科技是人類進步的階梯，是打開未來之門的鑰匙。從自然工具的利用、石器和骨器的制作，到農業(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，都會給整個社會帶來質的飛躍。

然而，進入21世紀以來、甚至更早些時候，科技發(fā)展的齒輪似乎越轉越慢、幾近停滯。美國經濟學家泰勒·考恩在2011年出版的《大停滯》中指出，經濟停滯源自科技創(chuàng)新的停滯，斷言人們已經摘完“所有低垂的果實”，這本僅僅5萬言的暢銷“小書”在學界引發(fā)了強烈反響。

在人類社會全面走向智能化時代的當下，如何才能為這一齒輪涂上潤滑油，以滿足未來幸福生活、高效工作、綠色環(huán)境、虛實融合對于感知、連接和計算成百上千倍能力的需求?

在2022年華為分析師大會上，華為戰(zhàn)略研究院院長周紅博士代表公司分享了對這方面的探索和思考。針對全球數(shù)字化超越“十年百倍”的發(fā)展，他提出了面向未來的四大科學假設和商業(yè)愿景，并從中提煉出十個可以重點考慮的問題和挑戰(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”，讓專家在關鍵的業(yè)務領域充分發(fā)揮作用，人盡其才;讓專家在科研領域“橫沖直撞”，以人才的濃度對抗技術的難度，持續(xù)推動理論、架構和軟件的創(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、連接和計算，以及由此帶來對物質和現(xiàn)象、生命和能量等的更高認知和掌控能力。但在通過智能世界的路上，仍然存在著不小的鴻溝。

在過去的十年中，數(shù)字技術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的速度提升，數(shù)字經濟也日益成為主要的經濟形態(tài)。隨之而來的，是海量數(shù)據(jù)的產生，例如全球移動寬帶數(shù)據(jù)流量從2010年的每月0.24EB，增長到2020年的每月60EB，十年間增長超過250倍;在國內，這一增長更是超過了400倍。

人類對未來的追求永無止境，正如周紅所列舉的，人的健康與幸福、自動和智能的機器、綠色可持續(xù)發(fā)展以及虛實融合的數(shù)字世界。而這有賴于數(shù)字技術作出更大的貢獻，以超過十年百倍的速度增長。

在硬幣的另一面，現(xiàn)有的很多理論和技術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的應用已經開始遇到瓶頸，諸如通信領域的奈奎斯特采樣定理和香農定律、計算領域的可計算性理論和馮·諾依曼架構、半導體領域的摩爾定律……

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

四大假設和愿景：拓展邊界、突破極限

華為此次基于對未來的洞見，提出了涵蓋微觀、感知、計算與連接的四大科學假設和商業(yè)愿景，希望與學術界、產業(yè)界一起共同探索，開展面向未來的研究。誠如周紅所言，“我們只有大膽提出假設、大膽提出愿景，敢于打破既有理論與技術瓶頸的條條框框，才能大踏步前行”。

一是探索基礎科學和前沿技術，拓展我們認知的邊界。尤其是物理、化學、生物等領域的突破，將使我們能更好地發(fā)明新分子、催化劑、蛋白質等材料和器件，以及新的裝備和新工藝等。

以量子存儲為例，1993年相關概念就已出現(xiàn)，直到1998年，哈佛Hau等人用電磁感應透明現(xiàn)象將光子速度降到17m/s;2000年，她們成功地把光子“凍結”了一分鐘時間;2006年帝國理工的Pendry等人提出可以用類似“光子黑洞”的思路來束縛住光，讓其無法離開。目前已經有很多辦法來可以實現(xiàn)量子存儲，從而更好地支持量子通信和量子計算。再比如為了降低半導體器件的功耗、提升可靠性，華為和科學家合作，分析半導體器件中的熱機理，以嘗試構造出有利條件，加快“光聲子”變成“聲聲子”，從而減少柵極與漏極之間熱點的形成。

未來，物質的特性能不能通過計算預測出來，而不用靠漫長的試驗來進行摸索?答案是可能的。例如采用USPEX計算方法，目前用100萬核時的算力，可以計算出小于200個原子組成的分子的主要特性。2017年，科學家通過計算發(fā)現(xiàn)了超硬五硼化鎢的結構，解決了困擾科學界近60年的難題;2019年科學家通過計算，發(fā)現(xiàn)了十氫化釷在85萬個大氣壓的情況下，具有驚人的高溫超導性，臨界溫度達到-112攝氏度。

二是不斷擴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、從替代感知到擴展和創(chuàng)造感知、從人類感知到機器感知。

大自然通過百萬年甚至上億年的進化，形成了遠遠超越現(xiàn)有機器和人的感知能力。例如在視覺上，有些蜘蛛眼睛在物體輪廓和運動計算上遠遠超越了人眼，有利于快速精準捕獲獵物，或可對自動駕駛汽車有所啟發(fā);同樣的還有青蛙眼睛，是高靈敏度的單光子接收機，可以在黑暗的環(huán)境下看的更清楚。

除了拓展對外部世界的感知，我們未來也能更好地感知和控制人體自身。像ECG、EEG、PPG等這些技術目前還沒有系統(tǒng)地、便捷而又低成本地發(fā)展起來，對于人體的八大子系統(tǒng)的實時度量感知，我們還有很多工作要做。通過發(fā)展新的傳感器，將來可能實時、無感知地測量血壓、血糖、心電等重要的健康參數(shù);通過發(fā)展新的神經系統(tǒng)腦機接口、肌機接口，更好地與機器協(xié)同，將來有可能用思考來交流和工作、用思考來開車和娛樂。

三是探索適應目標與環(huán)境的計算模式與高效實現(xiàn)方式，從而更好認知世界、解決問題、創(chuàng)造價值。

信息領域經過多年的積累，已經發(fā)展出了十幾種廣泛使用的計算模式，但這遠遠不是盡頭。例如在通信上，隨著未來的通信系統(tǒng)不斷走向高頻、高速，將面臨越來越多的非線性信道和非線性器件帶來的問題，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，以更好地匹配未來的應用?在AI上，隨著應用的不斷拓展，面臨統(tǒng)計相關AI計算模式不可解釋、不可調試的問題，同時還有很大的能效挑戰(zhàn)，能否超越統(tǒng)計和相關計算模式，進一步發(fā)展出數(shù)理邏輯計算模式、幾何流形計算模式、博弈計算模式等?

在具體實現(xiàn)上，超級計算機往往要用巨大的能耗來實現(xiàn)大算力，例如3000萬W實現(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。從這個角度看，發(fā)展適應性與高效性計算模式，創(chuàng)造新架構與新部件的重要性顯而易見，而非受限于傳統(tǒng)的可計算性理論以及馮·諾依曼架構。

四是在有別于香農定律的假設、以及更大的時空中探索信息通信，從而跨越空間的障礙，建設全球直達的能力，連接虛擬與現(xiàn)實世界、以及無處不在的機器。

將來的真人級全息通訊，如果不壓縮數(shù)據(jù)，需要接近2Tbps的帶寬，以及1-5ms的時延;自動駕駛如果采用12個攝像頭，每天可能產生高達4TB的數(shù)據(jù)，目前的5G網絡遠遠達不到這個容量。

這些挑戰(zhàn)并非無法應對。例如在理論上，如果假設這個世界是有先驗知識、有記憶的，就可能跳出香農1/2/3定律的限制。在工程上，一個量子級聯(lián)激光器可以同時產生幾百個波長，實現(xiàn)上百T的流量，未來如果能做出高重頻阿秒激光器，甚至可能產生百萬T的流量。這些技術若能嫁接到無線和光領域，有可能成千上萬倍提升通信性能。

創(chuàng)造未來：向基礎研究尋求答案

華為將創(chuàng)新分成前后相關、環(huán)環(huán)相扣的五個環(huán)節(jié)，從假設和愿景，到理論、技術和商業(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、愿景和基礎科學，就越需要耐心。

“面向未來，我們要敢于向前端基礎研究尋求答案。”周紅強調。實際上，華為一直以來也是這么做的。過去十年，其累計投入的研發(fā)費用超過8450億元人民幣;在其中有10%~20%以上作為戰(zhàn)略費用，投入到前沿和基礎技術研究。2021年，華為研發(fā)投入再創(chuàng)新高，達到1427億元人民幣，占全年總收入的22.4%。

而在具體方法上，除了支持以科學家興趣驅動的“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，這樣既能拓展科學認知，也能創(chuàng)造應用價值——“巴斯德象限”是曾在美國國家科學基金會主席顧問委員會工作、時任普林斯頓大學教授的唐納德·E·司托克斯，在1997年出版的《基礎科學與技術創(chuàng)新：巴斯德象限》中提出的一個概念，他認為基礎研究與應用研究并非對立關系，在某種程度上可以交錯融合，甚至應用研究可以啟發(fā)基礎研究。

圍繞四大假設與愿景，聚焦“巴斯德象限”，華為還提煉出面向未來可以重點考慮的兩個基礎科學問題，以及八個前沿技術挑戰(zhàn)。例如機器如何認知世界，能不能建立適合機器理解世界的模型;如何理解人的生理學模型，尤其人體八大子系統(tǒng)的運行機制，以及人的意圖和智能。

“我們希望用世界級的難題，吸引世界級的人才，來共同迎接挑戰(zhàn)，推動科學和技術上的進步。”華為輪值董事長胡厚崑在大會發(fā)言中這樣闡述道。

4月25日，華為再一次通過包括華為招聘專網的多個渠道發(fā)出召集令，面向全球招募天才少年。借此機會，他也向外界透露了招募天才少年的標準——不分國籍、不分專業(yè)、也不限院校，“只要對未來有夢想，相信自己有能力，就大膽的來吧”。對于少年天才，華為將提供世界上最難的課題、強大的平臺和充足的資源，支持他們去探索，而薪酬方面將“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，用頂級挑戰(zhàn)和頂級薪酬去吸引頂尖人才的項目。在2021年年報發(fā)布會上，時任華為輪值董事長的郭平透露，過去兩年華為招聘了約2.6萬名應屆畢業(yè)生，其中就包括了300名天才少年。

未來學家尼古拉斯·尼葛洛龐帝曾說過，“預測未來的最好辦法就是把它創(chuàng)造出來”。大膽假設、向基礎研究尋求答案，并以此為基礎匯聚眾智、積極創(chuàng)新，我們終將穿過科技發(fā)展的“黑障區(qū)”，采摘下更為豐碩的“果實”。

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