巨变一：模拟硬件方面需根本性突破
根据我们的预测，在未来，我们需要在模拟硬件方面取得根本性的突破，这样才能产生能够感知、传感和推理的用于全球智能机器的接口。模拟电子处理现实世界中连续可变的多种形状的信号（与数字电子相比，数字电子通常是标准形状，只需要两个电平，1或0）。模拟电子学领域包含多个维度，如图1所示。此外，所有人类可以感知的输入都是模拟的，这就需要基于超压缩感知能力和低操作功率的世界机器接口的仿生解决方案（图2）。图1，模拟电子学的维度（左）图2，大脑的感知和推理能力是基于超压缩的感知能力，能够减少10万个数据，并且运算在很低的能耗上。物理世界本质上是模拟的，而“数字社会”对先进模拟电子设备的需求日益增加，以使物理世界和计算机世界之间的交互成为可能。“感知我们周围的环境是下一代人工智能的基础，下一代人工智能设备将具备感知和推理能力。全球机器界面是当前以信息为中心的经济的核心。例如，下一波先进制造革命预计将来自下一代模拟驱动的工业电子，包括传感、机器人、工业、汽车、医疗等。对于关键任务应用，电子元件的可靠性是优先考虑的问题。例如，如今模拟芯片占汽车电子产品故障的80%，比数字芯片的故障严重十倍。从物理世界产生的估计总模拟信息相当于~10^34位/秒。作为参考，人类总感觉吞吐量在~10^17位/秒(图3)。因此，我们感知物理世界的能力明显受到限制。未来的模拟电子技术有巨大的机会来增强人类的感知系统，这将产生重大的经济和社会效应。比如，针对人类感知和认知系统打造的多媒体，囊括神经系统接口和通信技术。这将产生以人为中心的新技术，如基于多感觉的医疗诊断和治疗，带有虚拟香气合成器的完全虚拟现实，或基于室内空气质量的主动气味消除。这可以导致新的以人为中心的技术，如多传感为基础的医学诊断和治疗，完全虚拟现实与虚拟香气合成器，或基于室内空气质量的主动气味消除。图3：世界已安装传感能力的发展趋势今天，生成模拟数据的能力比我们智能使用数据的能力增长得更快。在不久的将来，这种情况将变得更加严重，来自我们生活和物联网传感器的数据可能会产生模拟数据洪流，在我们最需要的时候掩盖有价值的信息。传感器技术正经历着指数级增长，预计到年将有45万亿传感器，每年将产生万zettabytes(10^27字节)的数据。这相当于~10^20bit/秒，从而超过了人类感知的总体吞吐量。因此，从预测的数据洪流中提取关键信息并以适当的方式加以应用是驾驭数据革命的关键。所以，模拟的宏伟目标是通过革命性的技术以更少的能耗和数据位来增加有用的/可操作的信息，例如以10^5:1的实际压缩/减少比来减少感知-模拟-信息。对于许多实时应用程序，感知数据的价值是短暂的，有时只有几毫秒。数据必须在该时间范围内使用，在许多情况下，出于延迟和安全考虑，必须在本地使用。因此，追求信息处理技术的突破性进展，如开发分层感知算法，使从原始传感器数据理解环境是一项基本要求。新的计算模型，如模拟“近似计算”是必需的。这与本文后面概述的发现一个全新的“计算轨迹”的宏伟目标#5是一致的。新的模拟技术也可以为通信技术提供巨大的进步。即使在计算机对计算机通信中，在长距离时也需要模拟接口。在输入/输出(I/O)边界收集、处理和通信模拟数据的能力对未来的物联网和大数据至关重要。模拟技术在太赫兹领域的发展将需要未来的传感和通信需求。行动呼吁模拟接口连接物理世界和数字世界。我们通过模拟信号获取物理世界信息的集体能力比可用信息低00亿倍，很快就需要在模拟电子学方面取得突破性进展。新的方法来感知，如感知行动，模拟“人工智能”（AI）平台，大脑启发/神经形态和分层计算，或其他解决方案将是必要的。信息处理技术的突破性进展，如开发感知算法，使人们能够从原始传感器数据中了解环境是一项基本要求。新的计算模式，如模拟“近似计算”，可以交换能量和计算时间与输出的准确性(大概大脑是这样做的)是必需的。新的模拟技术将给通信技术带来巨大的进步。在输入/输出边界收集、处理和通信模拟数据的能力对未来的物联网和大数据世界至关重要。此外，模拟开发方法需要在生产力上有一个步骤的提高（10倍或更大），以及时解决应用程序爆炸问题。总之，合作研究建立革命性的模式，为未来节能模拟集成电路的广泛的未来数据类型，工作量和应用是必要的。在这十年里，每年向模拟电子产品的新发展轨迹投资6亿美元。选定的优先研究主题概述如下：宏伟目标1：模拟到信息的压缩/减少，实际压缩/减少比为10^5:1，以一种更类似于人类大脑的方式驱动对信息和“数据”的实际使用。巨变二：全新的内存和存储解决方案
我们认为，在未来，内存需求的增长将超过全球硅的供应，这为全新的内存和存储解决方案提供了机会。随着设备、电路和架构方面的重大创新，未来ICT需要有在内存和存储技术方面的全新解决方案。到这个十年结束时，ICT能耗和性能的持续改进将变得停滞不前，因为作为底层存储器，存储技术将面临规模限制。与此同时，用于人工智能应用的训练数据正在爆炸式增长，而且没有任何限制。越来越清楚的是，在未来的信息处理应用中，从材料和设备到电路和系统级功能的协同创新，很可能使用尚未探索的物理原理，将是实现比特密度、能源效率和性能新水平的关键。全球对数据存储的需求呈指数级增长，这就需要过多的物质资源来支持正在发生的数据爆炸，今天的存储技术在不久的将来将无法持续。因此，数据/信息存储技术和方法需要新的根本解决方案。图4显示了全局数据存储需求的预测—包括保守估计和上限。如图4所示，未来的信息和通信技术将产生大量的数据，远远超过今天的数据流。目前，信息的生产和使用呈指数级增长，到年，全球存储的数据量估计在10^24（10的24次方）到10^28（10的28次方）bit之间。值得注意的是，虽然在最终扩展的NAND闪存中单个比特的重量为1皮克（10^(-12)克），但存储10^26（10的26次方）位的硅晶圆的总质量约为10^10（10的10次方）千克，这将超过世界上总的可用硅供应量（图5）。图4：全球对内存和存储的需求，预计将超过全球可转换成硅晶圆的硅量。全球对传统硅基存储器的需求呈指数级增长（图4），而硅的产量仅呈线性增长（图5）。这种差异让基于硅的内存在20年内对于Zetta规模的“大数据”部署来说将变得非常昂贵。宏伟目标#2:开发10-X密度的新兴存储和存储载体，并对每个层次的存储结构提高能效。宏伟目标#2b:宏伟目标#3b:发现具有x存储密度能力的存储技术，以及能够利用这些新技术的新存储系统。图5：全球硅晶圆供应：-年数据变化及未来趋势预测此外，内存如DRAM，是一个重要的组成部分。如果不“重塑”计算内存系统，计算机的进一步发展是不可能的，这里的“重塑”包括设备的物理层面，内存架构和物理层的实现。例如，传统的嵌入式非易失性存储器不能被扩展到28纳米以下，因此需要替代品。最后，新的内存解决方案必须能够支持多种新兴应用，例如人工智能、大规模异构高性能和数据中心计算，以及满足汽车市场恶劣环境要求的各种移动应用等。行动呼吁在存储器和数据存储方面的根本性底层的突破很快就会被要求。产业链需“从材料到设备，到电路，再到架构，处理和解决方案”进行合作研究，为未来的广泛应用提供高容量节能存储器和数据/信息存储解决方案是必要的。在这十年里，每年在存储器和存储的新发展轨道上投资7.5亿美元。选定的优先研究主题概述如下：巨变三：通信需要新的研究方向
根据我们的观点，持续可用的通信需要新的研究方向，解决通信容量与数据生成率之间的不平衡，是我们必须