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悲了伤的白犀牛 2022-02-27 19:53

构建AI未来，Arm计算平台无处不在 如何增强能源基础设施的实时控制？

我们身处一场伟大的数字化浪潮中。创新如潮水般带给人们多样的选择和崭新的机遇。在许多国家，这种变化深刻影响着每个人、每个家庭、每辆车以及每个行业，重新定义着我们的工作、学习、生活与健康。今天，5G在全球加速部署，带来种种前所未想的可能。我们在见证一个时代，在这个时代，5G将全方位地改变生活、革新产业、重塑社会。展望2030年以及更远的未来，我们希望下一代移动通信带给我们什么？

1.1　移动通信的演进

自20世纪80年代以来，移动通信系统发生了翻天覆地的变化，大约每十年就会产生新一代技术。而移动网络主流业务的普及和新频段的成熟应用通常需要经历两代（也就是20年）才能成熟。如图1-1所示，每一代无线接入网和核心网都采用了新技术、新设计原则和新架构，能力较前一代显著提升。

2G和3G网络的主要驱动力来自以语音通信为主的移动用户。随着手机的渗透率和语音业务的使用率趋于饱和，这种依赖用户数的商业模式开始增长乏力。

从3G到4G，数据业务迅猛发展，移动宽带成为4G的主导业务。过去10年，移动通信的重大进步对人们的生活方式产生了深远影响。譬如，承载各种应用的智能手机已渗透到生活的方方面面。此时，4G网络运营商的收入主要依靠流量而非用户数，人均流量消耗的增长驱动了业务增长。

得益于4G技术能力的进步，面向移动端的应用创新大量涌现，彻底改变了我们的日常生活。在中国，从现金支付到线上支付的转变是一大力证。如今，支付宝、微信支付以及Huawei Pay等在线支付手段早已成为大众喜闻乐见的支付方式。不管是购买日用百货，还是缴纳停车费，人们无须携带现金就可以轻松完成支付。另一个例子是社交媒体的兴起。任何人都可以随时随地通过智能手机与他人分享图片和视频。社交媒体已然成为一个新闻载体，加速了信息的传播。

随着越来越多的高速率、大带宽应用不断涌现，这种创新趋势在5G中得到延续。这些应用涉及高清视频，以及增强现实（Augmented Reality，AR）、虚拟现实（Virtual Reality，VR）、混合现实（Mixed Reality，MR）等沉浸式媒体。目前，全球在用的智能手机数量约为38亿。预计到2025年，这一数字将达到80亿。届时，移动互联网用户数将超过65亿，其中80%的用户使用移动宽带。除此之外，AR/VR用户数将达到4.4亿，40%的车辆将接入网络。

随着窄带物联网、工业物联网、车联网的标准化，移动网络已经从基于增强移动宽带（enhanced Mobile BroadBand，eMBB）的人联，转向基于超高可靠低时延通信（Ultra-Reliable Low-Latency Communication，URLLC）与海量机器通信（massiveMachine Type of Communication，mMTC）的物联。这种转变反过来又促进企业的数字化转型，让企业为下一波经济增长做好准备。5G商用最初聚焦于消费者业务，但3GPP 5G标准后续版本（如R16、R17等版本）的演进目标是催熟车联网、工业物联网等垂直应用。为了在众多企业和行业中实现不同级别的自动驾驶和工业4.0，移动通信领域正在与5G-ACIA、5GAA等各大垂直行业联盟紧密合作，致力于加速移动技术的应用。据估计，2025年后将实现四级自动驾驶，车联网的普及也将极大地提升运输效率。优化的商业流程和更高的生产效率将成为未来GDP增长的关键动力。

5G开启了万物互联的大门，6G则有望演变为一个万物智联平台。通过这个平台，移动网络可以连接海量智能设备，实现智能互联。我们有理由相信，下一波数字化浪潮将带来更多创新，全方位地满足我们各方面的需求。通过人工智能和机器学习，物理世界和数字世界能够实时连接，人们得以实时捕捉、检索和访问更多信息和知识，步入智能化的全联接世界。同时，感知、分布式计算、先进一体化非地面网络、短距离无线通信等技术也将为未来的智能移动通信网络奠定基础。

1.2　关键驱动力

图1-2中的三项关键驱动力将催生新一代智能互联网络。下面我们逐一说明。

1.驱动力一：新应用和新业务

目前，运营商的业务收入取决于每用户流量消耗的增长。如图1-3所示，从2020年到2030年，预计全球物联网与非物联网设备每月每用户平均移动流量消耗（实线表示）和用户数（方柱表示）将持续增长。图中数据来自ITU-R M.2370报告[3]。从图中可以看出，2020年智能手机用户的增长已经饱和，2020年至2030年的年均复合增长率约为6%。另外，根据全球移动通信系统协会（Global System for Mobile Communications Association，GSMA）的预测，从2019年到2025年，个人移动用户的渗透率将只增长3个百分点，即从67%增长到70%[4]。尽管如此，预计在10年内，每移动宽带（Mobile BroadBand，MBB）用户的移动数据流量将增长50倍，从2020年的5.3 GB/月增长到2030年的257 GB/月。

5G平台已经广泛支持高速率、大带宽应用，拉动了流量消耗，也刺激了对网络容量的需求。在6G时代，更多应用将会涌现，扩展现实（Extended Reality，XR）云服务、触觉反馈、全息显示都有可能成为主流应用，涵盖360度VR电影、AR辅助远程服务、虚拟3D教育旅行、触觉远程医疗和远程操作等应用场景。据华为全球产业愿景报告预测，到2025年，头戴式VR/AR设备用户将超过3.37亿，10%以上的企业将使用AR/VR技术开展业务，而这些数字到2030年肯定还会增加。随着云XR应用数量和普及度的增加，以及显示尺寸、分辨率和刷新率的提高，5G能力的演进恐难以满足速率和时延需求。每个用户流量需求的指数级增长、对时延和可靠性的严格要求，以及此类用户数量的大幅增长，将成为6G网络设计的主要挑战。而且，很多运营商推出了无限流量套餐，这已经成为主流的商业模式，也将带来数据流量的增长。

从图1-3还可以看出，到2030年，物联网设备数量将比2020年多13倍，企业和消费者的物联网连接都将持续增长。GSMA在其2020年移动经济报告中预测，到2024年，企业物联网的体量将超越消费者物联网。因此，人工智能将成为各种自动化的引擎，感知实时环境并利用海量数据进行实时决策。在智慧家庭、智慧医疗、智能汽车、智慧城市、智慧楼宇、智能工厂等场景中，宽带传感器将大规模部署，用于获取人工智能所需的海量数据。大数据是机器学习成功的基础，也是6G网络吞吐率实现数量级提升的重要驱动力。此外，网络感知、非地面通信等新能力将成为6G移动系统的有机组成部分，利用无线通信信号以及海量网络节点和终端设备本身的感知能力，实现对大面积区域的实时环境监测和成像。

高性能工业物联网应用在确定性时延和抖动方面对无线性能也提出了更高的要求，可用性和可靠性必须得到保证。例如，时间敏感的命令与控制、多机器人运动协调与协作，都要求高性能。这些应用场景也是6G极致、多样化性能的驱动力。

2.驱动力二：普惠智能

未来几十年，数字经济将继续成为全球经济增长的主要动力，其增速将远高于全球经济增长本身。以2019年的统计为例，数字经济的增速是全球经济增速的3.5倍，达到15.6万亿美元，占全球经济总量的19.7%。预计到2025年这一占比将达到24.3%。按投资杠杆比较，在过去30年，数字经济投资每增加1美元，就撬动20美元的GDP增长，而非数字经济投资的平均杠杆率仅为1:3。

移动通信是信息和通信技术（Informationand Communications Technology，ICT）产业中最具活力的领域之一，对人们的生活产生了深刻影响，缩小了数字鸿沟，极大地驱动了社会整体生产力的提升和经济的增长。到2024年，预计移动技术与服务将贡献全球GDP的4.9%（接近5万亿美元），日益普及的移动服务在提升生产力和效率的同时，也会使更多的行业受益。

相信这一发展趋势将持续到2030年及更远的未来。随着普惠智能成为未来商业和经济模式的重要基础，图1-4所示的四个关键因素将驱动无线技术和网络架构的范式转变。

原生AI支持：尽管5G在核心网设计中引入了一种新的网络功能（即网络数据分析）来实现智能化，但目前AI在网络运维管理中的应用范围仍然有限。实际上，5G仅将AI视作一种OTT（Over-The-Top）业务。6G则不同，在端到端移动通信系统的设计环节就考虑了对AI和机器学习的最佳支持，AI不仅仅是一项基本功能，还要实现最优效率。从架构角度看，在边缘运行分布式AI可以达到极致性能，同时也能解决个人和企业的数据所有权归属问题，满足不同国家和地区的监管要求。6G的“原生”AI支持旨在随时随地提供AI服务，并通过持续优化，不断提升系统性能和用户体验。因此，智能化达到了真正无处不在的程度，并与深度融合的ICT系统相结合，在边缘侧提供丰富的连接、计算和存储资源，成为6G的原生属性。相应的算法、神经网络、数据库、应用编程接口（Application Programming Interface，API）等能力也必须作为网络实现的一部分集成到6G系统中。具备原生AI支持的6G网络架构将实现AI的联网，从现在的集中式“云AI”转变为将来的分布式“互联AI”。
原生数据隐私保护：在5G及前几代网络安全能力的基础上，6G将隐私保护纳入关键设计要求和原则。为6G组网和数据提供全面的隐私保护变得至关重要。一方面，数据所有权和访问权这两个关键因素对网络架构的隐私保护实现提出了挑战。另一方面，原生AI的网络架构也对分布式数据处理和访问能力提出了隐私保护要求。数据虽然是靠网络和应用的服务提供商来保障隐私的，但是由数据主体的用户行使授权的，应该让作为数据主体的用户来行使控制和操作数据的权利。下一代系统的设计应该将隐私保护作为首要任务，而不是一个附加特性。同时，还应确保数据主体的数据拥有权，在数据主体的授权下使能对数据的控制、操作和处理，适配数据隐私/保护条例或律法（如欧盟的《通用数据保护条例》），为未来的技术设计和应用建立基本的指导原则。
原生可信：为支持各种应用场景和多样化的市场，必须为6G定制可验证和可度量的可信体系。5G和前几代通信网络中的运营和授权都采用集中模式，未来6G将有可能演变成一种多方参与、共建共赢的模式。这种商业模式要求可信架构必须顾全诸多因素。一个开放包容的多模信任模型，会比以往的单一信任模型更适合6G网络和业务。因此，一个值得信赖的6G架构除了要适配未来的网络和业务需求，还应考虑网络安全（security）、隐私（privacy）、韧性（resilience）、功能安全（safety）、可靠性（reliability）等多方面的可信因素。
多元生态：AI的三大要素是数据、算法和算力。然而，单个企业可能不具备这三大要素的所有能力，无法独立地完成以智能化、快速技术创新为特征的数字化转型。如此一来，构建一个开放、可持续、多方协作的生态系统，是实现商业成功不可或缺的前提。

并且，随着5G能力的逐步扩展，垂直无线市场预计将在21世纪20年代持续升温。ICT领域和运营技术（Operational Technology，OT）行业的玩家已在探讨如何开展合作，创造新的收入来源。在此6G时代序幕开启之时，构建一个通用的ICT框架大有裨益。这个框架可以为所有行业提供全局视角，从而加速ICT和OT领域的合作与融合。第一波6G商用有望为消费者和垂直行业两大市场都注入强劲动力。

3.驱动力三：社会责任与可持续发展

我们以新冠肺炎为例来谈谈社会责任与可持续发展。这场全球危机影响了全世界几乎每一个人。疫情期间ICT行业奋起抗疫，在挽救生命方面发挥了关键作用。无线通信和定位技术能够追踪感染病人和监测疾病传播。为了减少医务人员的暴露风险，在5G医疗自动化领域涌现了许多重大创新。为了减少人员聚集同时又活跃经济，很多国家充分利用了基于无线网络的各类远程应用，如远程医疗、远程教育、远程办公、工业自动化、电子商务等。移动产业在这场疫情中支撑着全球经济的运转和社会的运行，由此产生的应用场景又反哺移动产业的未来技术演进。

移动网络有可能彻底改变商业、教育、政府、医疗、农业、制造和环境，以及我们与他人互动的方式。移动网络在不断促进社会进步，并完全有可能重新定义人类世界。根据GSMA报告，联合国在2015年提出了旨在改变世界的可持续发展目标，而移动通信是实现这一系列目标的核心基石和重要手段。围绕其中所有17项目标，移动产业都扮演着休戚相关的重要作用，并且这种影响力与日俱增，为数字经济提供了坚实的基础，成为多样化创新业务的催化剂。

华为和联合国分析了ICT与可持续发展目标相关性的量化基准[7]，用以衡量ICT技术发展在多大程度上促进可持续发展目标的达成。根据2019年的评估，ICT技术成熟度与可持续发展目标的推进呈现出强相关（相关度为0.86）。如图1-5所示，目标3（医疗健康）和目标4 （优质教育）与ICT技术的关联度最高，表明数字技术在这两个领域能够最大限度地提升国家治理能力。

在环境的可持续发展方面，ICT技术演进深刻影响目标7（经济型清洁能源）和目标11（城市与社区的可持续发展）的达成。世界正在日益城市化，预测显示，到2030年，城市人口将达到50亿，这些人口只占用3%的可居住土地，却消耗高达60%～80%的全球能源[8]。随着每比特能效的持续提升，ICT技术将越来越趋近碳中和，而基于ICT技术的智能电网、智能物流、智能工业等丰富的解决方案将使未来世界变得更节能，增进世界发展的可持续性。

截至2020年，全球约60%的人口已经接入移动网络。另外的40%，有望在5G和6G网络中通过融合卫星通信等技术实现联网。举例来说，5G网络已经尝试将非地面接入技术融入5G新空口中。而雄心勃勃的星座卫星计划，将集结成千上万颗超低轨卫星以加强地空通信，并可能在6G时代结出硕果。通过移动网络提供的业务、应用与内容，有助于扩大经济融合度、增强社会凝聚力。物联网、大数据、人工智能、机器学习等新兴技术，越来越多地集成到网络基础设施中，为社会与环境的深入变革带来了巨大潜力。由于ICT技术与可持续发展目标的高度关联性，我们必须全面考虑6G通信系统和网络的设计如何支撑可持续发展目标的达成。

1.3　总体愿景

移动通信在短短四十年内彻底改变了世界。今天，不仅个人的工作和生活高度依赖无线网络，企业的数字化转型也离不开它。随着最新一代5G技术逐步落地，无线网络将从联接每个人扩展到联接万物。这种超联接让社会的全面自动化成为可能。同时，无线创新的势头也有增无减。正如Science, the endless frontier一书所指出的，无线技术的探索永无止境。

未来十年无线技术将不断创新，基于机器学习的人工智能将会崛起，而把物理世界复刻为数字世界的数字孪生也将诞生。人工智能与数字孪生将形成双轮驱动，进一步助推技术的突破。由此产生的6G网络将重塑社会和经济，为未来的万物智能奠定坚实基础。

作为下一代无线通信技术，6G将从人联、物联过渡到万物智联。随着社会迈向万物智能，6G将成为人工智能普及的关键因素，将智能带给每个人、每个家庭、每辆车和每个企业。

6G就像一个遍布通信链路的分布式神经网络，融合物理世界与数字世界。它不再是单纯的比特传输管道，在联接万物的同时，也能够感知万物，从而实现万物智能。因此，6G将成为使能感知和机器学习的网络，其数据中心将成为神经中枢，而机器学习则通过通信节点遍布全网。这就是未来万物智能数字世界的图景。

6G将推动所有垂直行业的全面数字化转型。它提供多T比特速率、亚毫秒级时延、“七个九”（99.999 99%）可靠性等极致性能。与5G相比，6G将在关键性能指标上取得重大飞跃，部分指标将提升超过一个数量级。6G将提供速度、可靠性比肩光纤的高性能通用连接，但一切都以无线的方式实现。由于摆脱了功能和性能的限制，6G会成为通用平台，支持创建任何业务与应用，最终实现“极致连接”！

6G的颠覆性技术及重大创新，会与前几代拉开显著差距。

本文摘编自《6G无线通信新征程：跨越人联、物联，迈向万物智联》，经出版方授权发布。

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