Huawei Global Analyst 2021: Ce pași trebuie să urmăm pentru o lume inteligentă în 2021. Viziunea lui William Xu, președintele Institutului de Cercetare Huawei

La Summitul Huawei Global Analyst 2021, directorul consiliului de administrație și președintele Institutului de cercetare strategică Huawei, William Xu, a împărtășit viziunea companiei pentru o lume inteligentă în 2030, subliniind cele nouă provocări tehnologice și direcțiile de cercetare care vor contribui la realizarea ei.

Cheia acestei viziuni este o mai mare colaborare între industrii, mediul academic și instituțiile de cercetare, alături de o abordare deschisă, incluzivă și colaborativă a inovației, care dezvăluie întregul potențial al creativității umane pentru a aborda provocările cu care ne confruntăm cu toții.

Cu toții am avut un an dificil, în care ne-am confruntat cu multe noi provocări din cauza pandemiei. Acum ne uităm la începutul unui nou deceniu care va aduce multe incertitudini, dar și oportunități noi. De asemenea, industria TIC se va confrunta cu noi provocări și va trebui să facă noi descoperiri.

Populația și energia stau la baza bunăstării societății noastre

Un raport al ONU arată că, până în 2030, populația globală va ajunge la 8,6 miliarde, dintre care peste 12% vor avea 65 de ani sau mai mult. Procentul persoanelor cu vârsta de 25 de ani sau mai mică este, de asemenea, în scădere. Populația în vârstă și lipsa forței de muncă împiedică progresul social. Există o nevoie tot mai mare de soluții care nu numai că prelungesc viața, ci și îmbunătățesc calitatea vieții și asigură demnitatea în timpul îngrijirii la sfârșitul vieții.

Consumul global de energie crește simultan cu o rată anuală de 1,7%. Consumul de energie a crescut de 22 de ori începând cu secolul al XVIII-lea. În prezent, 85% din energie provine din combustibili fosili. Sustenabilitatea energetică este o provocare descurajantă cu care ne confruntăm pe toți.

Calea către durabilitate: cu emisii reduse de carbon, electrică și inteligentă

Energia cu emisii reduse de carbon, electrificarea mai largă a industriilor și inteligența reprezintă calea către sustenabilitate.

Până în 2030, mai mult de 50% din toată energia va proveni din surse regenerabile, mai mult de 50% din mașinile vândute vor fi electrice și mai mult de 18% din case vor avea roboți inteligenți. Prin împuternicirea unei game largi de industrii, TIC are potențialul de a reduce emisiile globale de carbon cu 20% în următorul deceniu.

Avem multe așteptări pentru viitor care ne vor impune să ne depășim limitele.

Sperăm să putem depăși limitele biologice ale percepției. Acum camerele telefonice au obținut zoom de 100x, dar există încă un decalaj uriaș între capacitățile camerei și ceea ce vedem că realizează animalele în lumea naturală. De exemplu, păianjenii sunt mult mai buni la detectarea contururilor obiectelor și a mișcării și putem învăța de la ei să dezvoltăm camere care să îndeplinească cerințele conducerii autonome.

Sperăm să putem trece dincolo de inteligența biologică pe măsură ce dezvoltăm noi tehnologii de calcul. Deși acum avem multe aplicații AI, rețelele neuronale profunde sunt greu de antrenat și consumă cantități mari de energie. Nu pot îndeplini funcții la fel de eficient ca și creierul furnicilor. Creierul unei furnici consumă doar 0,2 mW de energie, dar poate procesa multe activități, cum ar fi cuibărirea, socializarea, lupta și hrănirea afidelor. Putem învăța de la astfel de creaturi să dezvoltăm AI, începând cu construirea de informații în scenarii simple.

Sperăm să depășim limitele fizice pentru a ne bucura de experiențe cu adevărat captivante. Rețelele 5G existente sunt departe de a putea oferi astfel de experiențe. Așadar, trebuie să oferim viteze de rețea mai mari și o latență mai mică pentru comunicații holografice în mărime naturală.

Lumea noastră este construită pe baza a trei piloni – materie, energie și informație. Împreună, ei determină modul în care funcționează lumea. Și din ele, ne putem da seama ce provocări viitoare ne vom confrunta. Materia este originea existenței; energia conduce mișcarea; iar informațiile determină conexiunile.

Până în 2030, vor exista sute de miliarde de conexiuni în întreaga lume. Vitezele de bandă largă de 10 Gbps vor fi disponibile pentru fiecare utilizator. Vom vedea o creștere de 100 de ori a puterii de calcul și a capacității de stocare. Peste 50% din energie va proveni din surse regenerabile. Tehnologiile care alimentează generarea, transmiterea, prelucrarea și utilizarea informațiilor și energiei vor trebui să evolueze.

Provocarea 1: definirea 5.5G pentru a susține sute de miliarde de conexiuni diverse

Prima provocare va fi conectarea tuturor lucrurilor. Pe lângă conectarea oamenilor, trebuie să conectăm și un număr masiv de lucruri. Cererile pentru aceste conexiuni vor fi foarte diverse.

Cele trei cazuri de utilizare definite de 5G nu sunt capabile să susțină unele dintre scenariile IoT mai diverse. De exemplu, aplicațiile IoT industriale necesită atât un număr masiv de conexiuni, cât și o lățime de bandă mare în sus. Deci, au nevoie de Uplink Centric Broadband Communication (UCBC) – un scenariu care se încadrează între eMBB și mMTC. Există un alt tip de aplicații care au nevoie de bandă ultra-largă, latență scăzută și fiabilitate ridicată. Acestea necesită comunicare în bandă largă în timp real (RTBC). Acesta este un scenariu care se încadrează între eMBB și URLLC. Colaborarea vehicul-drum în vehiculele conectate necesită atât capacități de comunicare, cât și capabilități. Deci, avem nevoie de un alt scenariu nou, comunicarea și detectarea armonizate (HCS).

5.5G trebuie să acopere aceste trei noi scenarii care nu sunt acoperite în prezent de 5G: UCBC, RTBC și HCS. Împreună ne vor duce dincolo de conexiunea cu tot, permițând o conexiune inteligentă a tuturor.

Provocarea 2: Optica la scară nano pentru o creștere exponențială a capacității fibrelor

Provocarea care împiedică conectivitatea 5G va sta în cantitatea conexiunilor noastre, în timp ce provocarea care împiedică conectivitatea fibrelor va sta în capacitatea fibrelor. Astăzi, o singură fibră poate suporta simultan 1 milion de fluxuri video 4K. În 2030, va trebui să poată sprijini 1 milion de oameni care interacționează în realitate mixtă. Aceasta înseamnă că, pentru ca capacitatea unei singure fibre să depășească 100 Tbps, va trebui să se extindă de zece ori.

Pe termen lung, va trebui, de asemenea, să cercetăm noi fibre și sisteme optice precum Space Division Multiplexing (SDM) pentru a crește capacitatea unei singure fibre de 100 de ori.

Provocarea 3: Optimizarea protocoalelor de rețea pentru a conecta toate lucrurile

Astăzi, rețelele noastre principale pot sprijini zeci de miliarde de conexiuni de consumatori. Până în 2030, vor trebui să susțină trilioane de conexiuni industriale. Acest lucru va aduce trei obstacole majore în protocoalele de rețea.

Primul va fi în realizarea unor rețele deterministe. Aceste rețele au nevoie de o latență deterministă garantată. Trebuie să folosim noi teorii și protocoale de calcul ale rețelei pentru a transforma latența de rețea cu cel mai bun efort pe care o avem astăzi într-o latență deterministă care poate fi calculată în avans.

Al doilea obstacol va fi în securitate. Când toate lucrurile sunt conectate, sistemele de securitate se vor confrunta cu provocări serioase. Un număr mare de dispozitive, cum ar fi dronele, camerele, dispozitivele de calcul de margine și senzorii, vor prezenta noi riscuri de securitate. Este timpul să dezvoltăm cadre și protocoale de securitate intrinseci, end-to-end.

Al treilea obstacol cu ​​care ne vom confrunta este flexibilitatea. Pe măsură ce crește varietatea cerințelor industriei, unele vor necesita adrese IP mai lungi, în timp ce altele vor necesita adrese mai scurte. Pentru a rezolva această problemă, va trebui să extindem adresele IP cu lungimi fixe și să dezvoltăm noi protocoale de internet care să prezinte flexibilitate semantică și de sintaxă.

Provocarea 4: Putere de calcul avansată suficient de puternică pentru lumea inteligentă

Dacă conectivitatea determin amploarea lumii inteligente, calculul va determina profunzimea acesteia.

În 2030, cererea de putere de calcul va crește de 100 de ori. În trecut, am vedea că performanța procesorului cu un singur nucleu crește cu aproximativ 50% în fiecare an. Dar acum, această rată a scăzut la 10%. De asemenea, constatăm că calculul cu scop general este foarte ineficient în unele domenii. Furnizarea unei puteri de calcul suficient de avansate va fi o provocare imensă.

Provocarea 5: Extragerea cunoștințelor din date masive pentru descoperiri în AI industrială

Lumea inteligentă nu va fi posibilă fără AI, așa că următoarea provocare este legată de fragmentarea aplicațiilor AI și de încrederea AI.

Cheia pentru abordarea problemei fragmentării va fi dezvoltarea de modele de AI de uz general. Sistemele AI de uz general pot fi realizate prin utilizarea unor cantități mari de date neetichetate și modele mai mari și trecerea de la învățarea supravegheată la învățarea auto-supravegheată. Realizarea de progrese în aceste domenii va fi esențială.

În plus, ar trebui să reunim AI și calculul științific. Acest lucru va ajuta, de asemenea, la soluționarea fragmentării aplicațiilor AI. AI va aduce noi abordări, metode și instrumente pentru calculul științific, în timp ce un sistem de calcul științific riguros va ajuta la inteligența artificială mult mai explicabilă.

Provocarea 6: Trecerea dincolo de arhitectura von Neumann pentru sisteme de stocare de 100x mai dense

A șasea provocare este stocarea. Capacitatea și performanța de stocare vor fi două probleme care trebuie abordate pentru viitoarele sisteme de stocare.

În primul rând, avem nevoie de o capacitate de stocare mult mai mare. Densitatea capacității va trebui să fie de 100 de ori mai mare decât cea pe care o avem în prezent. Mediile de stocare existente nu pot atinge acest nivel de densitate a capacității, deși datorită restricțiilor de proces și de consum de energie. Pentru a depăși acest obstacol de capacitate, vom avea nevoie de descoperiri în noile tehnologii, inclusiv tehnologii de calcul în memorie cu capacitate mare și cu latență redusă, tehnologii media cu capacitate foarte mare, cum ar fi stocarea ADN și stocarea optică de înaltă dimensiune și stocarea ultra-mare model spațial și tehnologii de codare.

În al doilea rând, vom avea nevoie și de performanțe de stocare îmbunătățite semnificativ. Pe măsură ce lățimea de bandă de acces a datelor a sistemelor de stocare crește de la TB la PB și latența de acces scade de la milisecunde la microsecunde, vom avea nevoie de densitate de performanță pentru a crește de 100 de ori peste ceea ce avem astăzi. Sub arhitectura von Neumann, datele trebuie transmise între procesoare, memorie și medii de stocare. Lățimile de bandă PCIe și DDR pe care le avem în prezent nu vor putea ține pasul cu creșterea performanței rețelei. Pentru a trece prin acest perete de performanță, va trebui să trecem peste arhitectura von Neumann și să ne îndepărtăm de stocarea centrată pe CPU și spre stocarea centrată pe memorie și date. De asemenea, va trebui să ne concentrăm mai mult pe migrația de calcul decât pe migrarea datelor.

Provocarea 7: Combinarea calculelor și a detectării pentru o experiență hiper-reală, multimodală

Provocarea numărul șapte este crearea unei experiențe de utilizator inspirate, care va face parte integrantă din lumea inteligentă. Acest tip de hiperrealitate va deveni realitate adevărată până în 2030.

Experiențele cu hiperrealitatea pot fi realizate atunci când lumea virtuală este perfect integrată cu lumea fizică și când lumea virtuală poate percepe și reda cu precizie lumea fizică în timp ce înțelege intenția utilizatorului în realitate mixtă.

Auzul, viziunea, atingerea și mirosul trebuie să fie toate integrate pentru a permite interacțiuni multi-modale între indivizi și sute de dispozitive de margine.

Pentru a atinge acest obiectiv, mediul utilizatorului integrat trebuie să funcționeze ca un super computer. Sunt necesari senzori multi-modali pentru a colecta și transmite limbajul, atingerea, percepția luminii, neuronale și alte tipuri de informații, precum și pentru a percepe intenția utilizatorului. Pentru a afișa aceste informații utilizatorilor vor fi necesare tehnologii precum 3D cu ochi goi, proiecție olografică, lentile de contact AR, miros digital și atingere digitală.

Provocarea 8: Activarea auto-monitorizării continue pentru un management mai activ al sănătății

O îmbătrânire a populației va duce la o creștere a bolilor cronice și 85% din decese sunt în prezent atribuite bolilor cronice.

Tratarea bolilor cronice necesită monitorizare în timp real. La rândul său, aceasta va necesita articole portabile de calitate medicală pentru a realiza o monitorizare neinvazivă a glicemiei și o monitorizare continuă a tensiunii arteriale și a ECG. De exemplu, senzorii optici pot oferi unde de impuls mai precise decât senzorii PPG. De asemenea, pot oferi date de calitate superioară pentru modelarea tensiunii arteriale și algoritmi. Ar trebui să analizăm construirea unei platforme complete de date mari pentru sănătate personală bazată pe servicii cloud și tehnologii AI pentru a permite un management proactiv al sănătății. Cu sprijinul interfețelor creier-computer, interfețelor SEMG și roboților purtabili, putem împuternici persoanele în vârstă cu capacitatea de a-și gestiona în mod proactiv propria sănătate.

Provocarea 9: un Internet inteligent al energiei pentru generarea, stocarea și consumul de energie electrică mai ecologică

Noile obiective de vârf privind neutralitatea carbonului și emisiile au accelerat o transformare globală către energie nouă. Dar această transformare aduce și noi provocări în domeniile generării de energie electrică, stocării energiei și consumului de energie electrică.

Sistemele de generare a energiei electrice s-au apropiat din ce în ce mai mult de utilizatorii individuali, pe măsură ce generația centralizată a evoluat în generația distribuită. În trecut, doar consumul se întâmpla la nivel de utilizator. În viitor, producția de energie electrică se va produce și la fața locului. Înainte ca acest lucru să se poată întâmpla, va trebui să existe mai multe coduri bidirecționale de energie, iar rețeaua electrică va trebui să semene mai mult cu un Internet. Electricitatea generată din surse noi de energie este o resursă intermitentă mai volatilă, datorită naturii complementare a sistemelor multi-energetice. Provocările uriașe trebuie rezolvate înainte ca noua energie să devină o sursă primară de energie.

În timp ce în primul rând a trebuit să ne facem griji în legătură cu generarea și consumul în trecut, noua energie face ca sistemele tampon de stocare a energiei să fie la fel de critice. Nu vom mai genera instantaneu cantitatea de energie electrică necesară pentru a satisface pur și simplu cererea utilizatorilor. Acest lucru va face rețelele noastre energetice mult mai complexe. Trebuie să ne dăm seama cum să depozităm cantități mari de energie la costuri reduse și cu zero emisii de carbon și cum să maximizăm utilizarea energiei verzi prin programare inteligentă.

Pentru consumul de energie, trebuie să promovăm energia inteligentă integrată pentru a construi sisteme de gestionare a energiei pentru gospodării, clădiri și fabrici și pentru a crea comunități, campusuri și orașe cu emisii zero de carbon.

Trebuie construit un Internet inteligent al energiei pentru a realiza producția, stocarea și consumul de energie electrică ecologică. Acest lucru va necesita progrese în mai multe tehnologii cheie.

Primul va fi în tehnologiile de management. Tehnologii precum big data, AI și cloud trebuie să fie integrate cu Internetul Energiei pentru a realiza o gestionare a watt-ului bazată pe biți printr-un cloud de energie și o rețea de energie.

Al doilea va fi în tehnologiile de control. Ruterele de energie bazate pe electronica de putere pot fi utilizate pentru a construi controlere de rețea de energie inteligente care realizează fluxul de energie bidirecțional și distribuția inteligentă a energiei.

Al treilea va fi în tehnologiile de stocare a energiei. Noile tehnologii de stocare a energiei, inclusiv noile medii electrochimice și de stocare a hidrogenului, trebuie dezvoltate pentru multiple scenarii pentru a îndeplini aceste cerințe în creștere de stocare.

Al patrulea va fi în domeniul tehnologiilor electronice de putere. Pentru a face componentele energetice mai eficiente și compacte vor fi necesare semiconductori cu bandă largă, inclusiv SiC și diamant pentru aplicații de tensiune medie și înaltă, și GaN pentru aplicații de tensiune medie și joasă.

Acestea sunt cele nouă provocări tehnologice și direcții pentru cercetări ulterioare, care credem că sunt cruciale pe baza experienței noastre în industria TIC. Ele reprezintă, de asemenea, ceea ce credem că este necesar pentru a realiza o lume inteligentă până în 2030: conectivitate mai puternică, calcul mai rapid și energie mai ecologică.

Depășirea provocărilor printr-o abordare deschisă, incluzivă și colaborativă a inovației

Trebuie să punem în comun înțelepciunea și capacitățile de inovare ale tuturor oamenilor pentru a continua să conducem dezvoltarea umană și să abordăm provocările masive cu care ne confruntăm toți. Trebuie să depășim provocările adoptând o abordare deschisă, incluzivă și colaborativă a inovației. Actorii din industrie trebuie să colaboreze strâns cu universitățile și instituțiile de cercetare și să informeze și să ghideze cercetarea științifică prin definirea provocărilor universale și industriale.

Oamenii și-au imaginat întotdeauna cum va fi viitorul. Dar cu tehnologia putem ajunge de fapt acolo. Trebuie să integrăm provocările industriale și perspectivele academice, apoi să adoptăm o mentalitate de capital de risc pentru a inova împreună și a construi Lumea inteligentă din 2030.