“十年百倍”数字大爆炸,华为如何探索“无尽的前沿”?

极客网·极客观察(朱飞)4月26日 想象一个问题:从结绳记事、刻石记事到甲骨文,从青铜铭文到竹简刻字,再从绢帛到纸张写字……伴随着人类信息存储的载体不断演变,我们的信息量经历了何等的爆炸?

到了今天的数字经济时代,一本电子书的大小约为1MB,一部普通影视作品约1GB,一部3D超高清或VR影片的容量则达到几十个G,一部手机的存储空间在128GB~512GB之间,硬盘的容量普遍迈入了TB级……我们又在经历怎样的数字大爆炸?

而面向未来,这种数字大爆炸又将以何种曲线继续增长?在4月26日开幕的2022华为全球分析师大会(HAS2022)上,华为战略研究院院长周红博士在演讲中提出,全球数字化将以超越“十年百倍”的速度的发展。

比如,全球移动宽带的数据流量已从2010年的每月0.24艾字节(EB)增长到2020年的每月60艾字节,10年时间中增长超过250倍。中国的移动宽带数据流量已从2010年的每月0.033艾字节发展到2020年的每月13艾字节,10年增长超过400倍。未来增长亦将延续并超越这样的速度。

有鉴于此,周红博士在演讲中“站在后天看明天”,提出面向未来的四大科学假设与商业愿景,分享华为的创新逻辑和基础研究模式,发布面向未来的10个问题和挑战,为我们呈现了一条探索“无尽的前沿”的参考路径。

“十年百倍”数字大爆炸,牵一发而动全身

人们常说,在万物互联的智能时代,数据是生产要素,算力是生产力,网络是“大动脉”,各种智能设备是“劳动力”,这反映出数据大爆发背后,必然有云与AI、宽带通信、智能设备等感知、计算、联接全维度数字技术的迅猛发展, 牵一发而动全身。

周红博士指出,当下正是这些数字技术的综合作用,极大丰富了人类的工作与生活,成为经济增长的新动力。但人类社会发展对数字技术的追求是永无止境的,未来通过数字技术实现精准的健康管理,广泛使用智能和自动的机器设备为生产生活提质增效,开启虚拟世界与真实世界无缝融合的超现实体验等等,将是人们不懈的追求。

因此,如何更好地满足人类社会发展的需求,应成为各行各业持续探索的动力,也需要信息技术产业各个维度锐意创新提供支持。华为据此提出信息技术“十年百倍”增长作为公司对未来思考的基础,以终为始指导自身的基础研究和应用研究,并与外界展开交流探讨。

四大科学假设与商业愿景,牵引科研突破

很明显,立足“十年百倍”增长模型,现存的很多信息技术已经遇到瓶颈,需要新的愿景和方向来牵引突破,实现理论创新与基础研究的突破,才能造就下一个繁荣的应用创新大时代。

基于此,长期与包括诺贝尔奖、图灵奖、菲尔兹奖获得者在内的科学家保持交流探讨的周红博士“站在后天看明天”,提出华为眼中的四大科学假设与商业愿景,希望携手学术界和产业界一起,开展面向未来的研究,探索“无尽的前沿”。

第一个科学假设围绕微观层面展开,主张拓展科学认知的边界,研究新的物质与能量,现象与规律,更好地创新微观器件、技术与方法,从而实现发明新的物质、能量与方法,分子、催化剂与新器件等商业愿景。

这不难理解,我们今天的许多宏观成就,都是建立在过去多年复杂的微观创新基础之上的。比如从穿孔纸带到磁带,从HDD到SSD/闪存,过去我们计算机的迭代创新,总是伴随着存储介质及存储技术的升级而演进。未来量子通信和量子计算等前沿信息技术的发展,同样绕不开信息的存储和读取,因而量子存储器及其关键技术的研究突破至关重要。

第二个科学假设围绕感知层面展开,主张拓展感知世界和感知自身的能力,从接近到超越人类感知、从替代感知到扩展感知、从人类感知到机器感知,从而实现促进身体健康、建设数字世界的商业愿景。

众所周知,感知是我们认识世界的基础,是将千变万化的模拟信号转化为0、1交替的数字信号的关键输入,但是目前人类对周遭环境和自己身体的感知能力,还存在诸多局限。

比如,人类在视觉、听觉、嗅觉等感知外部世界的很多方面,还远不如身边的动物高级。蜘蛛在物体轮廓计算和运动计算上远远超越了人眼,青蛙的眼睛是最高灵敏度的单光子接收机,未来通过提高对“蜘蛛眼”“青蛙眼”的拟物与仿生程度,将有助于进一步推进自动驾驶、单光子照相机的发展。

第三个科学假设围绕计算层面展开,主张探索适应目标与环境的计算模式与高效实现方式,从而更好认知世界、解决问题、创造价值。

纵观信息的处理过程,更高的感知能力固然重要,但如何通过提高计算能力做出更恰当的反应,同样非常关键。然而当前AI业界普遍追求的深度学习、类脑算法等,大多是基于人脑的思维架构展开的,并不见得是最好且放之四海而皆准的。

破局之道同样可以向大自然和生物界学习,吸收它们“单项冠军”式的能力。比如可以借鉴蚁群算法、微粒群算法、人工蜂群算法的思路,进一步展开仿生智能计算、仿生器件的前沿研究,让计算能力与环境事务更匹配,开辟计算新赛道。

第四个科学假设围绕联接层面展开,主张突破香农定理的假设,在有先验知识的世界、以及更大的时空中探索信息技术,从而实现建设全球直达的通信能力,融合现实世界与虚拟世界,使能机器无处不在的商业愿景。

在信息处理流程中,网络联接是信息感知与计算处理之间的路桥,一旦堵塞后果不堪设想。过去多年来,无线通信领域的多天线等技术飞速发展,已经不断逼近香农定理的极限,需要构建新的理论打开新的发展空间。

比如,单路真人级全息通信对带宽的需求高达1.9Tbps、时延低至1~5ms,多路多流则需求更高。当前1Gbps、理论10Gbps的5G网络难以有效满足,6G网络及以后的代际能否实现100倍、1000倍或更高提升,将决定这些极致体验场景的成败。

坦白而言,即便作为技术乐观主义者,上述四大科学假设与商业愿景中很多地方还是超出笔者的想象的。“十年百倍”数字大爆炸牵一发而动全身,无疑对信息的采集、存储、加工、传输全流程都提出了严峻挑战。

其中每一个层面的跨越式创新,都可能涉及到极其复杂的交叉学科研究。正如复杂系统前沿科学家梅拉妮·米歇尔在其代表作《复杂》中所说,复杂系统的研究横跨生物、技术和社会学等领域。理解复杂系统需要有全新的方法,需要超越传统的科学还原论,并重新划定学科的疆域。

千头万绪中,物理学家杰弗里·韦斯特的“规模法则”为我们提供了一种可能的解题思路。他在《规模: 复杂世界的简单法则》一书中提出,规模成为衡量世间万物的不变标准,利用规模法则,复杂世界变得可量化、可预测、清晰明了且极度统一。

现实生活中,我们也“往往高估一年的变化,却低估十年的变化”。如果都能“站在后天看明天”,以规模质变引领要素量变,那么复杂世界也将变得清晰可循。

巴斯德模式创新,打通科学假设与商业愿景

华为将如何立足“十年百倍”规模增长的思考基础,探索“无尽的前沿”呢?周红博士主张在基础科学研究上,除了支持以科学家兴趣驱动的“波尔象限”创新外,希望与伙伴一起探索“巴斯德象限”创新,既拓展科学认知,也创造应用价值。

在这一逻辑下,华为围绕“假设创新-愿景创新-基础科学突破-工程技术创新-商业创新”的脉络展开创新——以假设和愿景勾勒宏大蓝图,以基础科学突破认知边界,以工程技术提升产品质量,最终提升用户体验、开创新的商业模式和生态、创造产业与社会价值。

在这个链条中,越靠近前端假设、愿景和基础科学的创新,就越需要魄力和耐心,也最能产出新的科学认知;而科学认知升维创造出来的应用价值,也往往是更大的商业和社会价值,能够激发和引领下一波技术与产业变革浪潮。

围绕四大科学假设与商业愿景,聚焦“巴斯德象限”创新模式,华为针对性提炼出面向未来重点考虑的两个基础科学问题以及8个前沿技术挑战,以推动基础理论的突破和基础技术的发明,实现科学认知与应用价值的良性互促。

假设与愿景既明,问题与挑战已定,如何才能更好地通向“后天”呢?周红博士在分享的最后强调,“今天,我们对未来的所有想象可能都是保守的,因此我们要更加勇敢。华为希望能和学术界、产业界一起,重构基础理论、重构架构、重构软件,共同探索、开创未来!”


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