過(guò)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(jì)社會(huì)的方方面面，我們正處于一個(gè)嶄新的技術(shù)創(chuàng)新周期。這一點(diǎn)似乎從硬科技創(chuàng)新、產(chǎn)學(xué)研轉(zhuǎn)換越來(lái)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(shù)和創(chuàng)新突破正在從幕后來(lái)到臺(tái)前，正在從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)，又即將影響到我們每個(gè)人…

為了讓更多人準(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，更為了幫助所有人提前看到技術(shù)驅(qū)動(dòng)的未來(lái)。接下來(lái)讓我們一起來(lái)了解，在這不平凡的2022年年度十大前沿科技進(jìn)展。

高性能計(jì)算——高性能計(jì)算邁向“CPU+GPU+QPU”時(shí)代

算力，是數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代一種新的生產(chǎn)力，廣泛融入社會(huì)生產(chǎn)生活各個(gè)方面。高性能計(jì)算，是先進(jìn)算力的代表，也是“國(guó)之重器”。高性能計(jì)算前沿技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，引領(lǐng)著整個(gè)計(jì)算領(lǐng)域的發(fā)展走向，甚至引發(fā)劃時(shí)代的飛躍，值得產(chǎn)業(yè)和社會(huì)持續(xù)關(guān)注。

近年來(lái)，AI大模型、AIGC、自動(dòng)駕駛、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)等各類(lèi)人工智能應(yīng)用大量涌現(xiàn)，對(duì)高性能計(jì)算的發(fā)展產(chǎn)生重大的影響。2022年，是高性能計(jì)算技術(shù)發(fā)展的蓄力之年。高性能計(jì)算在架構(gòu)、硬件和軟件等方面的迭代和積累，將在“應(yīng)用驅(qū)動(dòng)”的持續(xù)塑造下，加速完成2.0的代際過(guò)渡，進(jìn)入3.0新時(shí)代。

泛在操作系統(tǒng)——泛在操作系統(tǒng)加速人-機(jī)-物全面融合

操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的一層系統(tǒng)軟件，是計(jì)算系統(tǒng)的核心。

人類(lèi)社會(huì)、信息空間、物理世界深度融合的泛在計(jì)算時(shí)代正在開(kāi)啟，融合“人機(jī)物”海量、異質(zhì)、異構(gòu)資源的新場(chǎng)景正在涌現(xiàn)，所需管理的資源復(fù)雜度呈指數(shù)級(jí)增加。

構(gòu)建一個(gè)對(duì)下管理各類(lèi)泛在設(shè)施/資源、對(duì)上支撐各類(lèi)場(chǎng)景下數(shù)字化與智能化應(yīng)用的泛在操作系統(tǒng)已成為發(fā)展趨勢(shì)。

AIGC——AIGC領(lǐng)域出現(xiàn)綜合性虛擬人

隨著深度學(xué)習(xí)的發(fā)展，AI生成虛擬內(nèi)容AIGC正滲透在圖像、視頻、CG、AI訓(xùn)練數(shù)據(jù)等各類(lèi)領(lǐng)域，甚至同時(shí)覆蓋多模態(tài)的虛擬人技術(shù)。

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

其中，計(jì)算驅(qū)動(dòng)的虛擬人最終效果受到多種AI生成技術(shù)的共同影響，比如語(yǔ)音生成、文本生成及理解、圖像生成等。

內(nèi)容創(chuàng)作已經(jīng)從早期的高度依賴(lài)人，開(kāi)始逐漸向“人力+算力”轉(zhuǎn)變。除了直接應(yīng)用于內(nèi)容相關(guān)的商業(yè)場(chǎng)景（新聞、有聲讀物、工業(yè)設(shè)計(jì)等），AI還極大降低生成門(mén)檻，推動(dòng)內(nèi)容創(chuàng)作高度定制化、自動(dòng)化以及民主化。

機(jī)器人——柔性材料革新推動(dòng)機(jī)器人仿生精進(jìn)

觸覺(jué)感知是目前機(jī)器人感知補(bǔ)全領(lǐng)域的攻關(guān)重點(diǎn)。作為五個(gè)知覺(jué)形式之一，觸覺(jué)在機(jī)器人理解作業(yè)環(huán)境（壓力、滑動(dòng)、接觸等），獲取接觸對(duì)象特征（形態(tài)、質(zhì)地、光滑程度、溫濕度等）并與之交互等關(guān)鍵環(huán)節(jié)發(fā)揮著無(wú)可替代的作用。

觸覺(jué)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(jìn)展，觸覺(jué)傳感技術(shù)在科研界屢有代表性成果發(fā)布，已在機(jī)器人手、觸覺(jué)手套、健康檢測(cè)設(shè)備、智能座艙等領(lǐng)域研發(fā)測(cè)試。觸覺(jué)執(zhí)行器復(fù)雜性更高，在個(gè)人穿戴設(shè)備場(chǎng)景向市場(chǎng)化走的較遠(yuǎn)，利用機(jī)械制動(dòng)的力反饋手套邁入個(gè)人消費(fèi)品時(shí)代；此外，利用微流體技術(shù)研發(fā)的觸覺(jué)手套已經(jīng)在CES年展亮相。

未來(lái)1-3年，隨著柔性電子技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法的進(jìn)步，觸覺(jué)傳感器的空間分辨率和精度有望大幅提升。對(duì)于提高機(jī)器人靈巧操作水平、帶來(lái)人機(jī)交互體驗(yàn)升維意義重大，從而進(jìn)一步拓展智能機(jī)器人應(yīng)用空間和服務(wù)能級(jí)。

包括工業(yè)機(jī)器人遙操作、醫(yī)療手術(shù)機(jī)器人、仿真培訓(xùn)、空天探索、智能座艙等場(chǎng)景將更多補(bǔ)足觸覺(jué)感知，向?qū)⑾蛱摂M現(xiàn)實(shí)下一代交互終端、末端假肢器等場(chǎng)景擴(kuò)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(shù)生態(tài)走向成熟。通過(guò)改善光學(xué)器件、空間計(jì)算、異構(gòu)計(jì)算體系、渲染引擎、交互自由度、定位方式等要素，過(guò)往觀看不適、畫(huà)面粗糙等種種問(wèn)題得到了解決。

在過(guò)去依托錄音、錄像等形式跨越時(shí)間，借助手機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)等跨越2D空間后，XR帶我們實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步跨越。

一方面，幫助我們跨越了3D空間，以更立體、更真實(shí)的方式突破現(xiàn)場(chǎng)觀察和操作的限制，信息的還原和傳遞成本被進(jìn)一步降低；另一方面，XR幫助我們跨越了現(xiàn)實(shí)的限制，使我們?cè)诘诙臻g溝通娛樂(lè)。

量子計(jì)算——量子計(jì)算變革經(jīng)典計(jì)算范式

以中科大為首的中國(guó)隊(duì)，在量子計(jì)算的硬件研發(fā)上，已經(jīng)來(lái)到世界的前列。

當(dāng)前，我國(guó)是世界上唯一在兩種物理體系達(dá)到“量子計(jì)算優(yōu)越性”里程碑的國(guó)家。具體指以九章為代表的光子路線、以祖沖之號(hào)為代表的超導(dǎo)路線。而在應(yīng)用及配套設(shè)施方面，金融、醫(yī)藥、汽車(chē)、化學(xué)等領(lǐng)域已明確了特定問(wèn)題下量子計(jì)算的使用。

在微觀模擬、復(fù)雜建模等特定問(wèn)題下，量子計(jì)算展現(xiàn)出了經(jīng)典計(jì)算難以實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)。未來(lái)，超算中心可能會(huì)出現(xiàn)量子-經(jīng)典混合架構(gòu)，由量子計(jì)算和經(jīng)典計(jì)算會(huì)進(jìn)行配合，以解決特定大規(guī)模問(wèn)題。

腦機(jī)接口——侵入式腦機(jī)接口落地高難醫(yī)療場(chǎng)景

如今，隨著無(wú)線通信、多通道柔性電極、植入手段、芯片、機(jī)器學(xué)習(xí)算法等技術(shù)的發(fā)展，侵入式腦接機(jī)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(shù)為代表，侵入式腦機(jī)接口展現(xiàn)出了效果理想的臨床試驗(yàn)，商業(yè)化發(fā)展初具雛形。

國(guó)家政策引導(dǎo)下，我國(guó)侵入式腦機(jī)接口也開(kāi)始加速發(fā)展：清華李路明團(tuán)隊(duì)研發(fā)第二代腦起搏器；瑞金醫(yī)院開(kāi)展重度抑郁癥治療的臨床試驗(yàn)；浙江大學(xué)及浙大二院神經(jīng)外科完成了國(guó)內(nèi)首例侵入式腦機(jī)接口的臨床試驗(yàn)，為高位截癱老人安上機(jī)械臂；以及清華大學(xué)、天津大學(xué)、上海交通大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院、華南理工大學(xué)等高校都已成立重點(diǎn)科研團(tuán)隊(duì)。

在科學(xué)家進(jìn)一步了解大腦如何運(yùn)作（比如感知區(qū)域）后，腦機(jī)接口將會(huì)發(fā)揮更多作用，幫助患者恢復(fù)觸覺(jué)、視覺(jué)等特定感知能力。

AI芯片——新型AI芯片引領(lǐng)后摩爾時(shí)代

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

在集成電路的未來(lái)三大演進(jìn)路線中，以完全架構(gòu)創(chuàng)新所代表的“More than Moore”成為下一代AI芯片的重點(diǎn)方向。這當(dāng)中，類(lèi)腦計(jì)算、存算一體、量子計(jì)算、數(shù)據(jù)流AI計(jì)算都是選擇。

以效仿人腦開(kāi)發(fā)、事件驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)機(jī)制，且存算一體、在時(shí)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(shù)，正在一步步走向成熟，從實(shí)驗(yàn)室邁向臨床應(yīng)用。

在業(yè)界看來(lái)，由于可基于病患情況快速且針對(duì)性制備患者所需細(xì)胞（尤其是同種異體細(xì)胞），未來(lái)有望推進(jìn)重大疾病的個(gè)性化治療，并改變過(guò)往藥物標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)及分發(fā)的醫(yī)療流程。而在合成生物學(xué)上的應(yīng)用，可利用不同的基因控制模塊創(chuàng)造更為復(fù)雜的生物系統(tǒng)。

分子育種，作為代表領(lǐng)域之一，相較于傳統(tǒng)利用表型與自然選擇篩選方式，結(jié)合基因編輯后可以有目的性地改變物種的應(yīng)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(chǔ)等領(lǐng)域也正在發(fā)揮作用。

簡(jiǎn)單總結(jié)，基于基因編輯技術(shù)，生命科學(xué)研究有望實(shí)現(xiàn)”精準(zhǔn)規(guī)劃+精細(xì)改造“。

多模態(tài)學(xué)習(xí)——多模態(tài)多維度大模型預(yù)示通用智能

由于具有強(qiáng)通用性和少樣本學(xué)習(xí)能力，大模型正在為AI帶來(lái)集約式新開(kāi)發(fā)模式與商業(yè)模式。與此同時(shí)，跨模態(tài)預(yù)訓(xùn)練模型（比如DALL·E、CLIP）的出現(xiàn)，預(yù)示了通用智能的可實(shí)現(xiàn)性。業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為“一次開(kāi)發(fā)，終身使用”。

多模態(tài)學(xué)習(xí)成為當(dāng)中的重要趨勢(shì)，它可以被應(yīng)用在歸一、轉(zhuǎn)化、翻譯對(duì)齊、融合及協(xié)同學(xué)習(xí)上。按照下游任務(wù)則可以劃分為視覺(jué)問(wèn)答、視覺(jué)推理、圖文檢索等理解式任務(wù)和生成式任務(wù)（文字生成圖像）。

由于跨領(lǐng)域通用，大規(guī)模預(yù)訓(xùn)練模型在未來(lái)可能會(huì)擔(dān)任類(lèi)似基礎(chǔ)設(shè)施生態(tài)的中間層角色，為不同的行業(yè)生態(tài)承擔(dān)過(guò)渡作用。

在應(yīng)用層，也給人工智能各行各業(yè)的應(yīng)用和發(fā)展帶來(lái)了機(jī)遇，例如自動(dòng)化內(nèi)容生成、內(nèi)容翻譯、機(jī)器人對(duì)話等。大模型也在這個(gè)過(guò)程中提升自身性能，發(fā)揮數(shù)據(jù)閉環(huán)的迭代效應(yīng)。

結(jié) 語(yǔ)

我國(guó)把科技創(chuàng)新作為引領(lǐng)發(fā)展的第一動(dòng)力，深入實(shí)施“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展”戰(zhàn)略，開(kāi)啟了建設(shè)世界科技強(qiáng)國(guó)的新征程。關(guān)鍵核心技術(shù)專(zhuān)利是國(guó)之重器，對(duì)推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步有著十分重要的意義。

科技的發(fā)展沒(méi)有終點(diǎn)，讓科技融入實(shí)體經(jīng)濟(jì)促進(jìn)其高質(zhì)量發(fā)展，讓生活更便捷、讓社會(huì)更美好才是永恒的趨勢(shì)。

責(zé)編：孫浪
監(jiān)制：李紅梅

文章參考：
1.《2022年的十大科技應(yīng)用趨勢(shì)》騰訊研究院
2.《百度首次發(fā)布“十大科技前沿發(fā)明” 實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)國(guó)際前沿技術(shù)突破》新華社
3.《年度十大前沿科技趨勢(shì)：生命科學(xué)進(jìn)入數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)時(shí)代，XR催熟元宇宙》量子位
4.《2022計(jì)算機(jī)科學(xué)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