2022科学智能AI4S全球发展观察与展望
报告前言
“We wanted flying cars, instead we got 140characters.” Peter Thiel 2013年在耶鲁大学演讲时说。的确，千禧年以来，海量的科学人才涌入互联网科技行业，带来生产和协作方式的变革，创造了巨量的财富。而随着互联网热潮渐渐褪去，人们重新把目光聚焦回科学本身，以及它们所映射的实体经济领域上。
科学技术是第一生产力。科技革命的历史波澜壮阔。过去三百年间，科学行进经历过数次系统性危机，正是这些危机的解决才带来了科学的突破，新科学经由新工具的应用和普及，进而带来生产力的大幅提升。时至今日，随着数字化时代的到来，科技创新转化为直接生产力的速度越来越快。与此同时，系统性危机再一次降临。
抬眼望去，科技创新与应用的上空正飘着一朵遮天蔽日的“乌云”——维数灾难。维数灾难，是1929年 Paul Dirac 盯着一行薛定谔方程、将第一性原理了然于胸却仍然面临数学能力瓶颈时的无奈；是1957年 Richard Bellman 写下控制论方程、却因变量太多不知如何有效求解时的挣扎；是1965年 Juris Hartmanis 和 RichardStearns 面向计算机上“原则上可计算、实际上难计算”的一大类问题时的觉醒；是1972年 PhilipAnderson 呼吁科学内蕴层次化结构、写下“More IsDifferent”时的呐喊…
科学家们在维度灾难面前苦苦挣扎：面对纷繁复杂的现实世界，虽然数据越来越丰富，但是寻求简单、漂亮的洞见却变得越来越难；各行业的技术专家也深受困扰：控制和设计的自由度越来越多，“炒菜式”的试错和喊口号式的攻坚也越来越难以解决实际问题……
此时，AI 来了。从艾伦·图灵的系统思考开始，伴随着算法、算力、数据的融合发展，AI 在计算机视觉、自然语言处理，自动驾驶等同样饱受“维数灾难”的领域大放异彩。但 AI 若想从一套“数据处理”工具，走向更加通用的“智慧”，则无法绕开“科学”这一人类智慧结晶中最精华的一部分。于是，一群人先行者开始探索用 AI 学习科学原理，解决科学问题的路径。
- 他们发现，当下 AI 取得成就的本质原因是在算力和数据基础之上算法对高维函数处理能力的大幅提升，这一能力是应对当下系统性危机的关键；
- 他们发现，AI 是驱散 Science 各领域维度灾难的乌云的法宝，AI for Science（AI4S）会是 AI 的下一个主战场，它将极大地拓展 Science 和 AI 的边界；
- 他们发现，AI4S 将赋能技术和工业的方方面面，帮助我们加快走完科学研究和技术创新之间的最后一公里，也将帮助科学家从纷乱的自然和社会特征之中抽丝剥茧，发现事物背后作用着的关键规律。
AI4S 的未来正在走向流行。AI 求解薛定谔方程、AI求解控制论方程、AI 加速分子模拟、AI 预测蛋白结构、AI 赋能药物和材料设计……2022年正在迎来 AI4S 的繁花似锦。
AI4S 流行的路上也将充满挑战。它呼唤各行各业的人们打破壁垒、凝聚共识、创造连接、形成迭代。拨云见日的路上，真理与泡沫、洞见与偏见差别均在毫厘之间。站在这个科技革命的时代转角，北京科学智能研究院（AISI）与深势科技作为全世界最大AI4S 开源社区 DeepModeling 的核心开发者及 AI4S产业落地实践的先行者，与高瓴创投一起，整理了数十家领先企业和科研机构的经验方法，编写成册。道阻且长，行则将至。希望从此，这份报告将陪伴每一个关心 AI for Science 的人度过每个春秋，见证这场发生在当下的科技革命，从花开花落走向硕果累累。
核心观点
科学智能（AI for Science, AI4S） 在国际领先的研究机构中已形成共识（如DeepMind、Nvidia、微软、字节、华为、普林斯顿大学、MIT、伯克利等），并成为重点资源倾斜的交叉学科方向，在《NATURE》《SCIENCE》等各大顶刊中发布的成果斐然。
AI4S 在工业产业实践中的应用潜力已经被头部厂商充分认可和重视。生命科学、能源科学、半导体与信息科学、材料科学等领域的行业先锋已经开始系统性投入 AI4S 的研究和具体行业解决方案的大规模应用。AI4S 在工业仿真、现代农业、环境科学、机器人、天体物理、地质学、图形学等领域也有巨大的想象空间有待开发。
AI4S 发展的当前瓶颈：软硬件结合的工业级基础设施、稀缺的高素质复合学科人才、以及相对应的新“科学主导”型组织的管理协作机制。
各国政府已开始关注AI4S 的巨大潜力，并制定相关政策进行支持。AI4S 可能成为大国角力的新搏击场并且有着绝佳的“源自中国、面向未来、引领世界”的机会。中国发展AI4S有着得天独厚的条件：优秀的理工科人才培养体系、完整的工业产业链、有作为的政策制定者。我们预计AI4S会在未来30年为中国经济发展提供持续而巨大的助力。
