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如何有質(zhì)量地活下來?華為拋出“10大科技難題”
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。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?
周紅認(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),例如螞蟻的大腦一般只有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。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,如果按照原始簡單算法,復(fù)雜度是n的3次方,1969年德國數(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)?
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,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?
周紅表示,為了打通科學(xué)假設(shè)與商業(yè)愿景,華為把創(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。
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)。
兩個(gè)基礎(chǔ)科學(xué)問題是:
認(rèn)知世界: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?
認(rèn)知自身:如何理解人體的生理學(xué)模型,八大子系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制,以及人的意圖和智能?
八個(gè)前沿技術(shù)挑戰(zhàn)包括:
新接口,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;
新健康,如何連續(xù)、無感知地測量人的血壓、血糖和心電,能否通過AI強(qiáng)人工智能幫助發(fā)明新的化學(xué)藥、生物藥和疫苗;
新軟件,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;
新通信,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;
新計(jì)算,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;
新材料,如何通過AI幫助發(fā)明新的分子、催化劑和器件;
新制造,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;
新能源,如何發(fā)展出安全、高效的能源轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)能,提供按需服務(wù)。
- 責(zé)任編輯: 周昊 
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