求生存也要仰望星空:华为勾勒迈向智能世界2030的9大技术挑战与研究方向

极客网·极客观察(朱飞)4月13日 哲学家黑格尔曾说:“一个民族只有有那些关注天空的人,这个民族才有希望。如果一个民族只是关心眼下脚下的事情,这个民族是没有未来的。”

今天,就在外界都以为重压之下的华为还在努力追求当下的生存之时,华为董事、战略研究院院长徐文伟在2021华为全球分析师大会上的一个发布,向来自全球的400多名行业分析师、财经分析师、各行业意见领袖及媒体展示了一个“仰望星空”的华为。

在题为“迈向智能世界2030——技术挑战与研究方向”的开场主题演讲中,他从人类社会发展面临的两大根本主题出发,给出了华为心目中的三个可持续发展之道,并基于世界构成的三要素,洞察总结出未来十年人们需要突破的九大技术挑战和研究方向,展示了华为心目中未来十年全产业需要努力到达的“诗与远方”。

最后他呼吁产、学、研各界精诚合作,以开放包容、协同创新的机制,汇集全人类的智慧和创新能力满足需求并解决问题——这与当下某些国家制造割裂、“逆全球化”的做法形成强烈反差,引发线上线下广大与会者的热烈反响!

人类社会发展的两大根本主题,与华为眼中的三个可持续发展之道

徐文伟开篇明义指出,人口老年化与能源消耗加快是人类社会发展面临的两大主题挑战。

联合国报告显示,2030年全球将有86亿人口,其中65岁以上人口占比将超过12%,25岁以下的人口比例则持续下降,由此带来的人口老龄化和劳动力不足将成为社会发展的巨大挑战。

与此同时,全球能源消耗却正以每年1.7%的速度在快速增长。报告统计自18世纪以来,人类能源消耗增长了22倍,其中不可再生的化石能源占比高达85%,而其他新兴能源还没做好担当主力的准备。

面对这两大根本挑战,徐文伟认为低碳化、电气化、智能化是可持续发展的必由之路,而且未来十年内就必须做出较大的成绩。

华为预测,2030年以太阳能、风力发电为代表的可再生能源占比将超过50%;电动汽车销量占比将超过50%,使得电气出行成为主力;家用智能机器人使用率将超过18%,AI将大幅解放生产力和提高生产效率。

突破极限拥抱未来,需从世界构成的三要素理解未来挑战与方向

同时需要注意的是,今天的努力不仅仅是为了解决过去的问题,不能忘记当下的世界也正在高速发展,人们对更强能力、更高效率、更佳体验的追求越演越烈,永无止境,这要求产业各界立足当下做面向未来的规划时必须不断突破极限,拥抱未来。

徐文伟强调,人类以及人类通过使用当前科技手段而获得的能力,与自然界的其他动物相比,并不总是领先。比如,虽然现在手机摄像头的能力已经达到100倍变焦,但是离蜘蛛肉眼对物体轮廓和运动计算能力还有很大差距。如果能学到蜘蛛眼睛的能力,那么就可以制造出满足自动驾驶需求的更好的摄像头。

再比如,蚂蚁仅用0.2毫瓦的功耗,就可以做包括打洞筑巢、交朋友、打架和养蚜虫等很多事,其计算效率远超现在AI领域的深度神经网络训练。如果可以深入学习和借鉴蚂蚁大脑的运作方式,业界或可发现更低功耗、更高效率的新型计算。

如是种种,人们总是希望摆脱身体的限制,提升感知能力;超越生物的智慧,实现新的计算;跨越空间的障碍,实现身临其境;拓展认知的极限,开发介观(介于宏观和微观之间的状态)器件……最终获得能力、效率、体验的不断升级。

未来是广袤无垠的星辰大海,那么如何开启通往未来的道路呢?徐文伟认为可以从世界构成的三要素去理解未来的挑战与方向。他指出,物质、能量、信息是世界构成的三要素,是人们把握未来挑战和方向的出发点。物质是本源的存在,能量是运动的存在,信息是联系的存在。

展望2030年,联接数量将达到千亿级,5G速度将达到10Gbps,算力将实现100倍提升,存储能力将实现100倍提升,可再生能源的使用将超过50%……这要求,围绕信息和能量产生、传送、处理和使用的全流程,技术都需要不断演进以提供支撑。

9大技术挑战和发展方向,让联接更强、计算更快、体验更好、能源更绿

基于上述逻辑与预测,徐文伟发布了华为眼中未来十年的9大技术挑战和发展方向,包括:

挑战1:定义5.5G,支撑未来千亿规模的多样性联接;

挑战2:在纳米尺度上驾驭光、实现光纤容量指数级增长;

挑战3:走向产业互联,网络协议必须优化;

挑战4:通用算力远远跟不上智能世界的需求,必须打造超级算力;

挑战5:从海量多模态的数据中高效地进行知识提取,实现行业AI的关键突破;

挑战6:突破冯诺依曼限制,构建百倍密度增长的新型存储;

挑战7:将计算与感知结合,实现多模交互的超现实体验;

挑战8:通过连续性的健康监测实现主动健康管理;

挑战9:构建智慧能源互联网,实现绿色发电、绿色储电和绿色用电。

归纳总结这9大技术挑战和发展方向,不难发现其目的就是让联接更强、计算更快、体验更好、能源更绿,满足人们面向智能世界2030的诉求。

首先看联接。挑战1、2、3分别是从联接数量、联接容量、联接协议三个层面去识别技术挑战和探寻发展方向的。

数量的挑战来自万物互联,这要求不仅要联接所有的人,还要联接海量的物,而连接物的需求是多种多样的,需要多样性的联接。以5G为例,面向智能世界2030,当前5G定义的三大场景(对应三大能力)很难支撑多样性的物联场景需求,对那些同时需要两种能力的场景(比如某些工业物联应用既要海量联接又要上行大带宽),必须增加新的能力。华为倡导的应对方案是定义5.5G,把5G场景“三角形”变成5.5G场景“六边形”,新增UCBC(上行超宽带)、RTBC(实时宽带交互)、HCS场景(通信感知融合),从而更好地支持多样性联接。

容量的挑战来自大带宽/超大带宽应用的发展普及,包括4K/8K超高清视频、VR/AR/MR等应用,它们对作为联接骨干的光纤提出了挑战。比如,当前一根光纤可承载100万人观看4K视频,到2030年要承载100万人欣赏MR,单纤容量要提升10倍,超越100T。对此华为倡导在纳米尺度上驾驭光,端到端、多维度创新光纤通信技术,实现单纤容量十倍甚至百倍增长。

协议的挑战来自产业互联网的更高要求,包括确定性、安全性、灵活性等,网络协议必须实现从消费互联网时代的尽力而为升级到产业互联网时代的端到端SLA、灵活定义IP地址长短等能力,才能联接一切事物。

其次看计算。智能世界,如果说联接决定了广度,那么计算便决定了强度。挑战4、5、6是正从计算所需的算力、AI、数据存储角度去识别技术挑战和找寻发展方向的。

算力层面,面向2030,算力需求将增长100倍,但当前单核CPU性能每年提升率已从50%下降到10%,并且通用计算在特定领域效率低下,无法提供超级算力以支撑智能世界的运算需求。为此华为倡导一方面在数字计算维度构建CPU、GPU、xPU共存的多样性算力,另一方面也探索诸如光子计算等模拟计算在特定领域的应用。

AI层面,智能世界离不开AI, AI应用碎片性与AI的可信问题不可回避。华为倡导通过构建通用的AI系统、把AI与科学计算交汇、打造可信AI等方式,从海量多模态的数据中高效地进行知识提取,实现行业AI的关键突破。

数据存储层面,面对智能世界2030的数据大爆炸,存储需要存得下、用得好,这要求当前存储系统单位空间和能耗下的存储密度要提升100倍,PB级数据访问带宽的访问时延要从ms级降到us级,性能密度提升百倍。为此华为倡导通过存储介质和存储架构创新,打破容量墙、性能强,构建百倍密度增长的新型存储系统。

再次看用户体验。挑战7、8分别从极致用户体验和生命健康关怀的角度识别了技术挑战和发展方向。

极致用户体验层面,毫无疑问,智能世界的体验将更上一层楼,超现实体验将成为现实。所谓超现实体验,就是虚拟世界与真实世界的无缝融合,打通听觉、视觉、触觉、嗅觉,实现人与数百种边缘设备之间的多模交互,准确地感知和还原世界,并在虚实结合的世界中理解用户的意图。为实现目标,华为倡导将用户所处的环境整体作为一个超级计算机对待,依托语言、触觉、光感、脑机等多模传感器进行信息采集和传输,识别用户意图,并通过裸眼3D、全息投影、AR隐形眼镜、数字嗅觉和数字触觉等技术呈现给用户。

生命健康关怀层面,人口老龄化带来了更多慢性病。据统计,85%的死亡是由于慢性病,而慢性病必须进行实时检测。必须攻克需要医疗级水平的可穿戴设备,如无创血糖、连续血压、连续心电等测量。为此华为倡导结合云服务和人工智能技术,为个人打造一个完整个人健康大数据平台,实现主动健康管理;通过脑机接口、肌电接口、可穿戴机器人等,实现从被照顾到自主管理,提升老年人的幸福感。

最后看能源。当前在“碳达峰、碳中和”的引领下,全球能源供给加速向新能源转型,同时也带来了发电、储能以及用电的新挑战。这其中,发电从集中式向分布式演进,新能源电力须配备储能的缓冲池,用电场景处处需要向零碳看齐……这些都需要一张双向交互、智能调度、实时监测的智慧能源互联网给予支撑。为此华为倡导以比特赋能瓦特,通过管理技术、控制技术、储能技术、电力电子基础技术的创新与应用,实现绿色发电、绿色储能和绿色用电。

当然,人口老年化与能源消耗加快是人类社会发展面临的共同挑战,智能世界2030也就不是某一国某一企的2030,因而突破极限拥抱未来需要全世界产业各界一起努力。正如徐文伟最后强调,“为了满足人类发展的需求以及解决所面临的问题,我们需要汇集全人类的智慧和创新能力,必须以开放包容、协同创新的机制,跨越挑战。想象未来靠科幻,创见未来靠科技,我们必须把工业界的问题、学术界的思想、风险资本的信念,整合起来,协同创新,共同打造智能世界2030。”

求生存也要“仰望星空”,华为相信科技、投入科技的定力令人动容

回到开篇黑格尔关于民族未来的论断,其实对企业、行业、产业乃至整个人类经济社会来说,又何尝不是如此!过去100多年来,正是人类持续“仰望星空”,从未停止对未知世界的探索,方才有了三次工业革命塑造下现代社会的伟大与辉煌。

当前正处在第四次工业革命的关键时刻,然而芯片短缺已开始影响各行各业。分裂之下人人自危,主要经济体被迫走向独自构建供应链闭环的逆行之路,带来重复投资、资源浪费、能耗增加、环境污染等一系列问题,与进行中的第四次工业革命以及联合国制定的可持续发展目标背道而驰。此时此景,艰难求生存的华为站出来重申人类面临的根本问题,识别技术挑战并提出解决之道,呼吁全人类联合起来迈向智能世界2030,意义深远!

数据显示,在最艰难的2020年,尽管营收增速降到较低水平,但华为丝毫没有停下投资技术的步伐,全年研发支出高达1419亿元,占年收入的比例达到15.9%。过去十年,华为总体研发支出已超过7200亿元,技术专利高居全球前列。这份相信科技、投入科技的定力,令人动容!

灯塔倒塌了,总得有人举起火把,为万千个人、家庭和企业组织迈向智能世界,为人类社会可持续发展照亮前行之路。“想象未来靠科幻,创见未来靠科技”,面向未来,无论是深入行业的数字化转型与智能化升级,还是仰望星空的前沿技术研究与科学探索,很庆幸我们还有华为这样的乐观派在筑基、在耕耘、在牵引,也殷切期待更多企业和组织加入进来,脚踏实地又“仰望星空”,充分相信并发挥技术对社会的推动作用,共创人类命运共同体的美好未来!


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