年度十大前沿科技趨勢(shì)：AIGC市場(chǎng)規(guī)模將超萬億，量子計(jì)算落地臨門一腳 | 附下載

楊凈 發(fā)自 凹非寺

量子位 | 公眾號(hào) QbitAI

再變幻莫測(cè)的技術(shù)發(fā)展周期，如果以年為單位也能探尋到每一次的關(guān)鍵進(jìn)程。那么在全新的冪集創(chuàng)新中，今年有哪些新技術(shù)新突破領(lǐng)銜？又有什么樣的趨勢(shì)值得關(guān)注？

比如已在產(chǎn)業(yè)界大放光彩的AI雙星：AIGC、AI for Science，他們正在創(chuàng)造了什么新價(jià)值？能否解決更多實(shí)際問題？

硬科技創(chuàng)新背景下，屢屢傳來進(jìn)展的異構(gòu)計(jì)算、人形機(jī)器人、衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)、AR產(chǎn)品，背后是什么引擎在驅(qū)動(dòng)？

為了幫讀者們準(zhǔn)確把握前沿科技趨勢(shì)，也為了幫更多人串聯(lián)起技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)風(fēng)口的內(nèi)在線索，更為了大家提前看到技術(shù)驅(qū)動(dòng)的未來。

年度十大前沿科技報(bào)告，再度來襲！

量子位智庫結(jié)合對(duì)科技領(lǐng)域的長期跟蹤，以及對(duì)70余家初創(chuàng)公司、研究院、投資機(jī)構(gòu)的深度交流，提名了2022年度十大前沿科技趨勢(shì)。

根據(jù)趨勢(shì)內(nèi)容，在此分為了三個(gè)板塊：新價(jià)值、新引擎；新物種、新場(chǎng)景；新標(biāo)準(zhǔn)、新機(jī)遇。

先來一睹為快：

新價(jià)值、新引擎

• AIGC技術(shù)價(jià)值驗(yàn)證：圖像及視頻生成大爆發(fā)；
• AI for Science開啟新范式：數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)+機(jī)器猜想重塑多領(lǐng)域科研模式；
• 計(jì)算生物成為新引擎：醫(yī)療健康賽道迎來新型基礎(chǔ)驅(qū)動(dòng)力；

新物種、新場(chǎng)景

• 新型基因編輯落地：臨床試驗(yàn)開啟，進(jìn)入罕見病治療；
• 人形機(jī)器人站上硬科技創(chuàng)新高地：跨界思路降低商用門檻；
• 衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)提速：打開商業(yè)航天新象限；
• AR產(chǎn)品消費(fèi)級(jí)落地：提供XR和元宇宙增長新潛能；

新標(biāo)準(zhǔn)、新機(jī)遇

• 異構(gòu)計(jì)算成為共識(shí)：新行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)明確現(xiàn)有算力最優(yōu)解；
• 智能計(jì)算架構(gòu)呼之欲出：新一代芯片探索顛覆馮諾依曼架構(gòu)；
• 量子計(jì)算落地臨門一腳：軟件硬件同步提速。

新價(jià)值、新引擎

AIGC技術(shù)價(jià)值驗(yàn)證：圖像及視頻生成大爆發(fā)

如果要論2022年，已縱橫于各行各業(yè)的AI，誕生出哪些新價(jià)值、新引擎？AIGC一定是當(dāng)仁不讓的一個(gè)。

技術(shù)模型端，DALL-2、Imagen、Stable Diffusion等多種模型出現(xiàn)證明了AI繪畫的可行性，隨后橫空出世的文本生成視頻模型Imagen Video、Phenaki，再次突破了AIGC的技術(shù)邊界。

基于對(duì)場(chǎng)景的理解，量子位智庫將AIGC適用的業(yè)務(wù)場(chǎng)景進(jìn)行了整理。

在延展領(lǐng)域中，最為看好的是個(gè)性化內(nèi)容營銷。它主要指由AI生成系統(tǒng)與底層的客戶數(shù)據(jù)系統(tǒng)/營銷效果反饋系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)聯(lián)通，實(shí)時(shí)根據(jù)數(shù)據(jù)反饋調(diào)整生成需求。

按照現(xiàn)有技術(shù)成熟度以及現(xiàn)有需求成熟度分析，量子位智庫預(yù)計(jì)，2030年AIGC市場(chǎng)規(guī)模將超過萬億人民幣。

AI for Science開啟新范式：數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)+機(jī)器猜想重塑多領(lǐng)域科研模式

同樣引發(fā)關(guān)注、價(jià)值顯性的AI for Science賽道，在去年呈現(xiàn)出與AIGC截然不同的發(fā)展范式——

進(jìn)入產(chǎn)業(yè)冷靜期，催生多種價(jià)值路徑，AI承擔(dān)的職責(zé)也正在發(fā)生變化。

與以往AI主要用于簡(jiǎn)單建模不同的是，科學(xué)家們開始嘗試用AI來解決問題，定制開發(fā)相關(guān)算法等。生物之外，物理、數(shù)學(xué)、化學(xué)材料、半導(dǎo)體等領(lǐng)域也都有了全新探索，比如輔助證明數(shù)學(xué)定理、流體力學(xué)等物理仿真、輔助新材料設(shè)計(jì)、指導(dǎo)半導(dǎo)體電路設(shè)計(jì)等。

基于多方訪談和調(diào)研，量子位智庫將AI for Science的價(jià)值實(shí)現(xiàn)路徑分為三點(diǎn)。

第一，基于對(duì)海量數(shù)據(jù)的高維建模能力，對(duì)特定科學(xué)問題進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)估，典型案例如AlphaFold2。

第二，“科學(xué)原理+高性能計(jì)算”新方式，將科學(xué)模型的AI精準(zhǔn)解作為機(jī)器學(xué)習(xí)的部分?jǐn)?shù)據(jù)來源，催生第五范式的產(chǎn)生。

這種數(shù)據(jù)與原理雙驅(qū)動(dòng)組合，未來將廣泛用于藥物研發(fā)、材料設(shè)計(jì)、能源節(jié)約、天體物理等場(chǎng)景。

第三、可從數(shù)據(jù)中總結(jié)和發(fā)現(xiàn)特定規(guī)律，輔助科學(xué)定律的發(fā)現(xiàn)。

除此之外，AI for Science還有加速實(shí)驗(yàn)過程、推進(jìn)科學(xué)研究低門檻化、并行化等價(jià)值。

計(jì)算生物成為新引擎：醫(yī)療健康賽道迎來新型基礎(chǔ)驅(qū)動(dòng)力

朝著更深入產(chǎn)業(yè)的方向走去的，還有被AI激活的計(jì)算生物賽道——

已在藥物靶點(diǎn)發(fā)現(xiàn)、藥物分子設(shè)計(jì)、挖掘致病機(jī)理等實(shí)際領(lǐng)域落地。

例如，Insilico Medicine已利用 AlphaFold2在30天內(nèi)發(fā)現(xiàn) CDK20 小分子抑制劑；David Baker 團(tuán)隊(duì)目前已實(shí)現(xiàn)了基于 AI 為各類靶點(diǎn)蛋白設(shè)計(jì)結(jié)合蛋白分子。

或者更概括地來說，在量子位智庫看來，從底層計(jì)算推演生物性質(zhì)及原理、搭建預(yù)測(cè)及判斷模型（比如疾病診斷與AI制藥）、以及對(duì)生物體進(jìn)行控制改造，都離不開計(jì)算生物學(xué)提供的模擬計(jì)算與底層機(jī)制推演。

量子位智庫判斷，目前計(jì)算生物學(xué)正進(jìn)入基礎(chǔ)沉淀期后半段，2025年將進(jìn)入到普遍驗(yàn)證期，相關(guān)產(chǎn)業(yè)價(jià)值將遠(yuǎn)超于科研價(jià)值。

新物種、新場(chǎng)景

新型基因編輯落地：臨床試驗(yàn)開啟，進(jìn)入罕見病治療

以CRISPR/Cas9為代表的新型基因編輯憑借著成本低廉，操作方便，效率高等優(yōu)點(diǎn)快速在產(chǎn)業(yè)推進(jìn)，被認(rèn)為是繼ZFN、TALEN之后出現(xiàn)的第三代基因編輯技術(shù)。

過去的基因編輯技術(shù)領(lǐng)域需要讓同一個(gè)蛋白質(zhì)同時(shí)完成靶向定位和切割兩個(gè)動(dòng)作，針對(duì)目標(biāo)DNA進(jìn)行蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)極大，在效率、便攜性、成本等方面存在明顯短板。

而新型基因編輯方法，可以讓導(dǎo)向RNA與蛋白質(zhì)分別完成靶向定位和編輯動(dòng)作。且因?yàn)镽NA序列易于設(shè)計(jì)，大幅降低基因編輯整體難度和投入成本。

目前，CRISPR、堿基編輯（Base Editing）、先導(dǎo)編輯（Prime Editing）以及RNA編輯正在飛速發(fā)展。

從應(yīng)用價(jià)值來劃分，主要有醫(yī)療領(lǐng)域、物種改造兩大類。

醫(yī)療領(lǐng)域又以基因治療為代表，截至2022年8月，據(jù)公開數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，基因組編輯已在全球藥物研發(fā)熱門作用機(jī)制中位列第7，有217個(gè)相關(guān)藥物進(jìn)入研發(fā)。此外，還有異體細(xì)胞/器官改造、高通量自動(dòng)化的致病基因篩選、類器官培養(yǎng)、新型診斷測(cè)試等應(yīng)用。

物種改造方面，主要有農(nóng)作物開發(fā)、工業(yè)微生物制造、病毒檢測(cè)等場(chǎng)景。目前，我國進(jìn)展最快的是齊禾高科等企業(yè)所在的分子育種領(lǐng)域。

人形機(jī)器人站上硬科技創(chuàng)新高地：跨界思路降低商用門檻

在機(jī)器人板塊，諸多跨界玩家在人形機(jī)器人板塊匯合，這其中包括傳統(tǒng)造車企業(yè)、仿生機(jī)器人企業(yè)、智能硬件相關(guān)企業(yè)、消費(fèi)電子企業(yè)等。

量子位智庫認(rèn)為，人形機(jī)器人主要有這兩方面的應(yīng)用價(jià)值。一方面，擬人形態(tài)能讓機(jī)器人更好適應(yīng)人類環(huán)境與人類工具，在日常服務(wù)中更有優(yōu)勢(shì)；另一方面，擬人形態(tài)便于更好與人類產(chǎn)生情感鏈接與互動(dòng)，可落地在教育、引導(dǎo)、會(huì)展等場(chǎng)景中。

但由于硬件及軟件配套等因素，目前人形機(jī)器人尚未展開產(chǎn)業(yè)級(jí)大面積推廣。

而跨界玩家的加入為行業(yè)提供新的解決思路，多項(xiàng)能力在此處融合教會(huì)，有望降低商用門檻。

典型如特斯拉，環(huán)境感知部分采用自動(dòng)駕駛中的FSD、Dojo芯片、純視覺系統(tǒng)等技術(shù)，增強(qiáng)了人形機(jī)器人的商業(yè)化規(guī)模成本優(yōu)勢(shì)。

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)提速：打開商業(yè)航天新象限

作為商業(yè)航天傳統(tǒng)三大應(yīng)用領(lǐng)域之一的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，在去年提速明顯。它通過多次發(fā)射數(shù)百顆乃至上千顆小型衛(wèi)星，在低軌組成衛(wèi)星星座，并以這些衛(wèi)星作為“空中基站”，從而完成向地面和空中終端提供寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入等通信服務(wù)的新型網(wǎng)絡(luò)，具有廣覆蓋、低延時(shí)、寬帶化、低成本等特點(diǎn)。

它可以與5G和光纖網(wǎng)絡(luò)互補(bǔ)發(fā)展，與傳統(tǒng)運(yùn)營商開展合作，在偏遠(yuǎn)地區(qū)提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。其中極地科考、海上通信、機(jī)載WiFi以以及陸地邊遠(yuǎn)地區(qū)互聯(lián)網(wǎng)接入是四大應(yīng)用領(lǐng)域，在海陸空三類環(huán)境中，為全球用戶提供實(shí)時(shí)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。

量子位智庫根據(jù)公開數(shù)據(jù)推算，2023年衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)6億美元，2027年將達(dá)11億美元。

目前國內(nèi)的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展模式，開始由國家主導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)閲遗c企業(yè)共同推動(dòng)。量子位智庫預(yù)計(jì)今年將迎來衛(wèi)星發(fā)射的高峰期。

AR產(chǎn)品消費(fèi)級(jí)落地：提供XR和元宇宙增長新潛能

XR也在持續(xù)性發(fā)展過程中，這當(dāng)中AR時(shí)代的到來更值得關(guān)注。2022年Micro-Led 顯示器的量產(chǎn)讓 AR 眼鏡有更高的分辨率，陣列、衍射光波導(dǎo)光學(xué)結(jié)構(gòu)的使用讓 AR 眼鏡亮度更高，更容易戶外場(chǎng)所。

Nreal Air、OPPO Air Glass、谷歌AR概念機(jī)One More Thing、Mojo Vision的AR隱形眼鏡正引發(fā)廣泛關(guān)注。

B端工廠、安防等場(chǎng)景有了相當(dāng)?shù)臐B透率，具體有工業(yè)生產(chǎn)、智慧城市、教育教學(xué)、展陳導(dǎo)航等，而C端的市場(chǎng)也正在展開，已在AR游戲、AR社交、AR營銷以及AR-HUD開始拓展。

基于技術(shù)成熟度評(píng)估，量子位智庫認(rèn)為AR技術(shù)已進(jìn)入穩(wěn)步爬升期。但B端定制化特色明顯，垂直賽道的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品仍需一定時(shí)間提煉。C端產(chǎn)品相較更易標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，但需一定時(shí)間尋找關(guān)鍵場(chǎng)景并進(jìn)行推廣。

部分技術(shù)也需進(jìn)一步完善，比如AR空間感知及計(jì)算能力、異構(gòu)計(jì)算體系等。

新標(biāo)準(zhǔn)、新機(jī)遇

異構(gòu)計(jì)算成為共識(shí)：新行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)明確現(xiàn)有算力最優(yōu)解

新技術(shù)新模型下，計(jì)算、算力究竟誕生了什么新標(biāo)準(zhǔn)、新機(jī)遇？異構(gòu)計(jì)算正在成為行業(yè)共識(shí)。

在過去一年中，各頭部企業(yè)都在通過先進(jìn)設(shè)計(jì)、先進(jìn)制程、先進(jìn)封裝或擴(kuò)充產(chǎn)品線等方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)異構(gòu)計(jì)算的布局。

這其中，由英特爾牽頭，AMD、Arm、高通、臺(tái)積電、三星、Meta、微軟等十大行業(yè)巨頭聯(lián)合成立的Chiplet標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟“Universal Chiplet Interconnect Express”為重要節(jié)點(diǎn)。

異構(gòu)計(jì)算的價(jià)值在于能讓最適合的專用硬件去服務(wù)最適合的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)性能、成本、功耗三者間的平衡?；诓煌夹g(shù)細(xì)節(jié)，它可以分為板卡集成異構(gòu)計(jì)算、芯片級(jí)異構(gòu)計(jì)算、超異構(gòu)計(jì)算。

近年來，異構(gòu)計(jì)算主要應(yīng)用在HPC高性能計(jì)算、AI、5G通信、物聯(lián)網(wǎng)以及云計(jì)算等場(chǎng)景中，軟件棧和生態(tài)建設(shè)進(jìn)度明顯，部分產(chǎn)品已規(guī)?；涞?。

未來有兩大發(fā)展趨勢(shì)值得關(guān)注，一是超異構(gòu)與Chiplet的相互成就；二是異構(gòu)計(jì)算仍需技術(shù)流程協(xié)同、軟硬件標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，以及由于不同系統(tǒng)架構(gòu)、指令和程序?qū)е碌募夹g(shù)難度提升。

智能計(jì)算架構(gòu)呼之欲出：新一代芯片探索顛覆馮諾依曼架構(gòu)

除此之外，新一代的智能計(jì)算架構(gòu)也受到廣泛關(guān)注。當(dāng)前摩爾定律已逼近極限，依靠器件尺寸微縮來提高芯片性能的技術(shù)路徑在功耗和可靠性方面都面臨巨大挑戰(zhàn)。

傳統(tǒng)的馮諾依曼架構(gòu)已無法適應(yīng)現(xiàn)如今AI計(jì)算對(duì)算力和低功耗的需求，存算一體芯片、類腦芯片、硅光芯片作為More than Moore的代表開始受 到關(guān)注。

存算一體是直接利用存儲(chǔ)器做數(shù)據(jù)處理，通過拉近或消除計(jì)算單元與存儲(chǔ)單元之間的距離，打破存儲(chǔ)墻和功耗墻瓶頸。

近年來，存算一體經(jīng)歷了從學(xué)術(shù)界到工業(yè)界的轉(zhuǎn)變，頭部公司已初步實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。未來有兩大趨勢(shì)值得關(guān)注：新型存儲(chǔ)器件與終端推理。

類腦計(jì)算產(chǎn)業(yè)落地角度講，模仿人腦價(jià)值在于解決當(dāng)前AI在信息處理和計(jì)算模式上遇到的困難，為實(shí)現(xiàn)通用人工智能奠定基礎(chǔ)。

目前類腦計(jì)算已在移動(dòng)終端設(shè)備、低維離線信息處理、事件相機(jī)、觸覺感知等領(lǐng)域發(fā)揮低功耗、 低延時(shí)等優(yōu)勢(shì)。未來，將逐步建立起圍繞類腦計(jì)算的生態(tài)，以及加快跨學(xué)科融合研究。

硅光芯片技術(shù)核心理念是“以光代電”，即利用激光束代替電子信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，能同時(shí)滿足長距離數(shù)據(jù)傳輸以及微電子芯片間的短距離大容量的數(shù)據(jù)傳輸?？蓱?yīng)用場(chǎng)景包括數(shù)據(jù)中心、5G、光計(jì)算以及自動(dòng)駕駛-硅光激光雷達(dá)。

量子計(jì)算落地臨門一腳：軟件硬件同步加速

還有一個(gè)不容忽視的計(jì)算機(jī)遇當(dāng)屬于量子計(jì)算。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，到2031年左右，有將近8000億的市場(chǎng)規(guī)模將會(huì)直接與量子計(jì)算相關(guān)，全球70%的企業(yè)想在這方面做一些布局。

去年諾獎(jiǎng)?lì)C向了量子糾纏，其核心應(yīng)用領(lǐng)域量子計(jì)算也在此等加持中加速落地與發(fā)展。

以谷歌、霍尼韋爾為代表的積極投入下，量子計(jì)算進(jìn)入到探索如何解決實(shí)際應(yīng)用中高難問題的NISQ階段。國內(nèi)以百度、圖靈量子等機(jī)構(gòu)則正在探索實(shí)際場(chǎng)景中的落地應(yīng)用。

歸結(jié)起來，量子計(jì)算近期突破主要在兩個(gè)方面：

一方面是量子計(jì)算的核心硬件，即量子計(jì)算機(jī)本身的進(jìn)展，包括量子比特?cái)?shù)量、量子糾錯(cuò)效果、量子體積。

另一方面則是基礎(chǔ)研究、基礎(chǔ)設(shè)施、應(yīng)用研發(fā)、生態(tài)網(wǎng)絡(luò)等相關(guān)配套設(shè)施的完善。

量子位智庫認(rèn)為，其落地價(jià)值主要在量子模擬、直接建模/輔助機(jī)器建模等方面。

One More Thing

除此之外，還有這些提名技術(shù)值得關(guān)注：數(shù)據(jù)安全及隱私增強(qiáng)計(jì)算技術(shù)、新型能源、綠色科技、AGI通用人工智能、生物信息研究、游戲引擎等。

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量子位智庫自2021年起，啟動(dòng)了年度前沿技術(shù)趨勢(shì)的總結(jié)及展望計(jì)劃，并以年度前沿科技報(bào)告的形式對(duì)外發(fā)布。

今年，基于自身對(duì)科技領(lǐng)域的長期跟蹤，并結(jié)合對(duì)70余家合作初創(chuàng)公司、 研究院、投資機(jī)構(gòu)的深度訪談，給出了2022年度十大前沿科技趨勢(shì)。從關(guān)鍵數(shù)據(jù)、技術(shù)突破、產(chǎn)業(yè)資本動(dòng)向、重大催化劑等關(guān)鍵角度出發(fā)對(duì)各趨勢(shì)進(jìn)行深入分析，并提名代表機(jī)構(gòu)。

通過《2022年度十大前沿科技報(bào)告》，量子位智庫期待能夠從科研、投資、創(chuàng)業(yè)、轉(zhuǎn)化等不同角度，幫助每位更好地把握前沿科技的發(fā)展趨勢(shì)，以及隨之而來的重大變革。

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