20微分原理22年十大前沿技术展望

回看刚过去的2021年半导体和新兴产业,维科网在新旧交替之际,维科网电子工程梳理总结了十大前沿技术及其展望:

一、量子计算

量子计算是一种遵循量子力学规律调控量子信息单元进行计算的新型计算模式。对照于传统的通用计算机,其理论模型是通用图灵机;通用的量子计算机,其理论模型是用量子力学规律重新诠释的通用图灵机。

从可计算的问题来看,量子计算机只能解决传统计算机所能解决的问题,但是从计算的效率上,由于量子力学叠加性的存在,某些已知的量子算法在处理问题时速度要快于传统的通用计算机。

2016年中国科学技术大学的量子信息重点实验室李传锋教授研究组首次研制出非局域量子模拟器,并且模拟了宇称—时间(Parity-time, PT)世界中的超光速现象。

这一实验充分展示了非局域量子模拟器在研究量子物理问题中的重要作用。

量子模拟器是解决特定问题的专用量子计算机,这一概念最早由费曼于1981年提出。费曼认为自然界本质上是遵循量子力学的,只有用遵循量子力学的装置,才能更好地模拟它,这个力学装置就是量子模拟器。量子模拟器研究中,人们更多关注的是它的量子加速能力,通常情况下,一个量子模拟器所操控的量子比特数越多,它的运算能力就越强。

2021年10月,中科院量子信息与量子科技创新研究院科研团队在超导量子和光量子两种系统的量子计算方面取得重要进展,使中国成为世界上唯一在两种物理体系达到“量子计算优越性”里程碑的国家。

据媒体报道,2022年1月23日,我国首个量子计算全球开发者平台正式上线。该平台前身为国内首个以“量子计算”为主要特色的双创平台,目前正式升级为2.0版,更新为“量子计算全球开发者平台”,旨在将量子计算全球开发者平台打造成国内首个“经典-量子”协同的量子计算开发和应用示范平台,推进量子计算产业落地。

二、边缘计算

边缘计算,是指在靠近物或数据源头的一侧,采用网络、计算、存储、应用核心能力为一体的开放平台,就近提供最近端服务。

其应用程序在边缘侧发起,产生更快的网络服务响应,满足行业在实时业务、应用智能、安全与隐私保护等方面的基本需求。边缘计算处于物理实体和工业连接之间,或处于物理实体的顶端。

边缘计算着重要解决的问题,是传统云计算模式下存在的高延迟、网络不稳定和低带宽问题。举一个现实的例子,几乎所有人都遇到过手机APP 出现404错误的情况 ,这样的一些错误出现就和网络状况、云服务器带宽限制有关系。

由于资源条件的限制,云计算服务不可避免收到高延迟、和网络不稳定带来的影响,但是通过将部分或者全部处理程序迁移至靠近用户或数据收集点,边缘计算能够大大减少在云中心模式站点下给应用程序所带来的影响。

仅在2021年上半年,就有12家边缘计算企业完成融资,数额从千万至上亿不等。

根据市场研究机构IDC最新的《全球边缘计算支出报告》指出,到2022年,全球在边缘计算上的支出预计将达到1760亿美元,比2021 年成长14.8%。企业和服务提供商在边缘解决方案的硬件、软件和服务上的支出预计将在2025 年保持此成长速度,届时支出将达到近2740亿美元。

三、自动驾驶

自动驾驶汽车,又称无人驾驶汽车、电脑驾驶汽车,为一种运输动力的无人地面载具。作为自动化载具,自动驾驶汽车不需要人类操作即能感测其环境及导航。

完全的自动驾驶汽车仍未全面商用化,大多数均为原型机及展示系统,仅有部分可靠技术下放至量产车型,逐渐成为现实。

自动驾驶相关的关键技术,包括环境感知、逻辑推理和决策、运动控制、处理器性能等。随着机器视觉、模式识别软件和光达系统的进步,车载计算机可以通过将机器视觉、感应器数据和空间数据相结合来控制汽车的行驶。

技术的进步为各家汽车厂商“自动驾驶”的发展奠定了基石。另一方面,普及还存在一些关键技术问题需要解决,包括车辆间的通信协议规范,有人无人驾驶车辆共享车道的问题,通用的软件开发平台建立、多种传感器之间信息融合以及视觉算法对环境的适应性问题等。

按照我国《汽车驾驶自动化分级标准》中有明确规定,基于驾驶自动化系统能够执行动态驾驶任务的程度,根据在执行动态驾驶任务中的角色分配以及有无设计运行条件限制,将驾驶自动化分成L0-L5级。

目前各大汽车厂商追求的技术评级为L4级,即高度自动化;汽车的自动化系统几乎已经能够替代驾驶员,由车辆完成所有驾驶操作,但限定道路和环境条件。

但相关业界人士也表示,目前L4级别自动驾驶实际验证不充分,尚需要大量的运行实例测试系统,各汽车厂商比拼的其实是在开放路段跑了多少里程。

四、脑机接口

脑机接口技术是在人或动物脑部与外部设备间建立的直接连接通道。在单向脑机接口的情况下,电脑接受脑部传来的命令,或者发送信号到脑部,但不能同时发送和接收信号 。而双向脑机接口允许脑部和外部设备间的双向信息交换。在该定义中,"脑"一词意指有机生命形式的脑部或神经系统 ,而并非仅仅是抽象的" 心智 "。"机"意指任何处理或运算的设备。

2008年,匹兹堡大学神经生物学家宣称利用脑机接口,猴子能用操纵机械臂给自己喂食——这标志着该技术发展已经容许人们将动物脑与外部设备直接相连。

2020年8月29日,埃隆·马斯克自己旗下的脑机接口公司Neuralink举行发布会,找来“三只小猪”向全世界展示了可实际运作的脑机接口芯片和自动植入手术设备。

2021年10月脑虎科技成立,并于2022年1月11日宣布完成9700万元的天使轮及Pre-A轮融资,这是目前国内脑机接口领域最大规模的早期融资,主要投资机构包括盛大、红杉资本、涌铧等。

值得关注的是,在学术界因脑机接口技术衍生出的伦理学争论目前尚未解决。脑机接口技术原本是为修复残疾人的受损功能,但也不能忽视可能将带来一系列关于“何为人类”、“心灵控制”等问题。

五、全真互联网/元宇宙

元宇宙一词诞生于1992年的科幻小说《雪崩》,小说描绘了一个庞大的虚拟现实世界,在这里,人们用数字化身来控制,并相互竞争以提高自己的地位,到现在看来,描述的还是超前的未来世界。

本质上是对现实世界的虚拟化、数字化过程,需要对内容生产、经济系统、用户体验以及实体世界内容等进行大量改造。但元宇宙的发展是循序渐进的,是在共享的基础设施、标准及协议的支撑下,由众多工具、平台不断融合、进化而最终成形。它基于扩展现实技术提供沉浸式体验,基于数字孪生技术生成现实世界的镜像,基于区块链技术搭建经济体系,将虚拟世界与现实世界在经济系统、社交系统、身份系统上密切融合,并且允许每个用户进行内容生产和世界编辑。

2021年是全真互联网/元宇宙元年,2021年初,Soul App在行业内首次提出构建“社交元宇宙”。2021年3月,被称为元宇宙第一股的罗布乐思正式在纽约证券交易所上市;5月,微软首席执行官萨蒂亚·纳德拉表示公司正在努力打造一个“企业元宇宙”;8月,英伟达宣布推出全球首个为元宇宙建立提供基础的模拟和协作平台;8月,字节跳动斥巨资收购VR创业公司Pico;10月28日,美国社交媒体巨头脸书(Facebook)宣布更名为“元”(Meta),来源于“元宇宙”(Metaverse)。

2021年12月21日,百度发布的首个国产元宇宙产品“希壤”正式开放定向内测,用户凭邀请码可以进入希壤空间进行超前体验。