達摩院2021年十大科技趨勢預測：第三代半導體迎來(lái)爆發(fā)、智慧運營(yíng)中心成城市標配

阿里達摩院的預測準確率會(huì )有多少？

魔幻2020年正式進(jìn)入三天倒計時(shí)模式。

今天，阿里達摩院抓住了年末的尾巴，對外公布了2021十大科技趨勢預測。“十大科技趨勢預測”是阿里達摩院自成立以來(lái)的例行節目，至今已經(jīng)是第三次公布預測。

2021十大科技趨勢預測：

1、以氮化鎵、碳化硅為代表的第三代半導體迎來(lái)應用大爆發(fā)

2、后“量子霸權”時(shí)代，量子糾錯和實(shí)用優(yōu)勢成核心命題

3、硅基技術(shù)突破加速柔性電子發(fā)展

4、AI提升藥物及疫苗研發(fā)效率

5、腦機接口幫助人類(lèi)超越生物學(xué)極限

6、數據處理實(shí)現“自治與自我進(jìn)化”

7、云原生重塑IT技術(shù)體系

8、農業(yè)邁入數據智能時(shí)代

9、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)從單點(diǎn)智能走向全局智能

10、智慧運營(yíng)中心成為未來(lái)城市標配

重新審視達摩院發(fā)布的前兩次科技趨勢預測，我們可以看到，在每一次的預測中，雖然關(guān)注的具體賽道存在變化，但是如果進(jìn)行總結的話(huà)，十個(gè)預測可以被歸納為三個(gè)部分，分別是：產(chǎn)業(yè)進(jìn)階、前沿突破、應用落地。

這一次，依舊如此。

產(chǎn)業(yè)進(jìn)階——代表：第三代半導體、硅基技術(shù)、數據處理、云原生

作為重要基礎研究之一，國內的半導體產(chǎn)業(yè)在今年遭遇了來(lái)自外部的打壓，部分公司的內部有人出現了一些問(wèn)題。不過(guò)在大方向上，國內的半導體產(chǎn)業(yè)也迎來(lái)了新的增長(cháng)機遇，尤其是多年來(lái)僅在小范圍市場(chǎng)得以應用的第三代半導體。

過(guò)去以來(lái)，受工藝、成本等因素限制，第三代半導體的成長(cháng)空間是狹窄的，而眼下，隨著(zhù)材料伸長(cháng)、器件制備等技術(shù)的，兼之耐高溫、耐高壓等特性的市場(chǎng)需求，第三代半導體得以實(shí)現進(jìn)階，從小范圍應用進(jìn)入5G基站、新能源汽車(chē)、數據中心等熱門(mén)賽道，可謂產(chǎn)業(yè)進(jìn)階的典型代表。

此外又比如“云”。2020年科技預測中，達摩院預測云將成為IT技術(shù)創(chuàng )新的中心，這一點(diǎn)在2020年得到了驗證。而在一年之后，即云成為IT技術(shù)創(chuàng )新中心的現在，云技術(shù)對IT的推動(dòng)也到了一個(gè)新的階段。

針對這一點(diǎn)，達摩院的預測是“云原生重塑IT技術(shù)體系”。在這一預測中，云原生架構將充分利用云計算的分布式、可擴展和靈活的特性，更高效地應用和管理異構硬件和環(huán)境下的各類(lèi)云計算資源，讓開(kāi)發(fā)人員更專(zhuān)注于應用開(kāi)發(fā)過(guò)程本身。

就目前來(lái)看，云手機、云電腦的出現正在體現這一趨勢。未來(lái)，將會(huì )有越來(lái)越多的芯片、開(kāi)發(fā)平臺、應用軟件乃至計算機都將誕生在云上。

前沿突破——代表：量子霸權、腦機接口

猶記得去年，谷歌宣布“量子霸權”，在全球引起了關(guān)于量子計算機、國家間量子競爭的討論。

彼時(shí)達摩院預測，量子計算領(lǐng)域將會(huì )經(jīng)歷投入進(jìn)一步增大、競爭激化、產(chǎn)業(yè)化加速和生態(tài)更加豐富的階段。作為兩個(gè)最關(guān)鍵的技術(shù)里程碑，容錯量子計算和演示實(shí)用量子優(yōu)勢將是量子計算實(shí)用化的轉折點(diǎn)。

而在今年 12 月初，我國科學(xué)家潘建偉、陸朝陽(yáng)團隊在量子計算取得重大成果，實(shí)現了量子計算的第一個(gè)里程碑——量子計算優(yōu)越性。

他們在高斯波色采樣實(shí)驗當中構建了一個(gè)量子計算原型機“九章”，其處理特定問(wèn)題的速度比目前最快的超級計算機“富岳”快了一百萬(wàn)億倍，同時(shí)也等效地比谷歌去年發(fā)布的53比特量子計算原型機“Sycamore”快一百億倍。

達摩院最新的科技預測中，量子計算明年將奔向“后霸權”的兩個(gè)里程碑：量子糾錯和實(shí)用優(yōu)勢。

與量子計算一樣，腦機接口也在今年取得了突破進(jìn)展。

以馬斯克創(chuàng )辦的腦機接口公司今年Neuralink為例，今年8月份，該公司將一枚僅有硬幣大小的腦機接口設備在一小時(shí)內植入豬的大腦皮層中，并清晰讀取了大腦活動(dòng)信號。并且，該款設備也已經(jīng)在今年7月份獲得了FDA的許可，這意味著(zhù)該設備有可能在人類(lèi)身上進(jìn)行植入實(shí)驗。

當然，馬斯克針對腦機接口的一些言論也遭到了腦機接口領(lǐng)域資深專(zhuān)家的質(zhì)疑。不過(guò)不可否認的是，腦機接口的市場(chǎng)需求是的的確確存在的，諸如幫助失語(yǔ)者重新說(shuō)話(huà)、幫助殘障者重新調動(dòng)四肢……只是，在積極意義的另一面，腦機接口也面臨著(zhù)倫理問(wèn)題的爭議，如何在兩者之間尋求到一個(gè)平衡，這個(gè)問(wèn)題有時(shí)候并沒(méi)有那么好回答。

應用落地——代表：AI藥物、農業(yè)智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智慧城市

無(wú)論是何種技術(shù)，落地應用都是最為根本的問(wèn)題，也是一個(gè)技術(shù)的終極使命。圍繞技術(shù)的落地應用，達摩院數年來(lái)也都進(jìn)行了預測，而針對明年，它的提案有四個(gè)，分別是AI藥物研發(fā)、農業(yè)智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和智慧城市。

其中在疫情期間，AI藥物研發(fā)可謂“出彩”，譬如阿里云，在疫情期間提供AI算力，支持病毒基因測序、新藥研發(fā)、蛋白篩選等工作，幫助科研機構縮短研發(fā)周期。

另外，在今年 12 月初，谷歌旗下人工智能技術(shù)公司 DeepMind 提出的深度學(xué)習算法“Alphafold”破解了生物學(xué) 50 年來(lái)的重大挑戰——蛋白質(zhì)分子折疊問(wèn)題。可見(jiàn)，AI對于藥物研發(fā)的助力是極為可觀(guān)的。

與此同時(shí)，與AI藥物研發(fā)一樣在疫情期間“發(fā)光異彩”的還有“智慧城市”，這其中的典型應用包括健康碼。而隨著(zhù)智慧城市更為貼近民生，以及相關(guān)部門(mén)的重視，達摩院預測，運營(yíng)中心的智慧化水平將進(jìn)一步提升，在數字孿生基礎上把城市作為統一巨系統并提供整體智慧治理能力，進(jìn)而成為未來(lái)城市的數字基礎設施。

此外我們也可以注意到，以物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、云計算等為代表的數字技術(shù)正與工業(yè)、農業(yè)進(jìn)一步深度結合。

其中，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)也是今年新提“新基建”的重要基礎設施之一。事實(shí)上，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在國內早已發(fā)展數年，只不過(guò)在過(guò)去的展現中，多是單點(diǎn)智能，未能打通全局，至于其中的原因，包括數字孿生的實(shí)施成本和復雜度高、供給側數據難以打通、整體生態(tài)系統不夠完善等因素。

而在今年，在“新基建”的加持，以及5G等前沿技術(shù)的支撐下，達摩院預測，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)從單點(diǎn)智能走向全局智能。

至于智慧農業(yè)，在達摩院的預測中，該產(chǎn)業(yè)在2021年依靠物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、云計算等為代表的數字技術(shù)，全鏈路流程將被打通。

達摩院2021十大科技趨勢預測（原文）：

趨勢一：以氮化鎵、碳化硅為代表的第三代半導體迎來(lái)應用大爆發(fā)

以氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）為代表的第三代半導體，具備耐高溫、耐高壓、高頻率、大功率、抗輻射等優(yōu)異特性，但受工藝、成本等因素限制，多年來(lái)僅限于小范圍應用。

近年來(lái)，隨著(zhù)材料生長(cháng)、器件制備等技術(shù)的不斷突破，第三代半導體的性?xún)r(jià)比優(yōu)勢逐漸顯現并正在打開(kāi)應用市場(chǎng)：SiC元件已用于汽車(chē)逆變器，GaN快速充電器也大量上市。

未來(lái)5年，基于第三代半導體材料的電子器件將廣泛應用于5G基站、新能源汽車(chē)、特高壓、數據中心等場(chǎng)景。

趨勢二：后“量子霸權”時(shí)代，量子糾錯和實(shí)用優(yōu)勢成核心命題

2020年為后”谷歌量子霸權”元年，世界對量子計算的投入持續上漲，技術(shù)和生態(tài)蓬勃發(fā)展。超導領(lǐng)軍團隊宣布了通往100萬(wàn)比特的規劃，其他平臺也異彩繽紛。

這一潮流將在2021年繼續推高社會(huì )的關(guān)注和期待，量子計算的研究需要證明自身的實(shí)用價(jià)值；業(yè)界需要聚焦“后霸權”時(shí)代的使命：協(xié)同創(chuàng )新，解決眾多的科學(xué)和工程難題，為早日到達量子糾錯和實(shí)用優(yōu)勢兩座里程碑鋪路奠基。

趨勢三：硅基技術(shù)突破加速柔性電子發(fā)展

柔性電子是指經(jīng)扭曲、折疊、拉伸等形狀變化后仍保持原有性能的電子設備，可用作可穿戴設備、電子皮膚、電子標簽、柔性顯示屏等。

柔性電子發(fā)展的主要瓶頸在于材料，目前的柔性材料，或者“柔性”不足容易失效，或者電性能遠不如“硬質(zhì)”硅基電子。

近年來(lái)，碳基材料的技術(shù)突破為柔性電子提供了更好的材料選擇。碳基材料包括零維的富勒烯、一維的碳納米管、二維的石墨烯、三維的石墨及金剛石等，其中，碳納米管這一碳基柔性材料的質(zhì)量已可滿(mǎn)足大規模集成電路的制備要求，且在此材料上制備的電路性能超過(guò)同尺寸下的硅基電路；而另一碳基柔性材料石墨烯的大面積制備也已實(shí)現。

趨勢四：AI提升藥物及疫苗研發(fā)效率

AI已廣泛應用于醫療影像、病歷管理等輔助診斷場(chǎng)景，但AI在疫苗研發(fā)及藥物臨床研究的應用依舊處于探索階段。

隨著(zhù)新型AI算法的迭代及算力的突破，AI將有效解決疫苗/藥物研發(fā)周期長(cháng)、成本高等難題，例如提升化合物篩選、建立疾病模型、發(fā)現新靶點(diǎn)、先導化合物發(fā)現及先導藥物優(yōu)化等環(huán)節的效率。

AI與疫苗、藥物臨床研究的結合可以減少重復勞動(dòng)與時(shí)間消耗，提升研發(fā)效率，極大的推動(dòng)醫療服務(wù)和藥物的普惠化。

趨勢五：腦機接口幫助人類(lèi)超越生物學(xué)極限

腦機接口是新一代人機交互和人機混合智能的關(guān)鍵核心技術(shù)。腦機接口對神經(jīng)工程的發(fā)展起到了重要支撐與推動(dòng)作用，幫助人類(lèi)從更高維度空間進(jìn)一步解析人類(lèi)大腦的工作原理。

腦機接口這一新技術(shù)領(lǐng)域探索性的將大腦與外部設備進(jìn)行通信，并借由腦力意念控制機器。例如在控制機械臂等方面幫助提升應用精度，將為神智清醒，思維健全，但口不能言、手不能動(dòng)的患者提供精準康復服務(wù)。

趨勢六：數據處理實(shí)現“自治與自我進(jìn)化”

隨著(zhù)云計算的發(fā)展、數據規模持續指數級增長(cháng)，傳統數據處理面臨存儲成本高、集群管理復雜、計算任務(wù)多樣性等巨大挑戰；面對海量暴增的數據規模以及復雜多元的處理場(chǎng)景，人工管理和系統調優(yōu)捉襟見(jiàn)肘。

因此，通過(guò)智能化方法實(shí)現數據管理系統的自動(dòng)優(yōu)化成為未來(lái)數據處理發(fā)展的必然選擇。

人工智能和機器學(xué)習手段逐漸被廣泛應用于智能化的冷熱數據分層、異常檢測、智能建模、資源調動(dòng)、參數調優(yōu)、壓測生成、索引推薦等領(lǐng)域，有效降低數據計算、處理、存儲、運維的管理成本，實(shí)現數據管理系統的“自治與自我進(jìn)化”。

趨勢七：云原生重塑IT技術(shù)體系

在傳統IT開(kāi)發(fā)環(huán)境里，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)上線(xiàn)周期長(cháng)、研發(fā)效能不高，云原生架構充分利用了云計算的分布式、可擴展和靈活的特性，更高效地應用和管理異構硬件和環(huán)境下的各類(lèi)云計算資源，通過(guò)方法論工具集、最佳實(shí)踐和產(chǎn)品技術(shù)，開(kāi)發(fā)人員可專(zhuān)注于應用開(kāi)發(fā)過(guò)程本身。

未來(lái)，芯片、開(kāi)發(fā)平臺、應用軟件乃至計算機等將誕生于云上，可將網(wǎng)絡(luò )、服務(wù)器、操作系統等基礎架構層高度抽象化，降低計算成本、提升迭代效率，大幅降低云計算使用門(mén)檻、拓展技術(shù)應用邊界。

趨勢八：農業(yè)邁入數據智能時(shí)代

傳統農業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在土地資源利用率低和從生產(chǎn)到零售鏈路脫節等瓶頸問(wèn)題。以物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、云計算等為代表的數字技術(shù)正在與農業(yè)產(chǎn)業(yè)深度融合，打通農業(yè)產(chǎn)業(yè)的全鏈路流程。

結合新一代傳感器技術(shù)，農田地面數據信息得以實(shí)時(shí)獲取和感知，并依靠大數據分析與人工智能技術(shù)快速處理海量領(lǐng)域農業(yè)數據，實(shí)現農作物監測、精細化育種和環(huán)境資源按需分配。

同時(shí)，通過(guò)5G、物聯(lián)網(wǎng)、區塊鏈等技術(shù)的應用確保農產(chǎn)品物流運輸中的可控和可追溯，保障農產(chǎn)品整體供應鏈流程的安全可靠。農業(yè)將告別“靠天”吃飯進(jìn)入智慧農業(yè)時(shí)代。

趨勢九：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)從單點(diǎn)智能走向全局智能

受實(shí)施成本和復雜度較高、供給側數據難以打通、整體生態(tài)不夠完善等因素限制，目前的工業(yè)智能仍以解決碎片化需求為主。

疫情中數字經(jīng)濟所展現出來(lái)的韌性讓企業(yè)更加重視工業(yè)智能的價(jià)值，加之數字技術(shù)的進(jìn)步普及、新基建的投資拉動(dòng)，這些因素將共同推動(dòng)工業(yè)智能從單點(diǎn)智能快速躍遷到全局智能，特別是汽車(chē)、消費電子、品牌服飾、鋼鐵、水泥、化工等具備良好信息化基礎的制造業(yè)，貫穿供應鏈、生產(chǎn)、資產(chǎn)、物流、銷(xiāo)售等各環(huán)節在內的企業(yè)生產(chǎn)決策閉環(huán)的全局智能化應用將大規模涌現。

趨勢十：智慧運營(yíng)中心成為未來(lái)城市標配

在過(guò)去10年時(shí)間里，智慧城市借助數字化手段切實(shí)提升了城市治理水平。但在新冠疫情防控中，一些所謂的智慧城市集中暴露問(wèn)題，特別是由于“重建設輕運營(yíng)”所導致的業(yè)務(wù)應用不足。

在此背景下，城市管理者希望通過(guò)運營(yíng)中心盤(pán)活數據資源、推動(dòng)治理與服務(wù)的全局化、精細化和實(shí)時(shí)化。

而AIoT技術(shù)的日漸成熟和普及、空間計算技術(shù)的進(jìn)步，將進(jìn)一步提升運營(yíng)中心的智慧化水平，在數字孿生基礎上把城市作為統一巨系統并提供整體智慧治理能力，進(jìn)而成為未來(lái)城市的數字基礎設施。

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