邁向智慧世界2030——技術挑戰與研究方向

在2021華為全球分析師大會上，華為董事、戰略研究院院長徐文偉釋出了邁向智慧世界2030的九大技術挑戰與研究方向，呼籲產學研精誠合作，以開放包容、協同創新的機制，彙集全人類的智慧和創新能力，滿足人類發展的需求以及解決所面臨的問題。

（配圖說明：華為董事、戰略研究院院長徐文偉發表主題演講）

以下為徐文偉演講全文：

女士們、先生們，大家好，歡迎參加第18屆分析師大會。

剛剛過去的一年，疫情、全球化，整個世界都經歷了巨大的挑戰。今天，我們站在下一個十年的起點，有未知，有憧憬，ICT產業也面臨新的挑戰，亟需新一輪的突破。

人口與能源是人類社會發展的兩大主題

聯合國報告顯示，到2030年，全球將有86億人口，65歲以上的人超過12%，25歲以下的人口比例持續下降。人口老齡化和勞動力不足，成為社會發展的挑戰。人們對健康的追求，希望活得好，活得長，走的安。

另外，全球能源消耗正以每年1.7%的速度增長。報告顯示，自18世紀以來，人類能源消耗增長了22倍，其中化石能源佔比高達85%，可持續發展的能源，是擺在我們面前的難題。

低碳化、電氣化、智慧化是可持續發展的必由之路

我們預測，2030年，可再生能源佔比超過50%；電氣出行將成為主力，電動汽車銷量佔比超過50%；AI將改變一切，家用智慧機器人使用率超過18%。ICT 技術在未來十年內，有潛力通過賦能其他行業，幫助減排全球碳排放的20%。

同時，我們對未來又充滿著期待，不斷的突破極限。

我們希望，擺脫身體的限制，提升感知能力。雖然手機現在已經達到100倍變焦，但是，離生物界的差距巨大。如蜘蛛，在物體輪廓和運動計算上遠遠超越人眼。那麼，能否學習蜘蛛的眼睛？我們就可以製造出滿足自動駕駛需求的更好的攝像頭。

我們希望，超越生物的智慧，發展新型計算。現在人工智慧廣泛應用，但是深度神經網路訓練困難，功耗大，有時卻比不過螞蟻。螞蟻用0.2毫瓦的功耗，就可以做很多事，包括築巢，交朋友，甚至打架和養蚜蟲等，我們是否可以深入學習和借鑑生物的運作方式，從實現簡單的智慧開始發展。

我們希望，跨越空間的障礙，實現身臨其境。當前5G通訊，遠遠滿足不了身臨其境的交流訴求，我們要發展更快更低時延的網路，支撐真人級全息通訊。

我們希望，拓展認知的極限，開發介觀器件。科學家使用計算的方法，實現分子、原子層面的設計與組裝，通過這種方式，實現大幅提升晶片、器件的效能。

從世界構成的三要素，理解未來的挑戰與方向

物質、能量、資訊是世界構成的三要素，是我們把握未來挑戰和方向的出發點。物質是本源的存在，能源是運動的存在，資訊是聯絡的存在。

下一個十年，聯接數量將達到千億級，寬頻速度每人將達到10Gbps，算力實現100倍提升、儲存能力實現100倍提升，可再生能源的使用將超過50%。圍繞資訊和能量的產生、傳送、處理和使用，技術需要不斷演進。

基於這些預測與假設，接下來我將談談未來十年的挑戰和發展方向。

挑戰1：定義5.5G，支撐未來千億規模的多樣性聯接

第一個挑戰，就是萬物互聯的挑戰。我們不僅要聯接所有的人，還要聯接海量的物，而連線物的需求是多種多樣的。

當前5G定義的三大場景很難支撐多樣性的物聯場景需求。比如工業物聯的應用，既要海量連線，又要上行大頻寬，必須在eMBB和mMTC之間增加一個場景，命名為UCBC（上行超寬頻）；有一類應用，既要超寬頻，也要低時延和高可靠，必須在eMBB和URLLC之間增加一個場景，命名為RTBC（實時寬頻互動）；在車聯網中的車路協同，既需要通訊能力，又需要感知能力，必須新增HCS場景（通訊感知融合）。

因此，必須從5G場景「三角形」變成5.5G場景「六邊形」，從支撐萬物互聯到使能萬物智聯。

挑戰2：在納米尺度上駕馭光、實現光纖容量指數級增長

5G聯接的挑戰在數量，光纖聯接的挑戰在容量。

今天一根光纖承載100萬人觀看4K視訊，2030年要承載100萬人欣賞MR（混合現實），單纖容量要提升10倍，超越100T。

首先是光收發鐳射器，採用高調製器件實現2~3倍的波特率提升；同時採用新的調製編碼和演算法，實現容量的倍增。薄膜型高頻寬調製器是發展方向。

其次要研發寬頻、低噪聲、人工可控的新型光放大器，以實現超長距的可靠傳輸；關鍵技術是接近量子極限的光放。

第三是光網路的動態控制能力，把波分網路改造為「同步」系統，提升抗干擾能力並通過計算實現光資源的高效利用。微腔光頻梳是關鍵。

在更遠的未來，還需要研究SDM（空間分割多路複用）等新型光纖和光系統，實現單纖容量百倍增長。

挑戰3：走向產業互聯，網路協議必須優化

今天，網路支撐的主體是百億級的消費互聯。2030年，網路支撐的主體是萬億級的產業互聯，網路協議面臨三個考驗。

第一是確定性。需要確定性時延保障能力，通過「網路演算新理論和協議」，將當前盡力而為的網路時延，變為可提前計算的確定時延。

第二是安全性。萬物互聯的場景下，安全防禦體系提出嚴峻挑戰。無人機、攝像機、邊緣計算、感測器等大量外掛裝置，引入了新的不安全因素，必須構建端到端的內生安全框架和協議。

第三是靈活性。千行百業的需求是多樣的，有的需要IP地址長一點，有的需要短一點，必須將固定長度的IP地址，擴展為可靈活定義語義、語法的新IP協議。

挑戰4：通用算力遠遠跟不上智慧世界的需求，必須打造超級算力

智慧世界，聯接決定了廣度，那麼計算決定了強度。

面向2030，算力需求將增長100倍。但當前，單核CPU效能每年提升率已從50%下降到10%，並且，通用計算在特定領域效率低下，如何打造超級算力，這是一個巨大的挑戰。

第一，數字計算從通用走向專用，走向多種計算架構共存的異構計算，各種CPU、GPU、XPU同時存在。

第二，模擬計算將在特定領域展現優勢。光子計算將應用於訊號處理、組合優化、機器學習等領域，尤其是針對無線Massive MIMO和光通訊領域將有極大應用場景。

挑戰5：從海量多模態的資料中高效地進行知識提取，實現行業AI的關鍵突破

智慧世界離不開AI， AI應用碎片性與AI的可信問題不可迴避。

AI模型的通用性是解決應用碎片性的關鍵。通過大量無標註的資料和更大的模型，從全監督到自監督，構建通用的AI系統，這是當前需要突破的方向。

其次，把AI與科學計算交匯，這也為AI應用走出碎片提供了大用場。AI為科學計算帶來了新思路、新方法、新工具，而科學計算的嚴謹體系也有助於提升AI的可解釋性。

可信AI，是我們長期追求的目標。特別是人命關天的關鍵領域，如無人駕駛，必須解決從相關性到因果性的難題。

挑戰6：突破馮諾依曼限制，構建百倍密度增長的新型儲存

儲存面臨兩大問題是存得下、用得好

第一，要存得下。單位空間和能耗下的儲存密度要提升100倍，而當前介質技術受限工藝、功耗限制，無法支撐。未來儲存系統要突破新型大容量低時延記憶體技術，突破DNA儲存、高維新型光儲存等超大容量介質技術，突破超大儲存空間模型和編碼技術，打破容量牆。

第二，要用得好。未來儲存系統的資料訪問頻寬將從TB級到PB級、訪問時延將從ms級降到us級，效能密度須百倍提升。馮諾依曼架構下，資料要在CPU、記憶體、介質之間移動，而當前PCIE、DDR頻寬速度遠跟不上外部網路的效能增長。未來儲存系統要突破馮諾依曼架構的限制，從以CPU為中心，轉向以記憶體為中心、以資料為中心，從搬移資料轉向搬移計算，打破效能牆。

挑戰7：將計算與感知結合，實現多模互動的超現實體驗

智慧世界的要打造極致的使用者體驗。我認為，2030年，超現實體驗將成為現實。

超現實體驗，這就需要虛擬世界與真實世界的無縫融合。並能夠準確的感知和還原世界，在虛實結合的世界中理解使用者的意圖。必須打通聽覺、視覺、觸覺、嗅覺，實現人與數百種邊緣裝置之間的多模互動。為實現這個目標，需要將使用者所處的環境整體作為一個超級計算機對待，依託語言、觸覺、光感、腦機等多模感測器進行資訊採集和傳輸，識別使用者意圖，並通過裸眼3D、全息投影、AR隱形眼鏡、數字嗅覺和數字觸覺等技術呈現給使用者。

挑戰8：通過連續性的健康監測實現主動健康管理

人口老齡化帶來了更多慢性病。據統計，85%的死亡是由於慢性病，而慢性病必須進行實時檢測。必須攻克需要醫療級水平的可穿戴裝置，如無創血糖，連續血壓，連續心電等車輛。以血壓檢測為例，光學感測器，能夠比PPG提供更準確的脈搏波，為血壓建模和演算法提供更高質量的資料輸入。結合雲服務和人工智慧技術，為個人打造一個完整個人健康大資料平臺，實現主動健康管理。通過腦機介面、肌電介面、可穿戴機器人等，從被照顧到自主管理，提升老年人的幸福感。

挑戰9：構建智慧能源網際網路，實現綠色發電、綠色儲電和綠色用電

當前「碳達峰、碳中和」加速向新能源轉型，同時也帶來了發電、儲能以及用電的新挑戰。

從發電來看，從集中式向分散式演進，意味著發電系統更靠近使用者，過去是純用電場景，今後也具備自發電能力，這樣就產生了更多的雙向能源節點，電網更具備了網路特徵；新能源發電的波動性、多能互補特徵，間斷式供電特徵，使新能源成為主力電能，存在巨大挑戰。

從儲能來看，過去只有發電和用電，能源是用多少發多少，未來新能源為主體的發電，必須有儲能的緩衝池，這使得網路更復雜了。必須實現低成本、零碳排放的大規模儲能，並通過智慧排程，最大限度利用綠電。

從用電來看，必須推進綜合智慧能源，實現住宅/建築/工廠能源管理系統、零碳社群、零碳園區、零碳城市。

因此，必須構建一張智慧的能源網際網路，實現綠色發電、綠色儲能和綠色用電，這涉及幾個關鍵技術：

第一，管理技術。大資料、AI、雲等ICT技術與能源網際網路融合，通過能源雲+能源網，實現位元管理瓦特。

第二，控制技術。通過電力電子能源路由器，實現能量雙向流動和功率智慧分配，構建能源網路的智慧控制器。

第三，儲能技術。發展新型儲能技術，如新型電化學、氫能等，滿足不同場景的能量儲存需求。

第四，電力電子基礎技術。新型化合物功率半導體，包括面向中高壓的SiC/金剛石和麵向中低壓的GaN技術，實現能源部件進一步高效和小型化。

以上就是我們從ICT產業視角，提出的九大技術挑戰與研究方向，也是我們對智慧世界2030的期待，我們希望實現聯接更強、計算更快、能源更綠。

以開放包容、協同創新的機制，跨越挑戰

為了滿足人類發展的需求以及解決所面臨的問題，我們需要彙集全人類的智慧和創新能力，必須以開放包容、協同創新的機制，跨越挑戰。工業界必須與高校和科研機構緊密合作，用工業界的挑戰和世界級難題牽引科學研究方向。

想象未來靠科幻，創見未來靠科技。必須把工業界的問題、學術界的思想、風險資本的信念，整合起來，協同創新，共同打造智慧世界2030。謝謝大家！