《挑戰》分析了我國電子信息工程科學技術在16領域面臨的技術挑戰。
1.微電子學和光電子學
摩爾定律正在逼近物理和技術的極限。新結構、新器件、新材料、新工藝和新包裝是這壹領域的重要挑戰。目前，圍繞通信激光的接收、發射、調制和放大的光子集成和光電集成芯片技術的小型化、高速、低成本、低功耗、多功能、光電集成和智能化是該領域短板、延伸板和可持續發展的重要挑戰。
2.光學工程
自然界的很多生物都有著目前人工系統無法比擬的光學感知能力。模擬這些生物的可調諧、寬光譜、寬視場、抗反射、隱身的視覺系統，賦予人工智能系統智能感知這些生物及其群體的機制和功能，提高仿生光學在強背景幹擾下的動態感知和處理能力，是壹個重要的挑戰。
感受
遙感技術正朝著主動與被動、小型化與高重復周期觀測相結合的方向發展，結合圖像信息的智能處理技術，促進遙感信息的廣泛應用；信息技術的快速發展推動了數字化、智能化傳感器的研究和發展。“具有獨立采集、數據處理、傳輸和安全管理的智能傳感器”是這壹領域的重要挑戰。
4.測量和儀器
通過實施基於“不變”重新定義的國際單位制，我國計量體系正在經歷從多層金字塔結構向扁平化結構的歷史性轉變，直接推動國家計量體系向數字化、網絡化、智能化方向發展，支撐我國科技、工業、衛生和國防的持續高質量發展，特別是加快服務於生命安全和生物安全的計量標準和計量器具的研制和生產，以滿足國家的迫切需求，是該領域的重要挑戰。
5.電磁空間
電磁頻譜已成為信息時代和智能時代人類社會的主要活動空間和競爭資源之壹，用戶數量、類型和頻率呈爆炸式增長。電磁空間探測與感知、通信傳輸與控制的體系形態和技術體系正逐步走向壹體化。實現智能全譜多集成頻譜感知、高頻寬帶高效頻譜利用、動態精細頻率控制、系統設備高集成度低成本是該領域的重要挑戰。
6.網絡和通信
由於可用頻譜資源和關鍵光電器件指標的限制，移動通信和光纖通信的容量提升有所放緩。隨著網絡流量的爆炸式增長，以及對天空和海洋全覆蓋的巨大需求，技術的代際跨越迫切需要突破性的理論和技術。在網絡的巨大復雜性、巨大容量、大連接、廣覆蓋、高可靠性、低能耗、低成本的驅動下，網絡架構、服務質量、用戶體驗、安全可靠性是該領域面臨的重要挑戰。
7.網絡安全性
面對各國激烈的網絡控制權爭奪，“通過創新主動、自適應的多層聯動技術體系，構建快打快取、智能對智能的主動防禦屏障，突破“防禦來自外部的攻擊”的網絡邊界防禦關鍵技術，形成基於自身的威脅感知和攻擊預測能力，維護網絡安全主權”，是該領域的重要挑戰。
8.水下聲學工程
針對復雜多變的海洋環境開展水下網絡化聲學觀測，獲取水下聲環境規律和水下目標聲學信息，借助實時信息傳輸和大數據信息處理實現水下信息自主控制，是該領域的重要挑戰。
9.電磁場與電磁環境效應
隨著5G、人工智能、物聯網、大數據及其在高速通信、無人系統、工業互聯網、先進能源、先進航空航天等領域的廣泛應用，各類設備都面臨著嚴峻的電磁安全問題。突破傳統思維和方法的束縛，建立新的電磁環境效應與防護理論，發展新技術、新材料和新器件，提高我國信息電子及其應用的電磁環境適應性和電磁制衡能力，是該領域的重要挑戰。
10.控制
“在智能制造、無人駕駛、深空深海等不確定復雜的動態環境中，如何采用自動化與人工智能融合的理論、技術和體系，對重大設備、自主運動體、流程工業過程等難以建立數學模型的機理不明確的被控對象，實現自主智能控制、人機協同優化決策、決策控制壹體化”，是該領域的重要挑戰。
11.
大腦認知與人工智能加速融合，廣泛應用於無人系統、類腦芯片、智能視覺等領域。基於大腦認知機制的創新人工智能技術是國際熱點。“多尺度動態腦觀測，揭示記憶、情緒、視覺等認知功能的機制，建立易泛化、魯棒、低功耗的人工智能理論和模型”是該領域的重要挑戰。
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隨著人工智能應用的快速發展，數據的爆炸式增長和計算模型的日益復雜，人們對計算能力的需求高速增長。面對後摩爾時代的物理約束，計算系統的架構、系統硬件、系統軟件、應用軟件等各個方面都面臨著高效率、高可靠性、低能耗、敏捷設計、智能化和應用多樣性等重要挑戰。智能計算已經成為傳統產業改造和新興產業融合的基礎使能技術。
13.計算機應用
隨著以人機壹體化、區塊鏈、虛擬現實、數字雙胞胎為代表的計算機應用技術與各行各業融合的不斷深入，支撐各種工業設備、信息系統、業務流程、企業產品和服務以及人員的互操作技術越來越復雜。構建更高效、更適用、更智能的互操作技術體系是該領域面臨的重要挑戰。
14.工業軟件系統
軟件運行固有的離散性與工業系統運行固有的連續性之間的適應，成為操作系統、中間件等工業基礎軟件的首要問題。高穩定性三維幾何引擎、工程分析仿真求解器、電子設計自動化、大規模高可靠嵌入式工業軟件和新型工業互聯網系統軟件等工業核心軟件是該領域的重要挑戰。
15.應對重大突發事件(信息領域的壹部分)
“如何建立國家、省、市三級重大突發事件(如新冠肺炎疫情)的信息化決策平臺，集思廣益，突破局限，延伸到經濟社會各個領域；如何整合相關部門的數據資源，包括醫療衛生、公安、交通、建設、環保、教育、能源、民政、國企等。，構建重大突發事件大數據平臺；如何為新藥和疫苗的研發建立能夠支撐平戰結合應急科研的計算環境和平臺，是應對重大突發事件、提高國家治理能力的重要挑戰。
16.新基礎設施
以5G、數據中心、工業互聯網、物聯網、人工智能為代表的新型基礎設施建設步伐加快，正在發揮支撐疫情期間和之後經濟社會高質量發展的戰略引領作用。隨著建設速度的加快和規模的不斷擴大，新型基礎設施在該領域面臨著技術協同、大規模組網、應用模式創新、光電芯片和關鍵軟件等核心技術支撐、網絡安全、高可靠、綠色低成本、與各行業垂直整合等重要挑戰。