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                回望2019年的科技領域,靜水流深之下仍有暗潮涌動。AI芯片崛起、智能城市誕生、5G催生全新應用場景……達摩院去年預測的科技趨勢一一變為現實。科技浪潮新十年開啟,圍繞AI、芯片、云計算、區塊鏈、工業互聯網、量子計算等領域,達摩院繼續提出最新趨勢,并斷言多個領域將出現顛覆性技術突破。

          芯片技術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,傳統芯片陷入性能增長瓶頸,業界試圖從芯片產業鏈的各個環節尋找破解之道。達摩院認為,芯片領域的重大突破極有可能在體系架構、基礎材料和設計方法三處實現。

          體系架構方面,存儲、計算分離的馮·諾依曼架構難以滿足日益復雜的計算任務,業界正在探索計算存儲一體化架構,以突破芯片的算力和功耗瓶頸;基礎材料方面,以硅為代表的半導體材料趨于性能極限,半導體產業的持續發展需寄望于拓撲絕緣體、二維超導材料等新材料;芯片設計方法也需應勢升級,基于芯粒(chiplet)的模塊化設計方法可取代傳統方法,讓芯片設計變得像搭積木一樣快速。

          芯片技術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牽引者。目前,語音、視覺、自然語言處理等感知AI技術的發展已到極限,但在通向強人工智能的認知智能方面,AI還處在初級發展階段。達摩院認為,在不久的將來,AI有望習得自主意識、推理能力以及情緒感知能力,實現從感知智能向認知智能的演進。

          AI
          的認知演進,使得機器間的群體智能成為可能。達摩院預測,今后AI不僅懂得人機協同,還能做到機機協同。當機器像人一樣,彼此合作、相互競爭共同完成目標任務,大規模智能交通燈調度、倉儲機器人協作分揀貨物、無人駕駛車自主感知全局路況等場景便不難想象。

          與人工智能技術范式轉變同步的是IT技術范式的轉變。傳統物理機、網絡、軟件等發展失速,云計算正在融合軟件、算法和硬件,加速各行各業的數字化轉型。達摩院指出,無論芯片、AI還是區塊鏈,所有技術創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、云上的區塊鏈應用將層出不窮。一言以蔽之,云將成所有IT技術創新的中心。

          科研與應用間的張力是科技進步的永恒動力。達摩院的科技預測既有前瞻性又充分考慮落地性。去年,達摩院提出,區塊鏈的商業化應用將加速,這一論斷得到了現實驗證。2019年,區塊鏈技術上升為國家戰略,在數字金融、數字政府、智能制造等領域逐步落地。達摩院認為,2020年企業應用區塊鏈技術的門檻將進一步降低,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,日活千萬的區塊鏈應用將走入大眾。

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          人工智能從感知智能向認知智能演進

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          【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。
           

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          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。
           

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          計算存儲一體化突破AI算力瓶頸

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          【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。
           

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          工業互聯網的超融合



          【趨勢概要】5GIoT 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。
           

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          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。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。
           

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          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。

           

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          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。
           

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          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。
           

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          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。

           

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          云成為IT技術創新的中心

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          【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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