达摩院2021十大科技趋势：AI加速攻克药物、疫苗研发难题

2020注定是被历史镌刻的一年，新冠疫情席卷全球，许多行业重启向上而生的螺旋，物理屏障增速了数字世界飞跃式发展：新技术、新应用不断涌现，量子计算、基础材料、生物医疗等领域的一系列重大科技突破纷至沓来。我们仰望星空瞭望科技前沿动态，也能脚踏实地规划科技普惠路径。科技自强从来都不是一句空话，取决于我们对未来的直觉，对社会的态度。相信后疫情时代，即将到来的2021注定将在科技史上留下浓墨重彩一笔。

年末收官之际，阿里巴巴达摩院重磅发布2021年度十大科技趋势。这是达摩院成立三年以来第三次发布年度科技趋势报告，阿里云智能研究中心携手达摩院的科学家和业界专家人士，历经长达3个月大量访谈交流，共同碰撞观点，深入探讨，对人工智能、物联网、量子计算、云计算、区块链、新材料等热点科技做出研判和预测，对未来的科技走向进行解读。

在达摩院基础科学和技术创新研究的科技之巅，阿里云研究中心以科技探索“新商业”边界为使命，研究在前沿科技的推动下，零售、数字政务、智慧城市、金融、制造、能源等产业的数智化转型路径及商业实践。以数字化转型案例库、行业数字化转型白皮书、科技和行业发展报告、首席增长官、阿里波特知识智能机器人等各具特色的产品和服务形态为基础，已经成为政企数字化转型的“战略加速器”。

此前两年，关于语音AI、图神经网络、芯片等多项趋势预测已经成为现实。今年，达摩院从原子动能、比特跃迁、场景变革三个角度发布了十大科技趋势，让我们一睹为快。

材料是一切科技发展的基础，新材料技术已推动多轮科技革命。然而，受限于成本高昂、生产工艺不成熟等问题，诸多新型材料未能实现大规模应用。达摩院认为，未来几年，以氮化镓和碳化硅为代表的第三代半导体材料将在材料生长、器件制备等技术上实现突破，并应用于5G基站、新能源汽车、特高压、数据中心等新基建场景，大幅降低整体能耗。

新材料的价值远不止提供更优的性能，它还能突破传统材料物理极限。达摩院预测，碳基材料作为制作柔性设备的核心材料，将走出实验室并制备可随意伸缩、弯曲的柔性电子设备，例如用该材料制作的电子皮肤不仅机械特性与真实皮肤相似，还有外界环境感知功能。

过去几年，AI技术润物细无声渗透传统产业，例如AI走进制造企业，提升质检工作效率。达摩院认为，AI应用于生产环节只是开始，汽车、消费电子、服装、钢铁、化工等信息化基础良好的行业将实现供应链、生产、资产、物流、销售等各环节的全局智能，最终实现生产及运营效率的大幅提升。

在医疗领域，业界公认AI与药物、疫苗研发结合是大势所趋，但用AI研发药物并成功上市的案例极为鲜见。达摩院指出，新型AI算法的迭代及算力突破将解决药物分子靶点确证、药物可成药性等难题，例如在疫苗研发过程中，AI可自动输入有效化合物模型，然后与电脑合成程序产生的数亿种不同的化学化合物对比筛选，最终快速找到疫苗的优质候选化合物。

作为人机交互和人机混合智能未来技术，脑机接口在医疗领域极具研究价值。达摩院在趋势中指出，学术界和工业界正在努力攻克脑信号的采集和处理难题，帮助人类更好地理解大脑工作原理，技术的成熟将加速脑机接口的临床应用，未来将为口不能言、手不能动的患者提供精准康复服务。

科学技术的发展总是在不断发散与收敛的模式中跃迁。创新永无终点，但每一次技术创新都必然沿着普惠的既定轨迹前行。AI、5G、云计算及IoT等数字技术正发生前所未有的化学反应，农业乃至城市都将因此发生新一轮变革。在农业领域，自动监测农作物、精细化育种、农产品物流运输可追溯都将变成现实;城市将拥有一颗超级大脑，感知、通信、决策能力全面提升，为城市提供整体治理能力。

期待在达摩院十大科技趋势的影响下，能有更多的人关注甚至投身到科技创新事业中，变热情为动力，化动力作科技，促科技成现实。

附：达摩院2021十大科技趋势

趋势一、以氮化镓、碳化硅为代表的第三代半导体迎来应用大爆发

以氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)为代表的第三代半导体，具备耐高温、耐高压、高频率、大功率、抗辐射等优异特性，但受工艺、成本等因素限制，多年来仅限于小范围应用。近年来，随着材料生长、器件制备等技术的不断突破，第三代半导体的性价比优势逐渐显现并正在打开应用市场：SiC元件已用于汽车逆变器，GaN快速充电器也大量上市。未来5年，基于第三代半导体材料的电子器件将广泛应用于5G基站、新能源汽车、特高压、数据中心等场景。

趋势二、后“量子霸权”时代，量子纠错和实用优势成核心命题

2020年为后“量子霸权”元年，世界对量子计算的投入持续上涨，技术和生态蓬勃发展，多个平台异彩缤纷。这一潮流将在2021年继续推高社会的关注和期待，量子计算的研究需要证明自身的实用价值;业界需要聚焦“后霸权”时代的使命：协同创新，解决众多的科学和工程难题，为早日到达量子纠错和实用优势两座里程碑铺路奠基。

趋势三、碳基技术突破加速柔性电子发展

柔性电子是指经扭曲、折叠、拉伸等形状变化后仍保持原有性能的电子设备，可用作可穿戴设备、电子皮肤、柔性显示屏等。柔性电子发展的主要瓶颈在于材料——目前的柔性材料，或者“柔性”不足容易失效，或者电性能远不如“硬质”硅基电子。近年来，碳基材料的技术突破为柔性电子提供了更好的材料选择：碳纳米管这一碳基柔性材料的质量已可满足大规模集成电路的制备要求，且在此材料上制备的电路性能超过同尺寸下的硅基电路;而另一碳基柔性材料石墨烯的大面积制备也已实现。

趋势四、AI提升药物及疫苗研发效率

AI已广泛应用于医疗影像、病历管理等辅助诊断场景，但AI在疫苗研发及药物临床研究的应用依旧处于探索阶段。随着新型AI算法的迭代及算力的突破，AI将有效解决疫苗/药物研发周期长、成本高等难题，例如提升化合物筛选、建立疾病模型、发现新靶点、先导化合物发现及先导药物优化等环节的效率。AI与疫苗、药物临床研究的结合可以减少重复劳动与时间消耗，提升研发效率，极大的推动医疗服务和药物的普惠化。

趋势五、脑机接口帮助人类超越生物学极限

脑机接口是新一代人机交互和人机混合智能的关键核心技术。脑机接口对神经工程的发展起到了重要支撑与推动作用，帮助人类从更高维度空间进一步解析人类大脑的工作原理。脑机接口这一新技术领域探索性的将大脑与外部设备进行通信，并借由脑力意念控制机器。例如在控制机械臂等方面帮助提升应用精度，将为神智清醒，思维健全，但口不能言、手不能动的患者提供精准康复服务。

趋势六、数据处理实现“自治与自我进化”

随着云计算的发展、数据规模持续指数级增长，传统数据处理面临存储成本高、集群管理复杂、计算任务多样性等巨大挑战;面对海量暴增的数据规模以及复杂多元的处理场景，人工管理和系统调优捉襟见肘。因此，通过智能化方法实现数据管理系统的自动优化成为未来数据处理发展的必然选择。人工智能和机器学习手段逐渐被广泛应用于智能化的冷热数据分层、异常检测、智能建模、资源调动、参数调优、压测生成、索引推荐等领域，有效降低数据计算、处理、存储、运维的管理成本，实现数据管理系统的“自治与自我进化”。

趋势七、云原生重塑IT技术体系

在传统IT开发环境里，产品开发上线周期长、研发效能不高，云原生架构充分利用了云计算的分布式、可扩展和灵活的特性，更高效地应用和管理异构硬件和环境下的各类云计算资源，通过方法论工具集、最佳实践和产品技术，开发人员可专注于应用开发过程本身。未来，芯片、开发平台、应用软件乃至计算机等将诞生于云上，可将网络、服务器、操作系统等基础架构层高度抽象化，降低计算成本、提升迭代效率，大幅降低云计算使用门槛、拓展技术应用边界。

趋势八、农业迈入数据智能时代

传统农业产业发展存在土地资源利用率低和从生产到零售链路脱节等瓶颈问题。以物联网、人工智能、云计算等为代表的科学技术正在与农业产业深度融合，打通农业产业的全链路流程。结合新一代传感器技术，农田地面数据信息得以实时获取和感知，并依靠大数据分析与人工智能技术快速处理海量领域农业数据，实现农作物监测、精细化育种和环境资源按需分配。同时，通过5G、物联网、区块链等技术的应用确保农产品物流运输中的可控和可追溯，保障农产品整体供应链流程的安全可靠。农业将告别“靠天”吃饭进入智慧农业时代。

趋势九、工业互联网从单点智能走向全局智能

受实施成本和复杂度较高、供给侧数据难以打通、整体生态不够完善等因素限制，目前的工业智能仍以解决碎片化需求为主。疫情中数字经济所展现出来的韧性让企业更加重视工业智能的价值，加之数字技术的进步普及、新基建的投资拉动，这些因素将共同推动工业智能从单点智能快速跃迁到全局智能，特别是汽车、消费电子、品牌服饰、钢铁、水泥、化工等具备良好信息化基础的制造业，贯穿供应链、生产、资产、物流、销售等各环节在内的企业生产决策闭环的全局智能化应用将大规模涌现。

趋势十、智慧运营中心成为未来城市标配

在过去10年时间里，智慧城市借助数字化手段切实提升了城市治理水平。但在新冠疫情防控中，一些所谓的智慧城市集中暴露问题，特别是由于“重建设轻运营”所导致的业务应用不足。在此背景下，城市管理者希望通过运营中心盘活数据资源、推动治理与服务的全局化、精细化和实时化。而AIoT技术的日渐成熟和普及、空间计算技术的进步，将进一步提升运营中心的智慧化水平，在数字孪生基础上把城市作为统一系统并提供整体智慧治理能力，进而成为未来城市的数字基础设施。

附：专家解读

围绕着十大科技趋势，外部专家也纷纷发表观点评议，如图所示：

趋势一、以氮化镓、碳化硅为代表的第三代半导体迎来应用大爆发

中国科学院半导体研究所研究员 王军喜

——第三代半导体将成显示照明、电力电子和微波射频器件的“核芯”。

趋势二、后“量子霸权”时代，量子纠错和实用优势成核心命题

清华大学物理系副教授 张浩

——量子计算硬件实现有两种思路，一是提升单个量子比特的质量或寿命，二是更有效集成和表征更多物理量子比特以及纠错。

IDC中国副总裁兼首席分析师 武连峰

——量子计算未来有广泛的应用场景，是科技市场必争之地。

趋势三、碳基技术突破加速柔性电子发展

中国科学院院士 彭练矛

——碳基材料特别是碳纳米管，既有优于硅基的电学性能，还有极好的延展性和柔韧性，不仅可用于柔性电子，还将在芯片领域发挥重要作用。

趋势四、AI提升药物及疫苗研发效率

浙江大学药学院副院长、浙江大学药物信息学研究所副所长 范骁辉

——发展AI药学，一要尽快开展应用方法学研究，二要尽快培养既有药学背景又掌握AI算法的交叉学科人才。

阿斯利康中国副总裁 徐晶

——人工智能在药物分子筛选、临床实验效率提升、疾病早筛早诊正发挥着重要作用。

北京航空航天大学宇航学院教授 邓岳

——利用AI进行药物及疫苗研发的难点，在于保障算法的鲁棒性，启发决策的创造性以及增强过程的可解释性。

趋势五、脑机接口帮助人类超越生物学极限

新加坡南洋理工大学计算机学院教授、IEEE Fellow 关存太

——未来十年，脑机接口将有更多技术和应用重大突破，且将成为脑科学研究的重要平台，新应用领域将包括老年失智症、精神疾病、双向脑机接口、人机增强系统等。

清华大学电子工程系副教授、脑与智能实验室研究员 张沕琳

——研发能量效率、体积效率更高的脑机接口硬件设备，是解析大脑的重要路径。

趋势六、数据处理实现“自治与自我进化”

Gartner研究副总裁 孙志勇Daniel SUN

——中国企业未来3-5年的数字化转型将从数据领域重点突破。

趋势七、云原生重塑IT技术体系

中国信息通信研究院云计算与大数据研究所所长 何宝宏

——以前谈Cloud First，现在谈Cloud Smart，云原生应用能让云的效率和价值得到真正发挥。

上海交通大学计算机系长聘教轨副教授 陈全

——云原生仍面临微服务高效调度、无服务器计算、高密混部、低开销系统等挑战，但必然是云计算主要方向。

趋势八、农业迈入数据智能时代

农业部农业农村信息化专家咨询委员会副主任委员、中国农业大学国际学院院长 李道亮

——物联网、云计算和智能终端将成农业新基础设施，但对落地过程要有耐心和恒心。

趋势九、工业互联网从单点智能走向全局智能

中国企业联合会及中国企业家协会副会长、工业和信息化部原总工程师 朱宏任

——新一代信息技术与制造业深度融合，将对工业发展乃至经济社会发展产生全方位、深层次、革命性的影响。

中国工业互联网研究院副院长 冯旭

——工业企业的数字化转型，出现了从被动到主动、从片段到连续、从垂直到协同的新趋势。

新加坡南洋理工大学校长委员会讲席副教授 安波

——新冠疫情为工业互联网发展按下了“加速键”。

趋势十、智慧运营中心成为未来城市标配

新加坡南洋理工大学计算机学院院长 苗春燕

——全方位的AI应用将彻底改变城市的面貌;智慧运营中心将建立在广泛的信息收集之上，同时要保障隐私安全;智慧城市需要给老龄人口提供便利。

上海交通大学计算机系讲席教授 过敏意

——未来城市将以智慧城市基建(如AIoT)为躯干和四肢，以智慧运营中心为大脑。

整体点评：清华大学计算机与科学技术系副主任 唐杰

达摩院发布的十大技术趋势很具有前瞻性。量子计算将成为未来10-20年计算机取得重大突破的一个关键领域。AI发展也将开始进入全新的人机共存时代，在可预见的5-10年，一方面数据本身在AI助力下从支持搜索查询升级为自治与进化，另一方面人和计算机在物理世界和虚拟世界的强结合将重塑我们生活的方方面面。