砺道智库  玉明 2023-11-02 23:50 发表于北京

兰德公司10月30日发布报告《数字基础设施的另一种未来》，阐述全球数字基础设施（DI）竞争的情况，分析数字基础设施技术关键因素，并评估了2050年的发展趋势。

兰德定义并描述了数字基础设施——由硬件和软件元素组成的网络，以数字方式处理、存储和传输数据——及其相关的基础元素(微芯片、标准)。兰德发现与数字情报相关的数字军民两用技术可以作为军事态势和存在的力量倍增器，并创造关键的情报优势。鉴于传统的权力要素(军事、经济、信息、人口)越来越多地受到数字基础建设的影响，一个国家对数字基础建设及其相关数据的所有权、使用权和控制权 (OAC)可能对大国竞争和冲突产生影响。

第二次世界大战后，美国在数字基础建设的各个方面都处于领先地位，但随着时间的推移，数字基础建设的领导地位变得更加分散，竞争更加激烈。

数字基础设施的国际使用和采用

不同国家、公司和人群采用和使用数字基础建设技术的方式创造了全球数字基础建设的布局或足迹。这些变量告知不同的数字基础建设期货可能如何演变，并保持投机性质。此外，我们使用这些变量来试图了解哪些因素可能影响其他参与者如何看待数字基础建设技术以及他们选择一个技术提供商而不是另一个的决定。这种竞争因素自然源于技术的发展。支持国际使用和采用数字基础建设的变量如下:

海外数字基础建设战略

与盟友和伙伴的关系

首先，一个国家在海外销售数字基础建设的战略可能会影响数字基础建设的国际使用和采用。我们设想了一系列环境中的变量，从全面的国家级数字基础建设海外战略到不存在的海外数字基础建设销售方法。这一变量的内在因素是中国和美国的数字丝绸之路(DSR)倡议之间的对比。6美国政府目前没有类似于中国DSR的倡议。然而，这种情况将来可能会改变。我们在这里注意到，美国海外数字基础建设战略的缺乏可能不是不利的，而仅仅是两个国家从自上而下的角度看待技术的不对称。

第二，一个国家与其他国家的关系可能会影响到如何在全球范围内采用数字基础建设。例如，虽然美国目前没有像中国DSR那样的自上而下的系统化的数字基础建设方法，但它确实与其他国家有关系，可以影响这些国家如何采纳和使用数字基础建设。

数字基础设施技术

在19世纪电话和无线电发明后，人类扩展了远距离交流的能力。最初，这种通信基础设施基于模拟技术，只能传输有限的信息量。在1969年国防部在高级研究计划局网络(ARPANET)项目中发明了数字通信之后，通信网络的能力急剧扩展。数字基础建设现在覆盖全球，包括四种类型的网络:地面、无线、海底电缆和卫星。

地面网络

地面网络用于连接数据中心、云计算基础设施、个人电脑、服务器以及各种消费和工业设备。地面网络还用于访问、监控和控制关键基础设施，如供水设施、石油和天然气提炼厂、发电厂和电网。现代地面网络是数字化的；它们以数字方式处理、存储和传输数据。现代地面网络基于互联网通信协议标准，而传统地面网络基于较旧的7号信令系统(SS7)标准，以及适用于较低层“技术堆栈”的其他技术标准。这两套技术标准使不同电信公司或互联网服务提供商拥有和经营的地面网络之间能够实现全球连接。最初开发SS7标准是为了支持具有指定电话号码的用户设备之间的语音和低数据速率通信。在SS7网络中，用户设备(例如，传统电话)使用电线或有线线路连接到中心局或本地交换交换机。传统的地面网络使用铜线(即双绞线)。

互联网的发明使用户能够通过各种通信设备连接到网络，包括PC、服务器、智能电视和移动设备。互联网技术的快速发展支持了互联网基础设施提供商之间的良性竞争，这导致电信公司将其网络融合到基于核心互联网协议的单一系统中。今天，互联网为地面网络提供了基础。现代地面网络不再使用双绞线，而是使用更高容量的同轴电缆或光纤链路。互联网的关键创新之一是分散信息交换和将信息分解成数据包。互联网路由器和交换机的使用使得互联网更加灵活、容错和自适应。开发了新的通信标准来支持局域网(LAN)、广域网(wan)和城域网(man)中的高容量通信。以太网收发器通常用于局域网。PC、打印机和服务器使用以太网收发器连接到局域网。高容量广域网和城域网可以使用各种收发器，并且越来越多地使用光收发器。

地面网络中的光纤子网支持非常高容量的通信链路，并形成大型国家级地面网络的主干。光收发器在光纤中以光脉冲的形式传输数据。地面网络中的长距离光纤链路可能使用光学中继器来确保数据不会在长距离光纤链路中丢失。

无线网络

从最早的版本到2022年无线电信提供商在全球推出5G蜂窝网络，无线蜂窝网络的能力已经有了显著增长。与以前的无线网络相比，5G网络将以更低的延迟向更多的最终用户设备提供更高容量的链路。5G网络的关键组件分为核心网络服务器、边缘服务器以及无线接入网络(RAN)的基站和天线。与早期的蜂窝网络相比，5G网络越来越多地由软件定义，因此其核心功能可以在基于云的基础设施中提供和托管。软件定义的基于云的5G核心服务器可以根据不断变化的用户需求条件进行扩展和缩减，使蜂窝网络提供商能够节省硬件成本。

5G网络将为更广泛的终端用户设备提供连接，如手机和平板电脑、物联网(IoT)设备和联网自动驾驶汽车。美国电信提供商可以访问所有类型的5G网络组件的值得信赖的供应链。然而，美国公司仅在一个领域领先，即路由器和交换机。美国必须依赖外国供应商提供5G无线基站和核心网络服务器。

海底电缆网络

各大洲之间传输的互联网流量的97%是通过海底电缆网络传输的。最新、最先进的海底电缆仅使用24股光纤丝就可以每秒传输数百万亿字节的数据。海底电缆是战略资产，在海底建造和安装需要数亿美元。美国政府密切关注太平洋海底电缆的所有权和着陆点。最近，一条由谷歌和脸书部分拥有的电缆的终端在美国，另一个登陆点在菲律宾，它的延伸部分将登陆香港。美国境内的海底电缆通常由美国私营公司共同所有，如谷歌或亚马逊。此类海底电缆的其他所有者通常是位于电缆着陆点所在国家的私营公司或电信公司。

位于海岸附近和大陆架上的电缆部分通常被铠装以保护它们免受断裂或来自船锚和鲨鱼的切割。在深水中，电缆通常没有铠装，重量轻得多。许多铺设在世界主要海洋下面的海底电缆长达数千公里，因此，携带信息的光信号在这样的距离上会衰减，除非它们被周期性地放大或转发，否则在接收着陆点是无法破译的。因此，如图所示，沿着海底电缆安装光学中继器。光学中继器需要大量的功率；因此，海底电缆需要数百甚至数千千瓦的功率来驱动安装在网络中的中继器。

卫星网络

通信卫星在全球数字基础建设中发挥着越来越重要的作用。它们提供与固定设施(可能远离高容量地面或无线网络)和移动平台(如飞机、船只和地面车辆)的通信链接。随着时间的推移，商业通信卫星(COMSAT)的能力有了很大的发展，其发展模式类似于数字基础建设的其他部分。与早期的系统相比，最新一代的通信卫星提供了更大的容量，可以支持更多的用户。

截至2022年8月，太空中有超过4,800颗卫星，随着更多公司进入市场，这一数字将继续增加。22太空经济正在快速增长。从2012年到2021年，在轨卫星数量增长了五倍。空间领域的大部分增长来自通信卫星，因为2022年轨道上的大多数卫星(占总数的58%)都是通信卫星。据估计，到2026年，轨道上的通信卫星将提供近200兆兆字节/秒的能力。通信卫星供应商正在低地球轨道上部署新的星座，在那里通信时间延迟被减少到最低限度，从而使互联网第一次真正延伸到地球周围的空间。美国公司SpaceX在向低地球轨道部署大型通信卫星星座方面处于行业领先地位。截至2022年8月，SpaceX在低地球轨道拥有超过3,000颗Starlink通信卫星。截至2022年6月，Starlink在全球拥有超过400,000名订户。

工业界已经转向LEO通信卫星，部分原因是这些系统提供的通信时间延迟比GEO通信卫星低，还因为它们可以使用更小、更便宜的卫星提供高容量链路，这些卫星可以大规模生产，从而实现GEO通信卫星不可能实现的规模经济。

基本要素和技术

数字基础建设基于两个基本要素:微芯片和技术标准。微芯片对于传输、接收和存储数字信息是必不可少的。随着每一代更先进的微芯片的发布，以及这些微芯片被集成到数字基础建设中，数字基础建设可以在更短的时间内处理更多的信息。

技术标准定义了数字基础建设组件如何传输、处理和接收信息。数字基础建设技术标准被集成到微芯片和数字基础建设网络的软件架构中。数字基础建设技术标准还支持不同供应商的设备实现互操作，也就是说，它们可以正确解释从其他系统接收的数据。在数字基础建设的每个部分使用不同的技术标准。然而，如下所述，一些技术标准在数字基础建设中是通用的，这使得信息能够通过海底电缆从卫星无缝地流向地面或无线网络。

微芯片

微芯片是在美国发明的，并通过引入低成本个人电脑、互联网通信以及后来无数其他生成和处理数字信息的设备，帮助改变了美国经济。然而，在过去的几十年里，微芯片的生产已经转移到了海外。在2022年，全球经济中使用的大多数微芯片是在亚洲制造的，只有12%仍然是在美国制造的。35在2019年，92%的领先微芯片仅由台湾的TSMC一家公司制造，尽管美国在微芯片软件设计应用中保持着主导市场地位，并在许多但不是所有类型的半导体制造设备的生产中处于领先地位。

技术标准

国际技术标准对于通信网络至关重要，因此系统可以被设计为彼此互操作。此类标准包含许多技术细节，由国际标准开发组织(SDO)指定的专家制定。面向技术的SDO使用基于共识或投票的方法来确定技术标准的细节，在这一过程中，公司向SDO提供专有技术信息，以包含在未来的标准中。SDO使用审议程序和投票程序在竞争公司提出的不同技术方法中进行选择。

数字基础设施2050的未来

2050年的数字基础建设会是什么样子？在替代期货中，数字基础建设的优势或劣势是什么？对从现在到2050年数字基础建设如何演变的直线预测假设了一条看似合理的路径，但不同变量的相互作用可能会创造出截然不同的未来。

中国的战略举措，如数字丝绸之路(DSR)，持续整个21世纪30年代和40年代，使中国有能力在地面光纤、交换机和路由器市场、海底电缆网络和蜂窝基础设施领域竞争领导地位。中国和美国都在继续争夺数字基础建设的领导权，双方在选定的领域都有优势，但在所有领域都没有明确的领导者。

在地面网络市场，美国和中国继续争夺领导地位。中国国有企业已经开始拥有和运营许多海外地面网络，这不是美国公司积极追求的一种方式。中国国有企业在东南亚、非洲，尤其是拉丁美洲的电信市场占据主导地位。美国及其盟友和伙伴公司在欧洲、北美和亚洲部分地区仍占据主导地位。

至于海底电缆，美国大型科技公司和中国电信国有企业拥有海底电缆网络的最大份额，尽管其他国家的电信和其他公司与中国或美国公司共同拥有电缆。较少的电缆同时拥有美国和中国的所有者。双方都没有在全球海底电缆市场占据主导地位，而且在一些地区，美国海底电缆网络与中国海底电缆网络直接竞争。美国和中国都维持着海底电缆供应链，双方都没有明显的技术领先优势，尽管美国依赖西方盟友的电缆铺设船。此外，中国公司在电缆铺设方面处于领先地位，并在中国主导电信市场的地区(海洋、非洲和拉丁美洲)拥有大多数OAC着陆点。

至于无线网络，到2050年，美国还没有重新获得蜂窝基础设施市场的主要份额，而是依赖韩国和欧洲的基础设施提供商。相比之下，华为在蜂窝基础设施市场占据主导地位；在华为获得中国最先进的微芯片后，它增加了全球出口。欧洲大部分地区和所有北约国家继续遵循美国的政策，不将华为设备纳入其无线网络。

美国在其商业部门提供的新卫星网络的推动下，在太空通信领域保持着领先地位。美国通信卫星出口增长显著。美国的太空网络能力更强，但比中国的昂贵。美国公司和中国国有企业都成功地在低地球轨道部署了更有能力和竞争力的巨型星座。

此外，美国和中国都可以获得最先进的微芯片。中国对蜂窝标准机构(如3GPP)和ITU保持着强大的影响力。2050年的美国将更多的注意力放在国际SDO上，因此美国和中国都在决定数字基础建设设计的关键SDO中保持有影响力的角色。美国卫星公司和中国公司一样，仍然可以使用世界大部分地区的关键频段。然而，美国和中国的航天公司较少依赖国际标准，并继续开发和使用自己的技术标准。