达摩2021年十大科技趋势发布：量子计算、脑机接口……2021年科技发展将走向何方？这是阿里达摩院从基础研究、IT技术与生产生活三个方面给出的10个答案：量子计算、脑机接口、第三代半导体应用、AI药物研究、柔性电子材料……其中，既有学术研究，也有技术应用到生活中所带来的变化。绰号“星点”的达摩院院长张建峰认为，这一趋势预测表明，科技与人类正在形成一种新型的协作关系。通过人机协作，人类将从原来重复、繁琐、危险的工作中解放出来，更多地投入到具有开创性、有思想、有创造性的工作中。这10大趋势既是对2021年技术发展的预测，也是对2020年前沿技术突破的总结。基础研究：半导体、量子计算、柔性材料趋势一：以氮化镓为代表的第三代半导体和碳化硅迎来了半导体材料的发展热潮，经历了三代更迭。第一代是1950年代的硅和锗；第二代是80年代的砷化镓和磷化铟；第三代是20世纪末的氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）。此前，第一代半导体材料硅是使用最广泛的，也是包括CPU和GPU在内的所有逻辑器件的基础。至于第三代半导体材料，虽然具有耐高温、耐高压、高频、大功率、抗辐射等特性，但由于缺乏制造设备和制备工艺，只能应用于一个小范围多年。但近年来随着制备技术的提高，这种局面已被打破。目前，第三代半导体已经得到应用：新能源汽车采用碳化硅功率器件，提高功率转换效率，从而提高电池寿命；频率器件、可再生能源和储能领域的电源将迎来第三代半导体应用的爆发。特别是在高频和高压应用中，第三代半导体的特性将使其能够取代原有的硅器件。趋势二：后“量子霸权”时代，量子纠错和实用优势成为核心命题。2020年是后“量子霸权”元年，有两个里程碑：量子纠错和实用优势。其中，演示“量子纠错”的系统必须同时实现多比特、高精度、高连通性，即至少数千个高质量、强相关的比特。在“实用优势”方面，模拟物理仍将是主流，冷原子、量子火系统等模拟量子计算平台将继续与数字平台一起产生鼓舞人心的进展。2021年，除了量子比特数量的增加，这些领域也可能取得进展：基于新设计的超高精度超导比特、摒弃目前线性结构的可扩展二维离子阱……随着量子计算的发展，超导也将迎来新的趋势：低温电子学的成熟将使体积庞大、价格昂贵的室温电子学开始走向终结。趋势三：碳基技术取得突破，加速柔性电子发展近年来，碳基材料的制备取得了突破。碳基材料，包括零维富勒烯、一维碳纳米管、二维石墨烯、三维石墨和金刚石等。其中，碳纳米管和石墨烯被认为是柔性电子的“选材”由于其出色的电气性能、透光性和延展性。今年，科研人员在8英寸衬底上成功制备出高密度、高纯度的半导体阵列碳纳米管材料，纯度达到99.9999%，突破碳纳米管集成电路关键材料瓶颈，同时具备量产能力技术积累。基于这种材料，研究人员还大量生产了场效应晶体管和环形振荡器电路，其性能优于类似尺寸的硅基器件和电路。同时实现了石墨烯的大面积制备，并被证明具有优异的电学性能。这些突破意味着碳基集成电路初步奠定了产业化基础，“碳时代”即将到来。IT行业：AI、脑机接口、云原生趋势四：AI提升药物疫苗研发效率在疫苗研发和药物临床研究方面保持不变。处于探索阶段。《Nature》的一组数据显示，一个新药的平均研发成本约为26亿美元，耗时约10年，成功率不足10%。在研发周期中，药物发现的工程工作量巨大，导致药物开发进入临床前研究阶段，一般需要3至6年。如果将AI与药物筛选相结合，可以大大减少化合物筛选的时间消耗。在疫苗设计研发领域，AI也将成为得力助手。例如，通过在研发的疫苗中添加化合物来提高疗效，更好地刺激抗体产生的过程，利用人工智能合成和比较筛选可以快速找到高质量的候选化合物。这样，将人工智能与疫苗、药物临床研究相结合，可以减少重复劳动和时间消耗，提高研发效率，极大地促进医疗服务和药物的普惠。趋势五：脑机接口，帮助人类超越生物极限脑机接口技术研究了几十年，朝着人脑与机器融合的目标迈出了一大步。目前，虽然离实用化还很远，但作为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的推动作用。.这项新技术分为植入式和非植入式，将帮助人类从更高维度的空间进一步分析人脑的工作原理。例如，在控制机械臂方面，脑机接口将有助于提高应用的准确性，为思维清醒但不能说话、手不能动的患者提供精准的康复服务。趋势六：数据处理实现“自主、自我进化”随着云计算的发展和数据规模的持续指数级增长，传统数据处理面临存储成本高、集群管理复杂、计算任务多样化等巨大挑战。面对海量且快速增长的数据规模和复杂多样的处理场景，人工管理和系统调优同样捉襟见肘。因此，以智能化的方式实现数据管理系统的自动优化是未来数据处理发展的必然选择。人工智能和机器学习方法正逐渐广泛应用于智能冷热数据分层、异常检测、智能建模、资源调动、参数调优、压力测试生成、指标推荐等领域。实现数据处理的“自主、自我进化”，将有效降低数据计算、处理、存储、运维的管理成本。趋势七：云原生重塑IT技术体系传统IT开发环境存在产品研发上线周期长、研发效率低等问题。云原生架构充分利用了云计算分布式、可扩展、灵活的特点，在异构硬件和环境下更高效地应用和管理各种云计算资源。此外，IT开发人员可以通过方法论、工具集、实践和产品技术专注于开发过程本身。未来，芯片、开发平台、应用软件乃至计算机都将诞生在云端。如果将网络、服务器、操作系统等基础设施层进行高度抽象，可以降低计算成本，提高迭代效率，将大大降低云计算的使用门槛，拓展技术应用的边界。生产生活：农业智能、工业互联网、智能运营趋势八：农业进入数据智能时代。传统农业产业发展存在土地资源利用率低、产销环节脱节等瓶颈。当前，以物联网、人工智能、云计算为代表的数字技术正在与农业产业深度融合，打通农业产业全链路流程。如果结合新一代传感器技术，农田地面数据信息可以实时获取和感知。依托大数据分析和人工智能技术，快速处理海量农业数据，实现作物监测、精细化育种和环境资源按需配置。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的可控性和可追溯性，确保农产品整个供应链过程的安全可靠。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，从单点智能到全局智能。受限于实施成本高、复杂度高、供给侧数据获取困难、整体生态不够完善等因素，当前工业智能化仍以解决碎片化需求为主。数字经济在疫情期间展现出的韧性，让企业更加关注工业智能的价值。加之数字技术、新基建等因素的发展，工业智能将从单点智能快速过渡到全局智能。特别是在汽车、消费电子、品牌服装、钢铁、水泥、化工等信息化基础较好的制造业，工业互联网将贯穿产业链的供应链、生产、资产、物流、销售等各个环节。企业生产决策闭环。全球智能应用。趋势十：智慧运营中心将成为未来城市的标配。近十年来，智慧城市借助数字化手段有效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开始暴露出问题，“重建设轻运营”导致的业务应用缺失也尤为明显。在此背景下，城市管理者希望通过运营中心盘活数据资源，推动治理和服务全球化、精细化、实时化。AIoT技术的成熟和普及，空间计算技术的进步，将进一步提升运营中心的智能化水平。基于数字孪生体，智慧运营中心将统一城市系统，提供整体智慧治理能力，成为未来城市的数字化基础设施。2021年新的一年，基础技术和科技产业是否会像达摩院预期的那样发展？我们拭目以待。
