站在 2024 年的起點(diǎn)回顧過(guò)去一年，“科技改變生活”這句話似乎從未如此真切。

在這段時(shí)間里，大語(yǔ)言模型浪潮掀起，以 ChatGPT 為代表的生成式人工智能工具席卷全球，將人工智能的可能性帶入了一個(gè)新的維度。對(duì)于普通人而言，它不再如天上月那樣可望而不可及，每個(gè)能訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)的人都能親身體會(huì)到它的強(qiáng)大。

有人說(shuō)，生成式人工智能就像電力一樣，改變了世界的發(fā)展軌跡。可以肯定的是，它并非只是一項(xiàng)技術(shù)，更像是一顆石子，投入到人類社會(huì)的湖泊中，激起了一圈圈擴(kuò)散的漣漪。

在科技圈，類似的石子還有很多。如何在它們還未掀起浪花之前就發(fā)現(xiàn)它們？

身懷對(duì)科技成果的敏銳嗅覺和深刻理解，《麻省理工科技評(píng)論》一直致力于挖掘那些可能改變世界的突破性技術(shù)。在這個(gè)瞬息萬(wàn)變的時(shí)代，如果你想搶先一步把握科技發(fā)展的脈搏，這種敏銳嗅覺尤為重要。

2023 年初，我們就將“制作圖像的 AI”列為“十大突破性技術(shù)（10 Breakthrough Technologies）”之一。經(jīng)過(guò)一年的發(fā)展，我們看到了該技術(shù)的茁壯成長(zhǎng)，以及其姊妹領(lǐng)域——可以生成視頻和音頻的 AI，甚至是多模態(tài) AI（谷歌剛剛推出的 Gemini 大模型）的巨大進(jìn)展。

再往前看，許多在今天看來(lái)稀松平常的技術(shù)，都曾以“黑科技”或“潛力股”的身份登上過(guò)榜單，其中包括大數(shù)據(jù)時(shí)代不可或缺的數(shù)據(jù)挖掘（2001 年），基于云服務(wù)的流媒體和編程（2010 和 2011 年），讓人工智能更加強(qiáng)大和實(shí)用的深度學(xué)習(xí)（2013 年），以及改變?nèi)祟惡娇蘸教飚a(chǎn)業(yè)進(jìn)程的可回收火箭（2016 年）。

在最新的 2024 年“十大突破性技術(shù)”榜單中，我們依舊重點(diǎn)關(guān)注那些有望對(duì)世界產(chǎn)生真正影響的、有前途的技術(shù)。這些技術(shù)展示出的無(wú)限的可能性，為我們描繪出了一個(gè)更加綠色、健康、智能的未來(lái)。

隨著 ChatGPT 等生成式人工智能的廣泛普及，無(wú)處不在的人工智能將引領(lǐng)我們進(jìn)入智能化的新時(shí)代，人人都能擁有自己的智能助手；社交媒體的版圖也在發(fā)生變化，去中心化的平臺(tái)正在挑戰(zhàn) X（原推特）的地位，數(shù)百萬(wàn)用戶逃離“小藍(lán)鳥”，渴望在新的社交空間找到自由表達(dá)的樂(lè)土；新的一年，蘋果 Vision Pro 有望正式開售，對(duì)許多科技巨頭來(lái)說(shuō)，VR/AR 頭顯猶如“燙手山芋”。它能否真正地顛覆消費(fèi)電子市場(chǎng)，引領(lǐng)新一輪的科技熱潮，我們拭目以待。

在健康領(lǐng)域，基因編輯技術(shù)走出了實(shí)驗(yàn)室，CRISPR 技術(shù)首次成功應(yīng)用于鐮狀細(xì)胞病的治療，標(biāo)志著基因療法新時(shí)代的到來(lái)；減肥藥物的研發(fā)和銷售雙雙取得了顯著進(jìn)展，甚至需求旺盛、一藥難求，但我們也必須看到，它對(duì)健康的長(zhǎng)期影響仍需要時(shí)間來(lái)觀察。

針對(duì)日益嚴(yán)峻的氣候問(wèn)題，已經(jīng)成熟的熱泵技術(shù)和正在走向成熟的超高效太陽(yáng)能電池有望成為更好的解決方案，它們?cè)诩彝?、建筑、生產(chǎn)制造和能源領(lǐng)域的大規(guī)模普及，將幫助我們走向脫碳的未來(lái)；增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)的進(jìn)展將進(jìn)一步釋放地球深處的能量，為低碳能源領(lǐng)域開辟新的疆域。

著眼未來(lái)，百億億次計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大運(yùn)算能力將不斷拓展科學(xué)模擬的邊界，讓我們能更深入地探索宇宙和生命的奧秘；芯粒技術(shù)的蓬勃發(fā)展或許能夠延長(zhǎng)摩爾定律的壽命，讓芯片制造商在人工智能、航空航天和汽車制造等快速發(fā)展的前沿領(lǐng)域獲得更大的發(fā)展空間。

這份榜單只是冰山一角，它無(wú)法涵蓋所有正在改變世界的科技進(jìn)展。但它描繪了出一幅當(dāng)下科技進(jìn)步如何影響我們生活的畫卷，以及我們可以期待一個(gè)怎樣的未來(lái)。這些不僅是技術(shù)的飛躍，更是對(duì)人類潛能的深刻挖掘。

我們站在新時(shí)代的起點(diǎn)上，面對(duì)著充滿無(wú)限可能的時(shí)代。這些技術(shù)不僅將改變我們的生活方式，更將改變我們看待世界的方式。讓我們以開放的心態(tài)和前瞻性的眼光，一同探尋這十個(gè)引領(lǐng)科技未來(lái)的創(chuàng)新力量，揭示它們?cè)诟髯灶I(lǐng)域的閃光點(diǎn)、重要性以及對(duì)人類社會(huì)的深遠(yuǎn)影響。

每年，我們都會(huì)尋找有望對(duì)世界產(chǎn)生真正影響的有前途的技術(shù)，以下是我們認(rèn)為目前最重要的科技進(jìn)步。

無(wú)所不在的人工智能

重大意義：像 ChatGPT 這樣的生成式人工智能工具在短時(shí)間內(nèi)大規(guī)模普及，徹底改變了整個(gè)行業(yè)的發(fā)展軌跡。

主要參與者：谷歌、Meta、微軟、OpenAI

成熟期：現(xiàn)在

2022 年 11 月，當(dāng) OpenAI 推出一款名為 ChatGPT 的免費(fèi)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用時(shí)，沒(méi)人能預(yù)料接下來(lái)會(huì)發(fā)生什么。然而，這一次低調(diào)的新產(chǎn)品推出徹底改變了一切。

時(shí)間來(lái)到了 2023 年 1 月，ChatGPT 成為了有史以來(lái)增長(zhǎng)最快的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，任何人都能通過(guò)瀏覽器訪問(wèn)這一最強(qiáng)大的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。它讓我們眼前一亮，卻也引發(fā)了一些焦慮和不安。

而這只是一個(gè)開始。在 2 月份，微軟和谷歌分別披露了各自的競(jìng)爭(zhēng)計(jì)劃，也就是將聊天機(jī)器人與搜索相結(jié)合，試圖重構(gòu)我們與互聯(lián)網(wǎng)的日常互動(dòng)。

但早期的表現(xiàn)并不亮眼。微軟的 Bing Chat 出現(xiàn)了問(wèn)題，開始胡言亂語(yǔ)。谷歌的 Bard 被發(fā)現(xiàn)在宣傳資料中犯了事實(shí)錯(cuò)誤。但不管錯(cuò)誤有多么奇怪，它們并沒(méi)有因此就被關(guān)進(jìn)“小黑屋”。

此后，微軟和谷歌已經(jīng)將業(yè)務(wù)拓展到了搜索之外，通過(guò)辦公軟件將基于聊天機(jī)器人的人工智能助手交到了數(shù)十億人手中。該技術(shù)可以用來(lái)總結(jié)電子郵件和會(huì)議、起草報(bào)告和回復(fù)，甚至在幾秒鐘內(nèi)生成帶有標(biāo)題、要點(diǎn)和圖片的幻燈片。

微軟和 Meta 發(fā)布了圖像制作模型，用戶只需點(diǎn)擊一下即可生成可分享的各種圖像。一系列滑稽的“大雜燴”圖片源源不斷地出現(xiàn)，社交平臺(tái)上甚至出現(xiàn)了數(shù)十個(gè)關(guān)于米老鼠和海綿寶寶駕駛飛機(jī)撞向雙子塔的帖子。

谷歌的新手機(jī)現(xiàn)在也用上了人工智能，使用戶可以以前所未有的方式編輯照片，將悲傷的表情轉(zhuǎn)變?yōu)榭鞓?lè)，將陰天的下午轉(zhuǎn)變?yōu)橥昝赖娜章洹?/span>

如此激進(jìn)的新技術(shù)，以前所未有的速度和規(guī)模從產(chǎn)品原型演變?yōu)橄M(fèi)產(chǎn)品。顯而易見的是，我們甚至還沒(méi)有開始理解關(guān)于它的一切，更不用說(shuō)考慮它的影響了。

如今，這項(xiàng)技術(shù)的光環(huán)褪去了嗎？或許吧。隨著每一次相關(guān)新產(chǎn)品的發(fā)布，原本令人驚訝的事情正變得司空見慣。但是，2023 年對(duì)未來(lái)的影響卻是顯而易見的：讓數(shù)十億人接觸到了人工智能?，F(xiàn)在我們需要弄清楚，我們所接觸到的究竟是什么。

首例基因編輯治療

重大意義：隨著 CRISPR 技術(shù)進(jìn)入市場(chǎng)，鐮狀細(xì)胞病是首個(gè)被 CRISPR 戰(zhàn)勝的疾病。

主要研究者：CRISPR Therapeutics、Editas Medicine、Precision BioSciences、福泰制藥（Vertex Pharmaceuticals）

成熟期：現(xiàn)在

首例基因編輯治療已經(jīng)到來(lái)，心存感激的患者稱其“改變了生活”。

11 年前，科學(xué)家們首次開發(fā)出了一種名為 CRISPR 的強(qiáng)大的 DNA 剪切技術(shù)。現(xiàn)在，他們已將 CRISPR 帶出實(shí)驗(yàn)室并運(yùn)用到真正的醫(yī)學(xué)治療中，創(chuàng)造出了一種治療鐮狀細(xì)胞病癥狀的療法。

鐮狀細(xì)胞病是由血紅蛋白基因的兩個(gè)拷貝發(fā)生突變（錯(cuò)誤）引起的，癥狀包括一陣陣劇烈疼痛，病人的預(yù)期壽命僅有 53 歲。在美國(guó)，每 4000 人中就有 1 人患病，其中幾乎都是非裔美國(guó)人。

那么，這種疾病是如何成為 CRISPR 的首個(gè)成功案例的呢？部分原因是生物學(xué)上的偶然。我們的身體有另一種制造血紅蛋白的方式，但這種方式在我們出生時(shí)就會(huì)被關(guān)閉。研究人員發(fā)現(xiàn)，對(duì)骨髓細(xì)胞進(jìn)行簡(jiǎn)單的 DNA 編輯就可以使其重新啟動(dòng)。

許多 CRISPR 療法正在試驗(yàn)中，但 2022 年，總部位于美國(guó)波士頓的福泰制藥（Vertex Pharmaceuticals）第一次將一種 CRISPR 療法提交至監(jiān)管機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)，這種療法就是針對(duì)鐮狀細(xì)胞病的。在骨髓經(jīng)過(guò)編輯后，幾乎所有自愿參加試驗(yàn)的患者都不再感到疼痛。

這是個(gè)好消息，但基因編輯療法的預(yù)計(jì)價(jià)格為 200 至 300 萬(wàn)美元。而且，在鐮狀細(xì)胞病最為常見、仍然導(dǎo)致許多兒童死亡的非洲，福泰尚未計(jì)劃提供這種療法。

該公司表示，這是因?yàn)橹委煼桨阜浅?fù)雜。它涉及到住院、由醫(yī)生取出骨髓、編輯細(xì)胞、然后將它們移植回來(lái)的復(fù)雜過(guò)程。在連基本健康需求都難以滿足的國(guó)家，該手術(shù)的要求顯得過(guò)于苛刻。因此，接下來(lái)可能會(huì)出現(xiàn)更簡(jiǎn)單、更便宜的實(shí)施 CRISPR 療法的方案。

熱泵

重大意義：熱泵是一項(xiàng)已經(jīng)成熟的技術(shù)?，F(xiàn)在，它們開始在家庭、建筑以及制造業(yè)脫碳方面取得真正的進(jìn)展。

主要參與者：Daikin、Mitsubishi、Viessmann

成熟期：現(xiàn)在

我們已經(jīng)進(jìn)入到熱泵時(shí)代。

熱泵是可以利用電力來(lái)冷卻和加熱空間的設(shè)備。如今，許多建筑物仍然使用天然氣等化石燃料供暖。改用由可再生能源驅(qū)動(dòng)的熱泵可以幫助家庭、辦公室和工業(yè)設(shè)施大幅減少碳排放。

雖然熱泵自 20 世紀(jì)中葉以來(lái)就已經(jīng)在建筑物中得到使用，但該技術(shù)目前正在以新的方式取得突破。2022 年，全球熱泵銷量增長(zhǎng) 11%，這已是連續(xù)第二年實(shí)現(xiàn)兩位數(shù)增長(zhǎng)，盡管該增速可能在 2023 年有所放緩。其中，歐洲的變化最明顯，2022 年的熱泵安裝量增長(zhǎng)了 40%，主要是由俄烏沖突引發(fā)的能源危機(jī)以及擺脫天然氣的因素引起的。

熱泵的另一個(gè)熱點(diǎn)區(qū)域是亞洲，中國(guó)的熱泵安裝量全球領(lǐng)先。自 2010 年以來(lái)，中國(guó)和日本合計(jì)占熱泵技術(shù)新專利申請(qǐng)的一半以上。新方法使熱泵能夠達(dá)到更高的溫度。例如，對(duì)于食品加工和造紙所需的蒸汽，新的熱泵技術(shù)可以使用電力達(dá)成這一目標(biāo)，從而讓工業(yè)制造的過(guò)程更加清潔。

總的來(lái)說(shuō)，到 2030 年，熱泵有望減少全球 5 億噸排放，相當(dāng)于今天歐洲所有汽車的總排放量。這需要安裝大約 6 億臺(tái)熱泵，約占全球所有建筑物供暖需求的 20%。

目前，熱泵仍然面臨著巨大的挑戰(zhàn)，包括提高產(chǎn)量以滿足不斷增長(zhǎng)的需求，還要確保電網(wǎng)足夠強(qiáng)大，能夠?yàn)檫@些技術(shù)和其他應(yīng)對(duì)氣候問(wèn)題的技術(shù)提供電力。但所有跡象都表明，熱泵正在進(jìn)入黃金時(shí)代。

推特“殺手”

重大意義：數(shù)百萬(wàn)人逃離了“小藍(lán)鳥”，轉(zhuǎn)而涌向去中心化的社交媒體平臺(tái)。

主要參與者：Bluesky、Discord、Mastodon、Nostr、Threads

成熟期：現(xiàn)在

在過(guò)去的 17 年里，幾乎所有的喧鬧、暴躁、有趣、可怕、瞬息萬(wàn)變、永無(wú)休止的全球?qū)υ挾加幸蛔行膹V場(chǎng)，那就是推特（Twitter）。

如果你想知道世界上正在發(fā)生什么，以及人們現(xiàn)在都在談?wù)撌裁?，推特是互?lián)網(wǎng)上最合適的地方。

但隨后埃隆·馬斯克（Elon Musk）收購(gòu)了推特，將其更名為 X，解雇了大部分員工，并或多或少地取消了其審核和驗(yàn)證系統(tǒng)。他建立了一個(gè)新的收益機(jī)制，激勵(lì)創(chuàng)作者傳播、放大謊言和政治宣傳相關(guān)的內(nèi)容。許多人已經(jīng)開始尋找替代服務(wù)（商），最好是一種超出任何個(gè)人控制范圍的服務(wù)（商）。

去中心化的社交媒體主要使用 ActivityPub、AT Protocol 或 Nostr 等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行跨（獨(dú)立托管的）服務(wù)器通信或跨平臺(tái)通信。它提供了更精細(xì)的審核機(jī)制，能夠更安全地面對(duì)企業(yè)或政府審查員的突然抽查，以及避免它們掌握用戶社交圖譜的機(jī)會(huì)。去中心化的社交媒體甚至支持從一臺(tái)服務(wù)器轉(zhuǎn)移到另一臺(tái)服務(wù)器，并繼續(xù)關(guān)注相同的人。

可以肯定的是，實(shí)現(xiàn)一種類似推特的“去中心化服務(wù)”的夢(mèng)想已經(jīng)存在多年，但歷史上寫滿了失敗的嘗試，其中最著名的是 App.net 和 Identi.ca。真正的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手從未出現(xiàn)過(guò)，因?yàn)闆](méi)有足夠多的人有充分的理由離開推特，或者他們離開了也沒(méi)有其他平臺(tái)可以選擇，而現(xiàn)在他們兩者都有了。

據(jù) Sameweb 統(tǒng)計(jì)，如今更名為 X 的流量同比下降了近 20%。來(lái)自 Apptopia 的另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，X 的每日活躍用戶數(shù)量從 1.41 億減少到 1.2 億。與此同時(shí)，Mastodon、Bluesky 和一些 Nostr 客戶端等去中心化服務(wù)的受歡迎程度激增。但來(lái)自 Meta 的 Threads 才是最大的贏家。Meta 在 9 月份透露，Threads 已經(jīng)擁有近 1 億月活用戶。截至發(fā)稿時(shí)，Threads 尚未支持 ActivityPub，但它承諾會(huì)這樣做。目前仍處于邀請(qǐng)制的 Bluesky 支持 AT 協(xié)議，擁有 200 萬(wàn)用戶。技術(shù)宅最喜歡的 Mastodon 擁有 150 萬(wàn)活躍用戶，離 Threads 還有很大的差距，不過(guò)該數(shù)字仍在增長(zhǎng)。

那么，真正“殺死了”推特的人是誰(shuí)？當(dāng)然是埃隆·馬斯克。

增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)

重大意義：這種先進(jìn)的開采技術(shù)可以在更多地方釋放地?zé)岬臐撃堋?/span>

主要參與者：AltaRock Energy、Fervo Energy、Utah FORGE Lab

成熟期：3 至 5 年

地?zé)崾且环N豐富且零碳的能源，是化石燃料的替代品，并且不隨天氣或時(shí)間的變化而變化。然而，傳統(tǒng)的地?zé)岚l(fā)電廠需要特定的地質(zhì)條件，特別是有地下水的高滲透性巖層。

因此，地?zé)岚l(fā)電在全球可再生能源總發(fā)電量的占比不足 1%。但一項(xiàng)新興技術(shù)可以讓我們更多地利用腳下的熱量。

自 20 世紀(jì) 70 年代以來(lái)，增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)一直在開發(fā)中。最近的進(jìn)展表明，它們可以大幅增加可再生能源的產(chǎn)量。Fervo Energy 公司于 2023 年在美國(guó)內(nèi)華達(dá)州測(cè)試了一套此類系統(tǒng)，并證明了它的商業(yè)可行性。該公司正在美國(guó)猶他州建設(shè)另一個(gè)項(xiàng)目，目標(biāo)是到 2026 年提供持續(xù)的清潔電力。

通過(guò)增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)，地?zé)峁究梢栽诟嗟胤将@取地?zé)?。石油和天然氣行業(yè)廣泛使用的水力壓裂技術(shù)可以被用來(lái)應(yīng)對(duì)相對(duì)堅(jiān)固的巖石，這些巖石的深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)地?zé)峋?/span>，通過(guò)向巖石中注入水產(chǎn)生蒸汽，隨后驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。

Fervo Energy 還希望利用增強(qiáng)型地?zé)峒夹g(shù)來(lái)制造用于電網(wǎng)的巨型地下電池。通過(guò)增加或減輕地?zé)峋膲毫Γ軌蛟陔娏ω?fù)荷需求較低時(shí)儲(chǔ)存能源，并在需求提高時(shí)增加發(fā)電量。

但是，該技術(shù)并非沒(méi)有潛在風(fēng)險(xiǎn)，特別是科學(xué)界對(duì)于水力壓裂將如何影響地震活動(dòng)仍存在分歧。盡管一些人認(rèn)為其導(dǎo)致地震的風(fēng)險(xiǎn)很小，但 2017 年韓國(guó)發(fā)生的一起地震的確與增強(qiáng)型地?zé)犴?xiàng)目有關(guān)。

目前，其他幾家公司和實(shí)驗(yàn)室正在推進(jìn)該領(lǐng)域的項(xiàng)目試點(diǎn)和研究工作。總部位于華盛頓的 AltaRock Energy 正在開發(fā)專門的技術(shù)，來(lái)獲取極熱的巖石里的地?zé)崮?/span>，這可以顯著提高發(fā)電量。由美國(guó)能源部資助的猶他州 FORGE 實(shí)驗(yàn)室正在打一口地?zé)峋?，可作為增?qiáng)型地?zé)峒夹g(shù)的示范項(xiàng)目。雖然增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)的許多項(xiàng)目仍處于試驗(yàn)階段，但越來(lái)越明顯的是，它已成為能源界的熱門話題。

減肥藥

重大意義：減肥藥物廣受歡迎且有效，但其長(zhǎng)期健康影響仍然未知。

主要參與者：Eli Lilly、Novartis、Novo Nordisk、Pfizer、Viking Therapeutics

成熟期：現(xiàn)在

三分之一的美國(guó)成年人患有肥胖癥，這使他們更容易患上心臟病、糖尿病和癌癥。抗肥胖藥物（例如 Wegovy 和 Mounjaro）可以幫助解決這一公共衛(wèi)生危機(jī)。從 Reddit 到 TikTok，成功案例在網(wǎng)上隨處可見。制造商諾和諾德公司因這些藥物獲得了巨額利潤(rùn)，藥店里甚至出現(xiàn)了一藥難求的情況。

這些藥物通過(guò)抑制食欲來(lái)幫助人們減肥，其中大多數(shù)最初是為了治療 2 型糖尿病而開發(fā)的。但在 2021 年 6 月，Wegovy 成為自 2014 年以來(lái)第一種被批準(zhǔn)用于體重管理的藥物。司美格魯肽（Semaglutide）是 Wegovy 和 Ozempic（一種糖尿病治療藥物，但通常也會(huì)被當(dāng)作減肥處方藥）的活性成分，可以模仿進(jìn)食后腸道釋放的一種激素，讓人產(chǎn)生飽腹感。患者每周在家注射一次藥物，體重可減輕約 12% 至 15%，許多人的體重在此之后會(huì)趨于穩(wěn)定。

這些藥物并不完美，常見的副作用包括惡心、腹瀉和嘔吐。許多患者必須終生服用藥物才能減輕體重，而這些藥物的長(zhǎng)期影響仍然未知。此外，這些藥物也很昂貴，每月花費(fèi)超過(guò) 1000 美元，而且大多數(shù)保險(xiǎn)計(jì)劃都不報(bào)銷將它們用于減肥的相關(guān)費(fèi)用。

盡管如此，這些治療方法可以改善數(shù)百萬(wàn)人的健康。一些研究甚至表明，它們可以減輕心衰的癥狀。目前，數(shù)十家公司正在開發(fā)這些減肥藥物的新版本，其中一些可以口服。

2023 年 11 月，美國(guó)食品和藥物管理局批準(zhǔn)了禮來(lái)公司用于治療肥胖癥的糖尿病藥物 Zepbound。大約有 70 種新的肥胖癥療法正在開發(fā)中，其中 6 種正在等待監(jiān)管審查。未來(lái)一年，隨著需求猛增，預(yù)計(jì)將有更多公司進(jìn)入試驗(yàn)的最后階段并尋求批準(zhǔn)。

芯粒技術(shù)

重大意義：芯片制造商押注更小、更專業(yè)的芯片可以延長(zhǎng)摩爾定律的壽命。

主要參與者：AMD、Intel、Universal Chiplet Interconnect Express

成熟期：現(xiàn)在

“封裝”可能聽起來(lái)很無(wú)聊，但它是構(gòu)建計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分?，F(xiàn)在，一些公司正在定義它在新一代計(jì)算機(jī)里的樣子。

幾十年來(lái)，芯片制造商通過(guò)縮小晶體管的體積，并將更多晶體管布置到芯片上來(lái)提高性能。這種趨勢(shì)又被稱為摩爾定律。但屬于摩爾定律的時(shí)代正在走向終結(jié)，進(jìn)一步縮小晶體管和制造復(fù)雜芯片的成本非常高昂。

為此，制造商正在轉(zhuǎn)向更小、更模塊化的“芯粒（小芯片）”，這些“芯?！睂榇鎯?chǔ)數(shù)據(jù)或處理信號(hào)等特定功能而設(shè)計(jì)，并且可以鏈接在一起構(gòu)建出完整的計(jì)算系統(tǒng)。芯片越小，包含的缺陷就越少，制造成本也越低。

多年來(lái)，AMD 和英特爾等公司一直在推廣基于芯粒的系統(tǒng)。但芯粒能否幫助芯片行業(yè)按照摩爾定律的速度保持性能提升，將取決于封裝技術(shù)的進(jìn)步。封裝，指的是將半導(dǎo)體元件排列或堆疊，在它們之間形成快速、高帶寬的電路連接，并將成品容納于保護(hù)性塑料中的過(guò)程。

各家制造商仍在尋找平衡成本與性能的最佳方法。2022 年，美國(guó)頒布了 527 億美元的《芯片法案》旨在支撐相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，其中撥款 110 億美元用于“先進(jìn)半導(dǎo)體”的研究，并制定了國(guó)家先進(jìn)封裝制造計(jì)劃，以促進(jìn)學(xué)術(shù)界和工業(yè)界之間的合作。

到目前為止，由于缺乏封裝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，芯粒的應(yīng)用一直困難重重。不過(guò)這種情況正在發(fā)生變化，業(yè)界已經(jīng)開始采用名為 Universal Chiplet Interconnect Express 的開源標(biāo)準(zhǔn)。理論上，這種標(biāo)準(zhǔn)將使不同公司生產(chǎn)的芯粒更容易組合起來(lái)，從而讓芯片制造商在人工智能、航空航天和汽車制造等快速發(fā)展的領(lǐng)域獲得更大的發(fā)展空間。

超高效太陽(yáng)能電池

重大意義：將傳統(tǒng)的硅材料與先進(jìn)的鈣鈦礦材料結(jié)合起來(lái)的太陽(yáng)能電池，可以將光伏發(fā)電的效率推向新的高度。

主要參與者：Beyond Silicon、Caelux、First Solar、Hanwha Q Cells、Oxford PV、Swift Solar、Tandem PV

成熟期：3 至 5 年

2023 年 11 月，一項(xiàng)熱門的太陽(yáng)能技術(shù)打破了太陽(yáng)能電池效率的世界紀(jì)錄。之前的世界記錄只保持了大約五個(gè)月，而且很可能用不了多久就會(huì)被再次打破。

這種驚人的效率提升，來(lái)自一種特殊的下一代太陽(yáng)能技術(shù)：鈣鈦礦層疊太陽(yáng)能電池。這些電池由傳統(tǒng)的硅材料與具有獨(dú)特晶體結(jié)構(gòu)的材料相結(jié)合而成。

在科學(xué)家們研究鈣鈦礦太陽(yáng)能技術(shù)的十年里，它不斷地打破著自己的效率紀(jì)錄。太陽(yáng)能電池的效率，衡量的是有多少照射到電池上的陽(yáng)光可以轉(zhuǎn)化為電能。當(dāng)今，太陽(yáng)能市場(chǎng) 95% 的份額都被硅電池所占據(jù)，而鈣鈦礦吸收的光波長(zhǎng)與硅電池吸收的光波長(zhǎng)不同。當(dāng)硅和鈣鈦礦在層疊的太陽(yáng)能電池中一起工作時(shí)，它們可以利用更寬的太陽(yáng)光譜，讓每個(gè)電池產(chǎn)生更多的電力。

硅基電池的技術(shù)效率水平最高不超過(guò) 30%，而純鈣鈦礦電池的實(shí)驗(yàn)效率可達(dá) 26% 左右。但鈣鈦礦層疊電池在實(shí)驗(yàn)室中的效率已經(jīng)超過(guò) 33%，這就是該技術(shù)的誘人前景。如果可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模部署，鈣鈦礦層疊電池可以比傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池以更低的成本產(chǎn)生更多的電力。

不過(guò)，鈣鈦礦在實(shí)際部署方面卻遇到了困難。硅太陽(yáng)能電池可持續(xù)使用數(shù)十年，但很少有鈣鈦礦層疊太陽(yáng)能電池面板通過(guò)室外環(huán)境測(cè)試。

盡管研究人員一直努力在其面板周圍建造更好的屏障，并轉(zhuǎn)向使用更穩(wěn)定的鈣鈦礦化合物，但鈣鈦礦的電化學(xué)構(gòu)成意味著它們對(duì)吸水和熱降解很敏感。

2023 年 5 月，總部位于英國(guó)的 Oxford PV 公司表示，其商業(yè)規(guī)模的鈣鈦礦層疊電池的效率已達(dá)到 28.6%，該電池比實(shí)驗(yàn)室中測(cè)試所使用的電池大得多。該公司計(jì)劃在 2024 年交付第一批電池板并擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，而其他公司可能會(huì)在未來(lái)數(shù)年里推出類似產(chǎn)品。

蘋果 Vision Pro

重大意義：Micro-OLED 技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了十多年，但蘋果 Vision Pro 將是這項(xiàng)技術(shù)迄今為止能力最引人注目的應(yīng)用。

主要參與者：蘋果公司

成熟期：2024 年

歷史上充斥著失敗的“人臉計(jì)算機(jī)”。谷歌眼鏡、微軟 HoloLens，甚至 Meta 的 Quest 系列都未能真正成功。現(xiàn)在，輪到蘋果來(lái)嘗試了。

預(yù)計(jì)在 2024 年晚些時(shí)候，蘋果將正式推出其首款混合現(xiàn)實(shí)穿戴設(shè)備，全新的 Vision Pro 頭顯。盡管它能否在商業(yè)上取得成功尚未可知，但 Vision Pro 無(wú)疑是一款具有突破性的設(shè)備，其顯示屏的質(zhì)量超越了過(guò)去的任何產(chǎn)品。

蘋果公司在 2023 年 6 月的年度開發(fā)者活動(dòng)上展示了這款頭顯（被稱為“空間計(jì)算機(jī)”），將其營(yíng)銷為觀看電影、體驗(yàn)照片、與他人聯(lián)系，甚至是閱讀和創(chuàng)作的更好方式。

與虛擬現(xiàn)實(shí)不同，混合現(xiàn)實(shí)可以將數(shù)字內(nèi)容疊加到現(xiàn)實(shí)世界的環(huán)境中。頭顯中嵌入的攝像頭和傳感器會(huì)捕捉房間內(nèi)用戶周圍發(fā)生的情況，并在一對(duì)屏幕上重新創(chuàng)建（每只眼睛對(duì)應(yīng)一個(gè)屏幕）。然后，頭顯會(huì)將用戶選擇的任何數(shù)字內(nèi)容投影在眼前。

相比于大多數(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)頭顯使用的液晶顯示屏，Vision Pro 的雙 micro-OLED 顯示屏可以提供更高的分辨率和更清晰的對(duì)比度，這意味著除了提供混合現(xiàn)實(shí)功能，該頭顯還可以給我們帶來(lái)身臨其境的體驗(yàn)。

然而，一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是：人們將用它來(lái)做什么？蘋果已經(jīng)準(zhǔn)備好了一套應(yīng)用程序，開發(fā)人員也可以創(chuàng)建自己的應(yīng)用程序，但它的價(jià)值就是一個(gè)精美的視頻播放器嗎？另一個(gè)問(wèn)題是：人們真的會(huì)戴它嗎？蘋果在其正面添加了虛擬眼睛，以顯示佩戴者正在看的地方，但在 6 月份的活動(dòng)中，它只分享了人們佩戴頭顯的視頻。我們不知道這些虛擬眼睛在真人身上看起來(lái)有多好或多奇怪？此外，Vision Pro 的售價(jià)為 3499 美元，比其他頭顯貴出數(shù)千美元。

話雖如此，多年以來(lái)，也沒(méi)有其他公司在開發(fā)和營(yíng)銷消費(fèi)技術(shù)方面能夠做到如此成功。蘋果的投資可能會(huì)給混合現(xiàn)實(shí)帶來(lái)迄今為止最好的火爆起來(lái)的機(jī)會(huì)。

百億億次計(jì)算機(jī)

重大意義：每秒能夠處理百億億次運(yùn)算的計(jì)算機(jī)正在擴(kuò)大科學(xué)家模擬的極限。

主要參與者：美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、德國(guó)于利希超級(jí)計(jì)算中心、中國(guó)無(wú)錫超級(jí)計(jì)算中心

成熟期：現(xiàn)在

2022 年 5 月，F(xiàn)rontier 的推出撼動(dòng)了全球超級(jí)計(jì)算機(jī)排名?，F(xiàn)在它是世界上最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)，每秒可以執(zhí)行超過(guò)百億億（1018）次浮點(diǎn)運(yùn)算，它的單位是 exaflop，一個(gè) 1 后面有 18 個(gè) 0。本質(zhì)上，F(xiàn)rontier 一秒鐘內(nèi)執(zhí)行的計(jì)算量相當(dāng)于 10 萬(wàn)臺(tái)筆記本電腦。

隨著美國(guó)田納西州橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室推出 Frontier，百億億次運(yùn)算的時(shí)代正式開始。更多這樣的百億億次計(jì)算機(jī)很快就會(huì)加入其中。在美國(guó)，研究人員正在安裝運(yùn)算速度約為 Frontier 兩倍的機(jī)器：加利福尼亞州勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的 El Capitan 和伊利諾伊州阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的 Aurora。歐洲第一臺(tái)百億億次超級(jí)計(jì)算機(jī) Jupiter 預(yù)計(jì)將于 2024 年底上線。同時(shí)，中國(guó)也擁有百億億次超算。

科學(xué)家和工程師們渴望使用這些超強(qiáng)的計(jì)算機(jī)，來(lái)推進(jìn)一系列領(lǐng)域的發(fā)展。天體物理學(xué)家已經(jīng)在使用 Frontier 模擬進(jìn)出銀河系的氣體流動(dòng)，除了模擬銀河系尺度的運(yùn)動(dòng)，他們的模型還可以重點(diǎn)關(guān)注爆炸的星體，這一應(yīng)用案例展示了超級(jí)計(jì)算機(jī)同時(shí)模擬多個(gè)尺度的物理對(duì)象的獨(dú)特能力。

進(jìn)步不會(huì)止步于此。在過(guò)去三十年中，超級(jí)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度每四年左右就會(huì)提高約 10 倍。這些機(jī)器的管理者已經(jīng)在計(jì)劃下一批模型。橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的工程師正在設(shè)計(jì)一款超級(jí)計(jì)算機(jī)，其運(yùn)算速度將是 Frontier 的三到五倍，可能會(huì)在未來(lái)十年內(nèi)揭幕。

但一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)迫在眉睫：能源消耗。Frontier 已經(jīng)采用了創(chuàng)新的節(jié)能技術(shù)，但它即使在待機(jī)時(shí)的耗電，也足以滿足數(shù)千個(gè)家庭的用電量。工程師需要弄清楚，在建造這些龐然大物的時(shí)候，如何才能既追求速度又保證環(huán)境的可持續(xù)性。