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2021十大科技趋势

2022-01-28 00:25:55   0  举报

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AI智能生成

阿里达摩院2021是大科技趋势精读

科技趋势

知识体系

阿里

达摩院

作者其他创作

大纲/内容

章节三

趋势八：农业迈入数据智能时代

概要

传统农业产业发展存在土地资源利用率低和从生产到零售链路脱节等瓶颈问题。以物联网、人工智能、云计算等为代表的科学技术正在与农业产业深度融合，打通农业产业的全链路流程。结合新一代传感器技术，农田地面数据信息得以实时获取和感知，并依靠大数据分析与人工智能技术快速处理海量领域农业数据，实现农作物监测、精细化育种和环境资源按需分配。同时，通过5G、物联网、区块链等技术的应用确保农产品物流运输中的可控和可追溯，保障农产品整体供应链流程的安全可靠。农业将告别“靠天”吃饭进入智慧农业时代。

市场

直接看原文，文中描述的是一套完整的社会解决方案，设计行业较广

趋势九：工业互联网从单点智能走向全局智能

概要

受实施成本和复杂度较高、供给侧数据难以打通、整体生态不够完善等因素限制，目前的工业智能仍以解决碎片化需求为主。疫情中数字经济所展现出来的韧性让企业更加重视工业智能的价值，加之数字技术的进步普及、新基建的投资拉动，这些因素将共同推动工业智能从单点智能快速跃迁到全局智能，特别是汽车、消费电子、品牌服饰、钢铁、水泥、化工等具备良好信息化基础的制造业，贯穿供应链、生产、资产、物流、销售等各环节在内的企业生产决策闭环的全局智能化应用将大规模涌现。

市场

个人看法：被互联网基因辐射的行业，其他行业中新兴的高精尖企业；汇集中体现这两类企业。

预计在未来3年时间里，工业特别是汽车、消费电子、品牌服饰、钢铁、水泥、化工等具备良好信息化基础的制造业，全局智能化应用将大规模涌现。

趋势十：智慧运营中心成为未来城市标配

概要

在过去10年时间里，智慧城市借助数字化手段切实提升了城市治理水平。但在新冠疫情防控中，一些所谓的智慧城市集中暴露问题，特别是由于“重建设轻运营”所导致的业务应用不足。在此背景下，城市管理者希望通过运营中心盘活数据资源、推动治理与服务的全局化、精细化和实时化。而AIoT技术的日渐成熟和普及、空间计算技术的进步，将进一步提升运营中心的智慧化水平，在数字孪生基础上把城市作为统一系统并提供整体智慧治理能力，进而成为未来城市的数字基础设施。

市场

AIOT

个人看法：运营相关的技术人才储备，人才覆盖深度，都是问题

章节二

趋势四：AI提升药物及疫苗研发效率

概要

随着新型AI算法的迭代及算力的突破，AI将有效解决疫苗、药物研发周期长、成本高等难题，例如提升化合物筛选、建立疾病模型、发现新靶点、先导化合物发现及先导药物优化等环节的效率。AI与疫苗、药物临床研究的结合可以减少重复劳动与时间消耗，提升研发效率，极大的推动医疗服务和药物的普惠化。

市场

医药研究本身

人工智能、云计算相关、算力相关

人类未来将越来越多的借助AI等科技手段来提升疫苗设计、药物研发的效率和精度，所有依赖于计算、依赖数据经验和可模型化的环节，都值得通过AI智能化的方式去尝试解决。同时，疫苗、药物研究的规模推广离不开人工智能和云端算力调用，两者的结合将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

概要

脑机接口是新一代人机交互和人机混合智能的关键核心技术。脑机接口对神经工程的发展起到了重要支撑与推动作用，帮助人类从更高维度空间进一步解析人类大脑的工作原理。脑机接口这一新技术领域探索性的将大脑与外部设备进行通信，并借由脑力意念控制机器。例如在控制机械臂等方面帮助提升应用精度，将为神智清醒，思维健全，但口不能言、手不能动的患者提供精准康复服务。

市场

预计技术成熟、应用落地都会从“医疗器械”入手。还需关注伦理、法律问题

脑机接口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，各项单一学科的进展都值得期待，比如更精确的电极、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。

趋势六：数据处理实现“自治与自我进化”

概要

随着云计算的发展、数据规模持续指数级增长，传统数据处理面临存储成本高、集群管理复杂、计算任务多样性等巨大挑战；面对海量暴增的数据规模以及复杂多元的处理场景，人工管理和系统调优捉襟见肘。因此，通过智能化方法实现数据管理系统的自动优化成为未来数据处理发展的必然选择。人工智能和机器学习手段逐渐被广泛应用于智能化的冷热数据分层、异常检测、智能建模、资源调动、参数调优、压测生成、索引推荐等领域，有效降低数据计算、处理、存储、运维的管理成本，实现数据管理系统的“自治与自我进化”。

市场

个人看法：传统行业数据治理很难落地，原因很多。如果该项技术成熟，预计能较大改变现在数据治理的尴尬局面。

趋势七：云原生重塑IT技术体系

概要

在传统IT开发环境里，产品开发上线周期长、研发效能不高，云原生架构充分利用了云计算的分布式、可扩展和灵活的特性，更高效地应用和管理异构硬件和环境下的各类云计算资源，通过方法论工具集、最佳实践和产品技术，开发人员可专注于应用开发过程本身。未来，芯片、开发平台、应用软件乃至计算机等将诞生于云上，可将网络、服务器、操作系统等基础架构层高度抽象化，降低计算成本、提升迭代效率，大幅降低云计算使用门槛、拓展技术应用边界。

市场

个人看法：这类趋势仅会出现在极少数的头部企业。辐射到整个IT行业，可能是人才换代的问题了。

章节一

趋势一：以氮化镓、碳化硅为代表的第三代半导体迎来应用大爆发

基础

一代半导体

兴起于20世纪50年代的基于硅（Si）、锗（Ge）的第一代半导体

目前，第一代半导体材料Si应用最为广泛，它构成了一切逻辑器件的基础，CPU、GPU所提供的算力都离不开Si的功劳

二代半导体

兴起于20世纪80年代的以砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）为代表的第二代半导体

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

三代半导体

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

第三代半导体相比于前两代半导体具有更宽的禁带宽度，因此也称作宽禁带半导体。更宽的禁带宽度允许材料在更高的温度、更强的电压、更快的开关频率下运行，因此第三代半导体具备耐高温、耐高压、高频率、大功率、抗辐射等优异特性，可以用作功率器件和射频器件

专有词汇

禁带宽度

半导体的一个重要特征参量，决定着器件的耐压和最高工作温度

市场

市场发生变化

由于制造设备、制备工艺特别是材料成本上的劣势，多年来第三代半导体材料只是在小范围内应用。直至近几年这一局面才得以打破

需求增加

在5G、新能源汽车等新兴市场中，Si基半导体的性能已无法完全满足需求，第三代半导体的性能优势被放大

技术降低成本

制备技术特别是大尺寸材料生长技术不断突破，SiC和GaN两种材料均从4英寸换代到6英寸并已研发出8英寸样品，加之器件制备技术逐步提升，使得第三代半导体器件性能日益稳定且成本不断下降，性价比优势逐渐显现。

应用落地

目前，第三代半导体已经出现在应用市场：一些新能源汽车在逆变器中应用SiC功率器件提升电能转换效率，进而提升续航里程；不在少数的电子消费厂商推出了GaN快速充电器，价格不贵，体积很小，一个快充头可以支撑手机、电脑等多设备快速充电。

未来预测

未来5年，除现有的电动汽车和消费电子外，预计工业充电、5G高频器件以及可再生能源和储能领域的电源应用都将从第三代半导体的发展中受益，尤其是在高频高压应用中将竞争性取代原有的Si器件。

关注行业

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，以及医疗消毒的紫外光源

趋势二：后“量子霸权”时代，量子纠错和实用优势成核心命题

概要

量子计算的研究需要证明自身的实用价值，解决众多的科学和工程难题，为早日到达量子纠错和实用优势两座里程碑铺路奠基

两个里程碑

量子纠错

演示纠错的系统必须同时达到“多比特”、“高精度”和“高连接度”：至少几千个高质量、强关联的比特。量子比特数一直为大众关注重点；但只以比特数来衡量量子计算芯片的质量，好比“论画以形似”一样天真。“高精度”要求两比特的基本操作接近完美，“高连接度”要求比特以网格或更复杂的结构相互作用。

实用优势

实用优势的探索将继续以模拟物理为主流，借助模拟对错误的宽容。冷原子和量子煺火系统等模拟量子计算平台有望连同数字平台一起，继续产生鼓舞人心的进步。

趋势三：碳基技术突破加速柔性电子发展

概要

柔性电子是指经扭曲、折叠、拉伸等形状变化后仍保持原有性能的电子设备，可用作可穿戴设备、电子皮肤、柔性显示屏等。柔性电子发展的主要瓶颈在于材料目前的柔性材料，或者“柔性”不足容易失效，或者电性能远不如“硬质”硅基电子。近年来，碳基材料的技术突破为柔性电子提供了更好的材料选择：碳纳米管这一碳基柔性材料的质量已可满足大规模集成电路的制备要求，且在此材料上制备的电路性能超过同尺寸下的硅基电路；而另一碳基柔性材料石墨烯的大面积制备也已实现。

市场

应用场景

柔性电子是一场全新的电子技术革命，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。

已初步具备工业化基础

近年来，碳基材料制备取得了突破性进展。2020年，研究人员在8英寸基底上成功制备了高密度高纯半导体阵列碳纳米管材料，材料纯度可达99.9999%，突破了碳纳米管集成电路关键的材料瓶颈，并同步开发了全自动的提纯和组装设备，具备了量产的技术积累。基于此种材料，研究人员还批量制备了场效应晶体管和环形振荡器电路，性能超越类似尺寸的硅基器件和电路。与此同时，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，已经证明具备优异的电学性能。这些都意味着碳基集成电路已经初步具备工业化基础，“碳时代”即将到来。

关注行业

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”可将外界作用于其上的力或热转换为电信号进行处理，让残疾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疾病的治疗，如帕金森、癫痫、抑郁症等提供了新的治疗手段。