科技是人類進(jìn)步的階梯，是打開(kāi)未來(lái)之門的鑰匙。從自然工具的利用、石器和骨器的制作，到農(nóng)業(yè)革命、工業(yè)革命、電氣革命、信息革命……科技的每一次大發(fā)展，都會(huì)給整個(gè)社會(huì)帶來(lái)質(zhì)的飛躍。

然而，進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)、甚至更早些時(shí)候，科技發(fā)展的齒輪似乎越轉(zhuǎn)越慢、幾近停滯。美國(guó)經(jīng)濟(jì)學(xué)家泰勒·考恩在2011年出版的《大停滯》中指出，經(jīng)濟(jì)停滯源自科技創(chuàng)新的停滯，斷言人們已經(jīng)摘完“所有低垂的果實(shí)”，這本僅僅5萬(wàn)言的暢銷“小書(shū)”在學(xué)界引發(fā)了強(qiáng)烈反響。

在人類社會(huì)全面走向智能化時(shí)代的當(dāng)下，如何才能為這一齒輪涂上潤(rùn)滑油，以滿足未來(lái)幸福生活、高效工作、綠色環(huán)境、虛實(shí)融合對(duì)于感知、連接和計(jì)算成百上千倍能力的需求?

在2022年華為分析師大會(huì)上，華為戰(zhàn)略研究院院長(zhǎng)周紅博士代表公司分享了對(duì)這方面的探索和思考。針對(duì)全球數(shù)字化超越“十年百倍”的發(fā)展，他提出了面向未來(lái)的四大科學(xué)假設(shè)和商業(yè)愿景，并從中提煉出十個(gè)可以重點(diǎn)考慮的問(wèn)題和挑戰(zhàn)，廣邀全球優(yōu)秀人才一起探索創(chuàng)新。

值得一提的是，在華為，談到創(chuàng)新，首先想到的是頂尖人才。這家公司曾提出“天才成群而來(lái)”，讓專家在關(guān)鍵的業(yè)務(wù)領(lǐng)域充分發(fā)揮作用，人盡其才;讓專家在科研領(lǐng)域“橫沖直撞”，以人才的濃度對(duì)抗技術(shù)的難度，持續(xù)推動(dòng)理論、架構(gòu)和軟件的創(chuàng)新。

全球數(shù)字化超越“十年百倍”發(fā)展

所謂“智能化”，其核心在于感知、連接和計(jì)算，以及由此帶來(lái)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。但在通過(guò)智能世界的路上，仍然存在著不小的鴻溝。

在過(guò)去的十年中，數(shù)字技術(shù)極大豐富了人們的工作與生活，全球數(shù)字化水平以肉眼可見(jiàn)的速度提升，數(shù)字經(jīng)濟(jì)也日益成為主要的經(jīng)濟(jì)形態(tài)。隨之而來(lái)的，是海量數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，例如全球移動(dòng)寬帶數(shù)據(jù)流量從2010年的每月0.24EB，增長(zhǎng)到2020年的每月60EB，十年間增長(zhǎng)超過(guò)250倍;在國(guó)內(nèi)，這一增長(zhǎng)更是超過(guò)了400倍。

人類對(duì)未來(lái)的追求永無(wú)止境，正如周紅所列舉的，人的健康與幸福、自動(dòng)和智能的機(jī)器、綠色可持續(xù)發(fā)展以及虛實(shí)融合的數(shù)字世界。而這有賴于數(shù)字技術(shù)作出更大的貢獻(xiàn)，以超過(guò)十年百倍的速度增長(zhǎng)。

在硬幣的另一面，現(xiàn)有的很多理論和技術(shù)卻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(kāi)始遇到瓶頸，諸如通信領(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……

那么，怎樣才能讓供需兩端趨于平衡，并結(jié)束這種坐享久遠(yuǎn)科技碩果卻自以為仍富有創(chuàng)新活力的吊詭局面?“問(wèn)渠那得清如許，為有源頭活水來(lái)”，首先要有新的假設(shè)和愿景作為牽引。

四大假設(shè)和愿景：拓展邊界、突破極限

華為此次基于對(duì)未來(lái)的洞見(jiàn)，提出了涵蓋微觀、感知、計(jì)算與連接的四大科學(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(kāi)展面向未來(lái)的研究。誠(chéng)如周紅所言，“我們只有大膽提出假設(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”。

一是探索基礎(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等。

以量子存儲(chǔ)為例，1993年相關(guān)概念就已出現(xiàn)，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(lái)束縛住光，讓其無(wú)法離開(kāi)。目前已經(jīng)有很多辦法來(lái)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。再比如為了降低半導(dǎo)體器件的功耗、提升可靠性，華為和科學(xué)家合作，分析半導(dǎo)體器件中的熱機(jī)理，以嘗試構(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。

未來(lái)，物質(zhì)的特性能不能通過(guò)計(jì)算預(yù)測(cè)出來(lái)，而不用靠漫長(zhǎng)的試驗(yàn)來(lái)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(wàn)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(guò)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(guò)計(jì)算，發(fā)現(xiàn)了十氫化釷在85萬(wàn)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。

二是不斷擴(kuò)展感知世界和感知自身的能力，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。

大自然通過(guò)百萬(wàn)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(jué)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，或可對(duì)自動(dòng)駕駛汽車有所啟發(fā);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。

除了拓展對(duì)外部世界的感知，我們未來(lái)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(méi)有系統(tǒng)地、便捷而又低成本地發(fā)展起來(lái)，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(guò)發(fā)展新的傳感器，將來(lái)可能實(shí)時(shí)、無(wú)感知地測(cè)量血壓、血糖、心電等重要的健康參數(shù);通過(guò)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(lái)有可能用思考來(lái)交流和工作、用思考來(lái)開(kāi)車和娛樂(lè)。

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(wèn)題、創(chuàng)造價(jià)值。

信息領(lǐng)域經(jīng)過(guò)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，但這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是盡頭。例如在通信上，隨著未來(lái)的通信系統(tǒng)不斷走向高頻、高速，將面臨越來(lái)越多的非線性信道和非線性器件帶來(lái)的問(wèn)題，能否從傳統(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(lái)的應(yīng)用?在AI上，隨著應(yīng)用的不斷拓展，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(wèn)題，同時(shí)還有很大的能效挑戰(zhàn)，能否超越統(tǒng)計(jì)和相關(guān)計(jì)算模式，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(lái)實(shí)現(xiàn)大算力，例如3000萬(wàn)W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(wàn)倍。從這個(gè)角度看，發(fā)展適應(yīng)性與高效性計(jì)算模式，創(chuàng)造新架構(gòu)與新部件的重要性顯而易見(jiàn)，而非受限于傳統(tǒng)的可計(jì)算性理論以及馮·諾依曼架構(gòu)。

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(wú)處不在的機(jī)器。

將來(lái)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)4TB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。

這些挑戰(zhàn)并非無(wú)法應(yīng)對(duì)。例如在理論上，如果假設(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(lái)如果能做出高重頻阿秒激光器，甚至可能產(chǎn)生百萬(wàn)T的流量。這些技術(shù)若能嫁接到無(wú)線和光領(lǐng)域，有可能成千上萬(wàn)倍提升通信性能。

創(chuàng)造未來(lái)：向基礎(chǔ)研究尋求答案

華為將創(chuàng)新分成前后相關(guān)、環(huán)環(huán)相扣的五個(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(lái)，我們要敢于向前端基礎(chǔ)研究尋求答案。”周紅強(qiáng)調(diào)。實(shí)際上，華為一直以來(lái)也是這么做的。過(guò)去十年，其累計(jì)投入的研發(fā)費(fèi)用超過(guò)8450億元人民幣;在其中有10%~20%以上作為戰(zhàn)略費(fèi)用，投入到前沿和基礎(chǔ)技術(shù)研究。2021年，華為研發(fā)投入再創(chuàng)新高，達(dá)到1427億元人民幣，占全年總收入的22.4%。

而在具體方法上，除了支持以科學(xué)家興趣驅(qū)動(dòng)的“波爾象限”創(chuàng)新外，華為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——“巴斯德象限”是曾在美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)主席顧問(wèn)委員會(huì)工作、時(shí)任普林斯頓大學(xué)教授的唐納德·E·司托克斯，在1997年出版的《基礎(chǔ)科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新：巴斯德象限》中提出的一個(gè)概念，他認(rèn)為基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究并非對(duì)立關(guān)系，在某種程度上可以交錯(cuò)融合，甚至應(yīng)用研究可以啟發(fā)基礎(chǔ)研究。

圍繞四大假設(shè)與愿景，聚焦“巴斯德象限”，華為還提煉出面向未來(lái)可以重點(diǎn)考慮的兩個(gè)基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題，以及八個(gè)前沿技術(shù)挑戰(zhàn)。例如機(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;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。

“我們希望用世界級(jí)的難題，吸引世界級(jí)的人才，來(lái)共同迎接挑戰(zhàn)，推動(dòng)科學(xué)和技術(shù)上的進(jìn)步。”華為輪值董事長(zhǎng)胡厚崑在大會(huì)發(fā)言中這樣闡述道。

4月25日，華為再一次通過(guò)包括華為招聘專網(wǎng)的多個(gè)渠道發(fā)出召集令，面向全球招募天才少年。借此機(jī)會(huì)，他也向外界透露了招募天才少年的標(biāo)準(zhǔn)——不分國(guó)籍、不分專業(yè)、也不限院校，“只要對(duì)未來(lái)有夢(mèng)想，相信自己有能力，就大膽的來(lái)吧”。對(duì)于少年天才，華為將提供世界上最難的課題、強(qiáng)大的平臺(tái)和充足的資源，支持他們?nèi)ヌ剿鳎匠攴矫鎸?ldquo;5倍于基數(shù)”。

“天才少年”，是華為創(chuàng)始人、總裁任正非在2019年發(fā)起的，用頂級(jí)挑戰(zhàn)和頂級(jí)薪酬去吸引頂尖人才的項(xiàng)目。在2021年年報(bào)發(fā)布會(huì)上，時(shí)任華為輪值董事長(zhǎng)的郭平透露，過(guò)去兩年華為招聘了約2.6萬(wàn)名應(yīng)屆畢業(yè)生，其中就包括了300名天才少年。

未來(lái)學(xué)家尼古拉斯·尼葛洛龐帝曾說(shuō)過(guò)，“預(yù)測(cè)未來(lái)的最好辦法就是把它創(chuàng)造出來(lái)”。大膽假設(shè)、向基礎(chǔ)研究尋求答案，并以此為基礎(chǔ)匯聚眾智、積極創(chuàng)新，我們終將穿過(guò)科技發(fā)展的“黑障區(qū)”，采摘下更為豐碩的“果實(shí)”。

關(guān)鍵詞： 涂上潤(rùn)滑油 虛實(shí)融合對(duì)于感知 信息革命 科技的每一次大發(fā)展