Beyond2030 洞悉ICT趋势，创新超越未来

2018年，软银上市并发布“Beyond Carrier”战略，旨在超越电信运营商的常规框架，并扩展Yahoo和电信业务以外的新领域，以实现可持续增长。2022年，英国百年品牌宾利发布“Beyond 100”战略。作为世界上最大的 12 缸发动机制造商之一，宾利将在未来十年内逐步停止生产内燃发动机，2030年整个车型将转向电动。

“Beyond”不仅是时间的持续延伸，也代表着全新的改变。

一个挑战与希望并存的新时代已经拉开序幕

我们所处的既是充满挑战的时代，也是充满希望的时代。未来10年组成智能世界的物质、能量和信息领域都将发生革命性的变化：

• 量子计算和量子通信将突破量子优越，把人类带入量子跃迁时代；
• 支撑人类美好生活的可持续发展，新能源技术的变革将开启绿色低碳时代；
• 信息的处理将通过算法理论创新，达到具备认知水平的智能化时代；
• 数字货币已经开始重构金融秩序，数字金融时代已经全面来临并深刻影响了人们的生产和生活；
• 人类从地面到深空、深海的探索渴求也将开启太空大航海的新时代；
• 基因编辑、脑机、机器人等技术也将深刻改变人类自身，实现生命重塑。

信息通信产业作为连接物质、能量和信息的纽带和基础，也将全面支持虚拟与物理世界的融合，迈入万物互联的新时代。

Beyond2030，将诞生全新的业务体验

Beyond元宇宙，人类社会将迈入机器纪元

未来10年，一方面以“元宇宙（Metaverse）”为代表的沉浸式视听体验将逐渐出现；另一方面以人机文明阶段的“半机械人”、“机器人”为代表的“机器纪元（Automata）”也将来到我们身边。AI在感知到认知、脑科学/脑机技术发展、基因生物工程进步及算力领域的极大提升，将不仅仅满足人类视听体验需求，还将创造出新的人类形态。

机器纪元有望来临。根据预测，到2030年我国虚拟人（数字人）整体市场规模将达到2700亿元；2028年，支持半机械人的全球外骨骼硬件市场（康复、工业等）规模将超过100亿美金；2030年，全球机器人市场规模预计达1700亿美金。

要迈入机器纪元，机器直觉能力是基础；除了AI技术的突破之外，具备视觉、听觉、触觉、味觉等的多维感知能力则是实现机器直觉的前提。

Beyond视觉，体验将进入多维感知时代

业界研究显示，人类眼睛视杆细胞可以感知到400~700nm的7个光子，感知尺度极限约为5um。假设单眼VR尺寸为2英寸屏幕，可计算出人眼感知极限约为10000~20000PPI，单眼约8K分辨率。2021年产业已经发布了单眼2K/4K的VR商业或者原型产品。可以判断，2030年前后，显示技术将抵达人类眼睛可感知的极限。

触觉是人体发展较早、较基本的感觉，也是人体分布广且敏感复杂的感觉系统，根据业界研究，人类耳内纤毛细胞可感知100nm震动，表皮的RA1神经可以感知到2um的震动，真皮的RA2神经可以感知到10nm的震动，人类触觉感知的精细度是视觉的500倍！有了触觉，人类才有了对外部世界的观念，才出现“真实感”。无论是为了实现精准的机器操作，还是机器人要理解外部环境，或是沉浸在虚拟的元宇宙世界，都离不开数字触觉的技术支持。

数字触觉研究的热点是“电子皮肤”，根据Nature的一份研究报告，要完全覆盖人体1.5平方米的电子皮肤，至少需要4.5万个机械感受器。而支撑全身电子皮肤的数据采集和管理，预测至少需要10Gbps的带宽。近几年电子皮肤已经有局部应用案例，如用于监测重症监护室中婴儿的柔性无线传感器以及佩戴在喉咙上连续监测患者的咳嗽和呼吸频率的装置等。

数字触觉是继视觉之后，人类对物理世界数字化的进一步探索，是人类跨入机器纪元（Automata）的必经之路，但数字触觉产业还处于类似数字视觉的“黑白默片时代”，远远没有满足人类的需求。

未来，音、视、触等多维感知将对通信、计算、电力电子技术提出更高要求。

Beyond人机，网络将开启机智快交互时代

通信网络的社会价值体现在其承载的业务上。过去网络帮助人们建立了沟通渠道，承载了通讯服务；今天网络连接了端和云，带给人们丰富的内容，承载了内容服务；未来网络连接对象将从百亿人扩展到千亿物，从面向人提供内容到为千亿物赋予智能。

机器与智能系统之间的交互速度远远超过人与机器的交互，例如人类视觉响应时间是100ms，而基于AI的机器视觉则已有小于10ms的需求。综合多方咨询机构的报告判断，未来10年慢交互业务需求，如大屏视频、远程办公、全息交互等仍将保持缓慢增长；同时快交互业务需求，如工业控制、远程手术、自动驾驶等则将出现快速增长。

为了满足快交互与慢交互业务不断增长的网络需求，未来存在两种可能：一种是将现有网络升级，同时支持两种业务需求；第二种是保持现网稳定，新建快交互网络，满足新业务的需求。

Beyond2030，三大基础研究方向

信息通信产业过去百年来发展的主线，一直围绕空间、时间、理论三个方向，从宏观、介观到微观尺度不断突破，使得信息传输速度更快、信息处理能力更强、信息储存空间更大。

空间方向，突破纳米极限

传统半导体制造工艺即将走到介观尺度的极限。硅原子的半径大小在0.11nm左右，当制程工艺为2nm的时，一条线上可供操作的硅原子仅仅只有10个左右，因为在极限条件下会出现量子效应、轨道电子相互作用效应等不可预知性，芯片的成品率会受到非常大的影响。未来半导体的突破方向之一，是在元素周期表里面寻找更小的原子，如0.077nm直径的碳原子。根据业内专家观点，采用90纳米工艺的碳基芯片有望制备出性能和集成度相当于28纳米技术节点的硅基芯片；采用28纳米工艺的碳基芯片，则可以实现等同于7纳米技术节点的硅基芯片。

但是，碳基芯片在实现超高半导体纯度（>99.9999%）、顺排（取向角＜9°）、高密度（100～200/μm）、大面积均匀的CNT阵列薄膜的批量化制备上仍存在很大困难。

时间方向，迎接光子时代

基于硅半导体技术的现代电子元件的速度极限是在皮秒（10^-12秒）内打开或关闭，单个晶体管可以接近1太赫兹（1THz=10^12 Hz)。而基于光学的飞秒（10^-15）激光技术已经广泛应用于医疗、环境、信息、国防、工业等各个领域。阿秒激光脉冲（1阿秒=10^-18秒）是目前人们所能控制的最短时间尺度，可用来测量原子内绕核运动电子的动态行为等超快物理现象。学术界已经可以实现纳秒级的机电开关、皮秒级的电子开关，未来有希望实现飞秒级的光电、光磁驾驭能力，从而将信息通信产业从介观尺度带入一个充满想象、可持续发展的微观世界。

理论方向，实现量子跃迁

美国国家加速器实验室的物理学家 Paul Welander认为，“今天量子计算机所处的位置是1950年代和60年代数字计算机所处的位置”。1964年IBM推出世界上首个采用集成电路的通用计算机系列IBM S/360，标志着计算机从科学专用走向生产通用。

量子具备“不可分割”、“多态叠加”、“不可克隆”、“超距感应”四个特征。目前，前两个特征有较大希望获得商业应用。

首先是量子保密通信场景，利用单光子不可分割特征，用于密码分发（QKD）。量子密码分发的关键技术方向包括量子态制备、量子探测、量子存储中继等，需要将目前仅100Kbps的成码率提高两个数量级，达到10Mbps以上才可以规模商用，服务千行百业。

其次是量子计算场景，利用量子体系除了“1”和“0”，还可以处于叠加状态的特征，实现高效计算。制作量子计算机需要大量支持技术，如真空系统、低温技术、激光、微波组件、电缆嵌套等。

与20世纪60年代工程师在解决数字计算机时面对的问题类似，一个基于全新理论基础、超级安全、具备超级算力的量子时代即将出现。

Beyond2030，三大技术创新方向

在空间、时间和理论面临发展瓶颈的情况下，信息通信产业需要通过技术创新沿着智能、超宽和绿色的方向持续发展。

智能：引领全国一台计算机

为实现“算力成为像水电一样方便取用的社会公共基础设施”，在全国范围内实现算力的高效利用，并与西部绿色能源供给、东部算力需求结合，实现算力的绿色低碳，需要以“全国一台计算机”为愿景，构建端到端算力网络新架构。

如果2030年构建“全国一台计算机”的框架，这台计算机的算力规模要管理3.4亿个高端XPU（CPU/GPU）；FP32的等效算力要达到23.5 ZFLOPS；支持500ZB的存储能力。这台计算机的网络，在DC内具备1us的低时延和3.2Tbps的单接口速率；集群内支持100us的时延，1.6Tbps的单接口速率；枢纽间支持10~20ms的时延，每光纤100Tbps的“特高压”传输能力；用户到DC的时延在1~10ms可编程，支持每用户10Gbps的速率；并支持快、慢双输入、输出机制。这台计算机将具备极高的可用性，且永不宕机；具备极高的算力能效，相对2020年提升60倍；在更大的规模上，具备与标杆云计算服务相当的CPU利用率和任务编排时间。

为实现这个宏伟目标，需要分三步进行。第一步，需要匹配国家八大算力枢纽、千城千池、千城千兆、东数西算、运营商算力网络的规划，在2025年打造城市一台计算机和行业一台计算机；第二步，需要具备一致性体验、一体化调度体系，实现超可用、超高效、超大规模、超可信、超融合的能力，在2030年实现跨行业、跨组织的全国一台计算机初具规模，并形成自主的产业体系；第三步的目标是构建一个大市场，支持超自治的能力，在2035年具备完全自主的技术体系，并在国际上具备强大的竞争力。

超宽：开创系统摩尔新赛道

传统宽带和算力的发展遵循经典摩尔定律，但未来十年摩尔定律将失效，在半导体先进制造工艺发展缓慢的情况下，通过先进封装将多Die组成系统级Chiplet芯片，满足超宽网络、超强算力、超大存储的业务需求已经成为业界创新方向。

系统摩尔方向需要全栈技术创新。EDA设计工具的复杂度将呈现数量级的提升，需要将AI技术与设计流程结合，构建全新的智能化EDA工具；小芯片的供应商来自多厂家，需要定义新的小芯片接口和总线标准，并构建生态联盟推动跨厂家的互联互通；需要研究并行处理架构和算法、分布式路由协议等提升芯片使用效率；需要深入理解业务需求，打造算网、存算融合的适配性解决方案，满足场景化需求。

绿色：发展指数级绿色ICT技术

根据相关分析，7nm之后芯片每百万晶体管的制造成本将“不降反升”，意味着基于成本的摩尔定律已经死了。但基于能效的摩尔定律还活着，5nm的百万晶体管能效比7nm提升19%。如果把芯片生命周期拉长，考虑到电费的消耗累加，先进制造在生命周期内仍然存在“绿色”的优势。换言之，未来先进制程的竞争力不在于产品的初始成本，而在于整个生命周期的成本。

然而每一代先进制程能效的提升只有15%~20%，未来10年只能呈现出缓慢发展的“对数曲线”特征，远远不能满足未来智能世界十年百倍的“指数曲线”的能效提升的需求。产业需要寻找并投资“指数级绿色ICT技术”，将其作用于产品和解决方案，产生“绿色升力”，抵消未来10年摩尔定律放缓之后带来的绿色升力不足的挑战。

为实现“十年百倍能效提升”的ICT可持续发展目标，需要全方位、加大投资指数级绿色ICT技术，如新计算范式，如量子计算、近似计算等；低功耗AI技术，如大小模型协同优化；新型存储，如光存储，DNA存储等；持续推动网络设备创新，通过全光基站、IP任务交换网、光子芯片构建绿色网络；通过液冷、AI等技术构建极致数据中心；通过使用绿色能源实现每年降碳百亿吨的目标；通过构建全国一台计算机实现数字经济与环境的和谐发展、算力的高效使用。

在挑战与机遇并存的新时代下，更需要从宏观、介观到微观，洞悉从元宇宙到机器纪元、从数字视觉到多维感知、从人机慢交互到机智快交互的需求变化；通过基础研究在空间尺度上突破纳米极限、时间尺度上迎接光子时代，理论方向上实现量子跃迁；通过引领全国一台计算机、开创系统摩尔新赛道、发展指数级绿色ICT技术创新，共同迈向智能、超宽、绿色的世界！