達(dá)摩院2020十大科技趨勢(shì)：基于芯粒的模塊化設(shè)計(jì)方法可取代傳統(tǒng)方法

阿里巴巴達(dá)摩院發(fā)布“達(dá)摩院2020十大科技趨勢(shì)”。這是達(dá)摩院第二次預(yù)測(cè)年度科技趨勢(shì)。

該趨勢(shì)指出，隨著摩爾定律的放緩和高算力需求場(chǎng)景的井噴，傳統(tǒng)芯片陷入性能增長(zhǎng)瓶頸芯片領(lǐng)域的重大突破極有可能在體系架構(gòu)、基礎(chǔ)材料和設(shè)計(jì)方法三處實(shí)現(xiàn)。

體系架構(gòu)方面，存儲(chǔ)、計(jì)算分離的馮·諾依曼架構(gòu)難以滿足日益復(fù)雜的計(jì)算任務(wù)，業(yè)界正在探索計(jì)算存儲(chǔ)一體化架構(gòu)，以突破芯片的算力和功耗瓶頸。

基礎(chǔ)材料方面，以硅為代表的半導(dǎo)體材料趨于性能極限，各大半導(dǎo)體廠商對(duì)于3納米以下的芯片走向都沒(méi)有明確的答案。新材料將通過(guò)全新物理機(jī)制實(shí)現(xiàn)全新的邏輯、存儲(chǔ)及互聯(lián)概念和器件，推動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的革新。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展需寄望于拓?fù)浣^緣體、二維超導(dǎo)材料等新材料。

芯片設(shè)計(jì)方法也需應(yīng)勢(shì)升級(jí)，基于芯粒（chiplet）的模塊化設(shè)計(jì)方法可取代傳統(tǒng)方法，讓芯片設(shè)計(jì)變得像搭積木一樣快速。

以下為達(dá)摩院2020十大科技趨勢(shì)：

趨勢(shì)一、人工智能從感知智能向認(rèn)知智能演進(jìn)

人工智能已經(jīng)在“聽(tīng)、說(shuō)、看”等感知智能領(lǐng)域已經(jīng)達(dá)到或超越了人類水準(zhǔn)，但在需要外部知識(shí)、邏輯推理或者領(lǐng)域遷移的認(rèn)知智能領(lǐng)域還處于初級(jí)階段。認(rèn)知智能將從認(rèn)知心理學(xué)、腦科學(xué)及人類社會(huì)歷史中汲取靈感，并結(jié)合跨領(lǐng)域知識(shí)圖譜、因果推理、持續(xù)學(xué)習(xí)等技術(shù)，建立穩(wěn)定獲取和表達(dá)知識(shí)的有效機(jī)制，讓知識(shí)能夠被機(jī)器理解和運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)從感知智能到認(rèn)知智能的關(guān)鍵突破。

趨勢(shì)二、計(jì)算存儲(chǔ)一體化突破AI算力瓶頸

馮諾伊曼架構(gòu)的存儲(chǔ)和計(jì)算分離，已經(jīng)不適合數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的人工智能應(yīng)用需求。頻繁的數(shù)據(jù)搬運(yùn)導(dǎo)致的算力瓶頸以及功耗瓶頸已經(jīng)成為對(duì)更先進(jìn)算法探索的限制因素。類似于腦神經(jīng)結(jié)構(gòu)的存內(nèi)計(jì)算架構(gòu)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和計(jì)算單元融合為一體，能顯著減少數(shù)據(jù)搬運(yùn)，極大提高計(jì)算并行度和能效。計(jì)算存儲(chǔ)一體化在硬件架構(gòu)方面的革新，將突破AI算力瓶頸。

趨勢(shì)三、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的超融合

5G、IoT設(shè)備、云計(jì)算、邊緣計(jì)算的迅速發(fā)展將推動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的超融合，實(shí)現(xiàn)工控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和信息化系統(tǒng)的智能化融合。制造企業(yè)將實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)化、搬送自動(dòng)化和排產(chǎn)自動(dòng)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)柔性制造，同時(shí)工廠上下游制造產(chǎn)線能實(shí)時(shí)調(diào)整和協(xié)同。這將大幅提升工廠的生產(chǎn)效率及企業(yè)的盈利能力。對(duì)產(chǎn)值數(shù)十萬(wàn)億乃至數(shù)百萬(wàn)億的工業(yè)產(chǎn)業(yè)而言，提高5%-10%的效率，就會(huì)產(chǎn)生數(shù)萬(wàn)億人民幣的價(jià)值。

趨勢(shì)四、機(jī)器間大規(guī)模協(xié)作成為可能

傳統(tǒng)單體智能無(wú)法滿足大規(guī)模智能設(shè)備的實(shí)時(shí)感知、決策。物聯(lián)網(wǎng)協(xié)同感知技術(shù)、5G通信技術(shù)的發(fā)展將實(shí)現(xiàn)多個(gè)智能體之間的協(xié)同——機(jī)器彼此合作、相互競(jìng)爭(zhēng)共同完成目標(biāo)任務(wù)。多智能體協(xié)同帶來(lái)的群體智能將進(jìn)一步放大智能系統(tǒng)的價(jià)值：大規(guī)模智能交通燈調(diào)度將實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)整，倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人協(xié)作完成貨物分揀的高效協(xié)作，無(wú)人駕駛車(chē)可以感知全局路況，群體無(wú)人機(jī)協(xié)同將高效打通最后一公里配送。

趨勢(shì)五、模塊化降低芯片設(shè)計(jì)門(mén)檻

傳統(tǒng)芯片設(shè)計(jì)模式無(wú)法高效應(yīng)對(duì)快速迭代、定制化與碎片化的芯片需求。以RISC-V為代表的開(kāi)放指令集及其相應(yīng)的開(kāi)源SoC芯片設(shè)計(jì)、高級(jí)抽象硬件描述語(yǔ)言和基于IP的模板化芯片設(shè)計(jì)方法，推動(dòng)了芯片敏捷設(shè)計(jì)方法與開(kāi)源芯片生態(tài)的快速發(fā)展。此外，基于芯粒（chiplet）的模塊化設(shè)計(jì)方法用先進(jìn)封裝的方式將不同功能“芯片模塊”封裝在一起，可以跳過(guò)流片快速定制出一個(gè)符合應(yīng)用需求的芯片，進(jìn)一步加快了芯片的交付。

趨勢(shì)六、規(guī)?；a(chǎn)級(jí)區(qū)塊鏈應(yīng)用將走入大眾

區(qū)塊鏈BaaS（Blockchain as a Service）服務(wù)將進(jìn)一步降低企業(yè)應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)的門(mén)檻，專為區(qū)塊鏈設(shè)計(jì)的端、云、鏈各類固化核心算法的硬件芯片等也將應(yīng)運(yùn)而生，實(shí)現(xiàn)物理世界資產(chǎn)與鏈上資產(chǎn)的錨定，進(jìn)一步拓展價(jià)值互聯(lián)網(wǎng)的邊界、實(shí)現(xiàn)萬(wàn)鏈互聯(lián)。未來(lái)將涌現(xiàn)大批創(chuàng)新區(qū)塊鏈應(yīng)用場(chǎng)景以及跨行業(yè)、跨生態(tài)的多維協(xié)作，日活千萬(wàn)以上的規(guī)?；a(chǎn)級(jí)區(qū)塊鏈應(yīng)用將會(huì)走入大眾。

趨勢(shì)七、量子計(jì)算進(jìn)入攻堅(jiān)期

2019年，“量子霸權(quán)”之爭(zhēng)讓量子計(jì)算在再次成為世界科技焦點(diǎn)。超導(dǎo)量子計(jì)算芯片的成果，增強(qiáng)了行業(yè)對(duì)超導(dǎo)路線及對(duì)大規(guī)模量子計(jì)算實(shí)現(xiàn)步伐的樂(lè)觀預(yù)期。2020年量子計(jì)算領(lǐng)域?qū)?huì)經(jīng)歷投入進(jìn)一步增大、競(jìng)爭(zhēng)激化、產(chǎn)業(yè)化加速和生態(tài)更加豐富的階段。作為兩個(gè)最關(guān)鍵的技術(shù)里程碑，容錯(cuò)量子計(jì)算和演示實(shí)用量子優(yōu)勢(shì)將是量子計(jì)算實(shí)用化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。未來(lái)幾年內(nèi)，真正達(dá)到其中任何一個(gè)都將是十分艱巨的任務(wù)，量子計(jì)算將進(jìn)入技術(shù)攻堅(jiān)期。

趨勢(shì)八、新材料推動(dòng)半導(dǎo)體器件革新

在摩爾定律放緩以及算力和存儲(chǔ)需求爆發(fā)的雙重壓力下，以硅為主體的經(jīng)典晶體管很難維持半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展，各大半導(dǎo)體廠商對(duì)于3納米以下的芯片走向都沒(méi)有明確的答案。新材料將通過(guò)全新物理機(jī)制實(shí)現(xiàn)全新的邏輯、存儲(chǔ)及互聯(lián)概念和器件，推動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的革新。例如，拓?fù)浣^緣體、二維超導(dǎo)材料等能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)損耗的電子和自旋輸運(yùn)，可以成為全新的高性能邏輯和互聯(lián)器件的基礎(chǔ)；新型磁性材料和新型阻變材料能夠帶來(lái)高性能磁性存儲(chǔ)器如SOT-MRAM和阻變存儲(chǔ)器。

趨勢(shì)九、保護(hù)數(shù)據(jù)隱私的AI技術(shù)將加速落地

數(shù)據(jù)流通所產(chǎn)生的合規(guī)成本越來(lái)越高。使用AI技術(shù)保護(hù)數(shù)據(jù)隱私正在成為新的技術(shù)熱點(diǎn)，其能夠在保證各方數(shù)據(jù)安全和隱私的同時(shí)，聯(lián)合使用方實(shí)現(xiàn)特定計(jì)算，解決數(shù)據(jù)孤島以及數(shù)據(jù)共享可信程度低的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的價(jià)值。

趨勢(shì)十、云成為IT技術(shù)創(chuàng)新的中心

隨著云技術(shù)的深入發(fā)展，云已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)IT基礎(chǔ)設(shè)施的范疇，漸漸演變成所有IT技術(shù)創(chuàng)新的中心。云已經(jīng)貫穿新型芯片、新型數(shù)據(jù)庫(kù)、自驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、AI、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、量子計(jì)算整個(gè)IT技術(shù)鏈路，同時(shí)又衍生了無(wú)服務(wù)器計(jì)算、云原生軟件架構(gòu)、軟硬一體化設(shè)計(jì)、智能自動(dòng)化運(yùn)維等全新的技術(shù)模式，云正在重新定義IT的一切。廣義的云，正在源源不斷地將新的IT技術(shù)變成觸手可及的服務(wù)，成為整個(gè)數(shù)字經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)設(shè)施。

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