管理经验，网络空间战略专家，云计算、人工智能 2006年加盟微软美国总部，曾任微软高级构架师、微软全球华人协会（CHIME）主席、微软亚洲人力资源总会主席、微软云计算中国区总监等职务；是微软印度多媒体支持中心创始人之一，微软创投加速器评委和专家导师，也是将微软公有云平台（Azure）和服务（Office365）落地中国并完成微软云在华完整布局的重要成员之一。 2015年底加盟世纪互联，历任集团副总裁、（云）首席技术官、战略合作中心总经理、网络安全第一负责人、信息技术高级顾问、首席专家等职务；是世纪互联集团混合IT体系、赋能平台体系、区块链体系和科技创新体系的主要创建人之一，并曾兼任紫光互联科技首席战略官、启迪链网科技首席科学家。 现任清华海峡研究院智能网络计算实验室主任，飞诺门阵科技公司创始人、董事长及首席科学家；兼任中国云体系产业创新战略联盟秘书长、全国侨联青年委员会副秘书长、国际云安全联盟（CSA）大中华区秘书长、中国云安全与新兴技术安全创新联盟副理事长、工业和信息化部信息通信经济专家委员会委员、中国智慧城市发展研究中心特聘研究员、清华大学互联网产业研究院研究员、北京大学国家发展研究院特聘导师、中国人民大学CIO研究院高级研究员等职务。 著有《云计算360度：微软专家纵论产业变革》、《云时代的信息技术：资源丰盛条件下的计算机和网络新世界》等近10部中英文专著。在国际期刊发表论文数十篇，担任电子和计算机工程领域十几个SCI收录的专业期刊或会议的专业论文评审员。曾荣获“杰出海外留学生”奖（2006年），“年度信息化突出贡献人物奖”和“中国行业信息化领军人物奖”（2015年），“中国服务外包行业年度十大人物”（2016年），“中国产学研合作创新奖”（2017年），“纪念改革开放四十周年?中国软件和信息服务业发展卓越贡献人物”、“中国新型智慧城市十大领军人物”、“年度推动新一代信息技术创新发展突出贡献人物”和“年度区块链技术杰出领军人物”（2018年），“中国信息界年度杰出贡献十大年度人物”（2019年），“双星汇年度盛典创业之星”和“中国双创典型人物”（2020年）。
