達摩院2021十大科技趨勢：第三代半導體材料將大規(guī)模應用

12月28日上午消息，阿里巴巴達摩院發(fā)布2021十大科技趨勢，這是達摩院成立三年以來第三次發(fā)布年度科技趨勢。

　　材料是一切科技發(fā)展的基礎，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，達摩院預測，碳基材料作為制作柔性設備的核心材料，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)潤物細無聲滲透至傳統(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、化工等信息化基礎良好的行業(yè)將實現(xiàn)供應鏈、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用，未來將為口不能言、手不能動的患者提供精準康復服務。

　　科學技術(shù)的發(fā)展總是在不斷發(fā)散與收斂的模式中躍遷。去年，達摩院曾預測“云將成為IT技術(shù)的創(chuàng)新中心”，時隔一年，云原生成為云計算領(lǐng)域的新變量，達摩院提出，未來芯片、開發(fā)平臺、應用軟件乃至計算機等將誕生于云上，AI、5G、區(qū)塊鏈等技術(shù)都將以云原生的方式落地，企業(yè)獲取IT服務的路徑再次被縮短。

　　以下為達摩院2021十大科技趨勢全文：

　　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(fā)

　　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(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，第三代半導體的性價比優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)并正在打開應用市場：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(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備，可用作可穿戴設備、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、先導化合物發(fā)現(xiàn)及先導藥物優(yōu)化等環(huán)節(jié)的效率。AI與疫苗、藥物臨床研究的結(jié)合可以減少重復勞動與時間消耗，提升研發(fā)效率，極大的推動醫(yī)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(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(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、集群管理復雜、計算任務多樣性等巨大挑戰(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。人工智能和機器學習手段逐漸被廣泛應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)人員可專注于應用開發(fā)過程本身。未來，芯片、開發(fā)平臺、應用軟件乃至計算機等將誕生于云上，可將網(wǎng)絡、服務器、操作系統(tǒng)等基礎架構(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，加之數(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的制造業(yè)，貫穿供應鏈、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“重建設輕運營”所導致的業(yè)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(shù)據(jù)資源、推動治理與服務的全局化、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)字基礎設施。

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