達(dá)摩院：2020的科技趨勢

回望2019年的科技領(lǐng)域，靜水流深之下仍有暗潮涌動。AI芯片崛起、智能城市誕生、5G催生全新應(yīng)用場景……達(dá)摩院去年預(yù)測的科技趨勢一一變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)?？萍祭顺毙率觊_啟，圍繞AI、芯片、云計(jì)算、區(qū)塊鏈、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、量子計(jì)算等領(lǐng)域，達(dá)摩院繼續(xù)提出最新趨勢，并斷言多個(gè)領(lǐng)域?qū)⒊霈F(xiàn)顛覆性技術(shù)突破。

芯片技術(shù)推動了歷次科技浪潮，但隨著摩爾定律的放緩和高算力需求場景的井噴，傳統(tǒng)芯片陷入性能增長瓶頸，業(yè)界試圖從芯片產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)尋找破解之道。達(dá)摩院認(rèn)為，芯片領(lǐng)域的重大突破極有可能在體系架構(gòu)、基礎(chǔ)材料和設(shè)計(jì)方法三處實(shí)現(xiàn)。

體系架構(gòu)方面，存儲、計(jì)算分離的馮·諾依曼架構(gòu)難以滿足日益復(fù)雜的計(jì)算任務(wù)，業(yè)界正在探索計(jì)算存儲一體化架構(gòu)，以突破芯片的算力和功耗瓶頸;基礎(chǔ)材料方面，以硅為代表的半導(dǎo)體材料趨于性能極限，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展需寄望于拓?fù)浣^緣體、二維超導(dǎo)材料等新材料;芯片設(shè)計(jì)方法也需應(yīng)勢升級，基于芯粒(chiplet)的模塊化設(shè)計(jì)方法可取代傳統(tǒng)方法，讓芯片設(shè)計(jì)變得像搭積木一樣快速。

芯片技術(shù)突破的背后是“算力爆炸”，而人工智能無疑是未來最重要的算力需求方和技術(shù)牽引者。目前，語音、視覺、自然語言處理等感知AI技術(shù)的發(fā)展已到極限，但在通向“強(qiáng)人工智能”的認(rèn)知智能方面，AI還處在初級發(fā)展階段。達(dá)摩院認(rèn)為，在不久的將來，AI有望習(xí)得自主意識、推理能力以及情緒感知能力，實(shí)現(xiàn)從感知智能向認(rèn)知智能的演進(jìn)。

AI的認(rèn)知演進(jìn)，使得機(jī)器間的“群體智能”成為可能。達(dá)摩院預(yù)測，今后AI不僅懂得“人機(jī)協(xié)同”，還能做到“機(jī)機(jī)協(xié)同”。當(dāng)機(jī)器像人一樣，彼此合作、相互競爭共同完成目標(biāo)任務(wù)，大規(guī)模智能交通燈調(diào)度、倉儲機(jī)器人協(xié)作分揀貨物、無人駕駛車自主感知全局路況等場景便不難想象。

與人工智能技術(shù)范式轉(zhuǎn)變同步的是IT技術(shù)范式的轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)物理機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、軟件等發(fā)展失速，云計(jì)算正在融合軟件、算法和硬件，加速各行各業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。達(dá)摩院指出，無論芯片、AI還是區(qū)塊鏈，所有技術(shù)創(chuàng)新都將以云平臺為中心，為云定制的芯片、與云深度融合的AI、云上的區(qū)塊鏈應(yīng)用將層出不窮。一言以蔽之，云將成所有IT技術(shù)創(chuàng)新的中心。

科研與應(yīng)用間的張力是科技進(jìn)步的永恒動力。達(dá)摩院的科技預(yù)測既有前瞻性又充分考慮落地性。去年，達(dá)摩院提出，區(qū)塊鏈的商業(yè)化應(yīng)用將加速，這一論斷得到了現(xiàn)實(shí)驗(yàn)證。2019年，區(qū)塊鏈技術(shù)上升為國家戰(zhàn)略，在數(shù)字金融、數(shù)字政府、智能制造等領(lǐng)域逐步落地。達(dá)摩院認(rèn)為，2020年企業(yè)應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)的門檻將進(jìn)一步降低，專為區(qū)塊鏈設(shè)計(jì)的端、云、鏈各類固化核心算法的硬件芯片等也將應(yīng)運(yùn)而生，日活千萬的區(qū)塊鏈應(yīng)用將走入大眾。

附：達(dá)摩院2020十大科技趨勢

趨勢一、人工智能從感知智能向認(rèn)知智能演進(jìn)

【趨勢概要】人工智能已經(jīng)在“聽、說、看”等感知智能領(lǐng)域已經(jīng)達(dá)到或超越了人類水準(zhǔn)，但在需要外部知識、邏輯推理或者領(lǐng)域遷移的認(rèn)知智能領(lǐng)域還處于初級階段。認(rèn)知智能將從認(rèn)知心理學(xué)、腦科學(xué)及人類社會歷史中汲取靈感，并結(jié)合跨領(lǐng)域知識圖譜、因果推理、持續(xù)學(xué)習(xí)等技術(shù)，建立穩(wěn)定獲取和表達(dá)知識的有效機(jī)制，讓知識能夠被機(jī)器理解和運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)從感知智能到認(rèn)知智能的關(guān)鍵突破。

趨勢二、計(jì)算存儲一體化突破AI算力瓶頸

【趨勢概要】馮諾伊曼架構(gòu)的存儲和計(jì)算分離，已經(jīng)不適合數(shù)據(jù)驅(qū)動的人工智能應(yīng)用需求。頻繁的數(shù)據(jù)搬運(yùn)導(dǎo)致的算力瓶頸以及功耗瓶頸已經(jīng)成為對更先進(jìn)算法探索的限制因素。類似于腦神經(jīng)結(jié)構(gòu)的存內(nèi)計(jì)算架構(gòu)將數(shù)據(jù)存儲單元和計(jì)算單元融合為一體，能顯著減少數(shù)據(jù)搬運(yùn)，極大提高計(jì)算并行度和能效。計(jì)算存儲一體化在硬件架構(gòu)方面的革新，將突破AI算力瓶頸。

趨勢三、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的超融合

【趨勢概要】5G、IoT設(shè)備、云計(jì)算、邊緣計(jì)算的迅速發(fā)展將推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的超融合，實(shí)現(xiàn)工控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和信息化系統(tǒng)的智能化融合。制造企業(yè)將實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動化、搬送自動化和排產(chǎn)自動化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)柔性制造，同時(shí)工廠上下游制造產(chǎn)線能實(shí)時(shí)調(diào)整和協(xié)同。這將大幅提升工廠的生產(chǎn)效率及企業(yè)的盈利能力。對產(chǎn)值數(shù)十萬億乃至數(shù)百萬億的工業(yè)產(chǎn)業(yè)而言，提高5%-10%的效率，就會產(chǎn)生數(shù)萬億人民幣的價(jià)值。

趨勢四、機(jī)器間大規(guī)模協(xié)作成為可能

【趨勢概要】傳統(tǒng)單體智能無法滿足大規(guī)模智能設(shè)備的實(shí)時(shí)感知、決策。物聯(lián)網(wǎng)協(xié)同感知技術(shù)、5G通信技術(shù)的發(fā)展將實(shí)現(xiàn)多個(gè)智能體之間的協(xié)同——機(jī)器彼此合作、相互競爭共同完成目標(biāo)任務(wù)。多智能體協(xié)同帶來的群體智能將進(jìn)一步放大智能系統(tǒng)的價(jià)值：大規(guī)模智能交通燈調(diào)度將實(shí)現(xiàn)動態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)整，倉儲機(jī)器人協(xié)作完成貨物分揀的高效協(xié)作，無人駕駛車可以感知全局路況，群體無人機(jī)協(xié)同將高效打通最后一公里配送。

趨勢五、模塊化降低芯片設(shè)計(jì)門檻

【趨勢概要】傳統(tǒng)芯片設(shè)計(jì)模式無法高效應(yīng)對快速迭代、定制化與碎片化的芯片需求。以RISC-V為代表的開放指令集及其相應(yīng)的開源SoC芯片設(shè)計(jì)、高級抽象硬件描述語言和基于IP的模板化芯片設(shè)計(jì)方法，推動了芯片敏捷設(shè)計(jì)方法與開源芯片生態(tài)的快速發(fā)展。此外，基于芯粒(chiplet)的模塊化設(shè)計(jì)方法用先進(jìn)封裝的方式將不同功能“芯片模塊”封裝在一起，可以跳過流片快速定制出一個(gè)符合應(yīng)用需求的芯片，進(jìn)一步加快了芯片的交付。

趨勢六、規(guī)?；a(chǎn)級區(qū)塊鏈應(yīng)用將走入大眾

【趨勢概要】區(qū)塊鏈BaaS(Blockchain as a Service)服務(wù)將進(jìn)一步降低企業(yè)應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)的門檻，專為區(qū)塊鏈設(shè)計(jì)的端、云、鏈各類固化核心算法的硬件芯片等也將應(yīng)運(yùn)而生，實(shí)現(xiàn)物理世界資產(chǎn)與鏈上資產(chǎn)的錨定，進(jìn)一步拓展價(jià)值互聯(lián)網(wǎng)的邊界、實(shí)現(xiàn)萬鏈互聯(lián)。未來將涌現(xiàn)大批創(chuàng)新區(qū)塊鏈應(yīng)用場景以及跨行業(yè)、跨生態(tài)的多維協(xié)作，日活千萬以上的規(guī)?；a(chǎn)級區(qū)塊鏈應(yīng)用將會走入大眾。

趨勢七、量子計(jì)算進(jìn)入攻堅(jiān)期

【趨勢概要】2019年，“量子霸權(quán)”之爭讓量子計(jì)算在再次成為世界科技焦點(diǎn)。超導(dǎo)量子計(jì)算芯片的成果，增強(qiáng)了行業(yè)對超導(dǎo)路線及對大規(guī)模量子計(jì)算實(shí)現(xiàn)步伐的樂觀預(yù)期。2020年量子計(jì)算領(lǐng)域?qū)?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(cuò)量子計(jì)算和演示實(shí)用量子優(yōu)勢將是量子計(jì)算實(shí)用化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。未來幾年內(nèi)，真正達(dá)到其中任何一個(gè)都將是十分艱巨的任務(wù)，量子計(jì)算將進(jìn)入技術(shù)攻堅(jiān)期。

趨勢八、新材料推動半導(dǎo)體器件革新

【趨勢概要】在摩爾定律放緩以及算力和存儲需求爆發(fā)的雙重壓力下，以硅為主體的經(jīng)典晶體管很難維持半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展，各大半導(dǎo)體廠商對于3納米以下的芯片走向都沒有明確的答案。新材料將通過全新物理機(jī)制實(shí)現(xiàn)全新的邏輯、存儲及互聯(lián)概念和器件，推動半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的革新。例如，拓?fù)浣^緣體、二維超導(dǎo)材料等能夠?qū)崿F(xiàn)無損耗的電子和自旋輸運(yùn)，可以成為全新的高性能邏輯和互聯(lián)器件的基礎(chǔ);新型磁性材料和新型阻變材料能夠帶來高性能磁性存儲器如SOT-MRAM和阻變存儲器。

趨勢九、保護(hù)數(shù)據(jù)隱私的AI技術(shù)將加速落地

【趨勢概要】數(shù)據(jù)流通所產(chǎn)生的合規(guī)成本越來越高。使用AI技術(shù)保護(hù)數(shù)據(jù)隱私正在成為新的技術(shù)熱點(diǎn)，其能夠在保證各方數(shù)據(jù)安全和隱私的同時(shí)，聯(lián)合使用方實(shí)現(xiàn)特定計(jì)算，解決數(shù)據(jù)孤島以及數(shù)據(jù)共享可信程度低的問題，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的價(jià)值。

趨勢十、云成為IT技術(shù)創(chuàng)新的中心

【趨勢概要】隨著云技術(shù)的深入發(fā)展，云已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過IT基礎(chǔ)設(shè)施的范疇，漸漸演變成所有IT技術(shù)創(chuàng)新的中心。云已經(jīng)貫穿新型芯片、新型數(shù)據(jù)庫、自驅(qū)動自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、AI、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、量子計(jì)算整個(gè)IT技術(shù)鏈路，同時(shí)又衍生了無服務(wù)器計(jì)算、云原生軟件架構(gòu)、軟硬一體化設(shè)計(jì)、智能自動化運(yùn)維等全新的技術(shù)模式，云正在重新定義IT的一切。廣義的云，正在源源不斷地將新的IT技術(shù)變成觸手可及的服務(wù)，成為整個(gè)數(shù)字經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)設(shè)施。