2020注定是被歷史鐫刻的一年，新冠疫情席卷全球，許多行業(yè)重啟向上而生的螺旋，物理屏障增速了數(shù)字世界飛躍式發(fā)展：新技術(shù)、新應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，量子計算、基礎(chǔ)材料、生物醫(yī)療等領(lǐng)域的一系列重大科技突破紛至沓來。我們仰望星空瞭望科技前沿動態(tài)，也能腳踏實地規(guī)劃科技普惠路徑。科技自強從來都不是一句空話，取決于我們對未來的直覺，對社會的態(tài)度。相信后疫情時代，即將到來的2021注定將在科技史上留下濃墨重彩一筆。
年末收官之際，阿里巴巴達摩院重磅發(fā)布2021年度十大科技趨勢。這是達摩院成立三年以來第三次發(fā)布年度科技趨勢報告，阿里云智能研究中心攜手達摩院的科學(xué)家和業(yè)界專家人士，歷經(jīng)長達3個月大量訪談交流，共同碰撞觀點，深入探討，對人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、量子計算、云計算、區(qū)塊鏈、新材料等熱點科技做出研判和預(yù)測，對未來的科技走向進行解讀。
在達摩院基礎(chǔ)科學(xué)和技術(shù)創(chuàng)新研究的科技之巔，阿里云研究中心以科技探索“新商業(yè)”邊界為使命，研究在前沿科技的推動下，零售、數(shù)字政務(wù)、智慧城市、金融、制造、能源等產(chǎn)業(yè)的數(shù)智化轉(zhuǎn)型路徑及商業(yè)實踐。以數(shù)字化轉(zhuǎn)型案例庫、行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型白皮書、科技和行業(yè)發(fā)展報告、首席增長官、阿里波特知識智能機器人等各具特色的產(chǎn)品和服務(wù)形態(tài)為基礎(chǔ)，已經(jīng)成為政企數(shù)字化轉(zhuǎn)型的“戰(zhàn)略加速器”。
此前兩年，關(guān)于語音AI、圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、芯片等多項趨勢預(yù)測已經(jīng)成為現(xiàn)實。今年，達摩院從原子動能、比特躍遷、場景變革三個角度發(fā)布了十大科技趨勢，讓我們一睹為快。
材料是一切科技發(fā)展的基礎(chǔ)，新材料技術(shù)已推動多輪科技革命。然而，受限于成本高昂、生產(chǎn)工藝不成熟等問題，諸多新型材料未能實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。達摩院認為，未來幾年，以氮化鎵和碳化硅為代表的第三代半導(dǎo)體材料將在材料生長、器件制備等技術(shù)上實現(xiàn)突破，并應(yīng)用于5G基站、新能源汽車、特高壓、數(shù)據(jù)中心等新基建場景，大幅降低整體能耗。
新材料的價值遠不止提供更優(yōu)的性能，它還能突破傳統(tǒng)材料物理極限。達摩院預(yù)測，碳基材料作為制作柔性設(shè)備的核心材料，將走出實驗室并制備可隨意伸縮、彎曲的柔性電子設(shè)備，例如用該材料制作的電子皮膚不僅機械特性與真實皮膚相似，還有外界環(huán)境感知功能。
過去幾年，AI技術(shù)潤物細無聲滲透傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，例如AI走進制造企業(yè)，提升質(zhì)檢工作效率。達摩院認為，AI應(yīng)用于生產(chǎn)環(huán)節(jié)只是開始，汽車、消費電子、服裝、鋼鐵、化工等信息化基礎(chǔ)良好的行業(yè)將實現(xiàn)供應(yīng)鏈、生產(chǎn)、資產(chǎn)、物流、銷售等各環(huán)節(jié)的全局智能，最終實現(xiàn)生產(chǎn)及運營效率的大幅提升。
在醫(yī)療領(lǐng)域，業(yè)界公認AI與藥物、疫苗研發(fā)結(jié)合是大勢所趨，但用AI研發(fā)藥物并成功上市的案例極為鮮見。達摩院指出，新型AI算法的迭代及算力突破將解決藥物分子靶點確證、藥物可成藥性等難題，例如在疫苗研發(fā)過程中，AI可自動輸入有效化合物模型，然后與電腦合成程序產(chǎn)生的數(shù)億種不同的化學(xué)化合物對比篩選，最終快速找到疫苗的優(yōu)質(zhì)候選化合物。
作為人機交互和人機混合智能未來技術(shù)，腦機接口在醫(yī)療領(lǐng)域極具研究價值。達摩院在趨勢中指出，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界正在努力攻克腦信號的采集和處理難題，幫助人類更好地理解大腦工作原理，技術(shù)的成熟將加速腦機接口的臨床應(yīng)用，未來將為口不能言、手不能動的患者提供精準(zhǔn)康復(fù)服務(wù)。
科學(xué)技術(shù)的發(fā)展總是在不斷發(fā)散與收斂的模式中躍遷。創(chuàng)新永無終點，但每一次技術(shù)創(chuàng)新都必然沿著普惠的既定軌跡前行。AI、5G、云計算及IoT等數(shù)字技術(shù)正發(fā)生前所未有的化學(xué)反應(yīng)，農(nóng)業(yè)乃至城市都將因此發(fā)生新一輪變革。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，自動監(jiān)測農(nóng)作物、精細化育種、農(nóng)產(chǎn)品物流運輸可追溯都將變成現(xiàn)實;城市將擁有一顆超級大腦，感知、通信、決策能力全面提升，為城市提供整體治理能力。
期待在達摩院十大科技趨勢的影響下，能有更多的人關(guān)注甚至投身到科技創(chuàng)新事業(yè)中，變熱情為動力，化動力作科技，促科技成現(xiàn)實。
聯(lián)系達摩院：
朱智敏
聯(lián)系阿里云研究中心：
王佩杰
附：達摩院2021十大科技趨勢
趨勢一、以氮化鎵、碳化硅為代表的第三代半導(dǎo)體迎來應(yīng)用大爆發(fā)
以氮化鎵(GaN)和碳化硅(SiC)為代表的第三代半導(dǎo)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，多年來僅限于小范圍應(yīng)用。近年來，隨著材料生長、器件制備等技術(shù)的不斷突破，第三代半導(dǎo)體的性價比優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)并正在打開應(yīng)用市場：SiC元件已用于汽車逆變器，GaN快速充電器也大量上市。未來5年，基于第三代半導(dǎo)體材料的電子器件將廣泛應(yīng)用于5G基站、新能源汽車、特高壓、數(shù)據(jù)中心等場景。
趨勢二、后“量子霸權(quán)”時代，量子糾錯和實用優(yōu)勢成核心命題
2020年為后“量子霸權(quán)”元年，世界對量子計算的投入持續(xù)上漲，技術(shù)和生態(tài)蓬勃發(fā)展，多個平臺異彩繽紛。這一潮流將在2021年繼續(xù)推高社會的關(guān)注和期待，量子計算的研究需要證明自身的實用價值;業(yè)界需要聚焦“后霸權(quán)”時代的使命：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用優(yōu)勢兩座里程碑鋪路奠基。
趨勢三、碳基技術(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(shè)備，可用作可穿戴設(shè)備、電子皮膚、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，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：碳納米管這一碳基柔性材料的質(zhì)量已可滿足大規(guī)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(xiàn)。
趨勢四、AI提升藥物及疫苗研發(fā)效率
AI已廣泛應(yīng)用于醫(yī)療影像、病歷管理等輔助診斷場景，但AI在疫苗研發(fā)及藥物臨床研究的應(yīng)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(fā)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(fā)現(xiàn)新靶點、先導(dǎo)化合物發(fā)現(xiàn)及先導(dǎo)藥物優(yōu)化等環(huán)節(jié)的效率。AI與疫苗、藥物臨床研究的結(jié)合可以減少重復(fù)勞動與時間消耗，提升研發(fā)效率，極大的推動醫(yī)療服務(wù)和藥物的普惠化。
趨勢五、腦機接口幫助人類超越生物學(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(shù)領(lǐng)域探索性的將大腦與外部設(shè)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(yīng)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(zhǔn)康復(fù)服務(wù)。
趨勢六、數(shù)據(jù)處理實現(xiàn)“自治與自我進化”
隨著云計算的發(fā)展、數(shù)據(jù)規(guī)模持續(xù)指數(shù)級增長，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理面臨存儲成本高、集群管理復(fù)雜、計算任務(wù)多樣性等巨大挑戰(zhàn);面對海量暴增的數(shù)據(jù)規(guī)模以及復(fù)雜多元的處理場景，人工管理和系統(tǒng)調(diào)優(yōu)捉襟見肘。因此，通過智能化方法實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的自動優(yōu)化成為未來數(shù)據(jù)處理發(fā)展的必然選擇。人工智能和機器學(xué)習(xí)手段逐漸被廣泛應(yīng)用于智能化的冷熱數(shù)據(jù)分層、異常檢測、智能建模、資源調(diào)動、參數(shù)調(diào)優(yōu)、壓測生成、索引推薦等領(lǐng)域，有效降低數(shù)據(jù)計算、處理、存儲、運維的管理成本，實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的“自治與自我進化”。
趨勢七、云原生重塑IT技術(shù)體系
在傳統(tǒng)IT開發(fā)環(huán)境里，產(chǎn)品開發(fā)上線周期長、研發(fā)效能不高，云原生架構(gòu)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(yīng)用和管理異構(gòu)硬件和環(huán)境下的各類云計算資源，通過方法論工具集、最佳實踐和產(chǎn)品技術(shù)，開發(fā)人員可專注于應(yīng)用開發(fā)過程本身。未來，芯片、開發(fā)平臺、應(yīng)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(tǒng)等基礎(chǔ)架構(gòu)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(shù)應(yīng)用邊界。
趨勢八、農(nóng)業(yè)邁入數(shù)據(jù)智能時代
傳統(tǒng)農(nóng)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(jié)等瓶頸問題。以物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、云計算等為代表的科學(xué)技術(shù)正在與農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)深度融合，打通農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的全鏈路流程。結(jié)合新一代傳感器技術(shù)，農(nóng)田地面數(shù)據(jù)信息得以實時獲取和感知，并依靠大數(shù)據(jù)分析與人工智能技術(shù)快速處理海量領(lǐng)域農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)農(nóng)作物監(jiān)測、精細化育種和環(huán)境資源按需分配。同時，通過5G、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等技術(shù)的應(yīng)用確保農(nóng)產(chǎn)品物流運輸中的可控和可追溯，保障農(nóng)產(chǎn)品整體供應(yīng)鏈流程的安全可靠。農(nóng)業(yè)將告別“靠天”吃飯進入智慧農(nóng)業(yè)時代。
趨勢九、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)從單點智能走向全局智能
受實施成本和復(fù)雜度較高、供給側(cè)數(shù)據(jù)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(shù)字經(jīng)濟所展現(xiàn)出來的韌性讓企業(yè)更加重視工業(yè)智能的價值，加之?dāng)?shù)字技術(shù)的進步普及、新基建的投資拉動，這些因素將共同推動工業(yè)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(chǔ)的制造業(yè)，貫穿供應(yīng)鏈、生產(chǎn)、資產(chǎn)、物流、銷售等各環(huán)節(jié)在內(nèi)的企業(yè)生產(chǎn)決策閉環(huán)的全局智能化應(yīng)用將大規(guī)模涌現(xiàn)。
趨勢十、智慧運營中心成為未來城市標(biāo)配
在過去10年時間里，智慧城市借助數(shù)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(shè)輕運營”所導(dǎo)致的業(yè)務(wù)應(yīng)用不足。在此背景下，城市管理者希望通過運營中心盤活數(shù)據(jù)資源、推動治理與服務(wù)的全局化、精細化和實時化。而AIoT技術(shù)的日漸成熟和普及、空間計算技術(shù)的進步，將進一步提升運營中心的智慧化水平，在數(shù)字孿生基礎(chǔ)上把城市作為統(tǒng)一系統(tǒng)并提供整體智慧治理能力，進而成為未來城市的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施。
附：專家解讀
圍繞著十大科技趨勢，外部專家也紛紛發(fā)表觀點評議，如圖所示：
趨勢一、以氮化鎵、碳化硅為代表的第三代半導(dǎo)體迎來應(yīng)用大爆發(fā)
中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所研究員 王軍喜
——第三代半導(dǎo)體將成顯示照明、電力電子和微波射頻器件的“核芯”。
趨勢二、后“量子霸權(quán)”時代，量子糾錯和實用優(yōu)勢成核心命題
清華大學(xué)物理系副教授 張浩
——量子計算硬件實現(xiàn)有兩種思路，一是提升單個量子比特的質(zhì)量或壽命，二是更有效集成和表征更多物理量子比特以及糾錯。
IDC中國副總裁兼首席分析師武連峰
——量子計算未來有廣泛的應(yīng)用場景，是科技市場必爭之地。
趨勢三、碳基技術(shù)突破加速柔性電子發(fā)展
中國科學(xué)院院士 彭練矛
——碳基材料特別是碳納米管，既有優(yōu)于硅基的電學(xué)性能，還有極好的延展性和柔韌性，不僅可用于柔性電子，還將在芯片領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
趨勢四、AI提升藥物及疫苗研發(fā)效率
浙江大學(xué)藥學(xué)院副院長、浙江大學(xué)藥物信息學(xué)研究所副所長 范驍輝
——發(fā)展AI藥學(xué)，一要盡快開展應(yīng)用方法學(xué)研究，二要盡快培養(yǎng)既有藥學(xué)背景又掌握AI算法的交叉學(xué)科人才。
阿斯利康中國副總裁 徐晶
——人工智能在藥物分子篩選、臨床實驗效率提升、疾病早篩早診正發(fā)揮著重要作用。
北京航空航天大學(xué)宇航學(xué)院教授 鄧岳
——利用AI進行藥物及疫苗研發(fā)的難點，在于保障算法的魯棒性，啟發(fā)決策的創(chuàng)造性以及增強過程的可解釋性。
趨勢五、腦機接口幫助人類超越生物學(xué)極限
新加坡南洋理工大學(xué)計算機學(xué)院教授、IEEE Fellow 關(guān)存太
——未來十年，腦機接口將有更多技術(shù)和應(yīng)用重大突破，且將成為腦科學(xué)研究的重要平臺，新應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ɡ夏晔е前Y、精神疾病、雙向腦機接口、人機增強系統(tǒng)等。
清華大學(xué)電子工程系副教授、腦與智能實驗室研究員張沕琳
——研發(fā)能量效率、體積效率更高的腦機接口硬件設(shè)備，是解析大腦的重要路徑。
趨勢六、數(shù)據(jù)處理實現(xiàn)“自治與自我進化”
Gartner研究副總裁 孫志勇Daniel SUN
——中國企業(yè)未來3-5年的數(shù)字化轉(zhuǎn)型將從數(shù)據(jù)領(lǐng)域重點突破。
趨勢七、云原生重塑IT技術(shù)體系
中國信息通信研究院云計算與大數(shù)據(jù)研究所所長 何寶宏
——以前談Cloud First，現(xiàn)在談Cloud Smart，云原生應(yīng)用能讓云的效率和價值得到真正發(fā)揮。
上海交通大學(xué)計算機系長聘教軌副教授 陳全
——云原生仍面臨微服務(wù)高效調(diào)度、無服務(wù)器計算、高密混部、低開銷系統(tǒng)等挑戰(zhàn)，但必然是云計算主要方向。
趨勢八、農(nóng)業(yè)邁入數(shù)據(jù)智能時代
農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)農(nóng)村信息化專家咨詢委員會副主任委員、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)國際學(xué)院院長李道亮
——物聯(lián)網(wǎng)、云計算和智能終端將成農(nóng)業(yè)新基礎(chǔ)設(shè)施，但對落地過程要有耐心和恒心。
趨勢九、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)從單點智能走向全局智能
中國企業(yè)聯(lián)合會及中國企業(yè)家協(xié)會副會長、工業(yè)和信息化部原總工程師 朱宏任
——新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合，將對工業(yè)發(fā)展乃至經(jīng)濟社會發(fā)展產(chǎn)生全方位、深層次、革命性的影響。
中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院副院長 馮旭
——工業(yè)企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，出現(xiàn)了從被動到主動、從片段到連續(xù)、從垂直到協(xié)同的新趨勢。
新加坡南洋理工大學(xué)校長委員會講席副教授 安波
——新冠疫情為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展按下了“加速鍵”。
趨勢十、智慧運營中心成為未來城市標(biāo)配
新加坡南洋理工大學(xué)計算機學(xué)院院長 苗春燕
——全方位的AI應(yīng)用將徹底改變城市的面貌;智慧運營中心將建立在廣泛的信息收集之上，同時要保障隱私安全;智慧城市需要給老齡人口提供便利。
上海交通大學(xué)計算機系講席教授 過敏意
——未來城市將以智慧城市基建(如AIoT)為軀干和四肢，以智慧運營中心為大腦。
整體點評：清華大學(xué)計算機與科學(xué)技術(shù)系副主任 唐杰
達摩院發(fā)布的十大技術(shù)趨勢很具有前瞻性。量子計算將成為未來10-20年計算機取得重大突破的一個關(guān)鍵領(lǐng)域。AI發(fā)展也將開始進入全新的人機共存時代，在可預(yù)見的5-10年，一方面數(shù)據(jù)本身在AI助力下從支持搜索查詢升級為自治與進化，另一方面人和計算機在物理世界和虛擬世界的強結(jié)合將重塑我們生活的方方面面。
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