三大前沿科技产业研究:人工智能、区块链、商业航天的未来十年.docx
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1、三大前沿科技产业研究:人工智能、区块链、商业航天的未来十年一、人工智能 2030:算法、算力的发展重塑汽车、医疗、娱乐等行业过去十年 AI 产业迎来了历史上第三波,也是 70 多年发展中最快速的一波发展。基于深度 学习理论,AI 在数据的驱动下,在人脸识别、文本翻译等特定领域已经达到甚至超过人类 的准确度,同时拥有远超人类的效率。芯片的制程升级和代工模式的发展也使得大数据下 的 AI 得以落地。同时 AI 也在改变互联网生态后在软硬件领域拉开帷幕,开始重塑安防等领 域。而 AlphaGo 人机博弈等也帮助 AI 概念的普及。总结看,随着深度学习算法的提出和半 导体行业的突破,叠加成功的内容宣传
2、,过去十年 AI 从专业的技术理论到产业化落地,再 到大众认知,形成了跨越式的发展。投融资:AI 公司逐步登陆资本市场在一级市场中,全球 AI 相关的私募股权融资规模不断提升,2020 年总投资合计为 679 亿 美元,同比增长 40%,且随行业发展投资愈加集中,形成了明显的头部效应。根据赛迪顾 问统计,中国 AI 投资中,天使轮 AI 投资数量占比从 2016 年的 67%,降至 2019 年的 34%。经过多年发展,AI 的商业模式也逐渐清晰,AI 也受到了投资人青睐,从广泛投资到更加专 注在几大场景,应用逐渐收缩至机器视觉(CV)、自然语言处理(NLP)、AI 平台、AI 芯片 等领域。
3、随着 AI 被更广泛的认知,AI 行业迎来了创业潮。在资本市场上独角兽公司不断涌现,估值 不断提升。而 2020 年更开启了 AI 公司上市大幕,Palantir、涂鸦智能、Schrodinger、C3.AI、 UIPath 等公司已经成功上市,更有大量公司正在排队上市中。我们判断未来 A/H /美股 AI 公司市值的比重将会大幅提升。我国 AI 行业呈现较高景气度。我国 AI 四小龙中旷视、依图和云从均已提交招股书,已经上 市公司中大量行业也在 AI 浪潮下不断转型升级。在 A 股和美股二级市场中,人工智能相关公司的市值占比不断提升,典型代表公司如 A 股 传统安防龙头海康威视依靠 AI 技
4、术实现产品升级和行业突破;美股英伟达依靠 GPU 产品 打造 AI 芯片算力。两公司在过去五年股价分别增长了约 4 倍和 18 倍AI 未来 10 年发展 1:算力AI 重塑数据中心和汽车行业算力的需求主要以 AI 芯片形式体现,驱动力来自于最为领先的 AI 算法。过去十年 OpenAI 测算,全球头部 AI 模型训练算力需求 3、4 个月翻一番,因此每年头部训练模型所需算力增 长幅度高达 10 倍。同时,需求的快速提升叠加摩尔定律,导致算力价格也更加亲民。目前数据中心和汽车领域成为最重要的 AI 算力发展落脚点,以 AI 芯片的形式落地。其中, AI 训练芯片的厂商全球屈指可数,相关芯片主要
5、以服务器、集群、加速卡等模式用在云端, 在边缘端也将逐渐出现;AI 推理芯片门槛相比训练难度较低,一些优秀的创业公司依靠 Fabless 模式进入市场。芯片公司可提供专用的人工智能芯片/IP 和开发工具:训练芯片面 向数据中心、汽车等行业客户,也有大量云公司设计自用芯片内部使用;推理芯片部分集 成在硬件终端,如手机、摄像头、汽车、矿机等,部分用于云端提供服务。服务器和数据中心用的处理器芯片本身就不断增长,而目前计算仍主要依靠 CPU,随着 AI 算力需求的提升,数据中心算力呈现多样化趋势,主要用于 AI 计算的 GPU 或 ASIC 占比 不断提升。据我们测算,目前全球服务器 GPU 占据服务
6、器级处理器的市场份额小于 20%, 预期未来三年 CAGR 约为 25%。面对市场机会,全球头部公司正在通过并购方式迅速补充技术短板。如:1) Intel面对异构计算的机会,在过去几年连续收购了Altera、Movdius、Mobileye、Barefoot、 Habana Labs 等公司,不断提升公司数据中心和汽车领域的计算能力。2) 2020 年,英伟达收购 Mellanox 和 ARM(进行中)。宣布收购后,英伟达针对数据中 心市场分别推出了 BlueField DPU(数据处理单元)和 CPU 产品。DPU 定位为卸载 CPU 上的网络、存储、安全等方面的任务。英伟达表示,一颗 Bl
7、ueField-2 DPU 能提 供相当于 125 个 CPU 核所能支持的数据中心服务。DPU 类似的产品为智能网卡 (SmartNIC),除了英伟达,Intel、Broadcom、Xilinx、Marvell 均在领域有所布局。3) AMD 2020 年宣布收购 Xilinx,目前仍在进行中。Xilinx 拥有全球最为领先的 FPGA 产 品,同时拥有自适应 SoC、加速器和 SmartNIC 解决方案,对 AMD 在数据中心领域和 边缘领域能力起到了有效补充。相比于海外市场头部企业的并购潮,中国出现了大量创业公司致力于数据中心和汽车领域 的 AI 芯片设计,并形成了和海外公司比肩的演进路
8、线图。目前的 AI 芯片市场中英伟达凭借硬件优势和软件生态,市场份额较高。我们判断:算法 方面,模型的复杂度不断提升;软件方面,AI 框架的使用越来越集中,因此有大型模型 训练能力的芯片将会更加集中,而软件工具支持的芯片类别也会更加集中。因此英伟达的 优势难以短期撼动。但国内其他公司在国产化的大趋势下也值得关注。特别地,这些公司在边缘计算中心、汽 车、IoT 等领域的推理市场的机会更大,针对行业定制的推理芯片可能是破局之道。目前, 自动驾驶、摄像头、数字货币挖矿等领域已经出现了大量定制推理芯片,未来行业的发展 将更为明确。而数据中心训练市场等的发展需要依靠不断研发缩小差距。AI 未来 10 年
9、发展 2:算法NLP、CV 感知增强,突破认知时点仍未可知NLP 和 CV 在过去几年的发展历经算法突破,已经从传统的感知学习深入到感知增强阶段:1) NLP:过去十年 NLP 的算法突破是 AI 领域最为主要的发展方向之一。2020 年 7 月, OpenAI 基于互联网大量文本数据训练出拥有 1750 亿参数的 AI 模型 GPT-3,无须进 一步训练即可应用在各类 NLP 领域。2021 年,Google 发布了 Switch Transformer 模 型,将模型参数提升至 1.6 万亿规模。NLP 领域依托大型模型能力,已经在多种新场 景中应用。如:网页搜索、UI 设计、自动编程等。
10、2) CV:过去十年CV领域的算法也不断升级,如 2015年的 ResNet、2019的 EfficientNet。 另外大量算法针对小样本的推理场景(YOLO)、照片修复(DeOldify)场景或者 2D 转 3D(PIFuHD)场景提出。这些算法已经快速应用在自动驾驶、媒体互联网等领域。在大量场景下,专用的人工智能已经可以满足人类活动大部分需求。但 AI 经历了多年发展 依然停留在感知层面,难以像人一样做推演式思考。我们认为:未来十年人工智能将与脑 科学融合,发展通用认知智能,对应着人机多轮对话、视频理解等应用。但目前实现路径 存在不确定性,典型的发展思路包括:1) 不依赖大量人工标注数据
11、的自监督学习成为学习方法的新焦点。借助预训练模型,通 过自主生成或增强数据、依托知识图谱常识关系等优化学习结果,提升无标注数据集 下的学习能力。相关案例包括谷歌 Bert、Facebook RoBERTa、Open AI 的 GPT-3 等。 自监督学习目前正在向图像领域发展,实现像素级别的目标识别。纯粹有监督学习方 式训练深度学习模型阶段结束。2) 小样本、多模态学习,模型小型化。迁移其他训练成果,复用其他领域的知识结构, 使用少量样本训练,利用多源信息拓展学习能力是 AI 的重要发展方向。另外由于部分 模型参数过多,FB、腾讯、Google 等也在加速构建完善模型小型化能力,在 Tenso
12、rFlow、 PyThorch、TensorRT 等框架中使用剪枝、量化等算法压缩模型,提高运算速度。AI 未来 10 年发展 3:场景多行业对 CV、NLP 和机器人需求较高AI 在结构化数据和部分非结构化的数据(语音、文字和图像)的应用已经十分丰富。未来 十年,叠加其他创新如 5G 等,我们认为 AI 将依托新算法、新算力和新的传感数据进一步 挑战视频和图像场景,实现新的商业模式。我们认为 AI 将在汽车、医疗和娱乐领域影响最 为深远,其他行业也有各种应用场景。汽车自动驾驶结果逐年优化,慢速场景开启商用自动驾驶经过多年的发展,行业的观点持续波动。2018 年以前业界对自动驾驶的发展十分 乐
13、观。Google 成立 Waymo、Uber 开启路测、特斯拉发展 Autopilot 系统等事件均受到投资 人关注。然而 2018 年起,Waymo 自动驾驶部署慢于预期、Uber 出现自动驾驶致死事故。 面对高速、复杂场景的通用自动驾驶,大量的长尾场景问题仍待解决,L4 级别自动驾驶迟 迟难以规模化商用。2020 年自动驾驶的关注度再度提升:8 月百度 Apollo 宣布自动驾驶出 租车上线。10 月 Waymo 宣布将提供完全无人的驾驶服务。特斯拉宣布即将完成 L5 级自动 驾驶研发。2021 年大量的头部公司扎堆自动驾驶赛道,如苹果(AAPL US)、Amazon(收 购 Zoox)(
14、AMZN US)、小米(1810 HK)、华为(未上市)、滴滴(未上市)等。 尽管预期不断变化,但不可否认自动驾驶的路测结果正在不断提升。自动驾驶虽然仍有距 离,但发展在头部公司的带动下更加清晰。自动驾驶虽然仍有距离,难以明确具体商用时间,但是在慢速场景,如农机、扫地机器人、 快递最后一公里配送等场景中已经实现落地,在未来十年可能会有更多慢速场景自动驾驶 的应用改变人们生活。医疗人工智能进入诊断、治疗核心环节的发展新十年我们认为医疗领域是 AI 主要的市场之一。我国 2014 年曾鼓励 AI 医疗器械发展,但产品的商 用存在落地问题,导致实际发展慢于预期。2018 年 IBM Waston 大
15、幅裁员了其医疗团队也影 响了行业发展。裁员原因之一是医疗行业结构化积累的数据规模较小,AI 难以获得较好的施 展空间。然而,自疫情以来,AI 医疗的趋势受到更广泛接受。AI 医疗领域在理论和实践方面 都出现了若干突破,监管层面 2020 年起面向 AI 医疗设备的三类证也陆续颁发。我们判断未 来十年 AI 有望在制药、诊断、手术领域等以算法、设备和手术机器人的模式落地。医疗领域最重要的应用是 AI 制药。2020 年,AI 解决了蛋白质结构预测问题,该问题是结 构生物学里程碑式的问题。2020 年 DeepMind 凭借“AlphaFold 2.0”算法在权威蛋白质结 构预测评估竞赛(CASP
16、)中排名第一,其主要指标 GDT 得分达到 92.4 分,达到实验室水 平。过去很多年药企就已经广泛地研究和推进人工智能技术,未来十年利用 AI 构建药物结 构成为可能。AI 通过分析论文和临床数据,可以加速药物研发流程。面对新冠疫情,AI 展 现出不俗的效率。2020 年英国公司 BenevolentAI 通过 AI 检索海量文献发现新冠药物。该 药物后获 FDA 紧急使用授权。过去两年 AI 制药受到资本市场青睐。目前全球 AI 制药的头 部企业包括美国上市公司 Schrodinger(SDGR US)、Recursion Pharmaceuticals(RXRX US)、英国 Benev
17、olentAI(未上市)、和中国晶泰科技(未上市)等。AI图像识别技术在CT、MR影片诊断领域的应用也已相对成熟,未来十年将有望规模发展。 包括科亚医疗方舟(未上市)、乐普医疗(300003 CH)、推想医疗(未上市)、联影(未上 市)等公司的产品已经获得国家药监局认证,可在中国开展商业化销售。未来十年手术机器人治疗的市场规模也有望随 AI 的发展不断提升。根据国际机器人联盟(IFR) 的分类,手术机器人是技术难度最高的机器人,可以用于手术影像导引和微创手术。例如, 骨科手术机器人行业类似的企业主要有 7 家,其中取得骨科手术机器人医疗器械注册证的企 业主要有以色列 Mazor Robotic
18、s 公司(被收购)、法国 MEDTECH 公司(被收购)和美国 MAKO Surgical 公司(被收购);尚未取得骨科手术机器人医疗器械注册证的有上海锋算(未 上市)、微创医疗机器人(微创医疗科学有限公司(00853 HK)旗下子集团)及国内已经取 得神经外科手术机器人医疗器械注册证的柏惠维康(未上市)和华科精准(未上市)。上述企 业采用了机器人技术,在手术机器人技术上实现了机械臂的协同控制,形成了真正意义上的 手术机器人产品。新技术的出现,引领骨科手术跨入了影像导航与机器人技术结合的机器人 智能辅助时代,对于医院诊疗方式、医疗器械竞争格局产生了颠覆式影响。其他AI 在各行业落地想象空间十足
19、1) 移动互联网领域利用深度学习在推荐系统等领域已经实现了较好发展,未来通过感知 智能落地,移动互联网领域将出现更人性化的智能客服,并出现聊天机器人陪伴人类。2) 安防领域,简单的视频分析如动目标识别,人脸识别等应用已经十分成熟,但是对于 意图等的把握依然不够成熟。未来随着 CV 技术的发展,对视频的理解将会更上一个 台阶,通过视频可以预测目标轨迹,做出预警。3) 智能家居领域,具备指纹识别功能的智能门锁和具备简单对话能力的智能音箱已经广 泛普及,而类似于聊天机器人,智能家庭助理目前仍在发展早期。4) 零售领域,目前无人零售已经在部分地区推广,用户通过自助扫码等模式可以打开货 架领取物品,货架
20、通过摄像头等传感器识别商品并自动结算。部分商场中已经安装了 导购机器人,而未来更加智能化的导购机器人将更加智能,实现更深度的产品而不是 店铺导购。5) 金融领域,现有的 AI 在客户资质筛查等领域已经有成熟应用,CV 应用集中在远程开 户等领域,而目前的远程对话服务一般是连接到客服专员,未来可能出现智能投顾。元宇宙AI 连接虚拟世界与现实世界以上讨论的汽车、医疗等大量行业只是元宇宙概念下的细分方向。我们认为 AI 技术将成为 元宇宙(Metaverse)时代到来的加速器。游戏我的世界(Minecraft)已经将虚拟平行 世界概念植入大众内心,而元宇宙概念可能是行业的发展的深刻趋势。狭义地,元宇
21、宙的建立需要对现实生活的内容进行 3D 复制。传统 3D 制作流程都需要经历 基础建模、材质贴图、灯光渲染等步骤,且日渐复杂。英伟达 2020 年发布 Omniverse 3D 仿真和协作平台,可以对现实世界逼真模拟,提高行业工作流程的灵活性和可扩展性,实 现虚实世界的数字孪生。在过去两年内,有超过四百家企业评估过 Omniverse。英伟达 Omniverse 生态体系不断扩大,将各软件公司领先业界的应用程序串连在一起,力图打造 开源标准和互通的 Metaverse。广义地,元宇宙的建设帮助全行业数字化。大量依赖人工的服务可在元宇宙实现数字化落 地。而其中最复杂的是各场景中的长尾场景。传统
22、AI 追求算法和模型的精妙,但对尾部场 景无法覆盖。但是过去一年,行业发生了深刻变化,大规模算法+暴力算力模式导致模型覆 盖了长尾场景,而开放的AI平台也允许越来越多的传统行业工程师参与到AI模型的开发中。 因此元宇宙概念的兴起也是 AI 发展的一个必然结果。AI 未来 10 年发展 4:数据立法落地,商业数据规模交易仍未可知深度学习之后,数据成为最重要的生产资料之一,而伴随数据产生的一系列如侵权、大数 据杀熟等问题也受到关注。欧盟于 2016 年提出,在 2018 年实施通用数据保护条例 (General Data Protection Regulations,GDPR)。该法案唤起了全球对
23、于数据保护、个 人信息保护的意识。中国 2017 年 6 月起实施了网络安全法,2018 年 5 月实施了GB/T 35273 信息安全技术-个人信息安全规范并于 2020 年 11 月实施了新版本。美国联邦政府 设立了美国澄清域外合法使用数据法(the Cloud Act),各州针对互联网数据也从 2018 年起建立约 30 部法律。在法律约束下,数据交换的壁垒有所提升。2020 年 7 月,欧盟基于 GDPR 宣布隐私盾 计划(Privacy Shield)无效,导致欧洲数据向美国流向变得复杂。同年美国政府禁止 TikTok 和中国公司数据共享,我国要求 Zoom 等 APP 在中国区数据
24、在国内数据中心承载。在贸易 摩擦的背景下,数据的跨国共享变得复杂,AI 公司的发展可能呈现区域化。数据的开放在技术侧也面临着变化。全球领先的算法公司如 OpenAI 推出了 GPT-3 算法, 但没有开放其模型,而是通过商用的方式调用。而开源社区中出现了模仿 GPT-3 的开源项 目如 GPT-Neo、Connor Leahy 等。由于算法的开源生态,数据的价值得以凸显。领先的 算法目前均依赖大型数据库。如 GPT-3 和 Switch Transformer 参考了网络上几乎所有文本 训练其模型,参数在千亿级以上。因此非公开的小数据集对于 AI 的技术突破价值贡献微乎 其微,相比之下,特定行
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