人工智能十大领域最新成果（人工智能十大科技应用）
人工智能十大领域最新成果（人工智能十大科技应用）时间：2022-05-1918:23:02作者：writer001阅读：
分享到：「人工智能」“当红不让”
要说最近几年最火热的“风口”，那一定是非“人工智能”莫属了，打开淘宝、抖音、微信、京东等软件，会发现智能推荐、搜索、语音转文字等人工智能的应用场景，可以说「人工智能」已经在生活中无处不在。
除了日常生活，数字经济时代，人工智能技术及产品在企业设计、生产、营销等多个环节中均有渗透且成熟度不断提升，AI应用从消费、互联网等泛C端领域，向制造、电力等传统行业辐射。
中国在2017年发布《新一代人工智能发展规划》，「人工智能」首次纳入国家战略规划，此后连续几年将“人工智能”写入《政府工作报告》。
根据2017年国务院印发的《新一代人工智能发展规划》，到2030年，人工智能核心产业规模超过1万亿元，带动相关产业规模超过10万亿元。3月，国务院发布的2022年政府工作报告指出，加快发展工业互联网，促进数字经济发展，培育壮大集成电路、人工智能等数字产业，提升关键软硬件技术创新和供给能力。
艾瑞咨询绘制中国人工智能产业图谱
那么中国目前在「人工智能」领域都取得了哪些成果呢?今天就带大家了解这些“黑科技”。
AI芯片
“无芯片不AI”,以AI芯片为载体实现的算力是人工智能发展水平的重要衡量标准。
2021年《“十四五”规划纲要和2035年远景目标纲要》指出，“十四五”期间，我国新一代人工智能产业将聚焦高端芯片等关键领域。从国家战略高度为人工智能芯片行业建立了优良的政策环境。
随着大算力中心的增加以及终端应用的逐步落地，中国AI芯片需求也持续上涨。2021年疫情缓解，市场回暖，产生较大增幅;类脑等新型芯片预计最早于2023年进入量产，因此2024及2025年或有较大增长，预计市场规模将于2025年达到1740亿元。
AI芯片在低功耗的同时处理大量数据，算力达到了传统芯片的1000倍。
中国企业如今已经是AI芯片领域最积极的参与者之一，目前AI芯片申请数量最多的国家分别是美国和中国，占比分别达到了37%和36%。
但是就当前市场的产能来看，纯国产品牌的芯片只占8%，国产芯片任重道远。
下图为中国人工智能芯片相关企业的融资情况，其中是否能有后起之秀脱颖而出?我们拭目以待。
AI计算
国务院印发的《“十四五”数字经济发展规划》提出，推动智能计算中心有序发展，打造智能算力、通用算法和开发平台一体化的新型智能基础设施，提供体系化的人工智能服务。
2022年“东数西算”工程全面启动，此工程大家想必已经耳熟能详了。
“算力”是人工智能应用的基础，用于人工智能(AI)训练的计算复杂度每年增加10倍，这其中最有代表性的就是大型计算中心和智能云。
超级计算机“神威太湖之光”
根据IDC统计，我国智能算力增长迅速，占据全球市场40%左右的份额，成为算力快速增长的驱动力。目前我国AI服务器支出规模同比大幅增长44.5%，并首次超过美国位列全球第一。但是计算服务仍未跨出地方范畴，数据中心平均IT负载率仅为20%-30%，没有为中小企业真正提供普惠算力，有待提升。
国家超级计算郑州中心
国家超级计算中心
已经建成的国家超级计算中心有天津、广州、深圳、长沙、济南、无锡、郑州、昆山八大中心，高性能算力已经走在世界前列，2021年全球浮点运算能力前500名榜单中，我国占了174位，数量保持全球第一。
但从算力上看，美国以32.5%的算力排名第一，日本算力大幅升至20.7%、超过中国的17.5%、排名第二，单台超算的性能落后于美国和日本。
智能云
国际分析机构Canalys日前发布的2021年中国云计算市场报告显示，中国的云基础设施市场规模已达274亿美元，由阿里云、华为云、腾讯云和百度智能云组成的“中国四朵云”占据80%的中国云计算市场，稳居主导地位。
2021年我国云计算市场规模已超2300亿元，预计2023年将突破3000亿元。
应用案例：12306铁路购票网站通过混合云部署将查询业务分担到云端，在保证本地数据安全的同时，支撑起春运期间最高每秒40万次的查询需求。
目前云计算技术产品和服务供给能力仍然不足，面向特定行业领域的解决方案依然有限，未来的市场潜力巨大。
自主无人系统
2022年4月29日，清华大学发布《智能无人系统产业研究报告(2022版)》
北醒CEO李远博士在圆桌论坛现场也谈到：“我们的激光雷达除了在诸如一汽奔腾E01电动车等汽车领域装载，也服务于冬奥会专线地铁，三峡大坝等大交通领域。目前公司产品已经累计出货近100万台，在安全和可靠性上经过了考验。目前，我们最新研发的超高性能激光雷达服务高级别的自动驾驶，支持国家交通强国战略，探索智能无人系统产业的未来可能性。”
无人驾驶汽车
国内首个24小时服务的车路协同无人驾驶接驳巴士东风悦享Sharing-VAN“春笋号”，五一期间在武汉投入使用。
“春笋号”升级版Sharing-BUS
策克口岸全国首例AGV无人驾驶跨境运输，通过道路磁钉的引导完成运煤作业。
AGV车辆额定载荷为70吨，一次拉运2个集装箱，净载重64.4吨，油电混合动力驱动，重载速度为18公里/小时，空载速度为25公里/小时。易大宗浩通能源有限公司计划今年投入24辆AGV，年运输能力达到1000万吨。
AGV无人驾驶车辆
百度/小马智行在北京获准在北京市经济技术开发区60平方公里核心区内开展无人化Robotaxi自动驾驶出行服务的权利。
百度已拥有国内最大的无人驾驶车队，旗下的萝卜快跑已在北京、上海、广州、深圳等超大城市实现自动驾驶载人出行服务，成为了全球最大的自动驾驶出行服务商。
百度已拥有国内最大的无人驾驶车队
目前的“无人化”是取消了车辆主驾驶位的安全员，并移至副驾驶位。百度智能驾驶事业群副总裁魏东透露，“全无人”自动驾驶或在今年年底能够开放。
副驾驶安全员
随着高级别自动驾驶示范区“去安全员”无人化测试开放，无人驾驶汽车正在快速走进我们的生活。
还有美团的无人配送车，驰援疫情地区。
美团外卖无人配送车
无人机
民用无人机领域，大疆无人机独领风骚，占据全球八成市场。
大疆无人机
智能工厂
“未来工厂”是数字化、智能化的工厂。
无人智能仓库
智库智能的托盘仓储机器人在立体化的货架上奔忙，通过智能调度平台，与运出运入的AGV叉车“无缝对接”，从入库到出库全流程“无人”。
京东亚洲一号仓库
去年双十一期间，京东物流武汉亚洲一号智能物流园区内，350余台智能分拣机器人正在分拣货物。
时刻关注工厂设备运行状况
预测性维护
通过人工智能系统，从车间到总裁办公室，全面了解工厂设备运行状态，消除系统风险。提前发现早期故障，减少计划设备维护时间，同时及时维护，还能延长设备寿命。
坐在办公室内就可以了解所有设备状态
智慧医疗
医疗服务质量的好坏，直接影响了居民的生活幸福指数。面对人口老龄化、慢性病增加、医疗资源分布不均、医疗人才缺失、公共卫生突发事件等问题，智慧医疗应运而生。
智慧医疗是医疗信息化最新发展阶段的产物，是5G、云计算、大数据、AR/VR、人工智能等技术与医疗行业进行深度融合的结果，是互联网医疗的演进。
华西医院智能自助挂号机
医疗信息化，比如医院的自助挂号缴费机器、电子病历等，后来再发展到互联网医院，比如阿里、腾讯等互联网公司布局的AI医疗体系。
而在5G、人工智能等新兴技术的推动下，医疗信息化正式迈入了“智慧医疗”时代。
针对智慧医院，国家卫健委曾经明确指出过它的三大工作范围，分别是：面向医务人员的“智慧医疗”、面向患者的“智慧服务”、面向医院管理的“智慧管理”。
疫情期间专家为雷神山医院重症患者“云会诊”
高效、高质量和可负担的智慧医疗不但可以有效提高医疗质量，更可以有效阻止医疗费用的攀升。在不同医疗机构间，建起医疗信息整合平台，将医院之间的业务流程进行整合，医疗信息和资源可以共享和交换，跨医疗机构也可以进行在线预约和双向转诊，这使得“小病在社区，大病进医院，康复回社区”的居民就诊就医模式成为现实，从而大幅提升了医疗资源的合理化分配，真正做到以病人为中心。
智慧城市(城市数字化)
城市数字化转型是在城市传统基础设施转型升级及“新基建”基础上，进一步触及城市治理、社会服务、产业经济、创新保障、低碳发展等核心业务，推动城市运营模式创新的数字化、智能化、系统化、高质量转型，其最终目标是构建以城市为单位的数字化组织。
2021城市数字化百强榜，数据来源：赛迪顾问
智慧城市，具体有哪些应用呢？
1、智慧公共服务，就业、医疗、文化、安居等专业性应用系统建设，提升城市运行效率和公共服务水平，例如就业系统、社保系统、数字化图审系统等。
2、智慧城市综合体，视觉采集和识别、各类传感器、无线定位系统、RFID、条码识别、视觉标签等顶尖技术，收集城市信息，将数据可视化规范化，让管理者可视化管理城市，例如道路交通实时路况。
交警指挥中心来源：中国吉林网
3、智慧社区，将门禁系统、监控系统、梯控系统、安保系统、物业系统等融为一体，从而形成基于信息化、智能化社会管理与服务的一种新型管理形态的社区。例如常见的楼宇对讲。
智慧城市涉及的面非常广泛，比如近日长沙市政府对外2022长沙市“新型智慧城市建设场景清单”。包括193个智慧城市应用场景（项目），预计总投资52.5亿元，涉及精细治理、惠民服务、基础支撑、生态宜居、产业经济等多个领域。
智慧金融
智慧金融领域最典型的三种案例分别是智慧银行、智能投顾、消费金融。
智慧银行
这个大家都很熟悉，现在几乎所有的银行都在推广自己的手机银行APP，智慧门户是智慧银行的支撑平台。同时，线下也布局智能化网点，实现智能联网排队、智能填单、精准营销、智能互动、电子大堂、掌上大堂、辅助决策等多功能。
工商银行的5G智慧银行
智能投顾
其实就是“机器人理财”，是将人工智能导入传统的理财顾问服务，依据需求者设定的投资目的及风险承受度，透过计算机程序的算法，提供自动化的投资组合建议。
消费金融
这个大家就更熟悉了，支付宝里的花呗就是其中之一，但消费金融公司还有许多，下图是2021年29家消费金融公司的业绩。(蚂蚁消费金融于2021年6月成立，自开业以来逐渐承接蚂蚁集团旗下小贷公司中符合监管规定的消费信贷业务，自2021年11月起，“花呗”已成为蚂蚁消费金融的的专属消费信贷品牌。)
来源：界面新闻
智能安防
智能安防与智能家居互有重叠，这里单独从中摘出智能安防，是因为智能安防在智能家居中是目前需求最高产品。
据权威机构发布的数据显示，从中国智能家居产品用户需求度情况来看，家庭安防是用户需求度最高的智能家居产品，需求度高达92%。
安全问题，不管是城市还是农村，人们都舍得在安全问题上投入，而且相对来说性价比也最高。据公安部统计，每年因入室盗窃造成的家庭损失高达11300亿元。
人工智能植入安防系统后，使得原本的监控系统变得更加实用便捷。
智能摄像头
摄像头除了像素竞争，是否具备视频通话的功能、环境感知的功能、物体识别、行为识别功能会逐渐成为家用摄像头“智能”与“智障”的分水岭，人工智能技术可以让摄像头不仅仅提供拍摄的功能，发现、识别、验证、拍摄、传输，一步到位。
家用可视频通话监控摄像头
智能门锁
除了摄像头，智能门锁是另一员“大将”。智能门锁实现了与家居安防、安保物业、社区安保等的联动，真正诠释了物联网“万物互通连接一切”的本质。
智能锁通过人脸识别、远程可视、智能门锁的联动防御，可做到人脸识别的一体化，精准、快速、高效地进行人脸识别，真正的做到无感知通行。而智能门锁连接的多功能报警器则可以连接社区物业平台与公安系统，全方位为用户提供一个安全、舒适的家庭环境。
2022年5月17日，OPPO发布了首款智能门锁，可见各大智能厂商也都已经盯上了这块“肥肉”。
OPPO刚刚发布的智能门锁售价1999元
从企业布局情况来看，除了以海康威视、大华股份为代表的传统安防巨头积极推动安防产品智能化转型外，互联网企业、家电企业和3C企业也纷纷布局智能安防市场。
AI虚拟人
大家还记得北京冬奥会上惊艳全场的“虚拟冰冰”吗?
虚拟：冰冰
这个“冰冰”是采用了科大讯飞最新语音合成、AI口唇表情驱动、定制3D虚拟形象等多项人工智能技术，虚拟人不仅拥有媲美真人的立体化身形，声音、语气、肢体动作，同时还有着外表、行为、交互等多重人类特征，还支持东北话、英语等31种语言及方言。
阿里巴巴的数字人“冬冬”
冬奥期间，阿里巴巴全球科研机构达摩院还推出了首个会智能互动的数字人冬奥宣推官——冬冬。
冬冬在淘宝“带货”
为了服务中国2700万听障人士，“百度智能云曦灵”团队，打造了这个虚拟人AI手语主播可以实现快速准确的手语翻译。
央视主持人朱广权和AI虚拟人手语主播PK
还有之前在抖音火爆全网的虚拟美妆达人“柳夜熙”，形象与真人相差无几，她拥有清晰精致的五官，第一条视频就获赞超过300万，涨粉百万，立刻登上了热搜。
虚拟美妆达人“柳夜熙”
虚拟美妆达人“柳夜熙”
国外“虚拟人”公司的底层技术相对发展较快，在CG、驱动等方面更具优势，而国内虚拟人更加多元化，在触达用户的广度上更具优势。随着“元宇宙”场景的日益拓展，“虚拟人”会更加商业化，未来将延伸到更多产业。
AI互联网生活
正如文章开头说过的，AI互联网时代，我们生活中处处都是移动互联网的痕迹，比如你正在打开的“今日头条”，他正在按照AI算法给你推送你想看的内容，包括我写的这篇文章。
如今，手机俨然已经成为了人类的“外延器官”。而AI+互联网正借助手机和其他智能产品，渗透到你身体和精神的每一个角落。
AI伴随你的一天
清晨，你伴随着智能音响“天猫精灵”准时为你播放的音乐缓缓醒来，播放的音乐是按照你收听喜好智能推送的“抖音”上最热新曲。
你抬起胳膊解下“华为智能腕表”去洗漱，一边打开手机，上面显示的是通过手表收集的你昨晚的睡眠状况。
洗漱后你来到厨房，按照预定时间，智能电饭煲里已经按照你的口味，将你提前放入的食材加工好了，你一边吃饭一边打开“今日头条”，上面推送了最新要闻和你偏爱的文章。
早饭后，你下楼开上自己的小车，百度地图自动为你开启导航模式，选择了最优路线，规避事故拥堵路段。
到公司楼下了，钉钉自动考勤打卡，你来到工位，打开电脑登录各种办公软件，开始了一天忙碌的工作。
中午12点，你在美团上提前订的外卖送到了，你一边吃着美味的午餐一边刷着快手视频，度过你放松的午间。
晚上下班路上，你开车回家，通过远程控制，家里的智能空调已经提前为你打开。而与此同时你定的蔬菜鲜果已经在配送的路上了，App上你能实时看到配送路线。
晚饭后，你打开电视，使用手机投屏，跟随健美操视频跳一曲《本草纲目》。
夜深了，智能音响为你特别精选了睡前音乐和睡前故事，美好的一天就这样结束了。
人工智能可能正是打开下一次工业革命的钥匙，属于人工智能的时代正“扑面而来”，我们无法逃避，那就好好利用，好好享受其中吧。
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2020年11月30日，Google旗下DeepMind公司的AlphaFold2人工智能系统在第14届国际蛋白质结构预测竞赛（CASP）中取得桂冠，在评估中的总体中位数得分达到了92.4分，其准确性可以与使用冷冻电子显微镜（CryoEM）、核磁共振或X射线晶体学等实验技术解析的蛋白质3D结构相媲美，有史以来首次把蛋白质结构预测任务做到了基本接近实用的水平。
《自然》杂志评论认为，AlphaFold2算法解决了困扰生物界“50年来的大问题”。
蛋白质折叠
相关链接：https://deepmind.com/blog/article/alphafold-a-solution-to-a-50-year-old-grand-challenge-in-biology
03
分子动力学
进展3：深度势能分子动力学研究获得戈登·贝尔奖
2020年11月19日，在美国亚特兰大举行的国际超级计算大会SC20上，包括智源学者王涵（北京应用物理与计算数学研究院）在内的“深度势能”团队，获得了国际高性能计算应用领域最高奖项“戈登·贝尔奖”。“戈登·贝尔奖”设立于1987年，由美国计算机协会（ACM）颁发，被誉为“计算应用领域的诺贝尔奖”。
该团队研究的“分子动力学”，结合了分子建模、机器学习和高性能计算相关方法，能够将第一性原理精度分子动力学模拟规模扩展到1亿原子，同时计算效率相比此前人类最好水平提升1000倍以上，极大地提升了人类使用计算机模拟客观物理世界的能力。美国计算机协会（ACM）评价道，基于深度学习的分子动力学模拟通过机器学习和大规模并行的方法，将精确的物理建模带入了更大尺度的材料模拟中，将来有望为力学、化学、材料、生物乃至工程领域解决实际问题(如大分子药物开发)发挥更大作用。
论文地址：https://arxiv.org/abs/2005.00223
04
薛定谔方程
进展4：DeepMind等用深度神经网络求解薛定谔方程，促进量子化学发展
作为量子力学的基本方程之一，薛定谔方程提出已经有90多年的时间，但如何精确求解薛定谔方程，却一直困扰着许多科学家。
DeepMind开发的费米神经网络（Fermionicneuralnetworks，简称FermiNet）来近似计算薛定谔方程，为深度学习在量子化学领域的发展奠定了基础，2020年10月，DeepMind开源了FermiNet，相关论文发表在物理学期刊PhysicalReviewResearch上。FermiNet是利用深度学习来从第一性原理计算原子和分子能量的尝试，在精度和准确性上都满足科研标准，且是目前在相关领域中较为精准的神经网络模型。
FermiNet示意图
另外，2020年9月，德国柏林自由大学的几位科学家也提出了一种新的深度学习波函数拟设方法，它可以获得电子薛定谔方程的近乎精确解，相关研究发表在NatureChemistry上。该类研究所展现的，不仅是深度学习在解决某一特定科学问题过程中的应用，也是深度学习能在生物、化学、材料以及医药领域等各领域科研中被广泛应用的一个远大前景。
论文地址：https://deepmind.com/blog/article/FermiNet
05
视皮层打印
进展5：美国贝勒医学院通过动态颅内电刺激实现高效“视皮层打印”
对于全球4000多万盲人来说，重见光明是一个遥不可及的梦想。2020年5月，美国贝勒医学院的研究者利用动态颅内电刺激新技术，用植入的微电极阵列构成视觉假体，在人类初级视皮层绘制W、S和Z等字母的形状，成功地能够让盲人“看见”了这些字母。
结合马斯克创办的脑机接口公司Neuralink发布的高带宽、全植入式脑机接口系统，下一代视觉假体有可能精准刺激大脑初级视觉皮层的每一个神经元，帮助盲人“看见”更复杂的信息，实现他们看清世界的梦想。
论文地址：https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.04.033
06
类脑计算完备性
进展6：清华大学首次提出类脑计算完备性概念及计算系统层次结构
2020年10月，包括智源学者张悠慧、李国齐、宋森等在内的清华大学研究团队首次提出“类脑计算完备性”概念以及软硬件去耦合的类脑计算系统层次结构，通过理论论证与原型实验证明该类系统的硬件完备性与编译可行性，扩展了类脑计算系统应用范围使之能支持通用计算。
该研究成果发表在2020年10月14日的《自然》（Nature）期刊。《自然》周刊评论认为，“‘完备性’新概念推动了类脑计算”，对于类脑系统存在的软硬件紧耦合问题而言这是“一个突破性方案”。
论文地址：https://www.nature.com/articles/s41586-020-2782-y
07
神经网络高速训练系统
进展7：北京大学首次实现基于相变存储器的神经网络高速训练系统
2020年12月，智源学者、北京大学杨玉超团队提出并实现了一种基于相变存储器（PCM）电导随机性的神经网络高速训练系统，有效地缓解了人工神经网络训练过程中时间、能量开销巨大并难以在片上实现的问题。
该系统在误差直接回传算法（DFA）的基础上进行改进，利用PCM电导的随机性自然地产生传播误差的随机权重，有效降低了系统的硬件开销以及训练过程中的时间、能量消耗。该系统在大型卷积神经网络的训练过程中表现优异，为人工神经网络在终端平台上的应用以及片上训练的实现提供了新的方向。该文章发表在微电子领域的顶级会议IEDM2020上。
文章：YingmingLu,XiLi,LonghaoYan,TengZhang,YuchaoYang*,ZhitangSong*,andRuHuang*,AcceleratedLocalTrainingofCNNsbyOptimizedDirectFeedbackAlignmentBasedonStochasticityof4MbC-dopedGe2Sb2Te5PCMChipin40nmNode.IEDMTech.Dig.36.3,2020.
08
19个类脑神经元实现自动驾驶
进展8：MIT仅用19个类脑神经元实现控制自动驾驶汽车
受秀丽隐杆线虫等小型动物脑的启发，来自MIT计算机科学与人工智能实验室（CSAIL）、维也纳工业大学、奥地利科技学院的团队仅用19个类脑神经元就实现了控制自动驾驶汽车，而常规的深度神经网络则需要数百万神经元。此外，这一神经网络能够模仿学习，具有扩展到仓库的自动化机器人等应用场景的潜力。这一研究成果已发表在2020年10月13日的《自然》杂志子刊《自然·机器智能》（NatureMachineIntelligence）上。
09
全新无监督表征学习算法
进展9：Google与Facebook团队分别提出全新无监督表征学习算法
2020年初，Google与Facebook分别提出SimCLR与MoCo两个算法，均能够在无标注数据上学习图像数据表征。两个算法背后的框架都是对比学习（contrastivelearning）。对比学习的核心训练信号是图片的“可区分性”。
模型需要区分两个输入是来自于同一图片的不同视角，还是来自完全不同的两张图片的输入。这个任务不需要人类标注，因此可以使用大量无标签数据进行训练。尽管Google和FaceBook的两个工作对很多训练的细节问题进行了不同的处理，但它们都表明，无监督学习模型可以接近甚至达到有监督模型的效果。
SimCLR框架示意图
论文地址：https://ai.googleblog.com/2020/04/advancing-self-supervised-and-semi.html
10
无偏公平排序模型
进展10：康奈尔大学提出无偏公平排序模型，可缓解检索排名的马太效应问题
近年来，检索的公平性和基于反事实学习的检索和推荐模型已经成为信息检索领域重要的研究方向，相关的研究成果已经被广泛应用于点击数据纠偏、模型离线评价等，部分技术已经落地于阿里和华为等公司的推荐及搜索产品中。
2020年7月，康奈尔大学ThorstenJoachims教授团队发表了公平无偏的排序学习模型FairCo，一举夺得了国际信息检索领域顶会SIGIR2020最佳论文奖。该研究分析了当前排序模型普遍存在的位置偏差、排序公平性以及物品曝光的马太效应问题等，基于反事实学习技术提出了具有公平性约束的相关度无偏估计方法，并实现了排序性能的提升，受到了业界的广泛关注和好评。
论文地址：https://arxiv.org/abs/2005.14713
2021人工智能十大趋势
在12月31日，智源研究院发布了2020年十大AI进展。新的一年，人工智能又将走向何处？
2021年开年，全体智源学者经过深入研讨，从人工智能的基础理论、算法、类脑计算、算力支撑等方面进行预测，提出2021年人工智能十大技术趋势，共同展望人工智能的未来发展方向。
我们相信，随着人工智能技术的逐渐成熟，将能够更好地帮助人类应对后疫情时代的各种不确定性，助力构建充满希望与变化的世界。
趋势1：科学计算中的数据与机理融合建模
趋势2：深度学习理论迎来整合与突破
趋势3：机器学习向分布式隐私保护方向演进
趋势4：大规模自监督预训练方法进一步发展
趋势5：基于因果学习的信息检索模型与系统成为重要发展方向
趋势6：类脑计算系统从“专用”向“通用”逐步演进
趋势7：类脑计算从散点独立研究向多点迭代发展迈进
趋势8：神经形态硬件特性得到进一步的发掘并用于实现更为先进的智能系统
趋势9：人工智能从脑结构启发走向结构与功能启发并重
趋势10：人工智能计算中心成为智能化时代的关键基础设施
趋势1：科学计算中的数据与机理融合建模
机器学习与科学计算的结合，即数据和机理的融合计算，为科学研究提供了新的手段和范式，成为了前沿计算的典型代表。从机理出发的建模以基本物理规律为出发点进行演绎，追求简洁与美的表达；从数据出发的建模从数据中总结规律，追求在实践中的应用效果。这两方面的建模方法都在科学史中发挥了重要作用。
近年来，科学计算发展的一个重要趋势是由单纯基于机理或数据的范式向数据与机理的融合建模与计算发展。众多前沿科学领域中的许多重要问题常常涉及多个发生在不同时空尺度上相互耦合的物理过程，具有高度的各向异性、奇异性、非均匀性以及不确定性等特征。人类只能知道部分原理和数据，此时机理与数据结合的方式将成为研究这些问题的有力手段。
趋势2：深度学习理论迎来整合与突破
深度学习在应用领域取得了令人瞩目的成功，但其理论基础仍十分薄弱，研究者对深度学习为何表现出比传统机器学习方法更优越的性能背后存在的机理尚不清楚。深度学习的理论分析需要从数学、统计和计算的不同角度，以及表示能力、泛化能力、算法收敛性和稳定性等多个方面进行探索和创新。当前对深度学习理论碎片式的理解，将进一步迎来整合与突破，从对浅层网络和局部性质的理解向深度网络和全局性质不断深化，最终能够完整解答关于深度学习能力与极限的重大理论问题。
趋势3：机器学习向分布式隐私保护方向演进
当前，全球多个国家和地区已出台数据监管法规，如HIPAA（美国健康保险便利和责任法案）、GDPR（欧盟通用数据保护条例）等，通过严格的法规限制多机构间隐私数据的交互。分布式隐私保护机器学习通过加密、分布式存储等方式保护机器学习模型训练的输入数据，是打破数据孤岛、完成多机构联合训练建模的可行方案。
趋势4：大规模自监督预训练方法进一步发展
GPT-3的出现激发了研究人员在视觉等更广泛的范围内，对大规模自监督预训练方法继续开展探索和研究，未来，基于大规模图像、语音、视频等多模态数据，以及跨语言的自监督预训练模型将进一步发展，研究人员也将持续探索解决当前大规模自监督预训练模型不具有认知能力等问题的方法。
趋势5：基于因果学习的信息检索模型与系统成为重要发展方向
人工智能算法是推荐系统、搜索引擎等智能信息检索系统的核心技术，深刻地影响着亿万互联网产品用户的工作和生活。当前基于人工智能算法的信息检索模型大多关注给定数据中变量间相关性的建立，而相关性与更为本源的因果关系并不等价，导致当前信息检索的结果存在较为严重的偏差，对抗攻击的能力不佳，且模型往往缺乏可解释性。
为了实现真正智能化的信息检索系统，基于因果学习的检索模型是必然要迈过的一道坎。因果学习能够识别信息检索中变量间的因果关系，厘清事物发展变化的前因后果，全面认识用户需求和检索方法的本质，修正检索模型中的偏差，提升检索系统的可解释性、可操作性和可溯源性。
趋势6：类脑计算系统从“专用”向“通用”逐步演进
以类脑计算芯片为核心的各种类脑计算系统，在处理某些智能问题以及低功耗智能计算方面正逐步展露出优势。但从设计方法角度看，类脑芯片往往根据目标应用要求通过归纳法来确定其硬件功能与接口，并定制化工具链软件，导致软硬件紧耦合、目标应用范围受限等问题。
类脑计算芯片设计将从现有处理器的设计方法论及其发展历史中汲取灵感，在计算完备性理论基础上结合应用需求实现完备的硬件功能。同时类脑计算基础软件将整合已有类脑计算编程语言与框架，提出与具体芯片无关的高层次编程抽象与统一开发框架，针对目标芯片研发类脑计算编译优化与映射优化技术，实现类脑计算系统从“专用”向“通用”的逐步演进。
趋势7：类脑计算从散点独立研究向多点迭代发展迈进
类脑计算在诸多方面已经取得了大量基础性研究成果，但目前的研究仍呈现相对独立狭窄的纵向分布特点，尚未形成相互促进的横向贯通局面。未来的类脑计算将更加注重在单点独立研究的同时与其他层面研究的结合，推动类脑计算的基础理论算法、芯片硬件平台、评估测试基准、编程编译工具以及系统应用的相互协同和促进，构建更具全栈性的类脑计算迭代发展生态，进入良性前进的轨道。
趋势8：神经形态硬件特性得到进一步的发掘并用于实现更为先进的智能系统
新型神经形态器件，如RRAM（可变电阻式存储器）、PCM（相变存储器）等，目前已经在人工智能领域发挥了重大作用，基于这些器件构建的智能硬件系统已经能够有效地提升智能算法执行的速度和能效，并保持算法的性能。
然而当前大部分硬件智能系统仅仅利用了神经形态器件的部分特性，如非易失性、线性等，缺乏对器件更丰富特性，如易失性、非线性、随机性等特性的应用。通过对器件的全面探究，下一代智能系统将会把算法的各种需求同器件的丰富特性紧密结合起来，从而进一步拓展智能系统的功能和应用范围，提升系统的性能和效率。
趋势9：人工智能从脑结构启发走向结构与功能启发并重
脑启发的人工智能在强调对脑结构和神经形态模仿的同时，还需要了解人类神经元和神经回路的功能与机制。这是因为脑结构与脑功能并不存在简单的一一对应的关系，即类似的结构可能有着不同的功能。
例如，作为古老结构的海马体在人和动物的大脑上有着类似的结构，但是它们采用了不同的记忆编码方式。动物的海马体在编码记忆时，采用的是“模式分离”的方式，即神经元形成不同的神经元群组来存储记忆，以避免记忆的混淆。但是，人类的海马体则采用了“概念和联想”的编码方式，即同样的一组神经元可以储存多个不同的记忆。人类这种独特的记忆编码方式可能是人类智能脱颖而出的一个关键因素，有助于解释人类相比于其它物种所具备的独特的认知能力，如人类的抽象思维能力和创造性思维能力。
趋势10：人工智能计算中心成为智能化时代的关键基础设施
近年来，人工智能对算力的需求迅猛增长，并成为最重要的计算算力资源需求之一。AI计算是智能时代发展的核心动力，以人工智能算力为主的人工智能计算中心应运而生。
人工智能计算中心基于最新人工智能理论，采用领先的人工智能计算架构，是融合公共算力服务、数据开放共享、智能生态建设、产业创新聚集的“四位一体”综合平台，可提供算力、数据和算法等人工智能全栈能力，是人工智能快速发展和应用所依托的新型算力基础设施。未来，随着智能化社会的不断发展，人工智能计算中心将成为关键的信息基础设施，推动数字经济与传统产业深度融合，加速产业转型升级，促进经济高质量发展。
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