2022年10大前沿科技發佈，AI幫忙做科研、硅光芯片突破摩爾定律_風聞

昨天，阿里達摩院第四年發佈科技趨勢預測。

達摩院分析了近三年770萬篇公開論文、8.5萬份專利，訪談近100位科學家，總結除了2022年最值得關注的十大前沿科技，分別是：AI for Science、大小模型協同進化、硅光芯片、綠色能源AI、柔性感知機器人、高精度醫療導航、全域隱私計算、星地計算、雲網端融合、XR互聯網。

這十大科技趨勢，都有哪些看點？

人工智能升級，從產業到科學變革

在今年的預測裏，最重磅的斷言要數AI for Science將帶來一場新變革。

幾年前，AI+產業成為熱詞。今年，達摩院提出，AI將成為科學家的新生產工具，催生科研新範式。

也就是説，人工智能將從變革產業到變革科學，從AI+產業走向AI+科學。

這意味着什麼？

2021年學術圈發生了幾件大事。7月，谷歌旗下DeepMind在Nature上開源了利用AI對蛋白質結構進行預測的AlphaFold 2，隨後發佈了來自人類和20種其他生物共350000種蛋白質結構的預測結果。12月，DeepMind首次利用AI幫助數學家提出了兩個全新的數學猜想，登上Nature封面。

實驗科學和理論科學是幾百年來科學界的兩大基礎範式。預測蛋白質結構過去靠實驗，證明數學猜想靠推理。

現在AI帶來了第三種可能性。機器學習能通過處理多維、多模態的海量數據，幫助解決複雜場景下的科學難題。有兩個大的影響：

一是，將加速科研流程、幫助發現新規律，讓科學家不需要像過去一樣十年寒窗，而是能在一生中保持高產；

二是，讓科學不再依賴少數天才，普羅大眾也有可能參與到科學研究中。

阿里達摩院預測，在未來的三年內，人工智能技術在應用科學中將得到普遍應用，在部分基礎科學中開始成為研究工具。

工具的進步是人類文明突破線性增長的重要驅動力。

在AI公司商業變現不如預期美好，很多人開始唱衰AI的這一年裏，AI其實正悄悄進入更底層的領域，給整個社會帶來更深遠的影響。

芯片技術更迭，硅光芯片或將爆發

變革還將發生在芯片領域。

第二個值得關注的前沿科技趨勢，就是電子芯片的製程競賽正在接近終點，硅光芯片將異軍突起。

當前，硅基半導體已經推進到5nm和3nm，IBM今年也宣佈突破了2nm的工藝。但電子芯片發展已經逼近摩爾定律極限，集成技術進步趨於飽和，亟需技術突破。

其實，以前就有人提出了一種另闢蹊徑的方法，也就是光子芯片。

用光子代替電子進行信息傳輸，可以承載更多的信息、傳輸更遠的距離。光子彼此間的干擾少，可以提供相較於電子芯片高兩個數量級的計算密度與低兩個數量級的能耗。同時，相較於量子芯片，光子芯片不需要改變二進制的架構，能夠延續當前的計算機體系。

看起來很完美，但由於光子芯片是在砷化鎵、磷化銦材料上製作，很難做到低成本和高集成度，因此難以大規模應用。

技術突破往往都是被極限需求逼出來的。

OpenAI 統計，自 2012 年以來，每 3.4 個月人工智能的算力需求就翻倍，相比起來，供給能力的增長捉襟見肘。

另一種新型芯片技術得到蓬勃發展——硅光芯片。它融合了光子和電子優勢，有望突破摩爾定律。

硅光芯片領域權威專家，北京大學教授、上海光機所特聘首席研究員周治平介紹：

“硅光芯片通過將光電子器件硅片化，巧妙地將光電子的特點體現在一個嶄新的硅基芯片上，從而使光電子芯片在成本和集成度方面實現了突破，有望大幅提高數據中心內集羣之間、服務器之間、乃至於芯片之間的通信效率。”

周治平評論達摩院科技趨勢時認為，硅光芯片的進一步擴展是硅基光電子芯片：

利用集成電路的設計方法和製造工藝，將微納米量級的光子、電子、及光電子器件異質集成在同一硅襯底上，形成一個完整的具有綜合功能的新型大規模光電集成芯片。

達摩院預計，未來三年，硅光芯片將承載大型數據中心的高速信息傳輸；未來五到十年，以硅光芯片為基礎的光計算將逐步取代電子芯片的部分計算場景。

柔性機器人登場，XR互聯網到來

除了AI for Science、硅光芯片，這10大前沿科技中還包含了，柔性感知機器人、XR互聯網等技術的快速發展。

很多人對波士頓動力公司的機器人Atlas留下了深刻印象。

機器人領域正在發生變化。傳統機器人依賴預編程，一般只能在大型生產線等結構化場景中用於特定任務。但這幾年，結合柔性電子、力感知與控制、人工智能技術，機器人正在獲得力覺、視覺、聲音等感知能力，通用性和應變能力大幅提升。

也就是説，機器人未來有望變成多面手，能處理多種任務，而且能隨機應變了。這將提升機器人的普及率。

預計未來5年，柔性感知機器人將逐步替代傳統工業機器人，成為產線上的主力設備，並在服務機器人領域開始規模化應用。

達摩院還預測，新型網絡技術將推動雲網端融合成為新的計算架構。雲將作為腦，端作為交互界面，專注於用户體驗。

未來的終端，不會僅限於PC、手機。任何一個普通的設備，哪怕只是一塊屏幕，都可以擁有超級大腦，而計算基本發生在雲端。

這一趨勢將推動以沉浸式體驗為核心的XR互聯網加速到來。

達摩院認為，預計未來三年，外形與重量接近普通眼鏡的新一代 XR眼鏡將產生，成為下一代互聯網的關鍵入口。

下面附上達摩院十大趨勢概要：

趨勢一 AI for Science

人工智能成為科學家的新生產工具，催生科研新範式

【趨勢概要】實驗科學和理論科學是數百年來科學界的兩大基礎範式，而人工智能正在催生新的科研範式。機器學習能夠處理多維、多模態的海量數據，解決複雜場景下的科學難題，帶領科學探索抵達過去無法觸及的新領域。人工智能不僅將加速科研流程，還將幫助發現新的科學規律。預計未來三年，人工智能將在應用科學中得到普遍應用，在部分基礎科學中開始成為科學家的生產工具。

趨勢二 大小模型協同進化

大模型參數競賽進入冷靜期，大小模型將在雲邊端協同進化

【趨勢概要】超大規模預訓練模型是從弱人工智能向通用人工智能的突破性探索，解決了傳統深度學習的應用碎片化難題，但性能與能耗提升不成比例的效率問題限制了參數規模繼續擴張。人工智能研究將從大模型參數競賽走向大小模型的協同進化，大模型向邊、端的小模型輸出模型能力，小模型負責實際的推理與執行，同時小模型再向大模型反饋算法與執行成效，讓大模型的能力持續強化，形成有機循環的智能體系。

趨勢三 硅光芯片

光電融合兼具光子和電子優勢，突破摩爾定律限制

【趨勢概要】電子芯片的發展逼近摩爾定律極限，難以滿足高性能計算不斷增長的數據吞吐需求。硅光芯片用光子代替電子進行信息傳輸，可承載更多信息和傳輸更遠距離，具備高計算密度與低能耗的優勢。隨着雲計算與人工智能的大爆發，硅光芯片迎來技術快速迭代與產業鏈高速發展。預計未來三年，硅光芯片將承載絕大部分大型數據中心內的高速信息傳輸。

趨勢四 綠色能源AI

人工智能助力大規模綠色能源消納，實現多能互補的電力體系

【趨勢概要】風電、光伏等綠色能源近年來快速發展，也帶來了併網難、消納率低等問題，甚至出現了“棄風”、“棄光”等現象。核心原因在於綠色能源存在波動性、隨機性、反調峯等特徵，大規模併網可能影響電網的安全穩定運行。人工智能技術的應用，將有效提升電網等能源系統消納多樣化電源和協調多能源的能力，成為提升能源利用率和穩定性的技術支撐，推動碳中和進程。預計未來三年，人工智能技術將幫助電力系統實現大規模綠色能源消納，實現電力系統的安全、高效、穩定運行。

趨勢五 柔性感知機器人

機器人將兼具柔性和類人感知，可自適應完成多種任務

【趨勢概要】傳統機器人依賴預編程，侷限於大型生產線等結構化場景。近年來，柔性機器人結合柔性電子、力感知與控制、人工智能技術，獲得了力覺、視覺、聲音等感知能力，應對多任務的通用性與應對環境變化的自適應性大幅提升。機器人將從大規模、標準化的產線走向小規模、非標準化的場景。預計未來五年，柔性感知機器人將逐步替代傳統工業機器人，成為產線上的主力設備，並在服務機器人領域開始規模化應用。

趨勢六 高精度醫療導航

人工智能與精準醫療深度融合，助力診療精度與效率提升

【趨勢概要】傳統醫療依賴醫生經驗，猶如人工尋路，效果參差不齊。人工智能與精準醫療深度融合，專家經驗和新的輔助診斷技術有機結合，將成為臨牀醫學的高精度導航系統，為醫生提供自動指引，幫助醫療決策更快更準，實現重大疾病的可量化、可計算、可預測、可防治。預計未來三年，以人為中心的精準醫療將成為主要方向，人工智能將全面滲透在疾病預防和診療的各個環節，成為疾病預防和診療的高精度導航協同。

趨勢七 全域隱私計算

破解數據保護與流通兩難，隱私計算走向全域數據保護

【趨勢概要】數據安全保護與數據流通是數字時代的兩難問題，破解之道是隱私計算。過去受制於性能瓶頸、技術信任不足、標準不統一等問題，隱私計算尚只能在少量數據的場景下應用。隨着專用芯片、加密算法、白盒化、數據信託等技術融合發展，隱私計算有望跨越到海量數據保護，數據源將擴展到全域，激發數字時代的新生產力。預計未來三年，全域隱私計算技術將在性能和可解釋性上有新的突破，或將出現數據信託機構提供基於隱私計算的數據共享服務。

趨勢八 星地計算

衞星及地面一體化的通信與計算，促進空天地海全面數字化

【趨勢概要】基於地面網絡和計算的數字化服務侷限在人口密集區域，深空、海洋、沙漠等無人區尚是服務的空白地帶。高低軌衞星通信和地面移動通信將無縫連接，形成空天地海一體化立體網絡。由於算隨網動，星地計算將集成衞星系統、空中網絡、地面通信和雲計算，成為一種新興的計算架構，擴展數字化服務的空間。預計未來三年，低軌衞星數量會迎來爆發式增長，衞星及其地面系統將成為新型計算節點。

趨勢九 雲網端融合

雲網端融合形成新計算體系，催生雲上新物種

【趨勢概要】新型網絡技術發展將推動雲計算走向雲網端融合的新計算體系，並實現雲網端的專業分工：雲將作為腦，負責集中計算與全局數據處理；網絡作為連接，將多種網絡形態通過雲融合，形成低延時、廣覆蓋的一張網；端作為交互界面，呈現多元形態，可提供輕薄、長效、沉浸式的極致體驗。雲網端融合將促進高精度工業仿真、實時工業質檢、虛實融合空間等新型應用誕生。預計未來兩年，將有大量新型應用在雲網端融合的新計算體系中運行。

趨勢十 XR互聯網

XR眼鏡會成為重要交互界面，帶動下一代互聯網發展

【趨勢概要】隨着端雲協同計算、網絡通信、數字孿生等技術發展，以沉浸式體驗為核心的XR（未來虛實融合）互聯網將迎爆發期。眼鏡有望成為新的人機交互界面，推動形成有別於平面互聯網的XR互聯網，催生從元器件、設備、操作系統到應用的新產業生態。XR互聯網將重塑數字應用形態，變革娛樂、社交、工作、購物、教育、醫療等場景交互方式。預計未來三年，外形與重量接近普通眼鏡的新一代XR眼鏡將產生，成為下一代互聯網的關鍵入口。