物联网有哪些关键技术?相关内容如下:
1、传感器技术,这也是计算机应用中的关键技术。大绝大部分计算机处理的都是数字信号。自从有计算机以来就需要传感器把模拟信号转换成数字信号计算机才能处理。
2、RFID标签也是一种传感器技术,RFID技术是融合了无线射频技术和嵌入式技术为一体的综合技术,RFID在自动识别、物品物流管理有着广阔的应用前景。
3、嵌入式系统技术:是综合了计算机软硬件、传感器技术、集成电路技术、电子应用技术为一体的复杂技术。经过几十年的演变,以嵌入式系统为特征的智能终端产品随处可见;小到人们身边的MP3,大到航天航空的卫星系统。
嵌入式系统正在改变着人们的生活,推动着工业生产以及国防工业的发展。如果把物联网用人体做一个简单比喻,传感器相当于人的眼睛、鼻子、皮肤等感官,网络就是神经系统用来传递信息,嵌入式系统则是人的大脑,在接收到信息后要进行分类处理。这个例子很形象的描述了传感器、嵌入式系统在物联网中的位置与作用 。
4、智能技术:是为了有效地达到某种预期的目的,利用知识所采用的各种方法和手段。通过在物体中植入智能系统,可以使得物体具备一定的智能性,能够主动或被动的实现与用户的沟通,也是物联网的关键技术之一 [2] 。
5、纳米技术:是研究结构尺寸在01~100 nm范围内材料的性质和应用,主要包括: 纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学等。这 7 个相对独立又相互渗透的学科和纳米材料、纳米器件、纳米尺度的检测与表征这3个研究领域。
纳米材料的制备和研究是整个纳米科技的基础,其中,纳米物理学和纳米化学是纳米技术的理论基础,而纳米电子学是纳米技术最重要的内容。使用传感器技术就能探测到物体物理状态,物体中的嵌入式智能能够通过在网络边界转移信息处理能力而增强网络的威力, 而纳米技术的优势意味着物联网当中体积越来越小的物体能够进行交互和连接。
电子技术的趋势要求器件和系统更小、更快、更冷,更小,是指响应速度要快。更冷是指单个器件的功耗要小。但是更小并非没有限度。纳米技术是建设者的最后疆界,它的影响将是巨大的。纳米电子学,包括基于量子效应的纳米电子器件、纳米结构的光/电性质、纳米电子材料的表征,以及原子 *** 纵和原子组装等。
随着科学技术的发展,人们已一只脚迈进了智能 社会 的门槛,大量智能电子产品随处可见。随着 社会 智能化的发展,芯片的地位越来越重要,已成为手机、电脑、智能 汽车 。航天、物联网等行业发展的基础。
众所周知,我国进入半导体行业较晚,技术积累薄弱,国内企业在发展的过程中,太过于注重品牌知名度的提升,将大部分精力投入到了轻资产行业的发展,忽视了重资产行业的重要性,再者就是西方国家为了限制我国 科技 的崛起,早在几十年前就签订了《瓦森堡协定》,禁止向我国出口高尖端技术。受多种因素的影响,国内企业发展所需的芯片大部分从西方国家进口。
芯片过于依赖进口,对我国 科技 的发展而言真的不是一件好事,华为的遭遇就是很好的证明!
2020年5月,美国为了绞杀华为,突然修改世界半导体行业规则,禁止全球使用美国技术超过10%的半导体企业与华为合作,直接引发了华为的芯片危机,业务发展受到了很大的影响,如手机业务,已从世界第一大手机厂商的宝座跌落,今年第一季度国内市场份额从44%暴跌至16%,海外市场份额从去年的189%跌落至4%。
美国之所以欲将华为置之死地而后快,并不全是因为华为在5G通信领域打破了高通等美企的垄断,成为通信领域新的领头羊,主要是因为华为强大的研发能力!
据公开资料显示,华为凭借着58990项专利,成为了世界上拥有专利最多的 科技 公司。除此之外,不但在通信、手机领域取得了不凡的成就,其在芯片、自动驾驶、 *** 作系统、存储、人工智能、云计算等领域都达到了世界顶级的水准。
华为凭借一己之力,与高通、苹果、谷歌等美国多家行业老牌巨头斗得不亦乐乎,让世界各国重新认识了中国 科技 的力量与魅力,如此强大的华为,怎么可能不引起一向自以为是的美国的恐慌?为了不影响自己主导全球的计划,美国怎么可能让其继续发展下去?
2019年5月,美国以莫须有的罪名将华为列入“实体清单”,禁止美企与之合作。美国集全国之力、集盟友之力对华为长达一年的打压,不但没有将其打倒,反而让他变得更加强大。这一情况的出现,让美国很是恐慌,不得不使出杀手锏,芯片封锁!
美国的芯片封锁,让华为迎来了有史以来最大的生存危机,也让我们意识到, 在当今这个时代,要想摆脱被人鱼肉的命运,就必须实现技术独立,实现芯片的国产化,彻底打破封锁!
当前主流的芯片是硅基芯片,是从一堆堆沙子中提取中纯度高达99999%的硅晶圆,然后再经过设计、光刻、蚀刻、封装、测试等一系列复杂的流程,最终才能被应用在电子产品上。
在芯片制造全部工序中,光刻是我国芯片制造的短板,究其原因就是EUV光刻机被卡了脖子,而国产的光刻机仅达到了28nm级别。
或许有的人会说,几十年前,我国原子d都能造出来,现在造一个EUV光刻机有什么难的?事实上,我们短时间内还真的造不出来EUV光刻机,尽管中科院、清华大学等科研机构突破了很多EUV技术。
EUV光刻机不仅需要大量非常高尖端技术,还需要大量的元器件。 据ASML公司EUV光刻机总工程师透露,制造EUV光刻机所需的元器件超过10万件,来自世界上36个国家的1500多家企业,每一件都代表着业内的最高水平。值得一提的是,在ASML公司制造的EUV光刻机中,没有一件核心元器件来自我国企业。 由此可见,要想独自制造出EUV光刻机,我们将要克服多少困难。简单点说,我们要想独自制造出EUV光刻机,就必须将我们的基础工业水平达到西方国家基础工业水平的总和。
所以,我们要想短时间内打破芯片封锁,解决芯片被卡脖子的问题,我们必须另辟蹊径。所幸的是,中科院院士已经找到了这个“捷径”!
前不久,中科院院士、中科大教授郭光灿领导的科研团队在光量子芯片方面取得重大突破,成功掌握量子干涉核心问题的技术,这一重大技术突破,直接奠定了光量子芯片研制的技术基础。 中国院士团队的这一重大技术突破,让世界上唯一的超级 科技 强国美国震惊不已: 没想到中国科研人员会在这么短的时间内掌握光量子芯片技术。
要知道,我国是属于芯片行业起步较晚的国家,技术和人才储备都很薄弱,我们要想实现在光量子芯片领域的领先,付出的汗水将是发达国家科研人员的几百倍!
对于中科院院士团队在光量子芯片领域实现的重大技术突破,不少业内人士纷纷发表自己的看法: 一旦光量子芯片实现大规模量产,芯片的成本要比现在的芯片要低,而且中国也将会掌握芯片领域的主导权,华为的“芯”病也将会得到彻底根治!
不少网友心中看到这心中会有个疑惑,我快把光量子芯片吹上天了,那么,它到底是个啥东西呢?又具有什么特殊的能力呢?
所谓的光量子芯片, 就是用光子代替传统芯片的电子,通过光源能量和形状控制手段,将光投射线路经过光学补差,将设计好的线路图映射到晶片上。
芯片整体性能是否先进,与晶片上集成的晶体管数量有关,要想芯片性能更先进,就必须在固定大小的晶片上尽可能的集成更多的晶体管。
光量子芯片与传统硅芯片相比,其采用微纳米加工工艺、以光为载体,其数据传输能力更强、更稳定,而且信息储存的时间也会更久等等。
随着5G时代的到来,我们即将从互联网时代迈入物联网时代,我们对数据处理的速度的要求也会更高,传统芯片很可能无法满足我们这方面的需求,所以,更为先进的光量子芯片成为了我们在物联网时代的不二选择。
对于光量子芯片的发明,不少业内人士认为,其重要性不亚于计算机的发明,谁率先掌握了这种技术,谁就可以领跑一个新的时代!
笔者坚信,随着我国科研人员的不断付出,我们必将能在短时间内攻克光量子芯片所有技术难关,实现大规模量产,打破美国的芯片封锁,成为新时代的领跑者!
白皮书
2月16日,俄罗斯经济发展部发布《俄罗斯和国外高新技术发展白皮书》。白皮书根据俄罗斯政府第一副总理安德烈·别洛乌索夫指示,由经济发展部与国立高等经济大学、国家技术创意中心、权威部委、头部企业联合拟定,研究了世界人工智能、物联网、5G网络、量子计算、量子通信、分布式账本技术、电能传输与分布式智慧能源系统技术、电能储存系统制造技术、新材料和新物质技术、未来航天系统共10个领域的现状和发展趋势,分析了俄罗斯在上述领域与领先国家存在的差距、具备的优势和不足以及未来面临的风险。鉴于涉及国家机密,俄罗斯政府为大型企业确定的16个发展方向中的某些方向,比如新一代微电子与电子元件制造、量子传感器等未被纳入白皮书。
人工智能
2015~2019年,全世界人工智能领域相关的专利申请数量从225万项增长到637万项。俄罗斯申请者每年提交的申请数量大约为100~140项。在人工智能领域相关 科技 论文发表总量中,俄罗斯作者的比重为15%(2020年数据)。专利和论文发表数量方面领先的是中国和美国。
2021年,美国政府对人工智能领域研究和发明的投入为15亿美元,到2026年将增加到320亿美元。但是人工智能技术发展的主要方向却由美国的大型数字化集团掌握:亚马逊公司(2020年投入427亿美元),Alphabet公司(276亿美元),微软公司(193亿美元),苹果公司(187亿美元),Meta Platforms公司(原Facebook公司,185亿美元)。中国的投入不详,但是仅阿里巴巴、腾讯和百度三家公司2020年的研发总投入就达到160亿美元。
以人工智能为基础的最为庞大的市场包括生物统计系统(全世界市场总容量为366亿美元),不同自主化水平的航空和公路交通(分别为274亿美元和233亿美元)。俄罗斯国内主要的人工智能研发企业有Yandex公司、VisionLabs公司、NtechLab公司、俄罗斯储蓄银行、VK公司、МТ公司、天然气工业石油公司、卡巴斯基实验室。
白皮书作者指出,俄罗斯在人工智能领域的优势是拥有超级计算机。定期更新的世界500强超级计算机榜单2021版中,俄罗斯共有7台超级计算机入围,其中Yandex公司的“切尔沃年基斯”超级计算机在计算能力上排名第19位。俄罗斯研发企业能够制造世界级产品,但是必须刺激部门用户的需求。俄罗斯在该领域的主要短板是在电子元件方面比较落后。
物联网
与物联网领域相关的全世界发明专利申请总数中,俄罗斯占02%,科学论文发表数量的比重占15%。对该领域投入最多的是中国和美国。2020年全世界物联网的总投入为7420亿美元,据IDC预测,2024年前这一指数将以每年113%的平均速度增长。
该领域的世界头部企业包括美国的微软Azure、亚马逊AWS、IBM Watson、PTC、谷歌云、思科,中国的阿里云和百度。俄罗斯的公司有МТС公司、“信号旗”通信公司、Megafon电信公司、俄罗斯电信、俄罗斯技术集团等。物联网正在进入工业、农业和住房公用事业等行业,用于生态监测、消防安全、气象监测等领域。与国外竞争者相比,俄罗斯企业的主要优势是功能更加强大的软件、更为高效的数据处理算法、数据存储和监测领域的解决方案以及支持俄语用户等。劣势是主要的硬件解决方案基于国外元件制造。
5G网络
在全世界5G移动通信网相关的发明专利申请总数和科学论文发表总量中,俄罗斯分别占01%(2019年)和18%(2020年)。5G基础设施建设主要是由大型通信运营商的设备生产商负责:中国的华为和中兴,瑞典的爱立信、芬兰的诺基亚和韩国的三星。上述企业占据了全世界移动通信设备市场份额的95%。2020年,它们的总投入达300多亿美元。到2026年底,5G市场总容量可能增长100多倍,达6679亿美元。
与物联网和人工智能相结合,5G网能够保障 社会 经济部门和领域向更高的技术发展水平过渡,这将提高劳动生产率、提高生产和服务的质量和灵活性、降低事故率等。现在,已经出现了巨大差距:美国、中国和韩国5G的注入水平已达15%~20%,而俄罗斯国内这种技术仅仅在部分试点区域内得到落实,而这些试点的真正启动还要等到2024年。届时,无论是在5G网络基础设施发展水平,还是基于这些基础设施的服务准备程度方面,差距可能达到极限。
量子计算
全世界与量子计算领域相关的专利申请总数和 科技 论文发表总数中,俄罗斯分别占15%(2019年数据)和47%(2020年数据)。从总体指数看,该领域的领先者是中国和美国。量子计算的世界市场正处于形成阶段。最近5年,其市场容量将达到10~20亿美元,再往后15~30年可能增长到4500~8500亿美元。无论国家,还是大型集团都在对该领域技术的发展进行投资,特别是美国的谷歌、IBM、微软、霍尼韦尔公司。俄罗斯国内从事该领域技术发展的企业有俄罗斯原子能集团、俄罗斯量子中心和高校。
据评估,在量子计算领域,与世界领先国家相比,俄罗斯在技术上落后7~10年。到2025年~2030年,量子计算机大规模应用的时候,俄罗斯的非量子技术优势将不复存在。但是当前的工作用量子设备暂时还不能超越传统的超级计算机(量子优势指的是量子计算机解决某些特殊任务的速度要比传统计算系统的速度高出数个数量级)。
量子通信全世界与量子通信领域相关的专利申请总数和 科技 论文发表总数中,俄罗斯分别占11%(2019年数据)和44%(2020年数据)。而且在大气和太空通信线路方面,俄罗斯占50%。目前,美国、欧洲、英国、日本、中国和俄罗斯正在布设多节点干线和城市光纤量子网络。俄罗斯从事相关工作的是俄罗斯铁路、俄罗斯电信等公司。
量子通信
对于工业来说意义重大,因为该领域的技术可以保证基于量子物理的基本规律保护数字数据,这在网络威胁增长以及量子计算机研制有望(借助量子计算将可以在很短的时间内破译现有的加密算法)的情况下颇具现实意义。
分布式账本技术
全世界与分布式账本技术领域相关的专利申请总数和 科技 论文发表总数中,俄罗斯分别占02%(2019年数据)和21%(2020年数据)。该领域的领先者是美国和中国。申请专利数量最多的公司包括中国的阿里巴巴、腾讯 科技 和杭州复杂美 科技 公司以及美国的IBM和英国的nChain公司。据预测,到2030年,分布式账本技术的应用可能保证全世界国内生产总值增长大约18万亿美元,其中有9600亿美元来自供应链管理,商品与服务监测领域,4300亿美元来自金融领域。俄罗斯国内应用这种技术的单位有联邦税务局、俄罗斯储蓄银行、诺里尔斯克镍公司、天然气工业石油公司等。
电力传输技术和分布式智慧能源系统技术
能源过渡是世界经济日程上的优先事项之一。欧盟各国、中国和美国已经宣布向碳中和能源过渡。许多国家制定了提高可再生能源在能源平衡表中比重的计划。
全世界与电力传输技术、分布式智慧能源系统领域相关的专利申请总数和 科技 论文发表总数中,俄罗斯分别占08%(2019年数据)和2%(2020年数据)。该领域的领先者是中国、日本和美国。在俄罗斯国内,很多企业从事该领域的产品和元件生产,比如俄罗斯网络、俄罗斯原子能集团等公司。根据众多路线图、战略文件和规划文件定下的目标,到2035年基于可再生能源的发电总量将达12吉瓦;到2030年电动交通工具的生产总量将提升到73万辆,并为其配套建设充电基础设施等。
电能储存系统制造技术
储能系统(各种蓄电池等)研制技术领域,俄罗斯提交的专利申请数量和 科技 论文发表数量分别占全世界的12%(2019年)和22%(2020年)。已有20多个国家宣布将禁止使用内燃发动机类 汽车 ,包括挪威(从2025年开始),德国(从2030年开始),法国(从2040年开始),英国(从2050年开始)以及斯洛文尼亚、比利时、印度、新加坡等国。从专利申请和 科技 论文发表数量来看,俄罗斯在氢技术领域做出了更加突出的贡献。俄罗斯原子能集团正在仔细研究俄罗斯“吉工厂”——锂离子蓄电池生产工厂建设项目。
新材料和新物质技术
全世界与新材料和新物质技术(超轻材料、超固体材料和记忆材料等)领域相关的专利申请总数和 科技 论文发表总数中,俄罗斯分别占08%(2019年数据)和43%(2020年数据)。世界上从事这些技术开发的有大型电动交通工具生产商(特斯拉、大众、梅赛德斯、宝马、丰田)和金属产品制造商等。各经济部门应用最为急需和需求最大的是增材制造、聚合复合材料、稀土金属及其产品获取技术、锂技术等。俄罗斯在该领域的最大优势是稀土金属获取技术(2019年占世界申请专利数量的49%)。世界上最大的稀土设备进口国是中国和美国。俄罗斯的稀土金属储备占世界储量的比重大约为17%,探明原料总量位列中国之后排在世界的第2位,但是开采量仅在世界上排名第7位。
未来航天技术
全世界与未来航天技术领域相关的专利申请总数和 科技 论文发表总数中,俄罗斯分别占39%(2019年数据)和51%(2020年数据)。根据这两项指标,占据世界领先地位的是中国和美国。俄罗斯在未来地理信息系统研制(29%)和新一代航天器制造技术领域(42%)的专利数量占有最大份额。
拥有这些技术储备的国家将获得长期的战略竞争力。未来航天技术的运用为农业、林业、矿产资源开采、建筑、交通和物流、信息和通信、教育、国家管理等领域附加值的增长开辟了巨大机会。俄罗斯正在国家2022~2030年航天信息技术综合发展规划框架下发展这些技术。该规划的落实应该能够保证卫星通信、数字广播和高速访问互联网覆盖俄罗斯全境,包括北极地区和北方海路,促进发展物联网服务(马拉松物联网)和地球遥测服务。
风险
毫无疑问,从上述技术领域的大部分参数看,美国和中国已经与其他国家拉开了很大距离。从研究人员发表论文的积极性指标看,俄罗斯的排名分布于第7、8到19位之间;从专利申请积极性指标看,俄罗斯的排名位于第4、6到第20~30位之间。如果中国发表一篇 科技 论文平均需要两项专利申请的话,那么俄罗斯的这种比例关系约为1:5。
配件和设备严重依赖进口(包括开展研究和发明工作所必需的设备),高水平专业人员不足,新兴公司数量极低(与领先国家相比)和独角兽企业——私营高 科技 公司(市场价值超过10亿美元的公司)实际上的完全缺失阻碍了俄罗斯技术的发展。在这种情况下,俄罗斯大学和科研机构,包括预算拨款的机构在内,它们的大部分创意和发明流向了国外,并以高加价产品和服务的形式返回俄罗斯。
世界上这些新技术市场形成过程中的先行者是苹果、微软、谷歌、亚马逊、特斯拉、Meta、英伟达、腾讯、三星、阿里巴巴、SpaceX等大型公司。俄罗斯参与上述进程的公司都是有国家股份参与的大型公司,包括俄罗斯储蓄银行、俄罗斯电信、俄罗斯原子能集团、俄罗斯国家航天集团、俄罗斯网络、俄罗斯石油、俄罗斯铁路、天然气工业公司。目前,如果没有国家的积极协调和支持,俄罗斯企业进军国外市场的梦想就无法实现。同时,需要强调的是,当代世界,即使是最强大的“玩家”也需要采用开放创新商业模式开展业务,组建可以将资本价值扩大数倍的财团和生态系统。
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