Future Computing Atlas: Wie wird die Computertechnik in zehn Jahren aussehen?

Inmitten der Turbulenzen des durch die Epidemie verursachten globalen Wirtschaftsabschwungs ist die Vorhersage der Zukunft unter Unsicherheit für Branchenteilnehmer eine Referenz, um ihren Kurs anzupassen, und es ist auch eine Möglichkeit für die Branche, einen Konsens über die zukünftige Entwicklung zu finden.

Im Zeitalter der Intelligenz gelten Konnektivität, Speicherkapazität und Rechenleistung als Eckpfeiler der Entwicklung. Was für eine Zukunft werden diese Eckpfeiler schaffen? Um zu diskutieren, wie das intelligente Zeitalter in den nächsten zehn Jahren aussehen wird, müssen wir auch die möglichen Entwicklungstrends der zukünftigen Computertechnik vorhersagen. Schließlich werden die Bausteine ​​und Kacheln der Computertechnik das Gebäude der zukünftigen Intelligenz bilden.

Welche Trends zeichnen sich also in der Computerentwicklung im nächsten Jahrzehnt ab? Um diese Frage zu beantworten, müssen wir die Trendsetter der Spitzentechnologie im digitalen Zeitalter finden, ihre Strategien und Entscheidungen, ihre Denkweise und Vorgehensweise verstehen und diese Branchenvorbilder beobachten, die den Trends am nächsten sind oder sie sogar selbst schaffen, damit wir die Richtung der Zukunft erfassen können.

Future Computing: eine Notwendigkeit für die Modernisierung der Industrie

Vor zehn Jahren begann für die Menschheit das Zeitalter der ZB-Daten, und neue Technologien wie das mobile Internet, Cloud Computing und Big Data hatten gerade erst Fahrt aufgenommen. Zehn Jahre später sind diese Technologien tief in Tausenden von Branchen integriert und die Computertechnik hat dabei eine beispiellose Rolle gespielt.

In zehn Jahren werden wir in die YB-Ära eintreten. Schätzungen zufolge wird sich das globale Datenvolumen bis dahin jährlich um 1 YB erhöhen, die allgemeine Rechenleistung wird sich um das Zehnfache auf 3,3 ZFLOPS erhöhen und die Rechenleistung der künstlichen Intelligenz wird sich um das 500-fache auf über 100 ZFLOPS erhöhen. Im nächsten Jahrzehnt wird uns die Computertechnik in eine völlig neue intelligente Welt führen.

Welche Veränderungen in den Computertrends sind erforderlich, um die intelligente Welt der Zukunft aufzubauen? Um Antworten auf die Computerentwicklungstrends des nächsten Jahrzehnts zu finden, müssen wir zunächst klären, warum die Computertechnik der Zukunft in großem Maßstab entwickelt werden muss und was die treibende Kraft hinter ihrer Entwicklung ist. In der aktuellen technologischen Entwicklung besteht im Bereich der Computertechnik die Notwendigkeit, Verbesserungen bei der tatsächlichen Anwendung und Trendförderung vorzunehmen.

Die digitale und die physische Welt werden nahtlos integriert, die Grenzen der wissenschaftlichen Erforschung werden erweitert und der Bedarf an Rechenleistung steigt. Die Entwicklung aller Lebensbereiche im Zuge der Digitalisierung beruht auf der Stärkung der Computertechnik. Gleichzeitig benötigen auch traditionelle Industrien, angetrieben von den langfristigen strategischen Zielen der dualen Kohlenstoffbilanz, dringend Reformen im Bereich Green Computing, die die Informatik auch enger mit der industriellen Modernisierung, der Sozialwirtschaft und der Umwelt verknüpfen.

Künstliche Intelligenz bewegt sich von der Wahrnehmung zur Erkenntnis. In Tausenden von Branchen müssen zudem anspruchsvolle Computeraufgaben und Computerarchitekturen kontinuierlich aktualisiert werden, um komplexe und vielfältige Szenarioprobleme in verschiedenen Industriebereichen wie Produktion, Transport, Gesundheitswesen und Fertigung zu lösen.

Für die Entwicklung der Computertechnik stellen das Mooresche Gesetz und die Shannon-Grenze die Grenzen ihres Entwicklungsfortschritts dar. Dies bedeutet auch, dass die Computertechnik in eine neue Phase der Selbstrevolution und Innovation eingetreten ist. Die nächsten zehn Jahre werden ein entscheidendes Jahrzehnt für die Entwicklung der Computertechnik sein. Die Computertechnik muss die Grenzen alter Algorithmen, Software, Architekturen, Materialien usw. durchbrechen. Dies wird auch der Entwicklung von Industrie und Wirtschaft neuen Treibstoff verleihen und eine neue Ära der Computertechnik einleiten, die intelligenter, umweltfreundlicher und sicherer für den postmodernen Menschen ist.

Angetrieben durch die Welle digitaler und intelligenter Entwicklung ist die Entwicklung Tausender Branchen auf die Stärkung der Computertechnik angewiesen. Von der Neugestaltung des Engpasses in der Computerentwicklung bis hin zu den Erfordernissen der Modernisierung ganzer Branchen und einer grünen Wirtschaftsentwicklung werden neue Anforderungen an die Computertechnik und die Computerinfrastruktur gestellt. Um den Herausforderungen der intelligenten Welt der Zukunft gewachsen zu sein, muss die Computertechnik in allen Bereichen weiterentwickelt werden.

In welche konkrete Richtung sollte sich die Computertechnik in den nächsten zehn Jahren entwickeln? Branchenprimus Huawei brachte uns auf der Analystenkonferenz einige Gedanken aus der Sicht eines Praktikers näher.

Zehn Jahre Computertechnik: Die Entwicklung von sechs Technologiemerkmalen

Das Mooresche Gesetz und die Shannon-Grenze definieren die technologischen Grenzen dieser Ära. Wenn wir das nächste Computerzeitalter erreichen wollen, müssen wir mit systematischen Durchbrüchen bei Innovationsgrenzen beginnen.

Welche neuen Formen der Datenverarbeitung werden im nächsten Jahrzehnt an Bedeutung gewinnen? Anhand dieser sechs Technologieformen können wir einen Blick auf die Zukunft der Computertechnik werfen.

1. Durchbruch auf der physischen Ebene. Während aktuelle Halbleiterprozesse allmählich an ihre physikalischen Grenzen stoßen, werden Durchbrüche in der physikalischen Schicht genutzt, um die Rechenleistung und Speicherdichte zu verbessern und eine industrielle technologische Revolution herbeizuführen. Zu den wichtigsten Richtungen zählen analoge Berechnungen, nicht auf Silizium basierende Berechnungen und neue Speichertechnologien. Im Hinblick auf die Verbesserung der Energieeffizienzdichte werden beispielsweise Quantencomputer und optische Computer künftig die repräsentativen Technologien für analoge Computer sein. Es wird erwartet, dass im Jahr 2025 ein 1.000-Qubit-Chip erscheint und in bestimmten Szenarien kommerziell verfügbar sein wird. Bei der Speicherung dreht es sich während des gesamten Lebenszyklus um die Unterschiede zwischen heißen, warmen und kalten Daten. Auch in Zukunft werden sich die Medien in zwei Richtungen entwickeln: hohe Geschwindigkeit und hohe Leistung sowie große Datenmengen und niedrige Kosten, um die Kernanforderungen eines effizienten und kostengünstigen Echtzeitzugriffs auf große Datenmengen zur Datenspeicherung zu erfüllen.

2. Diversitätsberechnung. Zukünftige konvergente Anwendungen erfordern eine diversifizierte Datenverarbeitung, die sich von einer CPU-zentrierten zu einer datenzentrierten Computerarchitektur verlagert und sich hin zu einer symmetrischen Computerarchitektur entwickelt. Der Bus ist der Kern der symmetrischen Computerarchitektur. In Zukunft wird es Computerbusse auf DC-Ebene geben. Mithilfe der neuen Busse werden nach und nach neue Computerarchitekturen wie symmetrisches Computing, Ubiquitous Computing und integrierte Speicherung und Berechnung realisiert. Gleichzeitig wird auch der Software-Stack umfassend neu aufgebaut.

3. Mehrdimensionale Zusammenarbeit. Es umfasst zwei Aspekte: dreidimensionales Computing und digitale Zwillinge. In Zukunft werden Cloud, Edge und End horizontal und vertikal koordiniert und zusammenarbeiten, um die Stärken des jeweils anderen zu ergänzen und dreidimensionales Computing zu ermöglichen. Schätzungen zufolge wird die Durchdringungsrate von Edge Intelligence in der Branche im Jahr 2025 40 % erreichen und die Edge-Cloud-Architektur wird sich zum Branchenstandard entwickeln und in großem Umfang kommerziell verfügbar sein. Getrieben von Anwendungen wie Smart Cities und Smart Factories werden auch digitale Zwillinge schneller implementiert.

4. Intelligente Wahrnehmung. Die KI-Technologie wird sich von der Wahrnehmung zur Erkenntnis und von der Erkenntnis zur Schöpfung entwickeln. Von der Wahrnehmungsintelligenz bis zur kognitiven Intelligenz wird erwartet, dass sie im Jahr 2025 in Schlussfolgerungsszenarien wie Suche/Empfehlung/Dialog angewendet wird und dass Maschinen im Jahr 2030 Menschen in lokalen Szenarien ersetzen werden. Von der kognitiven Intelligenz zur kreativen Intelligenz, um eine generative KI zu erreichen, wird erwartet, dass KI bis 2030 in der Lage sein wird, aktiv nach Trainingsdaten zu suchen und Selbstaktualisierung, Selbstentwicklung und Selbsterstellung zu erreichen.

5. Intrinsische Sicherheit. In Zukunft wird die Computersicherheit zu einer inhärenten Fähigkeit des Systems und wird sich durch den gesamten Lebenszyklus der Daten ziehen. Es wird erwartet, dass bis 2026 ein weltweit anerkannter Konsensalgorithmus im Bereich der digitalen Identität entsteht, der die Leistung der homomorphen Verschlüsselung um das 1.000-fache steigert und erste kommerzielle Anwendungen ermöglicht. Mit der zunehmenden Verbreitung von KI-Anwendungen werden die Sicherheit und Zuverlässigkeit von KI immer wichtiger. Es wird erwartet, dass die Robustheit von KI-Modellen bis 2026 von derzeit 5 % auf über 80 % steigen wird. Mit der Entstehung neuer Computerparadigmen ist es auch notwendig, neue Sicherheitsarchitekturen und -systeme aufzubauen. Sicherheit wird in neue Computerarchitekturen wie Netzwerk-Computing, Diversitäts-Computing und Peer-to-Peer-Computing integriert.

6. Grün und intensiv. Intensives Bauen, eine verbesserte Auslastung der Rechenleistung und eine Reduzierung des Energieverbrauchs pro Rechenleistung sind die wichtigsten Möglichkeiten, um umweltfreundliches und intensives Computing zu erreichen. Zu den spezifischen Implementierungsmethoden gehören Chip-Engineering, integrierte Gleichstrom- und Rechenleistungsnetzwerke. Das Rechenleistungsnetzwerk verbindet Rechenzentren an verschiedenen Standorten durch neue Netzwerktechnologien, um Rechenleistungsdienste zu realisieren, eine intensive Konstruktion und Wiederverwendung von Rechenleistung auf sozialer Ebene zu erreichen und die Rechenleistungsauslastung zu verbessern. Es wird erwartet, dass es bis 2030 ein Computernetzwerk mit mehr als 100 Stadtknoten geben wird.

Angesichts der komplexen Anwendungsszenarien der Zukunft wird es für Single-Point-Technologien oder Innovationen schwierig sein, den zukünftigen Bedarf an hundert- oder tausendfach höherer Rechenleistung zu decken. Daher sind die sechs wichtigsten technischen Merkmale von Computing 2030 nicht voneinander isoliert. Sie erfordern Innovationen auf Systemebene und die Koordination aller Faktoren, damit die verschiedenen Technologie- und Innovationsdividenden einen Multiplikatoreffekt entfalten können. Nur so können wir den Rechenleistungsanforderungen zukünftiger Computerszenarien wirklich gerecht werden und die kontinuierliche iterative Weiterentwicklung der Computerbranche vorantreiben.

Blick in die Zukunft: Computerentwicklung für Praktiker

Aus globaler Sicht ist die Rechenleistung zu einer wichtigen Produktivkraft geworden, die die Entwicklung der digitalen Wirtschaft unterstützt. Weltweit werden immer mehr Investitionen in den Aufbau von Computerinfrastruktur getätigt, und Investitionen in Hochleistungsrechnen haben sich zu einem bedeutenden Trend entwickelt.

Auch Chinas Dateninfrastruktur wird in dieser Ära aktiv aufgebaut. Das Anfang des Jahres gestartete Projekt „East Data West Computing“ hat die großen Rechenzentren des Landes integriert und die Anordnung von acht großen Stadtzentren und zehn Clustern koordiniert.

Als Kilby vor sechzig Jahren den ersten integrierten Schaltkreis der Welt entwickelte, hätte sich niemand vorstellen können, dass Computer und Internet die Welt zu dem machen würden, was sie heute ist. Ebenso wird die intelligente Computerrevolution, die wir heute erleben, die Welt in eine umfassendere Zukunft führen.