剛剛，阿里巴巴達摩院發布2021十大科技趨勢，這是達摩院成立三年以來第三次發布年度科技趨勢。 2020年是不平凡的一年，經歷疫情的洗禮，許多行業重啟向上而生的螺旋，但疫情并未阻擋科技前進的腳步，量子計算、基礎材料、生物醫療等領域的一系列重大科技突破紛至沓來。 后疫情時代，基礎技術及科技產業將如何發展，達摩院為科技行業提供了全新預測。
趨勢一 以氮化鎵、碳化硅為代表的 第三代半導體迎來應用大爆發
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、抗輻射等優異特性，但受工藝、成本等因素限制，多年來僅限于小范圍應用。 近年來，隨著材料生長、器件制備等技術的不斷突破，第三代半導體的性價比優勢逐漸顯現，并正在打開應用市場：SiC元件已用作汽車逆變器，GaN快速充電器也大量上市。 未來五年，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、特高壓、數據中心等場景。
趨勢二 后“量子霸權”時代 量子糾錯和實用優勢成核心命題
2020年為后“量子霸權”元年，世界對量子計算的投入持續上漲，技術和生態蓬勃發展，多個平臺異彩繽紛。 這一潮流將在2021年繼續推高社會的關注和期待，量子計算的研究需要證明自身的實用價值；業界需要聚焦“后霸權”時代的使命：協同創新，解決眾多的科學和工程難題，為早日到達量子糾錯和實用優勢兩座里程碑鋪路奠基。
趨勢三 碳基技術突破加速柔性電子發展
柔性電子是指經扭曲、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、柔性顯示屏等。 柔性電子發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”硅基電子。 近年來，碳基材料的技術突破為柔性電子提供了更好的材料選擇：碳納米管這一碳基柔性材料的質量已可滿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現。
趨勢四 AI提升藥物及疫苗研發效率
AI已廣泛應用于醫療影像、病歷管理等輔助診斷場景，但AI在疫苗研發及藥物臨床研究的應用依舊處于探索階段。 隨著新型AI算法的迭代及算力的突破，AI將有效解決疫苗/藥物研發周期長、成本高等難題，例如提升化合物篩選、建立疾病模型、發現新靶點、先導化合物發現及先導藥物優化等環節的效率。 AI與疫苗、藥物臨床研究的結合可以減少重復勞動與時間消耗，提升研發效率，極大地推動醫療服務和藥物的普惠化。
趨勢五 腦機接口幫助人類超越生物學極限
腦機接口是新一代人機交互和人機混合智能的關鍵核心技術。腦機接口對神經工程的發展起到了重要支撐與推動作用，幫助人類從更高維度空間進一步解析人類大腦的工作原理。 腦機接口這一新技術領域，探索性地將大腦與外部設備進行通信，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、手不能動的患者提供精準康復服務。
趨勢六 數據處理實現“自治與自我進化”
隨著云計算的發展、數據規模持續指數級增長，傳統數據處理面臨存儲成本高、集群管理復雜、計算任務多樣性等巨大挑戰；面對海量暴增的數據規模以及復雜多元的處理場景，人工管理和系統調優捉襟見肘。 因此，通過智能化方法實現數據管理系統的自動優化，成為未來數據處理發展的必然選擇。 人工智能和機器學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、參數調優、壓測生成、索引推薦等領域，有效降低數據計算、處理、存儲、運維的管理成本，實現數據管理系統的“自治與自我進化”。
趨勢七 云原生重塑IT技術體系
在傳統IT開發環境里，產品開發上線周期長、研發效能不高，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境下的各類云計算資源。通過方法論工具集、最佳實踐和產品技術，開發人員可專注于應用開發過程本身。 未來，芯片、開發平臺、應用軟件乃至計算機等將誕生于云上，可將網絡、服務器、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檻、拓展技術應用邊界。
趨勢八 農業邁入數據智能時代
傳統農業產業發展存在土地資源利用率低和從生產到零售鏈路脫節等瓶頸問題。以物聯網、人工智能、云計算等為代表的數字技術正在與農業產業深度融合，打通農業產業的全鏈路流程。 結合新一代傳感器技術，農田地面數據信息得以實時獲取和感知，并依靠大數據分析與人工智能技術快速處理海量領域農業數據，實現農作物監測、精細化育種和環境資源按需分配。 同時，通過5G、物聯網、區塊鏈等技術的應用，確保農產品物流運輸中的可控和可追溯，保障農產品整體供應鏈流程的安全可靠。農業將告別“靠天”吃飯，進入智慧農業時代。
趨勢九 工業互聯網從單點智能走向全局智能
受實施成本和復雜度較高、供給側數據難以打通、整體生態不夠完善等因素限制，目前的工業智能仍以解決碎片化需求為主。 疫情中數字經濟所展現出來的韌性，讓企業更加重視工業智能的價值，加之數字技術的進步普及、新基建的投資拉動，這些因素將共同推動工業智能從單點智能快速躍遷到全局智能。 特別是汽車、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，貫穿供應鏈、生產、資產、物流、銷售等各環節在內的企業生產決策閉環的全局智能化應用，將大規模涌現。
趨勢十 智慧運營中心成為未來城市標配
在過去十年時間里，智慧城市借助數字化手段切實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題，特別是由于“重建設輕運營”所導致的業務應用不足。 在此背景下，城市管理者希望通過運營中心盤活數據資源，推動治理與服務的全局化、精細化和實時化。 而AIoT技術的日漸成熟和普及、空間計算技術的進步，將進一步提升運營中心的智慧化水平，在數字孿生基礎上把城市作為統一系統并提供整體智慧治理能力，進而成為未來城市的數字基礎設施。
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阿里巴巴達摩院
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【導讀】今天，達摩院發布了“2020十大科技趨勢”，涵蓋人工智能、量子計算、云計算、芯片半導體等多個領域。
2020是如此科幻的年份，步入2020年，仿佛回到久違的未來。科技浪潮新十年開啟，蓄勢已久的智能革命將迎來顛覆性的技術變局。達摩院今天發布2020十大科技趨勢，希望與你共同見證那些期待已久或從未料想的變化，并且循著技術演進的曲線 ，找到我們的來處和去向。
趨勢一、人工智能從感知智能向認知智能演進
【趨勢概要】人工智能已經在“聽、說、看”等感知智能領域已經達到或超越了人類水準，但在需要外部知識、邏輯推理或者領域遷移的認知智能領域還處于初級階段。認知智能將從認知心理學、腦科學及人類社會歷史中汲取靈感，并結合跨領域知識圖譜、因果推理、持續學習等技術，建立穩定獲取和表達知識的有效機制，讓知識能夠被機器理解和運用，實現從感知智能到認知智能的關鍵突破。
趨勢二、計算存儲一體化突破AI算力瓶頸
【趨勢概要】馮諾伊曼架構的存儲和計算分離，已經不適合數據驅動的人工智能應用需求。頻繁的數據搬運導致的算力瓶頸以及功耗瓶頸已經成為對更先進算法探索的限制因素。類似于腦神經結構的存內計算架構將數據存儲單元和計算單元融合為一體，能顯著減少數據搬運，極大提高計算并行度和能效。計算存儲一體化在硬件架構方面的革新，將突破AI算力瓶頸。
趨勢三、工業互聯網的超融合
【趨勢概要】5G、IoT設備、云計算、邊緣計算的迅速發展將推動工業互聯網的超融合，實現工控系統、通信系統和信息化系統的智能化融合。制造企業將實現設備自動化、搬送自動化和排產自動化，進而實現柔性制造，同時工廠上下游制造產線能實時調整和協同。這將大幅提升工廠的生產效率及企業的盈利能力。對產值數十萬億乃至數百萬億的工業產業而言，提高5%-10%的效率，就會產生數萬億人民幣的價值。
趨勢四、機器間大規模協作成為可能
【趨勢概要】傳統單體智能無法滿足大規模智能設備的實時感知、決策。物聯網協同感知技術、5G通信技術的發展將實現多個智能體之間的協同——機器彼此合作、相互競爭共同完成目標任務。多智能體協同帶來的群體智能將進一步放大智能系統的價值：大規模智能交通燈調度將實現動態實時調整，倉儲機器人協作完成貨物分揀的高效協作，無人駕駛車可以感知全局路況，群體無人機協同將高效打通最后一公里配送。
趨勢五、模塊化降低芯片設計門檻
【趨勢概要】傳統芯片設計模式無法高效應對快速迭代、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的開源SoC芯片設計、高級抽象硬件描述語言和基于IP的模板化芯片設計方法，推動了芯片敏捷設計方法與開源芯片生態的快速發展。此外，基于芯粒（chiplet）的模塊化設計方法用先進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符合應用需求的芯片，進一步加快了芯片的交付。
趨勢六、規模化生產級區塊鏈應用將走入大眾
【趨勢概要】區塊鏈BaaS(Blockchain as a Service)服務將進一步降低企業應用區塊鏈技術的門檻，專為區塊鏈設計的端、云、鏈各類固化核心算法的硬件芯片等也將應運而生，實現物理世界資產與鏈上資產的錨定，進一步拓展價值互聯網的邊界、實現萬鏈互聯。未來將涌現大批創新區塊鏈應用場景以及跨行業、跨生態的多維協作，日活千萬以上的規模化生產級區塊鏈應用將會走入大眾。
趨勢七、量子計算進入攻堅期
【趨勢概要】2019年“量子霸權”之爭讓量子計算在再次成為世界科技焦點。超導量子計算芯片的成果，增強了行業對超導路線及對大規模量子計算實現步伐的樂觀預期。2020年量子計算領域將會經歷投入進一步增大、競爭激化、產業化加速和生態更加豐富的階段。作為兩個最關鍵的技術里程碑，容錯量子計算和演示實用量子優勢將是量子計算實用化的轉折點。未來幾年內，真正達到其中任何一個都將是十分艱巨的任務，量子計算將進入技術攻堅期。
趨勢八、新材料推動半導體器件革新
【趨勢概要】在摩爾定律放緩以及算力和存儲需求爆發的雙重壓力下，以硅為主體的經典晶體管很難維持半導體產業的持續發展，各大半導體廠商對于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制實現全新的邏輯、存儲及互聯概念和器件，推動半導體產業的革新。例如，拓撲絕緣體、二維超導材料等能夠實現無損耗的電子和自旋輸運，可以成為全新的高性能邏輯和互聯器件的基礎；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、保護數據隱私的AI技術將加速落地
【趨勢概要】數據流通所產生的合規成本越來越高。使用AI技術保護數據隱私正在成為新的技術熱點，其能夠在保證各方數據安全和隱私的同時，聯合使用方實現特定計算，解決數據孤島以及數據共享可信程度低的問題，實現數據的價值。
趨勢十、云成為IT技術創新的中心
【趨勢概要】隨著云技術的深入發展，云已經遠遠超過IT基礎設施的范疇，漸漸演變成所有IT技術創新的中心。云已經貫穿新型芯片、新型數據庫、自驅動自適應的網絡、大數據、AI、物聯網、區塊鏈、量子計算整個IT技術鏈路，同時又衍生了無服務器計算、云原生軟件架構、軟硬一體化設計、智能自動化運維等全新的技術模式，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技術變成觸手可及的服務，成為整個數字經濟的基礎設施。
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前言： 當前，我國迎來了世界新一輪科技革命與中國轉變發展方式的歷史性交匯期， 既面臨著千載難逢的歷史機遇，又面臨著差距拉大的嚴峻挑戰。科技作為人類社會 發展的源動力，塑造和影響著全球政治經濟格局，持續主導世界變革，成為我國應 對挑戰和把握百年發展機遇的必然選擇。以史為鑒，真正能夠推動人類社會進步、 改變世界進程、引領人類生活發生根本變革的科技，都是那些需要長期研發投入、 持續積累的高精尖原創技術，對產業的發展具有較強的引領和支撐作用的技術。 2010 年中科院西安光機所米磊博士將這類技術定義為“硬科技”，希望新時期國家 和社會能夠重視硬科技、發展硬科技、掌握硬科技。2018 年 12 月 6 日，李克強總理 在國家科技領導小組第一次會議上強調“突出‘硬科技’研究，努力取得更多原創 成果”。2019 年 10 月 16 日，科技部火炬中心組織召開硬科技發展工作座談會，研 究推進硬科技發展工作。 放眼全球，各國紛紛將目光投向科技，硬科技發展熱潮正在全球蓬勃興起。 2019 年全球在人工智能、生物技術、光電芯片等十大技術領域取得突破性進展，全 球首次合成純碳 C18 環，為當前計算機芯片突破硅基半導體器件物理極限提供全新 思路 ; 科學家 3D 打印出會“呼吸”的人造器官，未來將造福器官移植患者 ; 世界首 款異構融合類腦芯片問世，通用型人工智能發展邁出重要一步。2019 年全球主要城 市七大硬科技創新綜合指數 TOP15 中，中國城市占 8 個席位，占據半壁江山，其中 東京位居第一，北京緊隨其后，紐約名列前三。我國科技創新活動活躍度領先全球， 呈現多個行業并發、多種類型并舉、多數企業家重視的良好局面。 聚焦中國，硬科技成為衡量和支撐區域產業競爭力的最關鍵要素，對于城市產 業創新綜合實力的作用日益顯現，上海全力打造全球頂級生物醫藥產業集聚區、深 圳打造智能制造產業創新中心、西安打造全球硬科技之都。在 2019 年國內城市產業 創新綜合排名中，北京以絕對優勢領跑全國，上海和深圳處在第二梯隊，作為“硬 科技”概念的發源地，2019 年西安表現亮眼，產業創新綜合能力位居全國第四，引 領第三梯隊。 展望未來，硬科技作為人類社會發展的核心動力，將驅動人類進入一個全新的 發展階段，人類生產組織方式、社會組織方式、生活方式將發生重大變化。硬科技 事關人類社會整體進步和人類共同福祉的提升，需要各國以宏大的全球視野和人類 共同的擔當，攜手構建人類命運共同體。
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