達摩院2021年十大科技趨勢預測：第三代半導體迎來爆發、智慧運營中心成城市標配

阿里達摩院的預測準確率會有多少？

魔幻2020年正式進入三天倒計時模式。

今天，阿里達摩院抓住了年末的尾巴，對外公布了2021十大科技趨勢預測。“十大科技趨勢預測”是阿里達摩院自成立以來的例行節目，至今已經是第三次公布預測。

2021十大科技趨勢預測：

1、以氮化鎵、碳化硅為代表的第三代半導體迎來應用大爆發

2、后“量子霸權”時代，量子糾錯和實用優勢成核心命題

3、硅基技術突破加速柔性電子發展

4、AI提升藥物及疫苗研發效率

5、腦機接口幫助人類超越生物學極限

6、數據處理實現“自治與自我進化”

7、云原生重塑IT技術體系

8、農業邁入數據智能時代

9、工業互聯網從單點智能走向全局智能

10、智慧運營中心成為未來城市標配

重新審視達摩院發布的前兩次科技趨勢預測，我們可以看到，在每一次的預測中，雖然關注的具體賽道存在變化，但是如果進行總結的話，十個預測可以被歸納為三個部分，分別是：產業進階、前沿突破、應用落地。

這一次，依舊如此。

產業進階——代表：第三代半導體、硅基技術、數據處理、云原生

作為重要基礎研究之一，國內的半導體產業在今年遭遇了來自外部的打壓，部分公司的內部有人出現了一些問題。不過在大方向上，國內的半導體產業也迎來了新的增長機遇，尤其是多年來僅在小范圍市場得以應用的第三代半導體。

過去以來，受工藝、成本等因素限制，第三代半導體的成長空間是狹窄的，而眼下，隨著材料伸長、器件制備等技術的，兼之耐高溫、耐高壓等特性的市場需求，第三代半導體得以實現進階，從小范圍應用進入5G基站、新能源汽車、數據中心等熱門賽道，可謂產業進階的典型代表。

此外又比如“云”。2020年科技預測中，達摩院預測云將成為IT技術創新的中心，這一點在2020年得到了驗證。而在一年之后，即云成為IT技術創新中心的現在，云技術對IT的推動也到了一個新的階段。

針對這一點，達摩院的預測是“云原生重塑IT技術體系”。在這一預測中，云原生架構將充分利用云計算的分布式、可擴展和靈活的特性，更高效地應用和管理異構硬件和環境下的各類云計算資源，讓開發人員更專注于應用開發過程本身。

就目前來看，云手機、云電腦的出現正在體現這一趨勢。未來，將會有越來越多的芯片、開發平臺、應用軟件乃至計算機都將誕生在云上。

前沿突破——代表：量子霸權、腦機接口

猶記得去年，谷歌宣布“量子霸權”，在全球引起了關于量子計算機、國家間量子競爭的討論。

彼時達摩院預測，量子計算領域將會經歷投入進一步增大、競爭激化、產業化加速和生態更加豐富的階段。作為兩個最關鍵的技術里程碑，容錯量子計算和演示實用量子優勢將是量子計算實用化的轉折點。

而在今年 12 月初，我國科學家潘建偉、陸朝陽團隊在量子計算取得重大成果，實現了量子計算的第一個里程碑——量子計算優越性。

他們在高斯波色采樣實驗當中構建了一個量子計算原型機“九章”，其處理特定問題的速度比目前最快的超級計算機“富岳”快了一百萬億倍，同時也等效地比谷歌去年發布的53比特量子計算原型機“Sycamore”快一百億倍。

達摩院最新的科技預測中，量子計算明年將奔向“后霸權”的兩個里程碑：量子糾錯和實用優勢。

與量子計算一樣，腦機接口也在今年取得了突破進展。

以馬斯克創辦的腦機接口公司今年Neuralink為例，今年8月份，該公司將一枚僅有硬幣大小的腦機接口設備在一小時內植入豬的大腦皮層中，并清晰讀取了大腦活動信號。并且，該款設備也已經在今年7月份獲得了FDA的許可，這意味著該設備有可能在人類身上進行植入實驗。

當然，馬斯克針對腦機接口的一些言論也遭到了腦機接口領域資深專家的質疑。不過不可否認的是，腦機接口的市場需求是的的確確存在的，諸如幫助失語者重新說話、幫助殘障者重新調動四肢……只是，在積極意義的另一面，腦機接口也面臨著倫理問題的爭議，如何在兩者之間尋求到一個平衡，這個問題有時候并沒有那么好回答。

應用落地——代表：AI藥物、農業智能、工業互聯網、智慧城市

無論是何種技術，落地應用都是最為根本的問題，也是一個技術的終極使命。圍繞技術的落地應用，達摩院數年來也都進行了預測，而針對明年，它的提案有四個，分別是AI藥物研發、農業智能、工業互聯網和智慧城市。

其中在疫情期間，AI藥物研發可謂“出彩”，譬如阿里云，在疫情期間提供AI算力，支持病毒基因測序、新藥研發、蛋白篩選等工作，幫助科研機構縮短研發周期。

另外，在今年 12 月初，谷歌旗下人工智能技術公司 DeepMind 提出的深度學習算法“Alphafold”破解了生物學 50 年來的重大挑戰——蛋白質分子折疊問題。可見，AI對于藥物研發的助力是極為可觀的。

與此同時，與AI藥物研發一樣在疫情期間“發光異彩”的還有“智慧城市”，這其中的典型應用包括健康碼。而隨著智慧城市更為貼近民生，以及相關部門的重視，達摩院預測，運營中心的智慧化水平將進一步提升，在數字孿生基礎上把城市作為統一巨系統并提供整體智慧治理能力，進而成為未來城市的數字基礎設施。

此外我們也可以注意到，以物聯網、人工智能、云計算等為代表的數字技術正與工業、農業進一步深度結合。

其中，工業互聯網也是今年新提“新基建”的重要基礎設施之一。事實上，工業互聯網在國內早已發展數年，只不過在過去的展現中，多是單點智能，未能打通全局，至于其中的原因，包括數字孿生的實施成本和復雜度高、供給側數據難以打通、整體生態系統不夠完善等因素。

而在今年，在“新基建”的加持，以及5G等前沿技術的支撐下，達摩院預測，工業互聯網從單點智能走向全局智能。

至于智慧農業，在達摩院的預測中，該產業在2021年依靠物聯網、人工智能、云計算等為代表的數字技術，全鏈路流程將被打通。

達摩院2021十大科技趨勢預測（原文）：

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

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、器件制備等技術的不斷突破，第三代半導體的性價比優勢逐漸顯現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、數據中心等場景。

趨勢二：后“量子霸權”時代，量子糾錯和實用優勢成核心命題

2020年為后”谷歌量子霸權”元年，世界對量子計算的投入持續上漲，技術和生態蓬勃發展。超導領軍團隊宣布了通往100萬比特的規劃，其他平臺也異彩繽紛。

這一潮流將在2021年繼續推高社會的關注和期待，量子計算的研究需要證明自身的實用價值；業界需要聚焦“后霸權”時代的使命：協同創新，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勢兩座里程碑鋪路奠基。

趨勢三：硅基技術突破加速柔性電子發展

柔性電子是指經扭曲、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、電子標簽、柔性顯示屏等。

柔性電子發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”硅基電子。

近年來，碳基材料的技術突破為柔性電子提供了更好的材料選擇。碳基材料包括零維的富勒烯、一維的碳納米管、二維的石墨烯、三維的石墨及金剛石等，其中，碳納米管這一碳基柔性材料的質量已可滿足大規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。

趨勢四：AI提升藥物及疫苗研發效率

AI已廣泛應用于醫療影像、病歷管理等輔助診斷場景，但AI在疫苗研發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、發現新靶點、先導化合物發現及先導藥物優化等環節的效率。

AI與疫苗、藥物臨床研究的結合可以減少重復勞動與時間消耗，提升研發效率，極大的推動醫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鍵核心技術。腦機接口對神經工程的發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領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：數據處理實現“自治與自我進化”

隨著云計算的發展、數據規模持續指數級增長，傳統數據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；面對海量暴增的數據規模以及復雜多元的處理場景，人工管理和系統調優捉襟見肘。

因此，通過智能化方法實現數據管理系統的自動優化成為未來數據處理發展的必然選擇。

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據分層、異常檢測、智能建模、資源調動、參數調優、壓測生成、索引推薦等領域，有效降低數據計算、處理、存儲、運維的管理成本，實現數據管理系統的“自治與自我進化”。

趨勢七：云原生重塑IT技術體系

在傳統IT開發環境里，產品開發上線周期長、研發效能不高，云原生架構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硬件和環境下的各類云計算資源，通過方法論工具集、最佳實踐和產品技術，開發人員可專注于應用開發過程本身。

未來，芯片、開發平臺、應用軟件乃至計算機等將誕生于云上，可將網絡、服務器、操作系統等基礎架構層高度抽象化，降低計算成本、提升迭代效率，大幅降低云計算使用門檻、拓展技術應用邊界。

趨勢八：農業邁入數據智能時代

傳統農業產業發展存在土地資源利用率低和從生產到零售鏈路脫節等瓶頸問題。以物聯網、人工智能、云計算等為代表的數字技術正在與農業產業深度融合，打通農業產業的全鏈路流程。

結合新一代傳感器技術，農田地面數據信息得以實時獲取和感知，并依靠大數據分析與人工智能技術快速處理海量領域農業數據，實現農作物監測、精細化育種和環境資源按需分配。

同時，通過5G、物聯網、區塊鏈等技術的應用確保農產品物流運輸中的可控和可追溯，保障農產品整體供應鏈流程的安全可靠。農業將告別“靠天”吃飯進入智慧農業時代。

趨勢九：工業互聯網從單點智能走向全局智能

受實施成本和復雜度較高、供給側數據難以打通、整體生態不夠完善等因素限制，目前的工業智能仍以解決碎片化需求為主。

疫情中數字經濟所展現出來的韌性讓企業更加重視工業智能的價值，加之數字技術的進步普及、新基建的投資拉動，這些因素將共同推動工業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，貫穿供應鏈、生產、資產、物流、銷售等各環節在內的企業生產決策閉環的全局智能化應用將大規模涌現。

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據資源、推動治理與服務的全局化、精細化和實時化。

而AIoT技術的日漸成熟和普及、空間計算技術的進步，將進一步提升運營中心的智慧化水平，在數字孿生基礎上把城市作為統一巨系統并提供整體智慧治理能力，進而成為未來城市的數字基礎設施。

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