Technologie-Trends für 2020

Künstliche Intelligenz hat den Menschen in den Bereichen der Wahrnehmungsintelligenz wie Sprache zu Text, Verarbeitung natürlicher Sprache oder auch Videoverständnis erreicht oder übertroffen; im Bereich der kognitiven Intelligenz, die externes Wissen, logisches Denken oder Domänenmigration erfordert, steckt sie allerdings noch in den Kinderschuhen. Die kognitive Intelligenz wird sich von der Psychologie, der Hirnforschung und der menschlichen Sozialgeschichte inspirieren lassen, kombiniert mit Techniken wie dem domänenübergreifenden Wissensgraphen, der Kausalitätsschlussfolgerung und dem kontinuierlichen Lernen, um effektive Mechanismen für den stabilen Erwerb und Ausdruck von Wissen zu etablieren. Diese bringen Maschinen dazu, Wissen zu verstehen sowie einzusetzen, und erzielen so wichtige Durchbrüche von der wahrnehmenden Intelligenz zur "rationalen" Intelligenz.

In der sogenannten „Von-Neumann-Architektur“ sind Speicher und Prozessor voneinander getrennt und Berechnungen erfordern, dass Daten hin und her bewegt werden können. Mit der rasanten Entwicklung von datengetriebenen KI-Algorithmen in den letzten Jahren ist ein Punkt erreicht worden, an dem die Hardware bei Berechnungen und Erforschung von fortgeschrittenen Algorithmen zum Engpass wird. Bei der Processing-in-Memory (PIM)-Architektur werden im Gegensatz zur „Von-Neumann-Architektur“ Speicher und Prozessor miteinander verschmolzen und entsprechende Berechnungen durchgeführt, bei denen die Daten mit minimaler Datenbewegung gespeichert werden. Dadurch können die Rechenparallelität und die Energieeffizienz deutlich verbessert werden. Die Innovationen der PIM-Architektur können die Eintrittskarte zur nächsten Generation von KI sein.

Im Jahr 2020 werden 5G, die schnelle Entwicklung von IoT-Geräten, Cloud Computing und Edge Computing die Verschmelzung von Informationssystem, Kommunikationssystem und industriellem Steuerungssystem beschleunigen. Durch fortschrittliche Industrielle IoT-Anwendungen können produzierende Unternehmen die Automatisierung von Maschinen, der innerbetrieblichen Logistik und der Produktionsplanung als eine Möglichkeit zur Realisierung von Consumer-to-Business Smart Manufacturing erreichen. Darüber hinaus kann ein industrielles Verbundsystem die Produktionsfähigkeit sowohl der vor- als auch der nachgelagerten Akteure optimieren und koordinieren. Letztlich wird es die Produktivität und Rentabilität der Hersteller deutlich erhöhen. Für Hersteller mit Produktionsgütern kann das eine Produktivitätssteigerung von 5-10 Prozent bedeuten.

Traditionelle Einzelintelligenz kann die Echtzeit-Wahrnehmung sowie -Entscheidung von intelligenten Großgeräten nicht erfüllen. Die Entwicklung der kollaborativen Sensortechnologie des Internet der Dinge und der 5G-Kommunikationstechnologie wird die Zusammenarbeit zwischen mehreren Akteuren realisieren. Maschinen kooperieren mit- und konkurrieren untereinander, um Zielaufgaben zu erfüllen. Die Schwarmintelligenz, die durch die Zusammenarbeit mehrerer intelligenter Einrichtungen eingebracht wird, wird den Wert des intelligenten Systems weiter erhöhen: Die groß angelegte intelligente Ampelschaltung wird eine dynamische und in Echtzeit erfolgende Anpassung realisieren, während Lagerroboter zusammenarbeiten werden, um die Sortierung der Ladung effizienter zu erledigen; autonome Autos können die Gesamtverkehrsumgebung auf der Straße wahrnehmen, und die Zusammenarbeit von Gruppen unbemannter Luftfahrzeuge (UAV) wird die letzte Meile effizienter meistern.

Das traditionelle Modell des Chip-Designs kann nicht effizient auf die sich schnell entwickelnden, fragmentierten und kundenspezifischen Anforderungen der Chip-Produktion reagieren. Das Open-Source-SoC-Chip-Design auf der Basis von RISC-V, der High-Level-Hardware-Beschreibungssprache und IP-basierte modulare Chip-Design-Methoden haben die schnelle Entwicklung von agilen Designmethoden und das Ökosystem der Open-Source-Chips beschleunigt. Darüber hinaus nutzt die modulare, auf Chips basierende Designmethode fortschrittliche Anwendungen, um die Chips mit verschiedenen Funktionen auszustatten, wodurch die Chips schnell aufeinander angepasst und geliefert werden können, um die spezifischen Anforderungen verschiedener Anwendungen zu erfüllen.

BaaS (Blockchain-as-a-Service) wird die Markteintrittsbarrieren für Enterprise-Blockchain-Anwendungen weiter reduzieren. Eine Vielzahl von Hardware-Chips mit eingebetteten Kern-Algorithmen, die in Edge, Cloud und speziell für Blockchain Verwendung finden, werden ebenfalls auf den Markt kommen. Dadurch wird ermöglicht, Assets in der physischen Welt auf Assets auf Blockchain abzubilden, die Grenzen des Internet of Value weiter auszudehnen und eine "Multi-Chain-Interconnection" zu realisieren. In Zukunft wird eine große Anzahl innovativer Blockchain-Anwendungsszenarien mit mehrdimensionaler Kooperationen über verschiedene Branchen und Ökosysteme hinweg entstehen, und groß angelegte produktionsreife Blockchain-Anwendungen mit mehr als 10 Millionen DAI (Daily Active Items) werden massenhaft eingesetzt werden.

Im Jahr 2019 brachte der Wettlauf um die "Quanten-Supremacy" den Fokus wieder auf Quantencomputer. Die Demonstration mit supraleitenden Schaltkreisen erhöht die allgemeine Zuversicht auf supraleitendes Quantencomputing für die Realisierung eines großen Quantencomputers. Im Jahr 2020 wird der Bereich des Quantencomputings zunehmende Investitionen erhalten, die mit einem verstärkten Wettbewerb einhergehen. Es wird auch erwartet, dass die Industrialisierung und die allmähliche Bildung eines Ökosystems in diesem Bereich beschleunigt wird. Die nächsten Meilensteine werden in den kommenden Jahren die Realisierung von fehlertolerantem Quantencomputing und die Demonstration von Quantenvorteilen in realen Bereichen sein. Beides ist nach heutigem Wissensstand eine große Herausforderung.

Unter dem Druck sowohl des Moore'schen Gesetzes als auch des explosiven Bedarfs an Rechenleistung und Speicherplatz ist es für klassische Si-basierte Transistoren schwierig, eine nachhaltige Entwicklung der Halbleiterindustrie aufrechtzuerhalten. Bis jetzt haben die großen Halbleiterhersteller noch keine klare Antwort auf Chips jenseits von 3nm gefunden. Neue Materialien werden durch neue physikalische Mechanismen neue Logik-, Speicher- und Verbindungsbauelemente ermöglichen und damit die kontinuierliche Innovation in der Halbleiterindustrie vorantreiben. Beispielsweise können topologische Isolatoren, zweidimensionale supraleitende Materialien usw., die einen verlustfreien Transport von Elektronen und Spin erreichen, die Grundlage für neue Hochleistungslogik und Verbindungsbauelemente werden; während neue magnetische Materialien und neue resistive Schaltmaterialien Hochleistungs-Magnetspeicher wie SOT-MRAM und resistive Speicher realisieren können.

Die durch die jüngsten Datenschutzgesetze und -vorschriften geforderten Unternehmensaufwendungen im Zusammenhang mit Datentransfers werden immer höher. Vor diesem Hintergrund ist das Interesse am Einsatz von KI-Technologien zum Schutz des Datenschutzes gewachsen. Dabei soll es dem Datennutzer ermöglicht werden, eine Funktion über Eingabedaten von verschiedenen Datenanbietern zu nutzen, während diese Daten vertraulich behandelt werden. Solche KI-Technologien versprechen, die Probleme von Datensilos und mangelndem Vertrauen in die heutigen Praktiken des Datenaustauschs zu lösen und werden in absehbarer Zeit den Wert der Daten wirklich freisetzen.

Mit der Weiterentwicklung der Cloud-Computing-Technologie ist die Cloud weit über den Rahmen der IT-Infrastruktur hinausgewachsen und hat sich nach und nach zum Zentrum aller IT-Technologie-Innovationen entwickelt. Cloud-Anwendungen haben eine enge Verbindung zu fast allen IT-Technologien, einschließlich neuer Chips, neuer Datenbanken, eigengesteuerter adaptiver Netzwerke, großer Datenmengen, KI, IoT, Blockchain, Quantencomputer und weiteren Bereichen. Gleichzeitig entstehen neue Technologien, wie Serverless Computing, Cloud-native Software-Architektur, Software-Hardware-integriertes Design sowie intelligenter automatisierter Betrieb. Cloud Computing definiert jeden Aspekt der IT neu und macht Innovationen für die Öffentlichkeit zugänglicher. Die Cloud ist zum Rückgrat der gesamten digitalen Wirtschaft geworden.

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