過去的一年是極不平凡的一年，數(shù)字科技正前所未有地滲透到經(jīng)濟社會的方方面面，我們正處于一個嶄新的技術創(chuàng)新周期。這一點似乎從硬科技創(chuàng)新、產(chǎn)學研轉換越來越響亮，就已經(jīng)被更廣泛感知了。

如果以年為單位，究竟又是哪些前沿技術和創(chuàng)新突破正在從幕后來到臺前，正在從實驗室走向產(chǎn)業(yè)，又即將影響到我們每個人…

為了讓更多人準確把握前沿科技趨勢，也為了幫更多人串聯(lián)起技術突破和產(chǎn)業(yè)風口的內在線索，更為了幫助所有人提前看到技術驅動的未來。接下來讓我們一起來了解，在這不平凡的2022年年度十大前沿科技進展。

高性能計算——高性能計算邁向“CPU+GPU+QPU”時代

算力，是數(shù)字經(jīng)濟時代一種新的生產(chǎn)力，廣泛融入社會生產(chǎn)生活各個方面。高性能計算，是先進算力的代表，也是“國之重器”。高性能計算前沿技術的發(fā)展和應用，引領著整個計算領域的發(fā)展走向，甚至引發(fā)劃時代的飛躍，值得產(chǎn)業(yè)和社會持續(xù)關注。

近年來，AI大模型、AIGC、自動駕駛、蛋白質結構預測等各類人工智能應用大量涌現(xiàn)，對高性能計算的發(fā)展產(chǎn)生重大的影響。2022年，是高性能計算技術發(fā)展的蓄力之年。高性能計算在架構、硬件和軟件等方面的迭代和積累，將在“應用驅動”的持續(xù)塑造下，加速完成2.0的代際過渡，進入3.0新時代。

泛在操作系統(tǒng)——泛在操作系統(tǒng)加速人-機-物全面融合

操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)中最為關鍵的一層系統(tǒng)軟件，是計算系統(tǒng)的核心。

人類社會、信息空間、物理世界深度融合的泛在計算時代正在開啟，融合“人機物”海量、異質、異構資源的新場景正在涌現(xiàn)，所需管理的資源復雜度呈指數(shù)級增加。

構建一個對下管理各類泛在設施/資源、對上支撐各類場景下數(shù)字化與智能化應用的泛在操作系統(tǒng)已成為發(fā)展趨勢。

AIGC——AIGC領域出現(xiàn)綜合性虛擬人

隨著深度學習的發(fā)展，AI生成虛擬內容AIGC正滲透在圖像、視頻、CG、AI訓練數(shù)據(jù)等各類領域，甚至同時覆蓋多模態(tài)的虛擬人技術。

虛擬數(shù)字人，指存在于非物理世界中，由圖形渲染、動作捕捉、語音合成等計算機手段創(chuàng)造及使用，并具有多重人類特征的綜合產(chǎn)物。目前分為“CG建模+真人驅動”和“深度合成+計算驅動”兩類。

其中，計算驅動的虛擬人最終效果受到多種AI生成技術的共同影響，比如語音生成、文本生成及理解、圖像生成等。

內容創(chuàng)作已經(jīng)從早期的高度依賴人，開始逐漸向“人力+算力”轉變。除了直接應用于內容相關的商業(yè)場景（新聞、有聲讀物、工業(yè)設計等），AI還極大降低生成門檻，推動內容創(chuàng)作高度定制化、自動化以及民主化。

機器人——柔性材料革新推動機器人仿生精進

觸覺感知是目前機器人感知補全領域的攻關重點。作為五個知覺形式之一，觸覺在機器人理解作業(yè)環(huán)境（壓力、滑動、接觸等），獲取接觸對象特征（形態(tài)、質地、光滑程度、溫濕度等）并與之交互等關鍵環(huán)節(jié)發(fā)揮著無可替代的作用。

觸覺感知體系分為傳感器和執(zhí)行器。受益于柔性材料的突破性進展，觸覺傳感技術在科研界屢有代表性成果發(fā)布，已在機器人手、觸覺手套、健康檢測設備、智能座艙等領域研發(fā)測試。觸覺執(zhí)行器復雜性更高，在個人穿戴設備場景向市場化走的較遠，利用機械制動的力反饋手套邁入個人消費品時代；此外，利用微流體技術研發(fā)的觸覺手套已經(jīng)在CES年展亮相。

未來1-3年，隨著柔性電子技術和機器學習算法的進步，觸覺傳感器的空間分辨率和精度有望大幅提升。對于提高機器人靈巧操作水平、帶來人機交互體驗升維意義重大，從而進一步拓展智能機器人應用空間和服務能級。

包括工業(yè)機器人遙操作、醫(yī)療手術機器人、仿真培訓、空天探索、智能座艙等場景將更多補足觸覺感知，向將向虛擬現(xiàn)實下一代交互終端、末端假肢器等場景擴展。

元宇宙——XR打造第二世界催熟元宇宙

就在今年，元宇宙整體技術生態(tài)走向成熟。通過改善光學器件、空間計算、異構計算體系、渲染引擎、交互自由度、定位方式等要素，過往觀看不適、畫面粗糙等種種問題得到了解決。

在過去依托錄音、錄像等形式跨越時間，借助手機、互聯(lián)網(wǎng)等跨越2D空間后，XR帶我們實現(xiàn)了進一步跨越。

一方面，幫助我們跨越了3D空間，以更立體、更真實的方式突破現(xiàn)場觀察和操作的限制，信息的還原和傳遞成本被進一步降低；另一方面，XR幫助我們跨越了現(xiàn)實的限制，使我們在第二空間溝通娛樂。

量子計算——量子計算變革經(jīng)典計算范式

以中科大為首的中國隊，在量子計算的硬件研發(fā)上，已經(jīng)來到世界的前列。

當前，我國是世界上唯一在兩種物理體系達到“量子計算優(yōu)越性”里程碑的國家。具體指以九章為代表的光子路線、以祖沖之號為代表的超導路線。而在應用及配套設施方面，金融、醫(yī)藥、汽車、化學等領域已明確了特定問題下量子計算的使用。

在微觀模擬、復雜建模等特定問題下，量子計算展現(xiàn)出了經(jīng)典計算難以實現(xiàn)的優(yōu)勢。未來，超算中心可能會出現(xiàn)量子-經(jīng)典混合架構，由量子計算和經(jīng)典計算會進行配合，以解決特定大規(guī)模問題。

腦機接口——侵入式腦機接口落地高難醫(yī)療場景

如今，隨著無線通信、多通道柔性電極、植入手段、芯片、機器學習算法等技術的發(fā)展，侵入式腦接機口正逐步跨越工程化和臨床難題。

今年以登上Nature意念打字技術為代表，侵入式腦機接口展現(xiàn)出了效果理想的臨床試驗，商業(yè)化發(fā)展初具雛形。

國家政策引導下，我國侵入式腦機接口也開始加速發(fā)展：清華李路明團隊研發(fā)第二代腦起搏器；瑞金醫(yī)院開展重度抑郁癥治療的臨床試驗；浙江大學及浙大二院神經(jīng)外科完成了國內首例侵入式腦機接口的臨床試驗，為高位截癱老人安上機械臂；以及清華大學、天津大學、上海交通大學、中國科學院、華南理工大學等高校都已成立重點科研團隊。

在科學家進一步了解大腦如何運作（比如感知區(qū)域）后，腦機接口將會發(fā)揮更多作用，幫助患者恢復觸覺、視覺等特定感知能力。

AI芯片——新型AI芯片引領后摩爾時代

隨著AI在各類場景中廣泛落地，傳統(tǒng)依靠制程工藝提升的AI芯片難以滿足需求。

在集成電路的未來三大演進路線中，以完全架構創(chuàng)新所代表的“More than Moore”成為下一代AI芯片的重點方向。這當中，類腦計算、存算一體、量子計算、數(shù)據(jù)流AI計算都是選擇。

以效仿人腦開發(fā)、事件驅動型的神經(jīng)擬態(tài)芯片為例。由于盡可能模仿了神經(jīng)元間電脈沖傳遞的方式，神經(jīng)擬態(tài)芯片天然符合事件驅動機制，且存算一體、在時延和能耗上都有顯著降低。

基因編輯——CRISPR助力基因編輯可控可靠

以CRISPR-Cas9為代表的基因編輯技術，正在一步步走向成熟，從實驗室邁向臨床應用。

在業(yè)界看來，由于可基于病患情況快速且針對性制備患者所需細胞（尤其是同種異體細胞），未來有望推進重大疾病的個性化治療，并改變過往藥物標準化生產(chǎn)及分發(fā)的醫(yī)療流程。而在合成生物學上的應用，可利用不同的基因控制模塊創(chuàng)造更為復雜的生物系統(tǒng)。

分子育種，作為代表領域之一，相較于傳統(tǒng)利用表型與自然選擇篩選方式，結合基因編輯后可以有目的性地改變物種的應激耐受性、組成、產(chǎn)量、繁殖等性狀，縮短物種馴化周期，創(chuàng)造性狀更加優(yōu)良的物種。此外，在輔助其他醫(yī)療手段、DNA存儲等領域也正在發(fā)揮作用。

簡單總結，基于基因編輯技術，生命科學研究有望實現(xiàn)”精準規(guī)劃+精細改造“。

多模態(tài)學習——多模態(tài)多維度大模型預示通用智能

由于具有強通用性和少樣本學習能力，大模型正在為AI帶來集約式新開發(fā)模式與商業(yè)模式。與此同時，跨模態(tài)預訓練模型（比如DALL·E、CLIP）的出現(xiàn)，預示了通用智能的可實現(xiàn)性。業(yè)內普遍認為“一次開發(fā)，終身使用”。

多模態(tài)學習成為當中的重要趨勢，它可以被應用在歸一、轉化、翻譯對齊、融合及協(xié)同學習上。按照下游任務則可以劃分為視覺問答、視覺推理、圖文檢索等理解式任務和生成式任務（文字生成圖像）。

由于跨領域通用，大規(guī)模預訓練模型在未來可能會擔任類似基礎設施生態(tài)的中間層角色，為不同的行業(yè)生態(tài)承擔過渡作用。

在應用層，也給人工智能各行各業(yè)的應用和發(fā)展帶來了機遇，例如自動化內容生成、內容翻譯、機器人對話等。大模型也在這個過程中提升自身性能，發(fā)揮數(shù)據(jù)閉環(huán)的迭代效應。

結 語

我國把科技創(chuàng)新作為引領發(fā)展的第一動力，深入實施“創(chuàng)新驅動發(fā)展”戰(zhàn)略，開啟了建設世界科技強國的新征程。關鍵核心技術專利是國之重器，對推動經(jīng)濟發(fā)展和技術進步有著十分重要的意義。

科技的發(fā)展沒有終點，讓科技融入實體經(jīng)濟促進其高質量發(fā)展，讓生活更便捷、讓社會更美好才是永恒的趨勢。

責編：孫浪
監(jiān)制：李紅梅

文章參考：
1.《2022年的十大科技應用趨勢》騰訊研究院
2.《百度首次發(fā)布“十大科技前沿發(fā)明” 實現(xiàn)多項國際前沿技術突破》新華社
3.《年度十大前沿科技趨勢：生命科學進入數(shù)據(jù)驅動時代，XR催熟元宇宙》量子位
4.《2022計算機科學6大突破！破解量子加密、最快矩陣乘法等榜上有名》工信頭條