达摩院2021年十大科技趋势预测：第三代半导体迎来爆发、智慧运营中心成城市标配

阿里达摩院的预测准确率会有多少？

魔幻2020年正式进入三天倒计时模式。

今天，阿里达摩院抓住了年末的尾巴，对外公布了2021十大科技趋势预测。“十大科技趋势预测”是阿里达摩院自成立以来的例行节目，至今已经是第三次公布预测。

2021十大科技趋势预测：

1、以氮化镓、碳化硅为代表的第三代半导体迎来应用大爆发

2、后“量子霸权”时代，量子纠错和实用优势成核心命题

3、硅基技术突破加速柔性电子发展

4、AI提升药物及疫苗研发效率

5、脑机接口帮助人类超越生物学极限

6、数据处理实现“自治与自我进化”

7、云原生重塑IT技术体系

8、农业迈入数据智能时代

9、工业互联网从单点智能走向全局智能

10、智慧运营中心成为未来城市标配

重新审视达摩院发布的前两次科技趋势预测，我们可以看到，在每一次的预测中，虽然关注的具体赛道存在变化，但是如果进行总结的话，十个预测可以被归纳为三个部分，分别是：产业进阶、前沿突破、应用落地。

这一次，依旧如此。

产业进阶——代表：第三代半导体、硅基技术、数据处理、云原生

作为重要基础研究之一，国内的半导体产业在今年遭遇了来自外部的打压，部分公司的内部有人出现了一些问题。不过在大方向上，国内的半导体产业也迎来了新的增长机遇，尤其是多年来仅在小范围市场得以应用的第三代半导体。

过去以来，受工艺、成本等因素限制，第三代半导体的成长空间是狭窄的，而眼下，随着材料伸长、器件制备等技术的，兼之耐高温、耐高压等特性的市场需求，第三代半导体得以实现进阶，从小范围应用进入5G基站、新能源汽车、数据中心等热门赛道，可谓产业进阶的典型代表。

此外又比如“云”。2020年科技预测中，达摩院预测云将成为IT技术创新的中心，这一点在2020年得到了验证。而在一年之后，即云成为IT技术创新中心的现在，云技术对IT的推动也到了一个新的阶段。

针对这一点，达摩院的预测是“云原生重塑IT技术体系”。在这一预测中，云原生架构将充分利用云计算的分布式、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，让开发人员更专注于应用开发过程本身。

就目前来看，云手机、云电脑的出现正在体现这一趋势。未来，将会有越来越多的芯片、开发平台、应用软件乃至计算机都将诞生在云上。

前沿突破——代表：量子霸权、脑机接口

犹记得去年，谷歌宣布“量子霸权”，在全球引起了关于量子计算机、国家间量子竞争的讨论。

彼时达摩院预测，量子计算领域将会经历投入进一步增大、竞争激化、产业化加速和生态更加丰富的阶段。作为两个最关键的技术里程碑，容错量子计算和演示实用量子优势将是量子计算实用化的转折点。

而在今年 12 月初，我国科学家潘建伟、陆朝阳团队在量子计算取得重大成果，实现了量子计算的第一个里程碑——量子计算优越性。

他们在高斯波色采样实验当中构建了一个量子计算原型机“九章”，其处理特定问题的速度比目前最快的超级计算机“富岳”快了一百万亿倍，同时也等效地比谷歌去年发布的53比特量子计算原型机“Sycamore”快一百亿倍。

达摩院最新的科技预测中，量子计算明年将奔向“后霸权”的两个里程碑：量子纠错和实用优势。

与量子计算一样，脑机接口也在今年取得了突破进展。

以马斯克创办的脑机接口公司今年Neuralink为例，今年8月份，该公司将一枚仅有硬币大小的脑机接口设备在一小时内植入猪的大脑皮层中，并清晰读取了大脑活动信号。并且，该款设备也已经在今年7月份获得了FDA的许可，这意味着该设备有可能在人类身上进行植入实验。

当然，马斯克针对脑机接口的一些言论也遭到了脑机接口领域资深专家的质疑。不过不可否认的是，脑机接口的市场需求是的的确确存在的，诸如帮助失语者重新说话、帮助残障者重新调动四肢……只是，在积极意义的另一面，脑机接口也面临着伦理问题的争议，如何在两者之间寻求到一个平衡，这个问题有时候并没有那么好回答。

应用落地——代表：AI药物、农业智能、工业互联网、智慧城市

无论是何种技术，落地应用都是最为根本的问题，也是一个技术的终极使命。围绕技术的落地应用，达摩院数年来也都进行了预测，而针对明年，它的提案有四个，分别是AI药物研发、农业智能、工业互联网和智慧城市。

其中在疫情期间，AI药物研发可谓“出彩”，譬如阿里云，在疫情期间提供AI算力，支持病毒基因测序、新药研发、蛋白筛选等工作，帮助科研机构缩短研发周期。

另外，在今年 12 月初，谷歌旗下人工智能技术公司 DeepMind 提出的深度学习算法“Alphafold”破解了生物学 50 年来的重大挑战——蛋白质分子折叠问题。可见，AI对于药物研发的助力是极为可观的。

与此同时，与AI药物研发一样在疫情期间“发光异彩”的还有“智慧城市”，这其中的典型应用包括健康码。而随着智慧城市更为贴近民生，以及相关部门的重视，达摩院预测，运营中心的智慧化水平将进一步提升，在数字孪生基础上把城市作为统一巨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。

此外我们也可以注意到，以物联网、人工智能、云计算等为代表的数字技术正与工业、农业进一步深度结合。

其中，工业互联网也是今年新提“新基建”的重要基础设施之一。事实上，工业互联网在国内早已发展数年，只不过在过去的展现中，多是单点智能，未能打通全局，至于其中的原因，包括数字孪生的实施成本和复杂度高、供给侧数据难以打通、整体生态系统不够完善等因素。

而在今年，在“新基建”的加持，以及5G等前沿技术的支撑下，达摩院预测，工业互联网从单点智能走向全局智能。

至于智慧农业，在达摩院的预测中，该产业在2021年依靠物联网、人工智能、云计算等为代表的数字技术，全链路流程将被打通。

达摩院2021十大科技趋势预测（原文）：

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

以氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）为代表的第三代半导体，具备耐高温、耐高压、高频率、大功率、抗辐射等优异特性，但受工艺、成本等因素限制，多年来仅限于小范围应用。

近年来，随着材料生长、器件制备等技术的不断突破，第三代半导体的性价比优势逐渐显现并正在打开应用市场：SiC元件已用于汽车逆变器，GaN快速充电器也大量上市。

未来5年，基于第三代半导体材料的电子器件将广泛应用于5G基站、新能源汽车、特高压、数据中心等场景。

趋势二：后“量子霸权”时代，量子纠错和实用优势成核心命题

2020年为后”谷歌量子霸权”元年，世界对量子计算的投入持续上涨，技术和生态蓬勃发展。超导领军团队宣布了通往100万比特的规划，其他平台也异彩缤纷。

这一潮流将在2021年继续推高社会的关注和期待，量子计算的研究需要证明自身的实用价值；业界需要聚焦“后霸权”时代的使命：协同创新，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。

趋势三：硅基技术突破加速柔性电子发展

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、电子标签、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。碳基材料包括零维的富勒烯、一维的碳纳米管、二维的石墨烯、三维的石墨及金刚石等，其中，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。

趋势四：AI提升药物及疫苗研发效率

AI已广泛应用于医疗影像、病历管理等辅助诊断场景，但AI在疫苗研发及药物临床研究的应用依旧处于探索阶段。

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。

趋势五：脑机接口帮助人类超越生物学极限

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。

趋势六：数据处理实现“自治与自我进化”

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”。

趋势七：云原生重塑IT技术体系

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。

趋势八：农业迈入数据智能时代

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、云计算等为代表的数字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。

趋势九：工业互联网从单点智能走向全局智能

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。

趋势十：智慧运营中心成为未来城市标配

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巨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。

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