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4月26日，在華為分析師大會(huì)2022上，華為戰(zhàn)略研究院院長(zhǎng)周紅博士發(fā)表了“面向未來的科學(xué)假設(shè)與商業(yè)愿景”的演講。他指出，21世紀(jì)將是人類社會(huì)全面走向智能化的時(shí)代，智能化的核心是感知、連接和計(jì)算，以及由此帶來對(duì)物質(zhì)和現(xiàn)象、生命和能量等的更高認(rèn)知和掌控能力。
在走向智能世界的路上，人類社會(huì)面臨著巨大的挑戰(zhàn)：一方面，幸福生活、高效工作、綠色環(huán)境還需要感知、連接和計(jì)算提升成百上千倍能力；另一方面，在相關(guān)科學(xué)與技術(shù)上，過去的幾十年中都沒有大的突破，甚至已經(jīng)接近瓶頸。面向未來，只有大膽提出假設(shè)、大膽提出愿景，敢于打破既有理論與技術(shù)瓶頸的條條框框，才能大踏步前行。
以下是演講全文：
女士們、先生們，大家好！歡迎參加第19屆分析師大會(huì)。
很高興有機(jī)會(huì)和大家探討面向未來的科學(xué)假設(shè)和商業(yè)愿景。
我們知道，18世紀(jì)是機(jī)械化時(shí)代、19世紀(jì)是電氣化時(shí)代、20世紀(jì)是信息化時(shí)代，那么21世紀(jì)會(huì)是什么時(shí)代呢？
我認(rèn)為21世紀(jì)將是人類社會(huì)全面走向智能化的時(shí)代，智能化的核心是感知、連接和計(jì)算，以及由此帶來對(duì)物質(zhì)和現(xiàn)象、生命和能量等的更高認(rèn)知和掌控能力。
在走向智能世界的路上，我們面臨著巨大的挑戰(zhàn)，一方面，幸福生活、高效工作、綠色環(huán)境還需要感知、連接和計(jì)算提升成百上千倍能力，另一方面，在相關(guān)科學(xué)與技術(shù)上，過去的幾十年中都沒有大的突破，甚至已經(jīng)接近瓶頸。
怎么才能創(chuàng)造可行的發(fā)展路線？
我認(rèn)為，面向未來，只有大膽提出假設(shè)、大膽提出愿景，敢于打破既有理論與技術(shù)瓶頸的條條框框，才能大踏步前行。
數(shù)字技術(shù)極大豐富了人類的工作與生活
在過去的10年中，隨著寬帶通信、智能設(shè)備、AI和云計(jì)算的迅速發(fā)展，數(shù)字技術(shù)極大豐富了人們的生活，
從打電話、上網(wǎng)瀏覽信息、即時(shí)通信，到地圖導(dǎo)航、電子銀行、網(wǎng)上購(gòu)物等，ICT技術(shù)已經(jīng)成為越來越多人們生活中不可或缺的重要部分。
除了生活中所需要的ICT技術(shù)，我們也在過去10年中，與很多行業(yè)進(jìn)行聯(lián)合探索，看看ICT技術(shù)能不能幫助或者是怎樣幫助行業(yè)發(fā)展。
例如，我們與汽車公司、電信運(yùn)營(yíng)商一起，在高速公路上進(jìn)行試驗(yàn)，大家知道，人工駕駛的反應(yīng)速度是以秒為單位的，我們通過在汽車之間、以及汽車與網(wǎng)絡(luò)之間建立10毫秒級(jí)的高性能連接，幫助將緊急事件的檢測(cè)和反應(yīng)能力提升上百倍，
在100公里時(shí)速下，可以將人工駕駛所需要的幾十米、上百米的安全距離，縮小到0.8米，從而極大地提升高速公路的車流量與安全性，
同時(shí)可以支持組隊(duì)行駛減少風(fēng)阻，節(jié)省20%左右的油耗。
車聯(lián)網(wǎng)還可以支持遠(yuǎn)程駕駛，創(chuàng)造新的作業(yè)模式與服務(wù)模式。
我們也在城市環(huán)境中進(jìn)行試驗(yàn)，通過超視距的車聯(lián)網(wǎng)、車路協(xié)同，有可能提升30%通行效率、減少90%交通事故。
今天，在工廠、在醫(yī)院、在港口、在煤礦，ICT技術(shù)正在深入千行百業(yè)，使能行業(yè)數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型。
人類對(duì)未來的追求永無止境
面向未來，我們看到還有很多地方，ICT技術(shù)有可能做出更大的貢獻(xiàn)。
比如人的健康與幸福，通過穿戴式傳感器、無線通信與云計(jì)算，可以更好地支持運(yùn)動(dòng)健康和慢性病的管理，AI計(jì)算還能幫助進(jìn)行藥物和疫苗的快速設(shè)計(jì)和高效篩選。
ICT技術(shù)可以支持無處不在的自動(dòng)和智能機(jī)器，從而提升人們的生活質(zhì)量，提高各行各業(yè)的作業(yè)效率。
ICT技術(shù)可以幫助建設(shè)綠色可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境，例如進(jìn)行高效的能源變換和調(diào)度、設(shè)計(jì)低成本、高效率的能源轉(zhuǎn)換催化劑、儲(chǔ)能材料。
在虛實(shí)融合的數(shù)字世界上，ICT技術(shù)還能幫助建立“遠(yuǎn)在天邊、近在眼前、身臨其境”的體驗(yàn)，豐富人們的生活、幫助人們學(xué)習(xí)成長(zhǎng)、幫助各行各業(yè)在數(shù)字世界快速迭代改進(jìn)等。
全球數(shù)字化超越“十年百倍”的發(fā)展
在這么多的需求驅(qū)動(dòng)下，全球數(shù)字化正以指數(shù)速度增長(zhǎng)。
例如全球的移動(dòng)寬帶數(shù)據(jù)流量，從2010年的每月0.24艾字節(jié)（EB），增長(zhǎng)到2020年的每月60艾字節(jié)，在10年時(shí)間中增長(zhǎng)超過250倍。
中國(guó)的移動(dòng)寬帶數(shù)據(jù)流量，從2010年的每月0.033艾字節(jié)，發(fā)展到2020年的每月13艾字節(jié)，增長(zhǎng)超過400倍。
面向未來，我們認(rèn)為數(shù)字技術(shù)將以超過十年百倍的速度增長(zhǎng)，數(shù)字化將促進(jìn)人和社會(huì)加速發(fā)展。
從另一方面，我們也看到，現(xiàn)有的很多理論和技術(shù)都是幾十年前甚至一百多年前提出的，基于這些理論和技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)開始遇到瓶頸，例如通信領(lǐng)域的奈奎斯特采樣定理和香農(nóng)定律、計(jì)算領(lǐng)域的可計(jì)算性理論和馮·諾依曼架構(gòu)、半導(dǎo)體領(lǐng)域的摩爾定律等，希望有新的假設(shè)和愿景來牽引突破。
為此，我們提出面向未來的4個(gè)科學(xué)假設(shè)和商業(yè)愿景，希望與學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界一起共同探索，開展面向未來的研究。
一：拓展認(rèn)知的邊界，物質(zhì)與能量、現(xiàn)象與規(guī)律
首先是探索基礎(chǔ)科學(xué)和前沿技術(shù)，拓展我們認(rèn)知的邊界。尤其是物理、化學(xué)、生物等領(lǐng)域的突破，將使我們能夠更好地發(fā)明新分子、催化劑、蛋白質(zhì)等材料和器件，以及新的裝備和新工藝。
有一次，我和一位量子科學(xué)家討論，怎么把光子、量子存起來？他在1993年就提出了量子存儲(chǔ)概念的時(shí)候沒人相信，大家可能會(huì)想，能用一個(gè)瓶子把光存起來嗎？存儲(chǔ)量子的操作不會(huì)影響它的狀態(tài)？直到1998年，哈佛Hau等人用電磁感應(yīng)透明現(xiàn)象將光子速度降到17m/s，2000年，她們成功地把光子“凍結(jié)”了一分鐘時(shí)間。2006年帝國(guó)理工的Pendry等人提出可以用類似“光子黑洞”的思路來束縛住光，讓其無法離開。目前已經(jīng)有很多辦法來可以實(shí)現(xiàn)量子存儲(chǔ)，從而更好地支持量子通信和量子計(jì)算。
為了降低半導(dǎo)體器件的功耗、提升可靠性，我們和科學(xué)家合作，分析半導(dǎo)體器件中的熱機(jī)理，看看能不能構(gòu)造出有利條件，加快“光聲子”變成“聲聲子”，從而減少柵極與漏極之間熱點(diǎn)的形成。
現(xiàn)在很多超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)采用毫開爾文的溫度，一些科學(xué)家在進(jìn)一步探索，用激光來冷卻原子，從豪開爾文降低一百萬倍溫度到納開爾文，接近絕對(duì)零度的溫度極限，看看能不能發(fā)現(xiàn)更復(fù)雜的量子現(xiàn)象。
未來，物質(zhì)的特性能不能通過計(jì)算預(yù)測(cè)出來，而不用靠漫長(zhǎng)的試驗(yàn)來進(jìn)行摸索？答案是可能的。例如采用USPEX計(jì)算方法，目前用100萬核時(shí)的算力，可以計(jì)算出小于200個(gè)原子組成的分子的主要特性。2017年，科學(xué)家通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)了超硬五硼化鎢的結(jié)構(gòu)，解決了困擾科學(xué)界近60年的難題；2019年科學(xué)家通過計(jì)算，發(fā)現(xiàn)了十氫化釷在85萬個(gè)大氣壓的情況下，具有驚人的高溫超導(dǎo)性，臨界溫度達(dá)到-112攝氏度。
有了更好的計(jì)算化學(xué)，我們有望發(fā)現(xiàn)或者發(fā)明更好的催化劑、化學(xué)藥、生物藥與疫苗。
二：拓展感知極限，更好地了解世界和人類自身
第二是我們未來將不斷擴(kuò)展感知世界和感知自身的能力，將從接近人類感知到超越人類感知、從替代感知到擴(kuò)展和創(chuàng)造感知、從人類感知到機(jī)器感知。
在這方面我們要向生物界學(xué)習(xí)，大自然通過百萬年甚至上億年的進(jìn)化，形成了遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越現(xiàn)有機(jī)器和人的感知能力。
例如在視覺上，有些蜘蛛眼睛在物體輪廓和運(yùn)動(dòng)計(jì)算上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了人眼，有利于快速精準(zhǔn)捕獲獵物，我想自動(dòng)駕駛汽車是不是正好需要這種眼睛？
同樣的還有青蛙眼睛，是高靈敏度的單光子接收機(jī)，可以在黑暗的環(huán)境下看的更清楚。
在嗅覺上，狗鼻子分辨氣味的能力超過人類1000倍。
除了拓展對(duì)外部世界的感知，我們未來也能更好地感知和控制人體自身。像ECG、EEG、PPG等這些技術(shù)目前還沒有系統(tǒng)地、便捷而又低成本地發(fā)展起來，對(duì)于人體的八大子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)度量感知，我們還有很多工作要做。通過發(fā)展新的傳感器，我們將來可能實(shí)時(shí)、無感知地測(cè)量血壓、血糖、心電等重要的健康參數(shù)；我們可以發(fā)展新的神經(jīng)系統(tǒng)腦機(jī)接口、肌機(jī)接口，更好地與機(jī)器協(xié)同，將來有可能用思考來交流和工作、用思考來開車和娛樂。
我們也可以發(fā)展虛實(shí)融合數(shù)字世界新的體驗(yàn)，例如3D顯示和虛擬觸覺，以幫助在數(shù)字世界中“看得真、摸得實(shí)”。
三：探索新的計(jì)算模式與實(shí)現(xiàn)方式，認(rèn)知世界、解決問題
第三是探索適應(yīng)目標(biāo)與環(huán)境的計(jì)算模式與高效實(shí)現(xiàn)方式，從而更好認(rèn)知世界、解決問題、創(chuàng)造價(jià)值。
信息領(lǐng)域經(jīng)過多年的積累，已經(jīng)發(fā)展出了十幾種廣泛使用的計(jì)算模式，例如無線和光通信里大量使用基于快速傅里葉變換的蝶形計(jì)算模式，路由器里大量使用基于邏輯狀態(tài)轉(zhuǎn)移的有限狀態(tài)機(jī)計(jì)算模式，AI里目前大量使用基于統(tǒng)計(jì)和相關(guān)的計(jì)算模式等。數(shù)學(xué)家和工程師們奮斗了這么多年，我們?cè)谟?jì)算模式上是不是已經(jīng)走到了盡頭？我認(rèn)為還有很大的空間，例如：
在通信上：隨著未來的通信系統(tǒng)不斷走向高頻、高速，我們將面臨越來越多的非線性信道和非線性器件帶來的問題，我們能不能從傳統(tǒng)的線性傅里葉變換拓展到非線性逆散射變換，以更好地匹配未來的應(yīng)用？
在AI上：隨著應(yīng)用的不斷拓展，我們面臨統(tǒng)計(jì)相關(guān)AI計(jì)算模式不可解釋、不可調(diào)試的問題，同時(shí)還有很大的能效挑戰(zhàn)。我們能不能向生物界學(xué)習(xí)，例如螞蟻，小小的螞蟻大腦一般只有0.2毫瓦的能耗，它既不用深度學(xué)習(xí)、也不需要遵循可計(jì)算性理論和馮·諾依曼架構(gòu)，但是卻能夠跑來跑去做很多復(fù)雜的事情，例如筑巢、尋找食物、養(yǎng)蚜蟲等等。目前的自動(dòng)駕駛汽車還需要幾十瓦甚至幾百瓦來進(jìn)行計(jì)算，在能效上與螞蟻相比還有很大的差距。因此在AI領(lǐng)域，除了統(tǒng)計(jì)和相關(guān)計(jì)算模式外，能不能進(jìn)一步發(fā)展出數(shù)理邏輯計(jì)算模式、幾何流形計(jì)算模式、博弈計(jì)算模式等？
在科學(xué)計(jì)算上：我們大量用到矩陣，對(duì)于兩個(gè)n行n列矩陣的乘法，如果按照原始簡(jiǎn)單算法，復(fù)雜度是n的3次方，1969年德國(guó)數(shù)學(xué)家創(chuàng)造的斯特拉森算法，將復(fù)雜度降低到n的2.807次方，2020年底MIT的Williams與哈佛的Alman給出一個(gè)復(fù)雜度是n的2.3728596次方算法。
在矩陣計(jì)算中，我們更關(guān)心稀疏線性方程組求解，因?yàn)樵谏鐣?huì)科學(xué)中，地球上有幾十億人，平均每個(gè)人只維持不超過200個(gè)有效關(guān)系；在芯片設(shè)計(jì)中，大部分元件的限制條件是局部的。在這個(gè)領(lǐng)域，佐治亞理工大學(xué)的彭泱等人發(fā)明了計(jì)算復(fù)雜度為n的2.3316次方的先進(jìn)算法，獲得了計(jì)算理論頂會(huì)SODA的2021年最佳論文獎(jiǎng)。幾個(gè)月前我們的數(shù)學(xué)家發(fā)明了一個(gè)更新的算法，將復(fù)雜度下降到n的2.28次方，比彭泱等人的算法降低了0.0516次方，這個(gè)進(jìn)步意味著什么呢？對(duì)n=100萬來說，計(jì)算復(fù)雜度將能進(jìn)一步下降約45%。
在具體實(shí)現(xiàn)上，超級(jí)計(jì)算機(jī)往往要用巨大的能耗來實(shí)現(xiàn)大算力，例如3千萬瓦實(shí)現(xiàn)近500PFLOPS算力，而人腦大約用20W可以做到近30PFLOPS，效率高了約八萬倍。
從這個(gè)角度看，我們是不是要發(fā)展適應(yīng)性與高效性計(jì)算模式，創(chuàng)造新架構(gòu)與新部件，而不要受限于傳統(tǒng)的可計(jì)算性理論、以及馮·諾依曼架構(gòu)？
四：突破香農(nóng)定律的假設(shè)，在更大的時(shí)空中發(fā)展信息通信
第四是在有別于香農(nóng)定律的假設(shè)、以及更大的時(shí)空中探索信息通信，從而跨越空間的障礙，建設(shè)全球直達(dá)的能力，連接虛擬與現(xiàn)實(shí)世界、以及無處不在的機(jī)器。
將來的真人級(jí)全息通訊，如果不壓縮數(shù)據(jù)，需要接近2Tbps的帶寬，以及1-5ms的時(shí)延；
自動(dòng)駕駛?cè)绻捎?2個(gè)攝像頭，每天可能產(chǎn)生高達(dá)4T字節(jié)的數(shù)據(jù)，目前的5G網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到這個(gè)容量。
對(duì)于這些挑戰(zhàn)，我們是不是有足夠的理論和技術(shù)來實(shí)現(xiàn)呢？我認(rèn)為這是可能的。
例如，在理論上，如果我們假設(shè)這個(gè)世界是有先驗(yàn)知識(shí)、有記憶的，就可能跳出香農(nóng)1/2/3定律的限制。在工程上，一個(gè)量子級(jí)聯(lián)激光器可以同時(shí)產(chǎn)生幾百個(gè)波長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)上百T的流量；未來如果我們能做出高重頻阿秒激光器，甚至可能產(chǎn)生百萬T的流量。這些技術(shù)如果能嫁接到無線和光領(lǐng)域，是不是可以成千上萬倍提升通信性能？
打通科學(xué)假設(shè)與商業(yè)愿景，創(chuàng)造知識(shí)與價(jià)值
為了打通科學(xué)假設(shè)與商業(yè)愿景，我們把創(chuàng)新分成前后相關(guān)的5個(gè)環(huán)節(jié)：從假設(shè)和愿景，到理論、技術(shù)和商業(yè)創(chuàng)新。
越靠近后端商業(yè)、客戶和用戶的創(chuàng)新，效果就越明顯；而越靠近前端假設(shè)、愿景和基礎(chǔ)科學(xué)，就越需要耐心。
面向未來，我們要敢于向前端基礎(chǔ)研究尋求答案。
在基礎(chǔ)科學(xué)研究上，除了支持以科學(xué)家興趣驅(qū)動(dòng)的“波爾象限”創(chuàng)新外，我們希望與伙伴一起探索“巴斯德象限”創(chuàng)新，這樣既能拓展科學(xué)認(rèn)知，也能創(chuàng)造應(yīng)用價(jià)值。
面向未來的10個(gè)問題和挑戰(zhàn)
圍繞前面4個(gè)假設(shè)與愿景，聚焦“巴斯德象限”，我們提煉出面向未來可以重點(diǎn)考慮的兩個(gè)基礎(chǔ)科學(xué)問題，以及8個(gè)前沿技術(shù)挑戰(zhàn)。
第一個(gè)科學(xué)問題是機(jī)器如何認(rèn)知世界，能不能建立適合機(jī)器理解世界的模型？
第二個(gè)科學(xué)問題是如何理解人的生理學(xué)模型，尤其人體八大子系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制，以及人的意圖和智能？
前沿技術(shù)挑戰(zhàn)包括：
在人機(jī)接口上如何發(fā)展新的感知和控制能力，例如腦機(jī)和肌機(jī)接口、3D顯示、虛擬觸覺、嗅覺、味覺等等
在健康上如何連續(xù)地、無感知地測(cè)量人的血壓、血糖和心電？能不能通過AI強(qiáng)人工智能幫助發(fā)明新的化學(xué)藥、生物藥和疫苗？
在軟件上如何發(fā)展以應(yīng)用為中心，面向價(jià)值與體驗(yàn)的高效率自動(dòng)化和智能化軟件？
在通信上如何接近和擴(kuò)展香農(nóng)極限，實(shí)現(xiàn)區(qū)域級(jí)和全球級(jí)的高效、高性能連接？
在計(jì)算上如何發(fā)展適應(yīng)性與高效率的計(jì)算模式、發(fā)展非馮·諾伊曼計(jì)算架構(gòu)與非傳統(tǒng)部件、發(fā)展可解釋和可調(diào)試AI？
在材料上，如何通過AI幫助發(fā)明新的分子、催化劑和器件？
在制造上如何發(fā)展出超越傳統(tǒng)CMOS制造的技術(shù)，達(dá)到更低成本、更高的效率？
在能源上能不能發(fā)展出安全、高效的能源轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)能，提供按需服務(wù)？
最大的力是合力，最強(qiáng)的智是眾智
華為正以開放的心態(tài)，與全世界伙伴一起創(chuàng)造。
4月30日我們計(jì)劃推出線上黃大年茶思屋，希望建設(shè)成一個(gè)科學(xué)和技術(shù)交流的通道，向全社會(huì)開放。
在黃大年茶思屋上，我們將總結(jié)和提煉出挑戰(zhàn)的課題，邀請(qǐng)全球優(yōu)秀人才來一起探索創(chuàng)新。
今天，我們對(duì)數(shù)字技術(shù)的所有想象都是保守的
三十年前，我在大學(xué)的時(shí)候，還需要排長(zhǎng)隊(duì)來打長(zhǎng)途電話，完全無法想象有一天能夠拿著一個(gè)小盒子，不需要任何連線就可以隨時(shí)隨地與遠(yuǎn)方的家人視頻溝通，可以通過這個(gè)小盒子可以連接世界，干很多事情，這在當(dāng)時(shí)太科幻了。
我們現(xiàn)在對(duì)于未來的所有想象可能都是保守的，因此我們要更加勇敢，希望能和學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界一起，重構(gòu)基礎(chǔ)理論、重構(gòu)架構(gòu)、重構(gòu)軟件，共同探索、開創(chuàng)未來！
謝謝大家！
