2021十大科技趨勢(shì)前瞻：第三代半導(dǎo)體材料迎爆發(fā)

2020年12月28日，阿里巴巴達(dá)摩院發(fā)布2021十大科技趨勢(shì)，這是達(dá)摩院成立三年以來(lái)第三次發(fā)布年度科技趨勢(shì)。

2020年是不平凡的一年，經(jīng)歷疫情的洗禮，許多行業(yè)重啟向上而生的螺旋，但疫情并未阻擋科技前進(jìn)的腳步，量子計(jì)算、基礎(chǔ)材料、生物醫(yī)療等領(lǐng)域的一系列重大科技突破紛至沓來(lái)，后疫情時(shí)代，基礎(chǔ)技術(shù)及科技產(chǎn)業(yè)將如何發(fā)展，達(dá)摩院為科技行業(yè)提供了全新預(yù)測(cè)。

材料是一切科技發(fā)展的基礎(chǔ)，新材料技術(shù)已推動(dòng)多輪科技革命。然而，受限于成本高昂、生產(chǎn)工藝不成熟等問(wèn)題，諸多新型材料未能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。達(dá)摩院認(rèn)為，未來(lái)幾年，以氮化鎵和碳化硅為代表的第三代半導(dǎo)體材料將在材料生長(zhǎng)、器件制備等技術(shù)上實(shí)現(xiàn)突破，并應(yīng)用于5G基站、新能源汽車、特高壓、數(shù)據(jù)中心等新基建場(chǎng)景，大幅降低整體能耗。

新材料的價(jià)值遠(yuǎn)不止提供更優(yōu)的性能，它還能突破傳統(tǒng)材料物理極限，達(dá)摩院預(yù)測(cè)，碳基材料作為制作柔性設(shè)備的核心材料，將走出實(shí)驗(yàn)室并制備可隨意伸縮、彎曲的柔性電子設(shè)備，例如用該材料制作的電子皮膚不僅機(jī)械特性與真實(shí)皮膚相似，還有外界環(huán)境感知功能。

過(guò)去幾年，AI技術(shù)潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲滲透至傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，例如AI走進(jìn)制造企業(yè)，提升質(zhì)檢工作效率。達(dá)摩院認(rèn)為，AI應(yīng)用于生產(chǎn)環(huán)節(jié)只是開(kāi)始，汽車、消費(fèi)電子、服裝、鋼鐵、化工等信息化基礎(chǔ)良好的行業(yè)將實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈、生產(chǎn)、資產(chǎn)、物流、銷售等各環(huán)節(jié)的全局智能，最終實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)及運(yùn)營(yíng)效率的大幅提升。

在醫(yī)療領(lǐng)域，業(yè)界公認(rèn)AI與藥物、疫苗研發(fā)結(jié)合是大勢(shì)所趨，但用AI研發(fā)藥物并成功上市的案例極為鮮見(jiàn)。達(dá)摩院指出，新型AI算法的迭代及算力突破將解決藥物分子靶點(diǎn)確證、藥物可成藥性等難題，例如在疫苗研發(fā)過(guò)程中，AI可自動(dòng)輸入有效化合物模型，然后與電腦合成程序產(chǎn)生的數(shù)億種不同的化學(xué)化合物對(duì)比篩選，最終快速找到疫苗的優(yōu)質(zhì)候選化合物。

作為人機(jī)交互和人機(jī)混合智能未來(lái)技術(shù)，腦機(jī)接口在醫(yī)療領(lǐng)域極具研究?jī)r(jià)值。達(dá)摩院在趨勢(shì)中指出，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界正在努力攻克腦信號(hào)的采集和處理難題，幫助人類更好地理解大腦工作原理，技術(shù)的成熟將加速腦機(jī)接口的臨床應(yīng)用，未來(lái)將為口不能言、手不能動(dòng)的患者提供精準(zhǔn)康復(fù)服務(wù)。

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展總是在不斷發(fā)散與收斂的模式中躍遷。去年，達(dá)摩院曾預(yù)測(cè)“云將成為IT技術(shù)的創(chuàng)新中心”，時(shí)隔一年，云原生成為云計(jì)算領(lǐng)域的新變量，達(dá)摩院提出，未來(lái)芯片、開(kāi)發(fā)平臺(tái)、應(yīng)用軟件乃至計(jì)算機(jī)等將誕生于云上，AI、5G、區(qū)塊鏈等技術(shù)都將以云原生的方式落地，企業(yè)獲取IT服務(wù)的路徑再次被縮短。

創(chuàng)新永無(wú)終點(diǎn)，但每一次技術(shù)創(chuàng)新都必然沿著普惠的既定軌跡前行。達(dá)摩院認(rèn)為，AI、5G、云計(jì)算及IoT等數(shù)字技術(shù)正發(fā)生前所未有的化學(xué)反應(yīng)，農(nóng)業(yè)乃至城市都將因此發(fā)生新一輪變革。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，自動(dòng)監(jiān)測(cè)農(nóng)作物、精細(xì)化育種，農(nóng)產(chǎn)品物流運(yùn)輸可追溯都將變成現(xiàn)實(shí)；城市將擁有一顆超級(jí)大腦，感知、通信、決策能力全面提升，為城市提供整體治理能力。

附：達(dá)摩院2021十大科技趨勢(shì)

趨勢(shì)一：以氮化鎵、碳化硅為代表的第三代半導(dǎo)體迎來(lái)應(yīng)用大爆發(fā)

以氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）為代表的第三代半導(dǎo)體，具備耐高溫、耐高壓、高頻率、大功率、抗輻射等優(yōu)異特性，但受工藝、成本等因素限制，多年來(lái)僅限于小范圍應(yīng)用。近年來(lái)，隨著材料生長(zhǎng)、器件制備等技術(shù)的不斷突破，第三代半導(dǎo)體的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)逐漸顯現(xiàn)并正在打開(kāi)應(yīng)用市場(chǎng)：SiC元件已用于汽車逆變器，GaN快速充電器也大量上市。未來(lái)5年，基于第三代半導(dǎo)體材料的電子器件將廣泛應(yīng)用于5G基站、新能源汽車、特高壓、數(shù)據(jù)中心等場(chǎng)景。

趨勢(shì)二：后“量子霸權(quán)”時(shí)代，量子糾錯(cuò)和實(shí)用優(yōu)勢(shì)成核心命題

2020年為后“量子霸權(quán)”元年，世界對(duì)量子計(jì)算的投入持續(xù)上漲，技術(shù)和生態(tài)蓬勃發(fā)展，多個(gè)平臺(tái)異彩繽紛。這一潮流將在2021年繼續(xù)推高社會(huì)的關(guān)注和期待，量子計(jì)算的研究需要證明自身的實(shí)用價(jià)值；業(yè)界需要聚焦“后霸權(quán)”時(shí)代的使命：協(xié)同創(chuàng)新，解決眾多的科學(xué)和工程難題，為早日到達(dá)量子糾錯(cuò)和實(shí)用優(yōu)勢(shì)兩座里程碑鋪路奠基。

趨勢(shì)三：碳基技術(shù)突破加速柔性電子發(fā)展

柔性電子是指經(jīng)扭曲、折疊、拉伸等形狀變化后仍保持原有性能的電子設(shè)備，可用作可穿戴設(shè)備、電子皮膚、柔性顯示屏等。柔性電子發(fā)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(yuǎn)不如“硬質(zhì)”硅基電子。近年來(lái)，碳基材料的技術(shù)突破為柔性電子提供了更好的材料選擇：碳納米管這一碳基柔性材料的質(zhì)量已可滿足大規(guī)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(guò)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(shí)現(xiàn)。

趨勢(shì)四：AI提升藥物及疫苗研發(fā)效率

AI已廣泛應(yīng)用于醫(yī)療影像、病歷管理等輔助診斷場(chǎng)景，但AI在疫苗研發(fā)及藥物臨床研究的應(yīng)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(fā)周期長(zhǎng)、成本高等難題，例如提升化合物篩選、建立疾病模型、發(fā)現(xiàn)新靶點(diǎn)、先導(dǎo)化合物發(fā)現(xiàn)及先導(dǎo)藥物優(yōu)化等環(huán)節(jié)的效率。AI與疫苗、藥物臨床研究的結(jié)合可以減少重復(fù)勞動(dòng)與時(shí)間消耗，提升研發(fā)效率，極大的推動(dòng)醫(yī)療服務(wù)和藥物的普惠化。

趨勢(shì)五：腦機(jī)接口幫助人類超越生物學(xué)極限

腦機(jī)接口是新一代人機(jī)交互和人機(jī)混合智能的關(guān)鍵核心技術(shù)。腦機(jī)接口對(duì)神經(jīng)工程的發(fā)展起到了重要支撐與推動(dòng)作用，幫助人類從更高維度空間進(jìn)一步解析人類大腦的工作原理。腦機(jī)接口這一新技術(shù)領(lǐng)域探索性的將大腦與外部設(shè)備進(jìn)行通信，并借由腦力意念控制機(jī)器。例如在控制機(jī)械臂等方面幫助提升應(yīng)用精度，將為神智清醒，思維健全，但口不能言、手不能動(dòng)的患者提供精準(zhǔn)康復(fù)服務(wù)。

趨勢(shì)六：數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)“自治與自我進(jìn)化”

隨著云計(jì)算的發(fā)展、數(shù)據(jù)規(guī)模持續(xù)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理面臨存儲(chǔ)成本高、集群管理復(fù)雜、計(jì)算任務(wù)多樣性等巨大挑戰(zhàn)；面對(duì)海量暴增的數(shù)據(jù)規(guī)模以及復(fù)雜多元的處理場(chǎng)景，人工管理和系統(tǒng)調(diào)優(yōu)捉襟見(jiàn)肘。因此，通過(guò)智能化方法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的自動(dòng)優(yōu)化成為未來(lái)數(shù)據(jù)處理發(fā)展的必然選擇。人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)手段逐漸被廣泛應(yīng)用于智能化的冷熱數(shù)據(jù)分層、異常檢測(cè)、智能建模、資源調(diào)動(dòng)、參數(shù)調(diào)優(yōu)、壓測(cè)生成、索引推薦等領(lǐng)域，有效降低數(shù)據(jù)計(jì)算、處理、存儲(chǔ)、運(yùn)維的管理成本，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的“自治與自我進(jìn)化”。

趨勢(shì)七：云原生重塑IT技術(shù)體系

在傳統(tǒng)IT開(kāi)發(fā)環(huán)境里，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)上線周期長(zhǎng)、研發(fā)效能不高，云原生架構(gòu)充分利用了云計(jì)算的分布式、可擴(kuò)展和靈活的特性，更高效地應(yīng)用和管理異構(gòu)硬件和環(huán)境下的各類云計(jì)算資源，通過(guò)方法論工具集、最佳實(shí)踐和產(chǎn)品技術(shù)，開(kāi)發(fā)人員可專注于應(yīng)用開(kāi)發(fā)過(guò)程本身。未來(lái)，芯片、開(kāi)發(fā)平臺(tái)、應(yīng)用軟件乃至計(jì)算機(jī)等將誕生于云上，可將網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、操作系統(tǒng)等基礎(chǔ)架構(gòu)層高度抽象化，降低計(jì)算成本、提升迭代效率，大幅降低云計(jì)算使用門檻、拓展技術(shù)應(yīng)用邊界。

趨勢(shì)八：農(nóng)業(yè)邁入數(shù)據(jù)智能時(shí)代

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在土地資源利用率低和從生產(chǎn)到零售鏈路脫節(jié)等瓶頸問(wèn)題。以物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、云計(jì)算等為代表的科學(xué)技術(shù)正在與農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)深度融合，打通農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的全鏈路流程。結(jié)合新一代傳感器技術(shù)，農(nóng)田地面數(shù)據(jù)信息得以實(shí)時(shí)獲取和感知，并依靠大數(shù)據(jù)分析與人工智能技術(shù)快速處理海量領(lǐng)域農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物監(jiān)測(cè)、精細(xì)化育種和環(huán)境資源按需分配。同時(shí)，通過(guò)5G、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等技術(shù)的應(yīng)用確保農(nóng)產(chǎn)品物流運(yùn)輸中的可控和可追溯，保障農(nóng)產(chǎn)品整體供應(yīng)鏈流程的安全可靠。農(nóng)業(yè)將告別“靠天”吃飯進(jìn)入智慧農(nóng)業(yè)時(shí)代。

趨勢(shì)九：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)從單點(diǎn)智能走向全局智能

受實(shí)施成本和復(fù)雜度較高、供給側(cè)數(shù)據(jù)難以打通、整體生態(tài)不夠完善等因素限制，目前的工業(yè)智能仍以解決碎片化需求為主。疫情中數(shù)字經(jīng)濟(jì)所展現(xiàn)出來(lái)的韌性讓企業(yè)更加重視工業(yè)智能的價(jià)值，加之?dāng)?shù)字技術(shù)的進(jìn)步普及、新基建的投資拉動(dòng)，這些因素將共同推動(dòng)工業(yè)智能從單點(diǎn)智能快速躍遷到全局智能，特別是汽車、消費(fèi)電子、品牌服飾、鋼鐵、水泥、化工等具備良好信息化基礎(chǔ)的制造業(yè)，貫穿供應(yīng)鏈、生產(chǎn)、資產(chǎn)、物流、銷售等各環(huán)節(jié)在內(nèi)的企業(yè)生產(chǎn)決策閉環(huán)的全局智能化應(yīng)用將大規(guī)模涌現(xiàn)。

趨勢(shì)十：智慧運(yùn)營(yíng)中心成為未來(lái)城市標(biāo)配

在過(guò)去10年時(shí)間里，智慧城市借助數(shù)字化手段切實(shí)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(wèn)題，特別是由于“重建設(shè)輕運(yùn)營(yíng)”所導(dǎo)致的業(yè)務(wù)應(yīng)用不足。在此背景下，城市管理者希望通過(guò)運(yùn)營(yíng)中心盤活數(shù)據(jù)資源、推動(dòng)治理與服務(wù)的全局化、精細(xì)化和實(shí)時(shí)化。而AIoT技術(shù)的日漸成熟和普及、空間計(jì)算技術(shù)的進(jìn)步，將進(jìn)一步提升運(yùn)營(yíng)中心的智慧化水平，在數(shù)字孿生基礎(chǔ)上把城市作為統(tǒng)一系統(tǒng)并提供整體智慧治理能力，進(jìn)而成為未來(lái)城市的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施。