1.1　邊緣智能產(chǎn)生的“大背景”

近年來，各國政府高度重視人工智能、邊緣計算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)的發(fā)展，加之，國家級戰(zhàn)略規(guī)劃、科技助推政策的密集出臺，不僅加快了資本向信息技術(shù)領(lǐng)域的流動，更催生了大量邊緣智能業(yè)務(wù)需求場景。

1.1.1　新一代信息技術(shù)的推動發(fā)展

當(dāng)前，以人工智能AI（Artificial Intelligence）、區(qū)塊鏈BC（Block Chain）、云計算CC（Cloud Computing）、大數(shù)據(jù)BD（Big Data）、邊緣計算EC（Edge Computing）、聯(lián)邦學(xué)習(xí)FL（Federated Learning）、5G通信等為代表的新一代信息技術(shù)（可以初步概括為“ABCDEFG”），已成為理論研究的焦點、應(yīng)用實踐的重點和社會發(fā)展的增長點。

如圖1-1中新一代信息技術(shù)框架所示，海量、高速、異構(gòu)、多樣的大數(shù)據(jù)不僅給傳統(tǒng)信息技術(shù)帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，更促進(jìn)了信息技術(shù)（Information Technology，IT）到數(shù)據(jù)技術(shù)（Data Technology，DT）的演進(jìn)。一方面，為滿足爆炸式的數(shù)據(jù)計算存儲服務(wù)需求，動態(tài)擴(kuò)展、按需服務(wù)、高可靠性的云計算服務(wù)模式應(yīng)運而生。另一方面，隨著數(shù)據(jù)與計算能力前所未有的豐富，人工智能算法和芯片技術(shù)取得了突破性進(jìn)展，AI走出了實驗室，走進(jìn)了商業(yè)、工業(yè)、軍事、生活等多個領(lǐng)域。

與此同時，聯(lián)邦學(xué)習(xí)為大數(shù)據(jù)背景下的“數(shù)據(jù)孤島”問題提供了安全的分布式機器學(xué)習(xí)框架；邊緣計算為云計算面臨的傳輸處理時延、網(wǎng)絡(luò)擁塞、安全隱私問題提供了從“云端”向用戶端“下沉”的解決方案，尤其在低時延、泛在連接、高帶寬的5G通信技術(shù)助力下，云服務(wù)的“最后一公里”被打通，數(shù)據(jù)可以保留在智能芯片所加持的邊緣設(shè)備終端，AI應(yīng)用可以下沉至網(wǎng)絡(luò)邊緣，加之區(qū)塊鏈的安全可信保障，新一代信息技術(shù)大跨步進(jìn)入了邊緣智能的新時代。

1.大數(shù)據(jù)

在新一代信息技術(shù)演進(jìn)的大事件中，大數(shù)據(jù)不僅被譽為“新時代的生產(chǎn)資料”，更是數(shù)據(jù)思維的重要體現(xiàn)。在圖1-2所示的大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展時間軸上，牛津大學(xué)教授Schnberger在著作Big Data： A Revolution That Will Transform How We Live，Work and Think中指出，基于隨機采樣、精確求解、因果推理的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)分析模式已演變?yōu)槿珨?shù)據(jù)、近似求解、關(guān)聯(lián)分析的大數(shù)據(jù)模式。

2.云計算

在云計算的發(fā)展脈絡(luò)中，云服務(wù)不僅造就了像亞馬遜、谷歌、微軟、阿里等云服務(wù)巨頭，更把“如同使用水、電一般按需獲取云服務(wù)”的理念深入用戶的生活中。如圖1-3所示，以敏捷開發(fā)與運維（DevOps）、微服務(wù)、容器為代表的云原生（Cloud Native）技術(shù)概念已成為云計算發(fā)展的前沿。

3.人工智能

人工智能的研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于大數(shù)據(jù)和云計算。據(jù)相關(guān)資料記載，人類對于人工智能的思考和探索可追溯到希臘神話中人類對人工智能及生命的幻想。然而，如圖1-4所示，在人工智能的發(fā)展脈絡(luò)中，1956年的美國達(dá)特茅斯會議后，人工智能理論研究的序章才正式展開。尤其是在2012年的ImageNet大賽中，得益于訓(xùn)練數(shù)據(jù)增多、GPU并行計算能力的提升，深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)成為了人工智能在大量應(yīng)用領(lǐng)域的重要代名詞。

4.智能芯片

芯片是計算的“大腦”。隨著面向智能計算設(shè)計的智能芯片性能不斷提升，智能加持的云服務(wù)也真正可以從遙遠(yuǎn)的“云端”下沉到萬物互聯(lián)的“用戶終端”。如圖1-5所示，2017年Google發(fā)布的TPU智能芯片開啟了智能芯片元年，智能芯片發(fā)展進(jìn)入了快車道，其中，寒武紀(jì)（Cambricon）發(fā)布了神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)單元NPU，IBM發(fā)布了類腦芯片Truenorh，清華大學(xué)發(fā)布了第三代“天機”芯片，阿里巴巴發(fā)布了人工智能芯片含光800，這些智能芯片為人工智能、云計算等強計算需求領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展提供了強大算力支撐。

5.聯(lián)邦學(xué)習(xí)

在大數(shù)據(jù)時代，數(shù)據(jù)是機器學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)的“血液”。隨著數(shù)據(jù)的極大豐富，人們對數(shù)據(jù)隱私、數(shù)據(jù)安全、數(shù)據(jù)利用的合規(guī)合法性也愈加重視；因此，為滿足數(shù)據(jù)隱私、安全和監(jiān)管要求，聯(lián)邦學(xué)習(xí)技術(shù)應(yīng)運而生。如圖1-6所示，聯(lián)邦學(xué)習(xí)是實現(xiàn)高效數(shù)據(jù)共享、解決數(shù)據(jù)孤島問題的有效解決方案，為深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分布式部署、訓(xùn)練數(shù)據(jù)擴(kuò)展等問題的解決帶來了希望。尤其是基于PyTorch的PySyft框架、基于TensorFlow的TensorFlow Federated框架、中國微眾銀行的FATE框架、Uber的Horovod等開源聯(lián)邦學(xué)習(xí)項目的開展以及相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)的籌備，這些工作對聯(lián)邦學(xué)習(xí)的進(jìn)一步推廣具有重要意義。

6.5G通信

5G通信技術(shù)無疑是當(dāng)今各國科技“爭鋒”的重點領(lǐng)域，也是我國在“卡脖子”技術(shù)方面“彎道超車”的關(guān)鍵發(fā)力點。如圖1-7所示，在中國5G元年后，華為發(fā)布全球首款旗艦5G SoC芯片：麒麟990，并發(fā)布面向全場景的分布式操作系統(tǒng)：鴻蒙1.0；高通發(fā)布全球首款集成調(diào)制解調(diào)器、射頻收發(fā)器和射頻前端的商用芯片：驍龍X55 5G；三星發(fā)布首款5G集成移動處理器：Exynos 980……時至今日，中國已成為5G通信領(lǐng)域的“高端玩家”，相信我國在以5G為代表的“新基建”發(fā)展中，會“風(fēng)正帆懸，破浪前行”。

7.邊緣計算

云計算解決了用戶按需享用云服務(wù)的問題，而邊緣計算解決了萬物互聯(lián)背景下云服務(wù)向網(wǎng)絡(luò)邊緣用戶端的延伸和擴(kuò)展問題。如圖1-8所示，在邊緣計算的發(fā)展中，思科等聯(lián)合成立開放霧聯(lián)盟（OpenFog Consortium）。同時，5G通信技術(shù)的關(guān)鍵使能場景涉及增強型移動寬帶（Enhanced Mobile Broadband，eMBB）、超可靠低延遲通信（Ultra-reliable Low-Latency Communications，URLLC）、大規(guī)模機器類通信（Massive Machine Type Communications，mMTC）；因此邊緣計算是5G的重要使能技術(shù)。

8.區(qū)塊鏈

與其說區(qū)塊鏈的誕生是信息安全技術(shù)的重要里程碑，不如說區(qū)塊鏈?zhǔn)且悦艽a學(xué)為基礎(chǔ)的信息安全技術(shù)的集大成者。如圖1-9所示的區(qū)塊鏈發(fā)展大事件中，密碼學(xué)大師Diffie和Hellman的學(xué)術(shù)成果奠定了迄今為止整個密碼學(xué)的發(fā)展方向，對比特幣等區(qū)塊鏈實踐的誕生起到?jīng)Q定性作用。1992年，差分隱私的發(fā)明者Cynthia Dwork及Moni Naor提出了基于工作量證明機制的垃圾郵件防范方法，該機制后來成為比特幣的核心使能組件之一。可見，區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展是大量密碼學(xué)相關(guān)領(lǐng)域研究者不斷開創(chuàng)、融合和拓展的成果結(jié)晶。

綜上所述，新一代信息技術(shù)的發(fā)展不是一蹴而就的“遠(yuǎn)山愿景”，而是一步一個腳印逐步發(fā)展演進(jìn)的技術(shù)體系。尤其是隨著大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、智能芯片、邊緣計算、聯(lián)邦學(xué)習(xí)、區(qū)塊鏈、5G通信的發(fā)展，“智能+”帶來的大融合、大發(fā)展、大繁榮趨勢變得勢不可擋。因此，可以構(gòu)想，5G聯(lián)通了云計算與邊緣計算兩端，助力大數(shù)據(jù)和人工智能下沉至網(wǎng)絡(luò)邊緣和智能終端，聯(lián)邦學(xué)習(xí)、區(qū)塊鏈協(xié)同打通“智能+”安全應(yīng)用的最后一公里，為技術(shù)和應(yīng)用場景的深度融合、邊緣智能開放架構(gòu)體系形成提供了極為豐富的技術(shù)支撐。

1.1.2　國家政策的支持和引導(dǎo)

以我國為例，近年來政府高度重視新一代信息技術(shù)的發(fā)展，從“兩會”到中央政治局常委會等重要場合，多項戰(zhàn)略規(guī)劃密集出臺，鼓勵引導(dǎo)基于新一代信息技術(shù)的國產(chǎn)安全可控體系快速發(fā)展，推動形成信息技術(shù)行業(yè)的安全可控和開放創(chuàng)新局面。圖1-10梳理了我國在新興技術(shù)領(lǐng)域的相關(guān)政策及發(fā)展規(guī)劃。

尤其，習(xí)近平總書記在2020年中共中央政治局常務(wù)委員會會議上強調(diào)，要加快5G基建、特高壓、城際高速鐵路和城市軌道交通、新能源汽車充電樁、大數(shù)據(jù)中心、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等七大領(lǐng)域的新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)度。

此外，美國、日本、德國、法國、英國、韓國也陸續(xù)推出了各自的國家云計算、人工智能等新一代信息技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，并逐步上升為國家級戰(zhàn)略。因此，在國家政策的支持和引導(dǎo)下，以融合人工智能、云計算、邊緣計算等新一代信息技術(shù)為主要手段的邊緣智能呈現(xiàn)出越來越清晰的時代特征，并不斷被推送到技術(shù)浪潮的發(fā)展前沿。

1.1.3　資本與業(yè)務(wù)需求的推動

據(jù)不完全統(tǒng)計，從2015年到2019年底，邊緣智能相關(guān)領(lǐng)域共發(fā)生1700多起投融資事件，總?cè)谫Y額達(dá)1900多億元；預(yù)計到2023年，相關(guān)企業(yè)在邊緣智能領(lǐng)域投資將超過1萬億美元；到2025年，邊緣智能的總經(jīng)濟(jì)影響可能在4萬億到11萬億美元之間。以人工智能為代表的新興企業(yè)將不斷推進(jìn)融資輪次，并增加融資額度。可以說，資本在不斷追加邊緣智能領(lǐng)域的熱度，而新興創(chuàng)新型企業(yè)則順勢而為，持續(xù)搶灘布局，“駛?cè)搿辟Y本藍(lán)海。

同時，受益于城市端邊緣智能業(yè)務(wù)的規(guī)模化落地，以及邊緣智能對實體經(jīng)濟(jì)的融合賦能，邊緣智能的整體業(yè)務(wù)享有數(shù)十萬億級的市場空間。此外，由于邊緣智能在落地過程中將重構(gòu)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)價值鏈，既需要適應(yīng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的特性，理順傳統(tǒng)利益鏈條，也需要與生態(tài)合作伙伴共同搭建最適宜產(chǎn)業(yè)賦能的架構(gòu)體系；因此，邊緣智能會在幾輪“產(chǎn)品優(yōu)化→渠道打通→商業(yè)模式驗證→產(chǎn)業(yè)迭代”后，迎來高速、優(yōu)質(zhì)的落地發(fā)展。

從業(yè)務(wù)需求角度分析：一方面，到2027年，邊緣端設(shè)備將達(dá)到410億臺，邊緣端設(shè)備數(shù)量和網(wǎng)絡(luò)流量持續(xù)快速增長，云計算面臨海量數(shù)據(jù)處理需求以及網(wǎng)絡(luò)帶寬壓力持續(xù)增加，而邊緣智能可以實現(xiàn)在設(shè)備側(cè)數(shù)據(jù)源頭的數(shù)據(jù)收集與決策，既可以減輕云計算的計算負(fù)載，也能滿足某些場景下對數(shù)據(jù)處理與執(zhí)行時延的苛刻要求。

另一方面，邊緣智能比其他技術(shù)更注重業(yè)務(wù)與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的結(jié)合，更貼近產(chǎn)業(yè)落地與用戶需求。以智能駕駛場景為例，盡管邊緣計算可以提供基本的信息服務(wù)環(huán)境和計算能力，減少網(wǎng)絡(luò)資源占用，增強實時通信能力，并在極低時延的情況下完成數(shù)據(jù)處理和執(zhí)行服務(wù)；但是，智能駕駛的關(guān)鍵是定位導(dǎo)航、環(huán)境感知能力、自動控制等多種技術(shù)的智能協(xié)同。因此，融合了各種信息技術(shù)的邊緣智能是從更高層次實現(xiàn)智能駕駛的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

隨著新一代信息技術(shù)的發(fā)展，“云-邊-端”協(xié)同業(yè)務(wù)需求的不斷增加，以及資本不斷推動的邊緣智能產(chǎn)業(yè)規(guī)模化落地，邊緣智能已成為橫跨多種技術(shù)的融合體系，并在智慧城市、智慧社區(qū)、智能家居等垂直行業(yè)中形成了大量典型示范應(yīng)用。