2024數(shù)字科技前沿應(yīng)用

2024數(shù)字科技前沿應(yīng)用

序

過云一年，我們見證了數(shù)字科技的加速度。每個人都身處變革巨浪之中，既對大模型的突破進展無比興奮，也對未來充

滿了無限憧憬。

新年伊始，眺望未來2-3年的科技趨勢。我們正駛向一個由連接衍生交互、由計算催生智能的時代。

高性能計算、量子計算、云計算和邊緣計算這"四大計算"融匯貫通，正催生全新的計算范式。

通用人工智能漸行漸近，大型模型走向多模態(tài)，AI智能體可能成為下一代平臺，"AI科學家"有望力腿問世。全球已達共

識，AI治理將引領(lǐng)我們踏上更智慧、更安全的未來。

機器人演進加速，靈巧手讓人形機器人更敏捷、更像人。AI與生命科學的交融，將幫助我們洞察更多的生命奧秘。

我們會進入一個3D、全真在場的新世界。腦機接口不僅在醫(yī)療實現(xiàn)突破，正柘展至更多的互動場景?；蛟S不久的將來，

我們將親自見證意識上載從科幻成為現(xiàn)實。

手機衛(wèi)星電話、垂直起降飛機將改變我們的應(yīng)急方式和出行模式。交通網(wǎng)、信息網(wǎng)、能源網(wǎng)的融合，將推動智能、綠色

的能源變革。

未買已來，一個充滿韌性和重塑的全新時代即將揭開序幕。讓我們擁抱變革，共同譜寫人類與科技和諧共生的新篇章！

數(shù)字科技￡Tencent

DIGITRLTECHnOLOGV5TRRCHRRT

2027

2025

?計H?8B

BftBltVm'RVVV>2023-

?智能升維技術(shù)影響力

>????<*.AEVISA.a??aht?

???

99Mg*大

?沉浸交互

技術(shù)成熟度

?未來連搏

■?■■??.eVTOL..^0^1」

目錄

一、計算重塑

高性能計算的“四算聚變”

二、智能升維

多模態(tài)智能體加速AGI進程

AI加速人形機器人“手、腦”進化

AI+基因計算解讀生命密碼

三、沉浸交互

數(shù)字交互引擎激發(fā)超級數(shù)字場景

腦機接口從醫(yī)療突破邁向交互革命

沉浸式媒體催生3D在場

四、未來連接

星地直連通信推動泛在網(wǎng)絡(luò)覆蓋

eVTOL加速空中出行奔赴新時代

多能流實時協(xié)同重塑虛擬電廠

?用生成

高性能計算的

算聚變”

本章節(jié)與行業(yè)機構(gòu)「光子盒」聯(lián)合研究推出

2024年數(shù)字科技前沿應(yīng)用趨勢

A高性能計算的1典算聚變”

?今年，全球各地高性能計算集群迎來向2.0架溝(CPU+GPU)的升級潮，高性能計算集群、量子計算、云計算和邊緣計算的“四算融合"也成

為高算3.0演進的新趨勢，衍生新一輪科技探索.高算相關(guān)研究機構(gòu)和企業(yè)紛紛加大了在計算單元、存儲、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián).軟件中間件、算;去等關(guān)鍵

技術(shù)上的科研投入以適應(yīng)新形勢，并努力尋找穿越"內(nèi)存墻”的有效路徑.

?未來幾年，高性能算力應(yīng)用將爆發(fā)，以人工智能和科學計算模擬為代表的應(yīng)用算法、軟件、以及相關(guān)的研究成果和記錄將迎來一輪刷新。加之可

持續(xù)計箕的加大投入，高性能計算技術(shù)應(yīng)用發(fā)展呈現(xiàn)快演進、重效能的新形勢.

量超云邊高性能計算3.0將以高性能集群為基錨，融合顯子計算、云

^0^原生和邊緣高性能，形成并行與分布式一體的計算架構(gòu).

處理器、存儲和網(wǎng)絡(luò)等關(guān)鍵硬件技術(shù)，正在不斷進化、重組甚至

是革新，試圖突破現(xiàn)有的性能瓶頸，其中存算一體技術(shù)為"后馮

諾依曼時代“提供新的發(fā)展路徑。

計算機模擬，因為算力的提升、軟件工具的迭代、以及與人工智

能的結(jié)合，將成為大語言模型之后、迭代最快的應(yīng)用發(fā)展路徑.

持續(xù)高企的耗晚，使得“計算能效”成為可持續(xù)計算的重要指標,

高性能計算各個層面為1?降耗提效"加緊探索.

202好數(shù)字科技前沿應(yīng)用趨勢

?發(fā)展階段與大事件

1.0:CPU為核心計算單元2.0:CPU+GPU成主流3.0:CPU+GPU+QPU異構(gòu)計算集群

糾錯■子技術(shù)實現(xiàn)2月，GoogleQuantumAl團隊在《自然》雜志上發(fā)表名為《通過獷展表面碼邏輯量子比特來抑制量子錯誤》的論文，證

明將多個園子比特分組合成為一個邏策量子比特的糾錯方法可以提供更低的容他率，進而證明晟子糾僧達到.盈虧平衡點”,

.‘盈虧平衡點”[

量子計1?機構(gòu)?越糾越對”?這是量子計算發(fā)展的重要里程碑，為實現(xiàn)通用計算所需的邏輯錯誤率指出了新的途也

盤古氣象模型投入7月，歐洲中期天氣預(yù)報中心（ECMWF）發(fā)右了4月和7月進行的對比測蹦告，將華為盤古氣象橫型于歐洲數(shù)值橫期

行了對比.報告顯示，盤古氣象模型在一系列精度指標上展現(xiàn)出優(yōu)勢，在處理氣象學家關(guān)心的眼端天氣預(yù)報方面表現(xiàn)出色.

2023其14國-7天的預(yù)涌端度均高于傳統(tǒng)?法operationalIFS,同時預(yù)測速度提升10000倍.俄論文也發(fā)表在《自然》雜志.

chronicleofevents/個RISUV高性、9月，建能與山大共同研發(fā)了面向高密度計苒和數(shù)據(jù)中心場景的RISC-V融合服務(wù)器集群方案工式交付，這是RISC-V在數(shù)

摳中心的首次商業(yè)落地，標志著RISC-V正式邁入高性能計算領(lǐng)域,該集群共有3072核，采用48顆苴蝌技SG2042

大事記展服務(wù)器集群交笆RISC-VSoC64核CPU芯片.

10月4日，歐洲高性腳■其聯(lián)合組織EuroHPC啟動了歐洲第一臺百億億級高性胡計其機JUPITER的建設(shè).該系統(tǒng)專為科學

算機Jupiter開建和工業(yè)領(lǐng)域的最大可能模擬和人工智能應(yīng)用而設(shè)計，預(yù)計2024年推出.WPITER采用了當前最先進的高性能計算技術(shù)方案，

包括歐洲自研CPURhea.英偉達GH200、注冷機柜等，此外系統(tǒng)還預(yù)留了量子計算和神經(jīng)形態(tài)計算的獷展規(guī)劃.

202廢數(shù)字科技前沿應(yīng)用趨勢

技術(shù)熱點市場趨勢

fittWitBrniftfift<*d百萬美元)未來5年，

容但?子計算機RISC-V高性能計苜高性能計算傳

■M??m??SJta(m???<m統(tǒng)市場的

?■子計算軟件開發(fā)工具包?集群全柜化CAGR將維持

AI?科學計苴模擬在8%,而高

連接與泅控技術(shù)■子計算機椅USI算云服務(wù)的

沒式相變近存計算3年以上CAGR將超過

■液冷技術(shù)技#2-JWU

邊緣高性能計H18%.合并市

0-1*ULt

量子云平臺高性能云服臾場總量預(yù)計將

在2027年達

分布式離性能計算封力*號

量超融合NISQ到592億美元.

硅光震成芯片K?nx

量子存儲IB量子機81學習comZacofneWuDk>aa$/202W1】代

WHyperiotvResearch?SC23-Bneln9pdf

信息與計算科學T集成電路設(shè)計與系統(tǒng)T員子信息科技

馮諾依曼架構(gòu)下，限制高性能算力擴展的“內(nèi)存墻"越發(fā)明顯

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2024年數(shù)字科技前沿應(yīng)用趨勢

趨勢要點7：高算集群、量子計算、云計算和邊緣計算"四算''融臺，衍生新技術(shù)路徑

?隨著高性能計算機群不斷引入web服務(wù)和容器化等云計算技術(shù)，以及云計算平臺開始提供分布式高性能虛擬機服務(wù)，兩者技術(shù)棧開始迅速同化;

?傳統(tǒng)高性能計算與量子計算的融合，成為未來高性能算力躍升的高潛路徑，世界各大研究機構(gòu)紛紛開展試驗；

?量子計算系統(tǒng)的擴展引入了集群的思路，量子云平臺將成為量子計算軟件開發(fā)和應(yīng)用探索的重要基礎(chǔ)設(shè)施；

?高性能、低功耗的芯片技術(shù)正在培育高性能邊緣計算的第出，云邊協(xié)同的分布式架溝將成為高性能計算未來的典型架構(gòu)之一.

云超同化量超融合量子集群出現(xiàn)、云服務(wù)普及高性能計算走向云邊協(xié)同

高性能舞力的充分利用，云計算技術(shù)的引量超融合成為行業(yè)共識：通過將計算任務(wù)前量子計苴集群出現(xiàn)：IBM公布可擴展量高性能邊緣計茸（HPEC）成長中：目前

入是必要選擇.現(xiàn)芍高算集群云原生化腳量子計算機和高性能集群之間進行分解和網(wǎng)：子計算系統(tǒng)IBMQuantumSystemHPEC單點算力可達千萬億次每秒，自動駕

步進一步加快，如IBM云原生高算Vela.配，實現(xiàn)量超協(xié)同，在大幅節(jié)約資源的情況；Tw。，引入模塊化架構(gòu)和計箕機集群設(shè)駛和機器人是典型應(yīng)用場景.除傳統(tǒng)計算平

以及AWS和英偉達聯(lián)合的ProjectCeiba下，雙向發(fā)揮量子計算機和超級計算機各自：計，可讓系統(tǒng)容納10000個量子比特?臺夕*,神經(jīng)形態(tài)芯片、光電計算芯片等新技

木的成熟也在不斷褥開切緣程力和能效.

IBM架曲優(yōu)勢.預(yù)計連接兩者的量子測控系統(tǒng)將成為

量超融合"三步走"的關(guān)犍系統(tǒng)之一.

II耳

2023年9月，本3■子與上*幽加構(gòu)/公司共同力

Il11TIII造了中■■個臺”先迸it■平臺

8Gen3光電計M芯片在橙覺AlNoEhPoto比相同

IBMQu?ntumSystemTwoKU值快將面世.任務(wù)中，比同用逾常蝮芯MWMCPU

片快三千余IS效提開MIS升25倍.將在

另一方面云計算平臺對于并行+分布式的:量子云服務(wù)普及：這有助于上層軟件和四百萬余倍.自動口裝等場景送點一

高性能計算方案實淺，也展現(xiàn)了進一步釋;應(yīng)用的高效研發(fā),全球已有超過20家機云邊協(xié)同：為獲得實時計算決策以及更高的

:構(gòu)推出該服務(wù)，機構(gòu)從整機公司（如

放現(xiàn)有算力價值的可能.比如谷歌云提出信息安全環(huán)境，將部分數(shù)據(jù)處理、模型訓練

“算力多切片訓練’方案，以實現(xiàn)超出一2023年11月,芬蘭VTT技術(shù)研究中心開于=IBM）,發(fā)展到云服務(wù)商（如AWS）,以及推理等工作，從數(shù)據(jù)中心/云平臺遷移

并■過IUMI0g計H帆遂行訪檢"再到科研院所（如北京量子院）.

般高算集群負載的超大規(guī)模AI訓練.至云邊協(xié)同架構(gòu)下,是必要的技術(shù)路徑.

2024年數(shù)字科技前沿應(yīng)用趨勢

趨勢要點2：高性能芯片多元發(fā)展,QPU發(fā)展由數(shù)量轉(zhuǎn)向質(zhì)量

?既谷歌和亞馬遜，微軟、Meta今年先后發(fā)布自研高性能芯片；而老牌芯片公司也相繼補齊CPU和GPU產(chǎn)品矩陣；同時，ARM和RISC-V芯片

在高性能領(lǐng)域的應(yīng)用探索也在增加，高性能芯片性能之爭加劇；

?馮諾依曼架構(gòu)的“內(nèi)存墻”越發(fā)明顯，業(yè)界紛紛采用存算一體技術(shù)，提升現(xiàn)有芯片性能的同時，研發(fā)神經(jīng)形態(tài)計算芯片，探索“破墻"之路；

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?量子比特制備的各條技術(shù)路線均有進展，競爭更加激烈；而芯片互聯(lián)、邏輯量子比特制備等突破，顯示量子計算芯片發(fā)展開始追求質(zhì)量和實用.

芯片技術(shù)多元化發(fā)展加劇存算一體，突破"內(nèi)存墻'',量子比特制備路徑之爭將更激烈QPU發(fā)展從數(shù)量到質(zhì)量

□干級量子計苴機達成：IBM

眾多科技企業(yè)紛紛加入高性能芯片大英偉達、Intel、AMD等紛給采用HBM和1多條技術(shù)路徑并進：超導(dǎo)、離子阱、光量子、

等內(nèi)存技術(shù)實現(xiàn)近存計算，內(nèi)存帶寬；冷原子等路徑均有進展，競爭將更激烈發(fā)布了112151子比特的

戰(zhàn)的同時，芯片技術(shù)的多元化發(fā)展進LPDDR?

Condor處理器；Atom

一步力喇.突破5TB/S,算力再提升.

Computing格在24年推出全

球首臺超過1000量子比特

的中性原子量子計售機.

MeUWSC-V架均芯片互聯(lián)出現(xiàn)IBM發(fā)

SoCAl加速方片出子比特

九0三號由次突破2ss個可控Q3ntmuumft32U

AMOMI300X采用GHZ狀態(tài)的新一代H2離子峭量布133比特反缶互聯(lián)結(jié)構(gòu)

192GBHBM3e內(nèi)萬

位于前5牙的高慢使的Hercn處理器.這是

計.柬gtDeuslion神^十算國際次完成芯片互聯(lián)

將采用富士通的(NeuromophicComputing)25

ARM聚均高性微芯是.后馮諾依曼時代"突破"內(nèi)存墉”的重的結(jié)構(gòu),模塊化量子計

片A64FX.

要計算技術(shù)路徑.受人類大腦原理的啟發(fā)，算機時代即將到來.腑

■啞科技日前向山東神經(jīng)形態(tài)計算芯片通過存內(nèi)計算(Compute

大學交付惕內(nèi)百臺遺輯量子比特制備突破：哈佛大

方式，實現(xiàn)高算力的同時實現(xiàn)

WSC-Vm務(wù)券集群，inMemory)學、QuEra.MH"和NIST/馬里

該象彝翔有

48?超低功耗.目前該類芯片尚處研發(fā)早期，林㈤推出?5為TUEHAWS(亞馬達)發(fā)布超導(dǎo)■子與

WSC-V離性畿芯片蘭大學聯(lián)合實現(xiàn)在個邏輯量子

Falls.含有12例白皮片.1B出“主動?裱0T糾審方*.48

SG042.

Intel,IBM,中科院和清華等發(fā)布階段成果.?子比觸量子芯片.鼾理開糾ta血.位上執(zhí)行豆雜糾錯量子真法.

2024年數(shù)字科技前沿應(yīng)用趨勢

趨勢要點3：云原生技術(shù)將釋放高性能算力潛能,科學計算模擬應(yīng)用大量增加

?云原生技術(shù)的加快普及，以及虛擬化和容器化技術(shù)與傳統(tǒng)計算變成平臺的結(jié)合，將加快AI計算和傳統(tǒng)科學計算應(yīng)用的大規(guī)模遷移，離性能算力

的潛力將進一步得到釋放；

?人工智能大模型的研發(fā)、科學計算應(yīng)用軟件的遷移，以及科學計算建模算法與人工智能技術(shù)的結(jié)合，將比預(yù)計的快許多，科學家和科研團隊的生

產(chǎn)力將迅速提高，科學研究將迎來快速進步的新形勢.

云原生技術(shù)加快普及更多高算集群嘗試LLM訓練

云平臺容器服務(wù)將加快對高性能計算服務(wù)的支持，并進一\算力騾增，算法升級：傳統(tǒng)高算集群正在迅速的向CPU+GPU的：傳統(tǒng)高算集群通過D口裝GPU集群、結(jié)合

步兼容CUDA等并行計算平臺，為用戶提供高度自動化的：計憑架構(gòu)升級，如芬蘭的LUMI;同時，全球新建高管集群也如雨：云平臺高住能計算服務(wù)得到升級后，將具

高性槌計算工作環(huán)境，大大提高研發(fā)和實驗效率.：后春筍，如德國的aPITER和沙特的CondorGalaxy;而云超同：備更強的AI加速計算能力，進而可以支

:化使各地高性能算力更易訪問；此外，許多傳統(tǒng)模擬數(shù)值算法經(jīng)i持人工智能大語言模型的訓練.

云平臺HPC云服務(wù)計算平臺

：Al技術(shù)優(yōu)化后，性能大幅攫升.?智諳AI的ChatGLM3支持在神威高異

H3,A3I需求強烈：各國科研團隊、企業(yè)和研究機構(gòu)紛舒基于高性能算力展

谷歌云GKECUDA上運行；

TPUvSe

j開各項科學計算模擬實瞼.?芬蘭將基于LUMI創(chuàng)建項目LumiLLM,

亞馬遜云EC2UkrsCluMerEKSOpenCL研制多語言模型，全面覆蓋歐洲官方語

微軟云NCH100V5AKS言；

OpenACC

英偉達云DGXCloudNCT+?美國阿貢國家實驗室開始基于Aurora

OpenMP創(chuàng)建ScienceGPT,預(yù)計參數(shù)數(shù)量達到

IBM云VPCKS

1萬億，將為廣泛的科學研究提供幫助.

艇訊云THCCTKESYCLAurora高僧

阿里云seeACK集群于今年

ROCm完成安裝，

百度云CHPCCCE

理論峰值算

oneAPI

華為云GACSCCE大海模擬氣象模擬與預(yù)測地理空間模擬暗物質(zhì)模擬力達2E.

2024年數(shù)字科技前沿應(yīng)用趨勢

趨勢要點4：業(yè)界將加大可持續(xù)高性能計算的踐行力度

?可持續(xù)計算，是數(shù)字經(jīng)濟和雙碳目標背景下，高性能計算技術(shù)演迸歷程中的路標和燈塔.擁有可持續(xù)高性能計算的技術(shù)，也將成為重要的競爭力；

?環(huán)境可持續(xù)的同時，計算能效將成為評估高性能計算技術(shù)先進性的重要指標，存算架構(gòu)、冷卻技術(shù)、計算軟硬件和供需匹配3條路徑將并行展開探索;

?機器學習、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能技術(shù)與傳統(tǒng)科學計算建模的結(jié)合，將有助于大大提升建模效率和模擬精度，進而提高能效；

踐行可持續(xù)的高性能計算計算能效將更受關(guān)注追求“量子效用”高能效軟硬件持續(xù)探索

以TOP500排名第一^Frontier高管集群i包括Green500、CCF,以及業(yè)界機jIBM提出‘當?子計舞機能第以超出基力經(jīng)高帶寬內(nèi)存：H200采用高帶寬內(nèi)存HBM3e,

為例，其算力可達1.6EFk>p/S,功率可達：構(gòu)與企業(yè)，均采用“浮點運算次數(shù)/i典計算方法的規(guī)模執(zhí)行可靠的計算，從而為能耗降至H1D0的一半；

計管問脫攝供精磁的蔚決方案時，即就獲得

兆瓦，相當于近萬戶家庭用電水平。：每瓦特(Flops/Watt)"作為能源\超低功耗計算單元：神經(jīng)形態(tài)計算具有超低

201■子效用”.同時建議基于100多個量子位

據(jù)統(tǒng)計，敵據(jù)中心的耗電量約占全球耗電：效率評估的核心指標.來探索能獲得質(zhì)子效用的應(yīng)用案例.功耗下實現(xiàn)高算力的潛力，值得持續(xù)探索.

量的1%,我國2020年占比是2.7%.雖:2023年11月Green500排名第一:

浸沒式液冷加快普及

然當前尚無準確的數(shù)據(jù)中心能耗預(yù)測，但：的是位于美國的Henri高算集群，

急劇增加的人工智能大模型訓練等高耗能：齦達到65.4GFIops/Watt.

?傳統(tǒng)風冷所需能耗可占數(shù)據(jù)中心總能耗

計算應(yīng)用，勢必會變這個數(shù)字繼翎t(yī)加.

的20-30%.液冷，特別是浸沒式液冷能

可持續(xù)計算，通常指在設(shè)計、建造和使用更合理的算I更先進冷卻

耗相比風冷低30%以上,同時，利用環(huán)

計算機技術(shù)(包括硬件、系統(tǒng)、軟件)的力供需匹配［技術(shù)清華大學研發(fā)出全段苗校憶陽研發(fā)出口于相變存銘

境水冷卻的水下數(shù)據(jù)中心也在實驗中.IBM

過程中，力求實現(xiàn)■大的能源效率和對環(huán)■存HT?U片.據(jù)僅為同咫于深度學習推理的存片一體芯

曼AI用途ASIC的3%片AIMC,在8位向量計H任務(wù)

英特爾將24

境影響的■小化.?*>,峽效可達9.76TFtopiM

臺裝有至強處

世界經(jīng)濟論壇發(fā)布<2023十大新興技術(shù)》■::二簿

I理器的服務(wù)圖，AI+科學模擬：深勢科技團隊將機器學習技術(shù)

報告，"可持續(xù)計算”位列其中.Intel.置于一個充滿與科學模擬相結(jié)合，復(fù)現(xiàn)了今年戈登貝爾獎獲

IBM、英偉達等先進計算企業(yè)也在不遺余合成且非導(dǎo)電獎實瞼，而相比獲獎方案，豆現(xiàn)實瞼所需資源

力的踐行和推動可待續(xù)計算.提高計算能效的3個途徑油的槽中冷卻.減少四個數(shù)量級，模擬速度提升三個數(shù)量級.

多模態(tài)智能體

加速AG/進程

2024年數(shù)字科技前沿應(yīng)用趨勢

?多模態(tài)川智能體的生成未來

?生成式AI推動技術(shù)邁入了通用AI的門檻，從理解到生成，從感知到?jīng)Q策，人工智能的能力進一步提升.加上多模態(tài)、

Agent,以及具身智能等方向的持續(xù)探索，AI有望完成"感知一決策—行動"的閉環(huán).

?邁入AGI門檻后，AI將有望成為通用目的技術(shù)，進而成為新生產(chǎn)力，給全球經(jīng)濟、社會帶來全方位的巨大影響.

從文本到圖像.音視瀕等更多維度，多模態(tài)將推動AI應(yīng)用的廣度；

＞多模態(tài)、Agent和端用

Agent為A啼采弓才08曠，大福拈展應(yīng)用深度.謙的大模型成為各

大硬件廠商重點，有望帶來新生態(tài).

生成式AI對科學研究的助力日益凸顯，工1科學家”有望來臨.

3

RLHF和先;去性AI等多種技術(shù)和治理方式，持續(xù)強化與人類價值

的協(xié)調(diào)，對齊也成為大模型的重要競爭力之一.

202誨數(shù)字科技前沿應(yīng)用趨勢

?發(fā)展階段、學科背景、熱點方向

弱人工智能通用人工智能強人工智能

GPT4邁迸了AGI的（然鎮(zhèn)否迸化到下一階段，存在爭議

在特定領(lǐng)域例的睨主動完成巢格弗.如鬻具有可泛化的任務(wù)執(zhí)行幄力,可通過圖靈賽明顯比人更有智感，豉解決問》fi能力明

?.醫(yī)行對話等領(lǐng)域強于人類.試，讓人類誤以為是人類，或通過大學考區(qū)顯超越人會，M助解決危害人類的問題.

Gartner:知EAI是當前炒ft頂1點

202誨數(shù)字科技前沿應(yīng)用趨勢

技術(shù)預(yù)測行業(yè)預(yù)測