2022年上半年信息领域世界科技发展趋势

本周将跟进各领域2022年上半年世界科技发展态势，敬请关注全球技术地图，获取前沿资讯。

量子技术研发与商用化探索同步推进，安全与治理问题得到相关方重视。量子计算与量子通信性能逐步提升，成果不断。美国阿贡国家实验室和芝加哥大学成功实现按需读出量子位，并将量子态保持超过5秒。英国QuantrolOx公司使用机器学习控制量子位，实现更快地调整、稳定和优化量子比特。荷兰代尔夫特理工大学使用硅和锗硅合金创造双量子位系统，实现超过99%的硅量子计算保真度。中国阿里巴巴达摩院量子实验室宣布成功研制2比特量子芯片，实现同类芯片最高精度；清华大学研发出通信距离超100千米的量子安全直接通信系统，打破该类型量子通信距离的国际记录。全球企业进行商业化探索，加速量子技术实用化。韩国LG电子公司加入美国IBM公司量子网络，以探索量子计算在人工智能、物联网和机器人等行业的应用。英国电信和日本东芝公司成功进行首个商业量子安全网络试验，在伦敦市内实现基于商业链路的量子加密通信。加拿大D-Wave公司在美国纽交所上市，加速商用量子技术进入制造业、物流、制药和金融等行业。量子安全问题引起重视，有关机构进行前瞻规划。美国国家标准与技术研究院计划于2022年内发布抗量子计算加密标准，或通过多种经典-量子混合方法实现抗量子破解的加密；英特尔公司宣布将于2030年发布抗量子安全CPU，以硬件方式保护计算机系统免遭量子计算破解；《麻省理工科技评论》杂志发布《从今天起，直面明天的量子黑客》报告，评估量子计算机对加密系统的威胁，建议各国公私部门合作进行法律与政策准备，并加强防御技术。世界经济论坛发布《量子计算治理原则》报告，提出量子计算带来的挑战与治理原则，旨在帮助公共和私营部门在量子计算商业化之前解决伦理、社会和法律问题。

人工智能研究取得实质进展，进入科研和商业等实际用途。基础研究方面，超大规模预训练模型不断演进，并致力于朝着多模态方向发展。目前，最先进的预训练模型可直接面向多种自然语言处理任务，其参数已达到万亿级。美国Meta公司公布1750亿参数的大语言模型OPT-175B，较OpenAI实验室的GPT-3参数更少、训练效果更好；OpenAI实验室表示，将于2022年7月至8月发布GPT-4大语言模型，并致力于追求通过规模较小的模型实现更高的性能。多模态深度学习成为人工智能发展的关键，以用于处理复杂任务。英国人工智能公司DeepMind公开其全能型人工智能模型Gato，可以处理书写文字、描述图像、操控机械臂等多种复杂任务，有望接近人类的智慧水平。人工智能与力学、化学、材料学、生物学乃至工程领域的融合创新，不断拓展应用的深度与广度。美国谷歌公司与欧洲生物信息学研究所开发出ProtCNN人工智能程序，能使用神经网络可靠地预测蛋白质功能，使蛋白质主流数据库Pfam中注释的蛋白质序列增加近10%，帮助人类大幅缩小蛋白质种类的未知区域；杜克大学研究人员通过机器学习算法，确定超材料的特性，并预测该超材料与电磁波的相互作用；OpenAI实验室发布DALL-E 2程序，可基于文本描述生成图像，相较于前序版本具有更高分辨率和更低延迟，精确度、写实度和解析度大幅提升。

芯片制程进一步微缩，功率半导体制造技术取得进步。全球知名半导体研究机构探讨新工艺、新技术的前景，以实现更高的晶体管密度、进一步延续摩尔定律。美国应用材料公司指出，全球芯片制造商正寻求通过两种方式提升晶体管密度：其一是延续传统的摩尔定律二维微缩，使用EUV光刻和材料工程打造出更小的结构特征；其二是使用设计技术协同优化和三维技巧，对逻辑单元布局进行巧妙优化，无需对光刻栅距进行更改即可增大密度。比利时微电子研究中心发布报告，探讨全球半导体工艺与技术路线图，表明CFET互补场效应晶体管和Atomic原子通道是重要技术，最终到2036年可实现0.2nm制程。荷兰ASML公司表示，目前的技术创新足以将芯片制程推进至1纳米节点，而光刻系统分辨率的改进和边缘放置误差缩小也将进一步推动芯片尺寸缩小。三星电子与台积电公司竞争烈度正高，剑指3nm以下高端制程芯片。韩国三星电子公司表示有望于2022年第二季度使用3GAE制程工艺量产3nm芯片，使性能提高30%、功耗降低50%、晶体管密度提高80%，力争成为全球首个实现3nm制造技术的企业。中国台湾台积电公司3nm制程取得重大突破，将于2022年8月流片，正式以鳍式场效晶体管（FinFET）架构对标三星的环绕栅极（GAA）架构，相比于自家5nm制程性能提升10%-15%、功耗降低25%-30%；台积电计划于2025年量产2nm芯片，并于2026年初起交付，客户将包括苹果、英特尔、AMD、博通、英伟达和联发科等公司。电动汽车、光伏等能源应用促使功率半导体技术取得新突破，主要面向大规模制造。美国Wolfspeed半导体公司正式启用其位于纽约州马西的莫霍克谷碳化硅制造厂，作为全球首个、最大、也是唯一的8英寸（200mm）碳化硅晶圆工厂。日本Novel Crystal Technology公司、大阳日酸公司与东京农工大学合作首次实现了氧化镓功率半导体的6英寸成膜，打破氧化镓材料最大4英寸晶圆成膜的局限，有助于降低生产成本。

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2022年上半年世界前沿科技竞争发展态势

编辑丨郑实

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