阿里達(dá)摩院2020十大科技趨勢(shì)發(fā)布：模塊化讓造芯像搭積木一樣簡(jiǎn)單

乾明 發(fā)自 凹非寺
量子位 報(bào)道 | 公眾號(hào) QbitAI

“掃地僧”如何看待2020科技趨勢(shì)？

剛剛，阿里達(dá)摩院2020十大科技趨勢(shì)發(fā)布，涵蓋人工智能、芯片制造、量子計(jì)算、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器協(xié)作、區(qū)塊鏈、隱私保護(hù)、云計(jì)算等多個(gè)領(lǐng)域，勾勒新一年科技走向。

快速概覽如下：

1、人工智能從感知智能向認(rèn)知智能演進(jìn)

2、計(jì)算存儲(chǔ)一體化突破AI算力瓶頸

3、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的超融合

4、機(jī)器間大規(guī)模協(xié)作成為可能

5、模塊化降低芯片設(shè)計(jì)門檻

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

7、量子計(jì)算進(jìn)入攻堅(jiān)期

8、新材料推動(dòng)半導(dǎo)體器件革新

9、保護(hù)數(shù)據(jù)隱私的AI技術(shù)將加速落地

10、云成為IT技術(shù)創(chuàng)新的中心

阿里達(dá)摩院說，他們結(jié)合自身實(shí)踐與外腦助力，80多位專家參與，歷經(jīng)5個(gè)階段，才最終對(duì)2020年的十大科技趨勢(shì)作出了預(yù)判。

希望通過評(píng)估它們對(duì)產(chǎn)業(yè)和社會(huì)可能產(chǎn)生的影響，從而為政策制定、產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、行業(yè)發(fā)展、企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)提供決策參考，也希望幫助更多人理解那些發(fā)生在當(dāng)下的重要變化。

達(dá)摩院第二次預(yù)測(cè)科技走向：繼續(xù)聚焦芯片

這是達(dá)摩院成立以來第二次發(fā)布科技趨勢(shì)。

與去年相比，今年趨勢(shì)更加專注于落地，更加趨向于產(chǎn)業(yè)，也擴(kuò)展了科技突破的視野范圍——從信息技術(shù)領(lǐng)域拓展到了新材料領(lǐng)域，以及怎么用前沿技術(shù)構(gòu)建新的數(shù)字經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)設(shè)施，也成為了新的核心。

當(dāng)然，也有對(duì)上一年趨勢(shì)的延續(xù)，比如芯片，這也是達(dá)摩預(yù)測(cè)今年科技走向的焦點(diǎn)。

達(dá)摩院去年預(yù)測(cè)，過去以CPU為核心的通用計(jì)算，將走向由應(yīng)用驅(qū)動(dòng)和技術(shù)驅(qū)動(dòng)，并帶來Domain-specific體系結(jié)構(gòu)的顛覆性改變。

過去一年，在應(yīng)用驅(qū)動(dòng)和技術(shù)驅(qū)動(dòng)下，AI專用芯片獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展。在具體的場(chǎng)景中，使用專用的芯片將會(huì)帶來更好的算力和能效，已經(jīng)成為行業(yè)共識(shí)。

國(guó)內(nèi)的平頭哥、華為、百度、依圖、寒武紀(jì)等企業(yè)都發(fā)布了各自的AI專用芯片，國(guó)際芯片巨頭如英特爾等，也正積極布局AI芯片領(lǐng)域。

在新的一年，達(dá)摩院也給出了新的行業(yè)發(fā)展動(dòng)向：模塊化降低芯片設(shè)計(jì)門檻。

他們認(rèn)為，高科技產(chǎn)業(yè)中護(hù)城河最深、壁壘最厚的領(lǐng)域——造芯，要簡(jiǎn)單起來了。

這一斷言放出，瞬間便引起關(guān)注與熱議。讓人興奮之余，也有不少人保持冷靜思考，這怕不是放衛(wèi)星上天？

阿里平頭哥副總裁孟建熠博士表示，這背后的種種邏輯，在阿里平頭哥的實(shí)踐探索中，逐步清晰明了。

模塊化降低芯片設(shè)計(jì)門檻？

芯片設(shè)計(jì)是個(gè)辛苦活，研發(fā)成本高，周期長(zhǎng)已經(jīng)成為整個(gè)行業(yè)的最大痛點(diǎn)。開發(fā)一款中檔芯片，往往需要數(shù)百人年、數(shù)千萬甚至上億美元的研發(fā)投入。

孟建熠說，這不僅嚴(yán)重阻礙了芯片創(chuàng)新速度，在每一次芯片制程躍遷中，比如從10nm縮減到7nm時(shí)，所需的NRE成本和開發(fā)時(shí)間都在大幅提升。

一方面是成本桎梏，另一方面是快速變化的市場(chǎng)壓力。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在積極尋找新的芯片開發(fā)模式，來滿足低成本、快速的需求。

最有前景且最能實(shí)現(xiàn)的方向，就是新的模塊化。

阿里達(dá)摩院解讀稱，依照傳統(tǒng)方法， 設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)芯片（System on Chip），需要從不同的IP供應(yīng)商購買IP，包括軟核IP或硬核IP，再結(jié)合自家研發(fā)的模塊，通過大量時(shí)間的驗(yàn)證和軟件開發(fā)，集合成一個(gè)SoC，然后在某個(gè)制造工藝節(jié)點(diǎn)上完成芯片設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的完整流程。

“在新的模塊化方法下，各個(gè)模塊已經(jīng)提前完成流片，具體到場(chǎng)景中，可以根據(jù)需求將不同功能‘芯片模塊’通過先進(jìn)封裝，可以跳過流片，通過封裝快速定制出一個(gè)符合應(yīng)用需求的芯片，”孟建熠說。

這種新的模塊，也有一個(gè)代名詞：芯粒（Chiplet）。

具體來說，是通過對(duì)復(fù)雜功能進(jìn)行分解，開發(fā)出多種具有單一特定功能的“芯粒”，如實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、計(jì)算、信號(hào)處理、數(shù)據(jù)流管理等功能。

然后利用這些不同功能的芯粒進(jìn)行模塊化組裝，將不同的計(jì)算機(jī)元件集成在一塊硅片上，來實(shí)現(xiàn)更小更緊湊的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

未來計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可能不是由單獨(dú)封裝的芯片制造的，而是在一塊較大的硅片上互連成芯片網(wǎng)絡(luò)的芯粒制造的。

孟建熠說，模塊化的芯片技術(shù)，最終可以實(shí)現(xiàn)像搭積木一樣”組裝“芯片，芯片設(shè)計(jì)的難度至少降低50%。

基于IP的可重用的設(shè)計(jì)方法學(xué)，能解決芯片功能模塊重復(fù)設(shè)計(jì)的問題，使得芯片可以以模塊化的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，不同功能的IP模塊可以在不同的芯片中被重用。從而降低芯片設(shè)計(jì)門檻，讓設(shè)計(jì)者以更低成本、更高效率定制領(lǐng)域?qū)Ｓ眯酒?/p>

他也進(jìn)一步提到了具體的使用場(chǎng)景：不僅能幫助軟件開發(fā)商更深度集成“芯-硬-軟”的解決方案，芯片本身的可拓展性方面也有很大提升，同一個(gè)設(shè)計(jì)能夠根據(jù)不同的場(chǎng)景進(jìn)行適配。

阿里達(dá)摩院認(rèn)為，這將帶來芯片行業(yè)顛覆式的創(chuàng)新革命，從上游EDA 工具、IC設(shè)計(jì)到制造工藝、先進(jìn)封測(cè)等產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)重塑芯片的產(chǎn)業(yè)格局。

為何是2020？

需求，是變革的核心驅(qū)動(dòng)力之一，芯片產(chǎn)業(yè)也不例外。

與此前市場(chǎng)環(huán)境最大的不同是，AIoT成為了新變量。不僅會(huì)帶來芯片需求的爆發(fā)式增長(zhǎng)，其碎片化和定制化的特點(diǎn)，也對(duì)芯片設(shè)計(jì)模式提出了新的要求。

“尤其是AIoT領(lǐng)域?qū)Τ杀据^為敏感，需要新的芯片設(shè)計(jì)方法，”孟建熠說。

與此同時(shí)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局也開始發(fā)生變化。在應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的趨勢(shì)下，誰能快速推出專用芯片，就能搶占市場(chǎng)先機(jī)。

阿里達(dá)摩院認(rèn)為，芯片行業(yè)傳統(tǒng)的比投資、比品牌、比工藝的“大魚吃小魚”格局，正逐漸被比市場(chǎng)靈敏度、比需求適配、比速度和價(jià)格的“快魚吃慢魚”格局所取代。

需求客觀存在，解決方案已經(jīng)明了，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)落地，技術(shù)是橋梁。

近年來，以RISC-V為代表的開放指令集及其相應(yīng)的開源SoC芯片設(shè)計(jì)、以集成電路塊（Chisel）為代表的高級(jí)抽象硬件描述語言，以及基于IP的模塊化的芯片設(shè)計(jì)方法等等，共同推動(dòng)了芯片敏捷設(shè)計(jì)方法與開源芯片生態(tài)的快速發(fā)展，越來越多芯片企業(yè)開始嘗試開源硬件架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

現(xiàn)在，已經(jīng)有越來越多的系統(tǒng)和應(yīng)用服務(wù)公司在推出專用芯片，例如蘋果、谷歌、阿里巴巴、亞馬遜、特斯拉等應(yīng)用企業(yè)開始進(jìn)入芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域，自研或聯(lián)合開發(fā)芯片產(chǎn)品。

“雖然模塊與模塊之間的高效通信還存在挑戰(zhàn)，容易造成性能瓶頸，以及先進(jìn)封裝成本較高、散熱困難等等問題”孟建熠說?！暗獳MD、英特爾等國(guó)際主流芯片廠商都正朝這個(gè)方向努力，并對(duì)CPU、GPU、FPGA等模塊進(jìn)行了分別流片?！?/p>

清華大學(xué)長(zhǎng)聘教授尹首一也進(jìn)一步評(píng)論稱：“尤其是未來隨著異質(zhì)集成、三維集成等技術(shù)的成熟，摩爾定律將在全新維度上得以延續(xù)。”

面向2020年，基于芯粒的模塊化設(shè)計(jì)方法正在成為新的行業(yè)趨勢(shì)。孟建熠說，這也是平頭哥正在實(shí)踐探索的方向。

阿里平頭哥，已經(jīng)在提升芯片設(shè)計(jì)效率的路上

2019年8月30日，阿里平頭哥發(fā)布AIoT芯片平臺(tái)，命名“無劍”。

這是一個(gè)芯片設(shè)計(jì)平臺(tái)，提供集芯片架構(gòu)、基礎(chǔ)軟件、算法與開發(fā)工具于一體的整體解決方案，是在提升芯片設(shè)計(jì)效率上的重要一步。

取獨(dú)孤求敗“無劍勝有劍”之意。與此對(duì)應(yīng)，其并無芯片，但可幫助各路芯片設(shè)計(jì)企業(yè)“鑄劍”，即在基礎(chǔ)框架/模板基礎(chǔ)上，定制符合應(yīng)用需求的芯片產(chǎn)品，以最快速度推向精準(zhǔn)市場(chǎng)。

根據(jù)平頭哥官方介紹，這一平臺(tái)能夠承擔(dān)AIoT芯片約80%的通用功能設(shè)計(jì)工作量，讓芯片研發(fā)企業(yè)專注于剩余20%的專用設(shè)計(jì)工作，能幫芯片設(shè)計(jì)企業(yè)將設(shè)計(jì)成本降低50%，設(shè)計(jì)周期壓縮50%。

在采訪過程中，孟建熠也分享了無劍平臺(tái)的最新進(jìn)展：

已經(jīng)推出了MCU、語音、視覺方面的SoC平臺(tái)，而且已經(jīng)應(yīng)用到了多家IoT廠商的產(chǎn)品中，產(chǎn)品包括多媒體AI芯片、AI視覺芯片、邊緣AI服務(wù)器芯片等。

而平頭哥整體，也繼續(xù)踐行“讓天下沒有難造的芯片”愿景，面向未來進(jìn)一步展開芯粒及其封裝方面的應(yīng)用研究。

具體到業(yè)務(wù)上，孟建熠說，平頭哥也會(huì)繼續(xù)打通云和端的邊界，在云和端持續(xù)投入，并在芯片應(yīng)用生態(tài)上做更多布局。

附：阿里達(dá)摩院2020年十大科技趨勢(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、說、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)十萬億乃至數(shù)百萬億的工業(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，倉儲(chǔ)機(jī)器人協(xié)作完成貨物分揀的高效協(xié)作，無人駕駛車可以感知全局路況，群體無人機(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)門檻

傳統(tǒng)芯片設(shè)計(jì)模式無法高效應(yīng)對(duì)快速迭代、定制化與碎片化的芯片需求。以RISC-V為代表的開放指令集及其相應(yīng)的開源SoC芯片設(shè)計(jì)、高級(jí)抽象硬件描述語言和基于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)模化生產(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)萬鏈互聯(lián)。

未來將涌現(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有明確的答案。

新材料將通過全新物理機(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、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。

最后，小小互動(dòng)一下。

你怎么看達(dá)摩院關(guān)于芯片的預(yù)測(cè)？達(dá)摩院今年發(fā)布的十大預(yù)測(cè)，你更看好哪一個(gè)？對(duì)于今年科技走向，你有什么預(yù)測(cè)？

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