万字长文,解读阿里达摩院《 2021十大科技趋势》 |雷锋网

12月28日,阿里巴巴达摩院发表《 2021十大科技趋势》,这是达摩院成立三年以来第三次出版年度科技趋势。

在震荡的2020年,许多行业重新启动而向上,而生的螺旋形,但疾病情势重重,阻碍生物技术发展。科技产业将如何发展,达摩院为科技产业提供了全新的预测。

今年的趋势报告分为“原子动能”,“比特跃迁”,“场景转变”三个部分,多了一些新的重大意义,但整体是与过去一年的总结,未来一年的开启深度单一。

达摩院认为,未来几年,以氮化镓和碳化硅为代表的第三代半导体材料将在材料生长,器件制备等技术上实现,并与5G衬底,新能源汽车,特高压,数据中心等新基建场景,显着降低整体绩效。

新材料的价值远不止提供更优的性能,它还能突破传统材料的物理极限,达摩院预测,碳基材料作为制备设备的核心材料,将走出实验室并制备可随意伸缩的,挠曲的电子设备,例如使用该材料制造的电子皮肤只是机械特性与真实皮肤相似,而且还有外界环境感知功能。

2020年极度明显的是AI落地到产业的趋势,达摩院认为,AI只是生产开始,汽车,消费电子,服装,钢铁,化工等信息化基础资产,物流,销售等各方面的细分智能。

此外,生物医药领域,AI研发药物,脑机接口将成为极具研究价值。

雷锋网(公众号:雷锋网)值得注意的是,与前两次报告一致的核心在于,达摩院坚信:AI,5G,云计算及IoT等数字技术正发生着前所未有的化学反应,领域,自动监测农作物,精细化育种,农产品物流运输可替代地都将变成现实;城市将拥有一颗超级大脑,感知,通信,方法能力全面提升,为城市提供整体治理能力。

万字长文,解读阿里达摩院《 2021十大科技趋势》

2021十大科技趋势趋势分别为:

  1. 以氮化镓,碳化硅为代表的第三代半导体半导体迎来应用大爆发

  2. 后“量子霸权”时代,量子纠错和实用优势成核心命中题

  3. 碳基技术突破加速加速柔性电子发展

  4. AI提升药物及疫苗研发效率

  5. 脑机接口帮助人类超越生物学极限

  6. 数据处理实现“自治与自我进化”

  7. 云原生重塑IT技术体系

  8. 农业迈入数据智能时代

  9. 工业互联网从单点智能转向走向智能

  10. 智慧运营中心成为未来城市标配

以下为《 2021十大科技趋势》的扩展解读:

趋势一以氮化镓,碳化硅为代表的第三代半导体半导体迎来应用大爆发

半导体产业发展到今天,主要建立在三代材料的基础上:兴起于20世纪50年代的基于硅(是),锗(Ge)的第一代半导体;兴起于20世纪80年代的以碳化物( GaAs),磷化铟(InP)为代表的第二代半导体;以及兴起于20世纪末的以氮化镓(GaN),碳化硅(SiC)为代表的第三代半导体。材料是应用用途广泛,它构成了一切逻辑器件的基础,CPU,GPU所提供的算力都都离不开Yes的功劳。

第二代半导体主要用于高频高速场景,例如手机中的射频电路。第三代半导体在此之前的两代半导体具有更宽的禁忌程度,因此也可以限制宽禁带半导体。更宽的禁能度允许材料在更高的温度,更强的电压,开关的频率下运行,因此第三代半导体在耐高温,耐高压,高频率,大功率,抗辐射等优质特性下,可以使用功率,功率和射频器件,广泛地集成到5G基站,新能源汽车,特高压,消费电子,航空航天,数据中心等领域。光电器件,例如可用于医疗消毒的紫外光源。

由于制造设备,制备工艺特别是材料成本上上的劣势,多年来第三代代半导体材料只是在小范围内应用。市场中,Si基半导体的性能已经无法完全满足需求,第三代半导体的性能优势被放大;;,制备技术特别是大尺寸材料技术不断突破,SiC和GaN两种材料均从4英寸均换代到6英寸并已研发出8英寸的样品,加之器件制备技术逐步提高,并降低了成本,并不断降低成本。

目前,第三代半导体半导体已经出现在应用市场中:一些新的能源汽车在逆变器中应用SiC功率器件提高了电能转换效率,并且长了一个更大的续航速度。未来5年,,除现有的电动汽车和消费电子外壳和电池外,还可以制造工业充电,5G高频器件以及可再生能源和储能能领域的电源应用都被引入到第三代半导体的发展中受益,尤其是在高压应用中将竞争性取代取代的是器件。

趋势二后“量子霸权”时代,量子纠错和实用优势成核心命中题

2020年为后“量子霸权”元年,世界对量子计算的投入持续增长,技术和生态蓬勃发展。超导领军团队宣布了这一百万百万比特币的规划;其他平台也异彩纷呈。通过系统集成和容错部件上有力演示,证明了和超导同台技艺的潜力。声子-超导混合比特币比特币也是其身临其境的平台。如上潮流将在2021年继续发展奔向“后霸王”的两个预算:量子纠错和实用优势。

演示纠错的系统必须同时达到“多比特”,“高级”和“高连接度”:至少几千个位数,强度,强关联的比特。 “精度”要求两比特的基本操作接近完美,“高连接度”要求比特采用粒度或更复杂的结构相互作用。

除了增量式的进步外,2021年有望见证在这些尺寸上突破性的创新。基于新型设计的超精密超导比特和扬弃目前是线性的的可扩展的二维离子交换。超导的另一场扬弃也可能在2021年播出下一个种子:低温电子学的成熟将成为大规模和昂贵的室内电子学开始走向末路。

实用的优势的探索将继续以模拟物理为主流,通过模拟对错误的宽容。冷原子和量子煺火系统等模拟量子计算平台将数字平台整合在一起,继续产生鼓舞人心的进步。

2021年量子计算的开源项目将以广泛和深入的贡献,大大降低学习和研究的成本,加速创新,并消减非科学理论的裂隙量子的风险。量子计算还属于科学和工程并重的研究的科学家需要继续开放性研究,相濡以沫,携手合作。这是我们的信念,也是我们对2021年量子世界协同和平的祈愿。

趋势三碳基技术突破加速柔性电子发展

尽管折叠屏手机已经不是很好的新鲜事物,但我们世界的电子设备目前仍以“硬质”为导向,柔性电子技术才刚刚起步。

柔性电子通过将将电子器件制作在柔性基板上,使电子器件在弯曲,折叠,扭曲,压缩,拉伸,甚至任意任意再后,,保持良好的性能。技术革命,将在发光显示,能源装置,电子标签,电子皮肤等方面改变人类的生活方式。

目前大多数的柔性电子应用场景,是对硅进行柔性化处理-硅在变得非常薄且尺寸非常小,然后又会变得一定的柔性。而随着硅基的增加。半导体器件的尺寸逼近物理极限,该方法已经日趋贴近。的性能差异。

碳基材料包括零维的富勒烯,一维的碳纳米管,二维的石墨烯,三维的石墨和金刚石等,这,,,碳纳米管和一直以来,主要是由材料制备技术,难以获得大面积,低成本。碳基材料成为限制其应用的最大障碍。

2020年,研究人员在8英寸衬底上成功制备出高密度高纯半导体芯片碳纳米管材料【1】,材料纯度达到99.9999%,突破了碳。纳米管是碳纳米管的关键关键材料,并且,并同步开发出一种自动的提纯和组装设备,并由其制备出的场效应晶体管。超越类似尺寸的硅基器件和电路。尽可能地,石墨烯的大面积制备已经实现,特别是利用化学气相沉积法制备的石墨烯材料,已经证明了优异的电学性能。这些都意味着碳基集成电路已经初步初步成为工业化基础,“碳时代”即将到来。

伴随着材料技术的突破和发展,碳基柔性电子有望在医疗健康等领域率先实现规模应用。例如,“电子皮肤”可在内部作用于其上的力或热转换为电信号进行处理,让其受损人的义肢兼具美观和功能性;可植入的柔性电子设备为复杂的治疗,如帕金森,癫痫,抑郁症等提供了新的治疗手段。

【1】北京大学《用于高性能电子学的高密度半导体碳纳米管平行阵列》

趋势四AI提升药物及疫苗研发效率

由于AI代表代表的新技术被广泛关注,AI在医疗CT读片,影像分析,使用自然语言处理(NLP)录入入病例的等效建立标准的领域,并具有非常好的工作效率与准确率,已经可以应用医疗诊断辅助领域。 12月1日美国科学家首次利用AI精确计量出一个蛋白质折叠而成的临床研究,在该疫苗化合物中筛选,建立疾病模型,发现新靶点,先导化合物发现,先导药物优化及老药新用等剂量并广泛参与。形状,这将帮助研究人员进一步发现疾病的发病原理并开发新药。

《自然》数据显示:单一新药的平均研发成本大约是26亿美元,耗时约10年,成功率不到10%。而新型药物从研发到最后上市,需要经过药物发现,临床前研究、、临床研究以及批准与上市4个阶段。其中,药物发现是非常重要的一个,它决定了一次研发的具体目标。这个目标又被划分为疾病选择,靶点发现和化合物合成的几种方法。化合物合成一步,一种药品就需要对5000〜10000种化合物进行筛选,最后只有5种左右进入最后的研究阶段。由于工程量巨大,所以药物研发的临床前研究阶段一般需要耗时3至6年。

AI与药物筛选结合是未来明确的方向,通过筛选流程和实验过程模型化,利用虚拟药物筛选,模拟计算筛选出的高分子量结构,可以减少化合物的筛选时间消耗。新药研发,通过匹配,发掘疾病与现有药物之间的数据关联性,老药新用也能快速在其他适应症上提供有效的证明。

例如在研发的疫苗中添加化合物可以提高其功效,更好地刺激人体免疫系统形成更多抗体。这个过程可以利用AI自动输入形式的可激活人体免疫系统的有效化合物模型,与计算机合成程序产生的数亿种不同的化学化合物对比筛选,最终迅速发现可能成为人类免疫药物的优质化合物。

人类未来将越来越多的采用AI等科学技术手段来提高疫苗设计/药物研发的效率和精度,所有依赖于计算,依赖数据经验和可仿造的经验,并且都值得通过AI智能化的方式来尝试未来的AI与疫苗/药物研究的规模推广推广离不开AI算法和云端的大算力调用,并结合将给人类带来巨大的经济价值和社会效益。

趋势五脑机接口帮助人类超越生物学极限

脑机接口技术并不是一个新概念,而是技术经过几十年的研究发展(接口分流式和非植入式),已经逐渐从学术界渗透到创业圈。虽然离实用化还有很长的路要走,但毫无疑问,人类朝着大脑与机器融合的伟大目标,向前踏出了一个大步。

植入式脑机接口连接到非植入式头皮贴片的方式精确度更高,可以编码更复杂的命令,但非植入式式更安全,接受程度也更好。的有运动皮层,感觉皮层和视觉皮层;其中运动皮层脑机结合已经可以做到做到意念控制机械手完成简单的三维运动,手腕方向和手指握力,例如机械的的和抓握太太的不到,这也是未来需要攻克的方向。

脑机系统技术是一个交叉学科,它的背后包括材料学,电子工程学,生物医学,神经信息学,计算机科学和认知科学等等,并且是单一学科的价值都值得,比如一个更精确的电极,更友好的生物材料,更明晰的神经科学认知,更强大的AI机器学习算法等等。

人类已经进化了了几十年,机器只存在了大约200年,但仍是该算法/算力让前者难以望其项背。对神经工程的发展在重要的支撑和推动作用上,帮助解决神经工程研究中遇到的类似精确控制等诸多难题,从更高的维度空间解析人类大脑的工作原理。

例如通过直接从大脑中合成语音,帮助减少说话能力的人通过技术手段来进行交流。此外,在康复方面,通过对神经系统活动的识别,理解为人的“意念”通过机械臂精确完成大脑内部发出的相应指令。在脑机结合方面,虽然离大众所想象的实际应用还有遥远的距离,但我们今天所想象的一切,未来都将成为现实。

人类和机器建立智能互动已是大势所趋,并设法保护这种人类的科技,安全地向着成为人类自身,方向发展的最大的挑战。

趋势六数据处理实现“自治与自我进化”

数据管理系统一直以来一直是企业IT架构的重要组成部分,随着物联网,云计算技术的深入发展和开源生态的不断完善,传统的数据存储系统已经成为企业IT架构的重要组成部分。管理海量数据集,元数据来源广泛,种类繁多,具有多源,的的特色,这可以进行数据聚合,集成,存储和检索成本高的问题;数据管理系统需要采取更加复杂的多租户,多任务下一个的执行工作,人为的手动管理和运维再也无法解决。统一管理界面和大数据处理环境所需的可扩展性,可扩展性和高效性。有效应对海量多源复杂的数据规模和丰富复杂的数据处理场景带来的问题和挑战。

传统模式下,系统超载,资源消耗过剩的剩余部分将要影响到其他正常运行的系统工作,并且需要大量的人力资源进行系统排查和维护,从而确保系统有效率的运行状态。系统的升级优化将成为可能的未来数据计算与处理技术的本质趋势之一。将系统技术与人工智能技术相结合,并利用机器学习算法。数据系统的自我管理,人工智能将充分嵌入到数据处理的整个生命周期中,帮助提高数据查询的效率,提高整体资源调度的优化性。

例如通过智能化手段对冷热数据分层分离,让计算和存储资源得到充分利用,有效降低数据管理成本。通过分析系统运行状态和日志数据信息,利用人工智能建模,并实现动态系统参数调整机器学习技术也将帮助系统建立更准确,高效的在线监测系统,并实现智能化的,维管控制和资源调配。将更多的时间和精力集中在更重要的系统任务上。

同时,系统技术也将更多地辅助人工智能的深度发展,在大规模数据集上进行高效的数据采集和机器学习分析的模型选择,元参数搜索,自动化的元数据学习,非结构化学数据与结构化数据融合处理等工作,从而帮助系统变得更加智能,安全和可靠。

趋势七云原生重塑IT技术架构

在传统开发环境里,漫长的产品开发,测试和上线周期,,的产品开发性能是企业IT领导者和开发人员的核心难题和挑战,同时在应用程序的过程中进行等基础设施的技术复杂性很大程度束缚开发人员针对其业务实现的解决方案,受制于数据库,数据中心,操作系统等传统架构的局限性,制定解决方案的解决方案的需要大打折扣。

以容器,k8s,ServiceMesh,Severless为代表的云原生技术将充分利用云云的设计理念,并充分利用分布式,可扩展性,可扩展性,可扩展性,可扩展性,可扩展性,可扩展性,极易性。发布场景;同时基于云原生平台的高度自动化的资源的编排调度机制,实现应用的可扩展和易维护,并通过微服务助力应用的快速开发,以及降低成本的方法,以实现商业应用的成本,推进业务应用的成本,速度。

本身,云原生将网络,服务器,操作系统,操作系统,业务流程等基础架构层高度高度抽象化,更高效的地面应用和管理硬件以及更多的环境下的各类云计算资源,向上支撑多种负载,包括大数据计算,区块链,智能等创新性的服务,高效解决方案部署一致性问题,并极大地降低云的的使用门算法,让开发者只需关注业务逻辑,并且最大程度地回归到应用程序的开发时间,专注于用户服务和商业价值的创造过程,从而帮助企业实现快速创新。

云原生将重塑IT技术的全系列体系,在开发,测试,上线,运维,监控和升级等规模的形成的技术标准,通过技术生态推动整个云计算的标准化,使规模,可复制的跨区域,跨平台和跨平台的扩展能力可能成为可能,将更多敏捷,多样化,可扩展的技术红利带给企业和开发者。

云原生技术应用在2020年呈现出爆发式的增长,其价值已在互联网,金融,教育,零售,能源等领域得到了广泛的实践和验证,并预计在两年的百分比为75%的企业的的商业生产中使用云原生的容器化学应用【1】。云原生为企业上云用云提供了崭新的技术方式,帮助企业快速享受云计算带来的成本和化学优势,全面加速企业升级数字进展,并并最终将推动云计算产业的再次升级。

[1] Gartner《云原生基础设施未来的八大趋势》

趋势八农业迈入数据智能时代

到2050年人类人口数量增长到接近百亿美元,随着世界人口的不断攀升,对粮食需求量也将不断扩大。率低下,粮食单产质量不稳,化肥农药资源使用过量,以及产业上下游供应链脱节等问题解决。为代表的新一代科学技术正在与农业产业深度融合,成为农业迈入智慧革命发展阶段的核心推手。

传感器技术已经广泛普及到农业领域,新一代物联网和5G技术将解决由于限制限制带来的传感器设备连接密度降低的难题,从而提高了网络设备的数量和密度,并帮助设备之间的图像传输和自主分析等功能,集成天气,灌溉,微生物以及其他农作物的环境效率,并同时提高农作物的产量;同时,通过计算机视觉技术将其在广阔和偏远地区分析田间工作环境的能力,将实时数据传输到其他传感器,综合分析在环境和作物情况下进行精确播种,施药,从而提高水肥利用效率并有效降低农业劳动力成本。

依托传感器技术的兴起,农业生产链的单一都将产生海量的数据,通过对这些数据进行整合,分析和计算,好地对农作物的耕地,播种,施药,杀虫,收割等全生命周期的周期内产生的数据。农业生产过程中的自动化运行和管理过程中的数智化控制。

同时,区块链和农业大数据等技术也将充分联合,打通农业生产,加工,运输和零售的提升全产业链的整体效率,对相关数据进行记录和存储以帮助重新导向农产品流通中的全程信息,从源头上保障农产品食品的安全和可靠。

趋势九工业互联网从单点智能走向分段智能

它在相当程度的上级释放了人类的双手双脚,并同时使生产运营效率达到一个新的高度。而迈入数字时代,云计算的,大数据,AI等新一代信息技术与工业的结合,是进一步地解放了人类的大脑。在具有认知能力的机器的辅助下,方法可以更加精确和高效。工业智能正向快速成为制造业冉冉升升起的“新星”。

中国工业互联网平台已达300家左右,具有一定规模和影响力的平台。过去的几年,在利好政策,资本支出,以及新技术新产品大量涌现等指标的共同推动下,工业实现了智能发展。数量也有50家之多【1】。然而,,尽管冠以“工业互联网”之名,但工业智能仍以解决碎片化需求为主要目标,难以满足制造企业全面数字化转化的需求。的实施成本和复杂度高,供给侧数据难以打通,整体生态系统不够完善等指标延缓了工业智能的前进步伐。

首先是信息技术的进步和扩展,,2019年中国云基础架构投资首次超过传统的IT基础架构投资,新旧技术间已实现交替【2】; ;而,5G时代的到来也将为物联网发展新的应用场景。,,,,,情景对工业智能的的发展突破了加速作用。在过去的制造企业看待工业智能更像是“锦上添花”,而疫情又是工业互联网所带来的成就,成为成为企业应对未来不定性时的立足之本。最后,新型基础设施建设为工业智能发展带来了一个空前工业互联网作为“新基建”的重要组成部分,将会迎来更好的政策环境和规模的投资力度,并推动整个生态体系的壮大完善。

如今,工业智能正从单点智能快速迈向垂直智能化,包括从复杂代码编写升级到低代码的应用开发,从而降低企业的成本。 ;;从辅助解决方案升级到生产系统的控制,从而扩展工业智能的应用场景;从单一业务方案升级到平台化。汽车,消费电子,品牌服饰,钢铁,水泥,化工等方面的良好信息化基础的制造大规模涌现。

【1】中国信息通信研究院《工业互联网平台白皮书(2019年)》

【2】IDC《全球云计算IT基础设施市场预测报告》

趋势十智慧运营中心成为未来城市标配

以“中国城市”为基础,在2014年中国就已经制定了国家政策,把智慧城市作为新型城镇化建设的重要,并实现了路径。之后中国智慧城市市场陆续涌现出“最多跑一次”,“一网通办”等最佳实践,既有效地提升了政府的治理水平,也让广大市民切实实现智慧城市带来了便利。

然而,智慧城市发展到现在也不会暴露出来了一些问题,特别是在突如其来的新冠状病情折射下。 ,,只能靠手工填表;而有些靠软件平台的区域,也因各部门,区域的数据不互通导致系统一度形同虚设。这些只是表象,背后的真正原因是许多智慧城市项目没有有效的经营。

面对这种情况,智慧城市市场各参与方特别是城市管理者开始重新思考,更加注重重智慧城市的实际应用效果,并进一步强调“运营”的理念。在这样的市场风向变化下,把城市数据进行汇聚,交换和共享并在此基础上进行智能决策的综合管理服务平台,即城市运营中心将逐步发展。

城市运营中心首先确实是一种智慧的方法,它不但不开状态的数据;同时,AI技术的不断进步将推动其基于城市数据进行科学决策,为城市治理提供最佳解决方案。

智慧的城市运营中心能够通过构建数字化的直接观察城市直觉展现城市全量信息。在数字定向生城市中全面整合城市感知数据,政府数据,商业数据等,并通过空间计算技术,,在时间和空间维度上,运转的全貌,助力实现城市治理精细化。

智慧城市运营中心最重要的功能,是将城市作为一个有机整体进行治理。这意味着从根本上将城市作为一个巨大的系统,从而避免使用传统的中心化思路。利用城市数字化,智能化和释放化的解决方案,从更高的尺度到解决非此即彼的矛盾,以升维后的视角和手法去治理城市,帮助政府更好地实现多目标平衡。运营中心中心所提供的这些能力,将在城市可持续发展中发挥不可替代的作用,并促使其成为未来城市的数字基础设施。

相关文章:

重磅!阿里达摩院发布《 2020十大科技趋势》

重磅!阿里达摩院发布《 2019十大科技趋势》

Source