智能世界2030：數字化和低碳化是最重要兩個機會
【環球網報道 記者 張陽】當日歷翻到2022年，智能世界2030已經大踏步地向我們走來，與其説對未來世界的想象，不如説是對未來世界的展望，下一個十年已經近在咫尺。
在過去的十年中，隨着寬帶通信、智能設備、雲計算和AI的迅速發展，數字技術極大豐富了人類的生活和工作。下一個十年已經可以初見雛形，在2022年全球分析師大會上，華為攜手產業夥伴舉辦了智能世界2030論壇，對未來十年數字化、低碳化兩大發展趨勢進行了深入的思考和探討。
打造立體超寬、綠色智能的 未來通信網絡
自2018以來，華為研究團隊與業界1000多名學者、客户、夥伴進行交流，組織了2000多場的研討，參考了大量權威機構的數據、方法，集結來自業界、華為專家的多方智慧，在去年9月華為全聯接大會期間，華為正式發佈了面向下一個十年的思考——《智能世界2030》報告，包括1份主報告和4份產業報告，提出了對未來的8大宏觀展望及32個指標的預測數據。
華為認為產業是構築智能世界的基礎，2021年華為發佈了《通信網絡2030》、《計算2030》、《數字能源2030》，以及《智能汽車解決方案2030》，這4份產業報告。為業界提供了相應產業的技術趨勢洞察，對於未來的產業發展具備借鑑意義。”
根據《通信網絡2030》的預測，2030年，萬物互聯已經成為現實，從連接百億的人到連接千億的物，連接數量將提升至少10倍；元宇宙的全息影像將模糊現實與虛擬的邊界，全息影像至少需要10Gbps，因此帶寬需求也將百倍提升，另外，自動化生產，遠程手術等1ms超低時延應用在2030年也得到普及，時延等待將比今天降低百倍。
針對這樣的網絡預測，華為ICT戰略與業務發展部總裁蓋剛深度解讀了通信網絡未來的6大特徵。蓋剛表示“正是人類對極致體驗的不懈追求，持續驅動着通信網絡不斷地創新和發展。從聯接百億人到聯接千億物，我們認為通信網絡2030將具備六大關鍵特徵：立體超寬、通信感知融合、確定性體驗、智能原生、安全可信和綠色低碳。”
第一個關鍵特徵是立體超寬，未來寬帶將不僅在地面，還將延伸到空中，會有很多新的應用場景誕生，如超高速衞星移動，星地覆蓋，超長距星間通信等場景，形成一張空天地一體的無縫覆蓋網絡；未來10年，隨着全球各國光纖網絡的廣泛部署，有線和無線將從今天的家庭、個人、園區三千兆共同邁入三萬兆時代。
第二個關鍵特徵是通信感知融合，將帶來超越傳統網絡的應用可能性。一方面是無線感知，利用無線通信信號提供即時感知功能，獲取環境的實際信息，並且利用先進的算法、邊緣計算和人工智能能力來生成超高分辨率的圖像，完成現實世界的數字化重建，可以和虛擬化世界進行融合，獲得更加真實的體驗；另一方面是光纖感知，利用光纖振動傳感提供感知功能，光纖沿油氣管道深埋，通過分析振動信號，可預警和精確定位管道故障，基於光纖振動、温度、應力及水質傳感等光技術，配合大數據/AI/GIS地圖等智能管控析能力，實現差異化、多維度、多場景的智慧檢測預警。
第三個關鍵特徵是確定性體驗，2030年，大量低時延的應用將普及，例如高精度的自動化生產，機器人之間溝通合作必須保證1ms的時延。遠程手術則需要5-10ms的時延才能保證手術的安全可靠。因此，未來網絡應該有能力構建三級時延，低於10ms甚至1ms的時延將成為網絡的基礎服務和功能。
智能原生是通信網絡的第四個關鍵特徵，未來十年，通信網絡的連接數和連接密度將指數級增長。網絡的配置、網絡的運維將變得越來越複雜。用人工智能的技術來解決網絡的運營、運維難題將是必然的選擇。
安全可信是通信網絡的第五個關鍵特徵，智能世界2030預測，2030年全球連接數將達到2000億，90%的企業將採用多雲。通信網絡將下聯萬物、上聯多雲，承載了大量企業的關鍵數據。對通信網絡的要求將不僅是安全，還要可信。因此華為提出全場景安全可信框架，在內生安全、原生可信上開展關鍵技術創新。華為預測，到2030年，100%新建的通信網絡都將使用內生安全的網絡技術，50%以上的新建網將使用融合區塊鏈、隱私計算等原生可信技術。
綠色低碳不僅是全球最為熱門的話題，也是通信網絡的第六個關鍵特徵，2030年，通信網絡流量將至少增長100倍。在流量提升百倍的情況下，要想能耗不增加或者少增加，靠單點技術的突破幾乎不可能。這就需要從設備、站點、網絡、運營這四個緯度系統性地提升網絡能效，通過理論創新，架構創新和軟件算法創新，實現通信網絡的百倍能效提升。
多維協同的智能算力底座
智能世界的兩大基礎設施其一是連接，其二就是計算，未來十年真正的計算將融入人們的生產、生活和對未來領域的探知各個場景中。華為計算產品線副總裁姜濤表示“計算產業到2030年，將會有物理層突破、智能認知、多樣性計算、內生安全、多維協同、綠色集約六大特性。預計到2030年數字世界與物理世界將無縫融合，計算將具備模擬、還原、增強物理世界的能力。”
當前半導體工藝逐步逼近物理極限，未來要想實現突破主要的方向有三個：模擬計算、非硅基計算、新型存儲。模擬計算主要是量子計算和光子計算兩個方向，預計在2025年將會出現一千量子比特的芯片在特定場景商用; 而非硅基計算主要包括碳納米管，在2025年會得到商用，在2030年會擴展到集羣場景; 而新型存儲，圍繞數據的全生命週期的熱數據、温數據和冷數據的差異，未來主要集中高速高性能和海量低成本兩個方向。
AI技術的趨勢，主要是從感知走向認知。感知智能中目前大眾所熟悉的深度學習預計在2025年，將會出現萬億級的參數的大模型，第二階段是認知智能，主要的技術方向是知識計算，預計在2025年將在搜索、推薦、對話等推理場景上得到使用。2030年在一些局部的場景甚至會實現機器對人的替代。
未來的計算、數據將會選擇最合適的算力來處理，而融合的應用又需要多樣性的計算，因此，傳統的以CPU為核心的計算需要變成以數據為核心的對等計算，對等計算的架構核心是總線，板級的總線將會擴展成DC的總線，這樣能夠實現算力、內存、網絡IO協議的四合一，新的數據總線的支撐下，未來將逐步實現對稱計算、泛載計算、存算一體的新型的計算架構。基於新的架構，預計在2025年計算性能有望獲得10倍的提升。
多維協同主要包括立體計算和數字孿生兩個方面，未來雲邊端架構實現優勢互補將在業界成為標準架構，實現規模商用。在智慧城市、智慧工廠這些應用的驅動下，數字孿生也會加速落地。與數字孿生相關的關鍵技術主要包括多維感知與建模、光場的全息渲染、虛實協同與交互這三個方面。預計到2030年，感知建模、算力級存儲的需求將會增加100倍。
未來計算安全將成為一個系統的內生的能力，貫穿數據的全生命週期。預計2026年在數字身份領域，將會出現全球認可的共識算法、同態加密性能將會提升1000倍，初步實現商用。隨着AI應用的普及，AI的安全可信將會成為越來越重要的方面。安全將融入載網計算、多樣性計算、對等計算等新的計算架構。預計2026年，DC類結合硬件的主動檢測威脅覆蓋率將會超過50%。
集約化建設提升算力利用率，降低單位算力的能耗，是計算綠色集約的一個主要途徑。具體手段包括芯片工程、一體化DC和算力網絡。芯片工程會主要沿着Chiplet、3D封裝和wafer芯片三個方向。而一體化DC主要是通過集羣的全棧化來解決海量算力和高能耗之間的矛盾，通過全棧的協同創新，達到降低能耗，全局的PUE最優。而算力網絡是通過一些新型的網絡技術，將各地的數據中心全部連在一起，能夠提供算力的服務化。預計到2030年，將會出現超過100個城市的節點連接起來的算力網絡。
從全球視野來看，算力已經成為了支撐數字經濟發展的關鍵生產力，全球都在加強對算力基礎設施的投入。例如，歐盟啓動了歐洲高性能共同計劃，中國開啓東數西算工程，發佈了全國的一體化大數據中心的樞紐方案，統籌部署八大樞紐、四大集羣等等。
打造AI超級算力，構建邁向智能世界的創新引擎
作為一種新興顛覆性的技術，人工智能正在釋放科技革命和產業革命的巨大能量，逐步改變我們生產生活的方式、思維方式，並且對經濟社會發展都產生了非常重要的影響。IEEE Fellow，鵬城雲腦總設計師田永鴻就分享了鵬城雲腦實踐。
田永鴻説：“鵬城實驗室作為一個突破性、引領性、平台性、一體化的面向網絡智能通信領域的新型研發機構，一直致力於解決網絡智能領域中間的關鍵問題。因此，從2018年開始，實驗室啓動建設鵬城雲腦系列的超級智能算力平台，目前我們已經建成面向實驗室內部科研的鵬城雲腦I，面向領域專用的人工智能主要解決千億級參數，大模型訓練問題的鵬城雲腦II，還在規劃和研究建設未來的鵬城雲腦III、鵬城雲腦IV，希望能夠解決通用的人工智能甚至大腦模擬這樣的自然科學難題。”
據田永鴻介紹，鵬城雲腦的目標是希望這樣的超級智能平台可以成為信息時代的智能“高鐵”。在鵬城雲腦和各地的計算中心、數據中心在算網一體的基礎設施基礎之上，實現算力、數據和生態的統一的匯聚，實現規模AI資源的統一視圖，通過統一運營的多維度調度管理系統，來實現各種計算任務、計算資源的統一調度、統一運營和統一服務。最終實現數據、算力、服務、模型和算法高效流通的分佈式雲服務，五環流通。
“去年年底我們在國內已經聯通了七八個包括智算中心甚至少部分超算中心的原型，我們進行了初步的實驗，希望未來我們在這個基礎上能夠打造更高效、更高速、有更大應用場景的智算網絡。”田永鴻在分享時如此表示。
在田永鴻看來，模型是AI研究和產業的中心，而大模型或者基礎模型應該是AI生態競爭中的腰桿。所以目前鵬城雲腦上已經開展了鵬城系列大模型的訓練。更為重要的是這樣的體系完全開放，建立了新型的產學研合作機制，希望未來能夠為面向產業界實現AI賦能。
目前，基於鵬城雲腦訓練出來的兩個主要的大模型。第一個就是面向大規模中文自然語言處理的鵬城盤古模型，第二個例子是面向生物醫藥領域的AI大模型“鵬城神農”，希望能夠打造面向生物醫藥領域的AI平台，以鵬城雲腦為算力基座，來支撐這樣的大規模的應用。“鵬城神農”不僅能夠在蛋白質序列生成、蛋白質序列比對以及蛋白質結構預測等多個環節進行精準計算，並取得了顯著了成效，以往需要數月甚至數年的計算任務可以縮短到幾分鐘或者幾秒鐘。
如果將雲腦類比於人類的大腦，大模型類似於人類在長期以來學習出的巨量的知識網絡。這種知識網絡在面向具體任務的時候需要腦眼融合才能發揮相應的效能。近來鵬城實驗室借鑑生物視網膜的結構基理，提出了數字視網膜的架構。
數字視網膜就是面向視覺計算可伸縮的端邊雲協作的計算架構。這套架構能夠從基於邊緣服務器或者城市路網的攝像機採集的即時的圖像、視頻、數據，提取特徵，把特徵壓縮到很小，把特徵源源不斷地彙集到鵬城雲腦上進行訓練，大大節約了傳輸的時間和成本。針對具體的應用場景，可能只需要少量的數據對這種模型進行微調，就能夠實現對各種應用場景的智慧賦能。
田永鴻還發出倡議希望學術界、產業界能夠與鵬城實驗室一道探索新型的智慧科學範式，在技術領域解決關鍵的技術難題，推動整個經濟智能發展。田永鴻還透露2022年上半年，鵬城實驗室面向全世界公開徵集圍繞科學大數據、大規模算力，加上高性能AI模型的智慧科學研究這種新範式，遴選了十個計算領域的應用挑戰，參與應用的團隊將會得到鵬城實驗室和其他領軍企業在技術、算力、資源上的支持，近期將會正式發佈這十大挑戰。
之所以將對2030年的暢想稱之為展望，就是因為在有切實的技術支撐的基礎上暢想甚至可以成為規劃，未來十年甚至更長時間，數字化和低碳化是人類社會發展最重大的兩大趨勢也是最重要的兩個機會。數字化、低碳化是相互驅動、相互促進的統一體，是推動人類社會綠色發展的雙引擎。邁向智能世界需要產業、社會各界一起協同，朝着共同目標一起努力, 預測未來的最好方式，就是創造未來。