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产业观察 | 算力产业解析
2024.04.16发布:蛇口电视台浏览量:687
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第四次科技革命的时代背景下,新一轮科技创新周期将肇始于底层算力创新,大数据、物联网、人工智能、区块链等数字技术趋向于组合式进化,将释放出巨大的乘数效应。算力是多技术、多领域的交汇点,更是一切创新成果从首次落地到大规模扩散的元动力,将成为影响国家综合实力和国际话语权的关键要素之一。

算力是集信息计算力、网络运载力、数据存储力于一体的新型生产力,主要通过算力中心等算力基础设施向社会提供服务。算力为大数据的发展提供坚实的基础保障,大数据的爆发式增长,给现有算力提出了巨大挑战。

《“十四五”规划和2035年远景目标纲要》提出,要推进产业基础高级化、产业链现代化,加快制造强国、网络强国、质量强国建设,到2035年建成现代化经济体系。在此背景下,经济社会数字化转型和国家治理现代化对计算的要求全面升级,生产端、流通端、消费端对高效算力资源的共性需求呈现指数级增长,涵盖先进计算软硬件系统产品供给体系、算法算力平台基础设施、“计算+”赋能行业的算力经济展现出旺盛活力,有望成为我国经济中长期发展新的增长极。

随着各项国家相关重要政策的落地实施,我国算力产业发展进程进一步加快。算力已经成为支撑互联网、通信、教育、交通、金融等行业数字化转型,推动国民经济发展的重要基础。作为当前数字化建设以及未来智能化发展的核心支撑,算力产业自身发展也面临着一系列挑战。

算力定义

狭义的概念上,算力是软硬件配合执行某种信息处理需求的能力。广义概念上,算力是集信息计算力、网络运载力、数据存储力于一体的新型生产力,主要通过算力中心等算力基础设施向社会提供服务。

信息计算力(Computational Power)是以计算能力为核心、支撑数据信息处理。在数字革命背景下,计算力是信息时代竞争的关键实力、数字经济时代的关键生产力,同时也成为挖掘数据要素价值、衡量生产力、推动数字经济发展的核心支撑和驱动力。

网络运载力(Network Power)是以网络传输性能为核心、支撑数据要素高效流动。在东数西算背景下,运载力是赋能数字经济的关键力量,是优化算力供需关系的关键,是连接用户、数据和算力的桥梁。

数据存储力(Storage Power)是以存储容量为核心、支撑数据存储和管理。存储力是支撑大数据时代的核心力量,是迅速访问信息、推动信息资源共享的基石。在数字经济快速发展的背景下,数据呈指数级增长,存储力作为承载数据的关键设施,重要性日益凸显。

算力分类:通用算力、智能算力、超算算力

通用算力又称基础算力,是以CPU芯片输出的计算能力为主,能够在各种不同的应用场景中提供广泛、高效、稳定的计算能力,也是目前最常见的算力类型。近年来,随着社会数字化转型加速、数据处理需求增长,我国数据中心与云计算产业快速发展,提供通用算力的数据中心或云计算服务相对成熟,在社会各个行业快速落地。在需求端,互联网行业是通用算力最大需求市场,占比达到39%,其次是电信、政府、服务、金融、制造、教育、运输。

智能算力以GPU、FPGA、AI芯片等加速芯片输出的人工智能计算能力为主,是专门为支持人工智能算法和应用而设计和优化的计算能力。在需求端,互联网行业的数据处理和AI模型训练的需求在智能算力占比高达53%,服务行业的智能化升级需求占比第二,其后是政府、电信、制造、教育、金融、运输。

超算算力以超级计算机输出的计算能力为主,通过分布式高性能集群计算系统进行大规模计算任务,解决科学研究等领域的复杂计算问题。超算是国家综合国力的重要体现,诸多基础科学领域的研究都离不开超算算力的支持。

算力的作用

算力是数字经济的基础设施。数字经济正成为重组全球要素资源、重塑全球经济结构、改变全球竞争格局的关键力量,算力则是数字经济的“地基”。与此同时,算力是AGI(通用人工智能)的核心动力。对AGI发展来说,数据、算力、算法三大核心要素中,算力向下扎根于数据,向上支撑着算法,将是驱动AGI发展的核心动力。

算力成为衡量数字经济发展关键指标

全球范围内来看,算力对数字经济规模乃至GDP总量的带动作用愈发明显,中国自2012年以来数字经济增速已连续11年显著高于GDP增速,2022年数字经济规模更是首次突破了50万亿元。各级政府正积极推动数字经济转向深化应用、规范发展、普惠共享的新阶段,其中,普惠共享强调数字经济发展成果更广泛、更公平地惠及全体人民,要求在大规模扩张算力规模的基础上,让算力成为人人用得起、用得好的基础性资源,加强算力智能调度和灵活部署,使算力与算法、数据、应用资源相互协同,向经济社会和产业发展各领域广泛深入渗透,促进数字技术、应用场景和商业模式融合创新,实现全要素生产率提升。

算力与数字产业化互为支撑

算力底层融合了集成电路、服务器、数据中心、云计算、人工智能等数字化技术。随着数字产业化由规模化发展转向高质量发展,大到5G通信、卫星互联网,小到出行线路规划、外卖订单系统优化、影视特效制作,都离不开算力支撑。从超级计算机、数据中心、云计算中心,到智能手机、智能电视等各类智能终端,算力专用性、可拓展性不断增强,有望与各类信息化技术相结合,充分实现性能功耗的平衡,广泛融入各类科研机构和大中小科技企业的产品业务之中,全面推动数字经济发展。

算力加速产业数字化“数实融合” 

随着实体经济企业借助算力不断将产品、服务和业务流程转化为数据,数据要素深入渗透实体经济肌理,产业数字化转型的关键任务从“数字化”转变为“数智化”。在“数智化”阶段,决定数据要素价值的不再是如何生产数据,而是如何深入挖掘数据价值,不仅要持续消耗巨量算力,还对算力的质量、效率提出了更高要求。质量方面,数字化场景越复杂、数据颗粒度越精细、决策精确度要求越严格,就越需要合理分配算力资源,借助智慧管理系统、智能调度等智能化技术,全方位统筹协调算力服务的部署位置、实时状态、负载信息、业务需求,算力将以更加智慧的方式支撑产业数字化;效率方面,智能终端和传感器的广泛部署使得边缘算力需求更加显著,通过云-边-端协同计算架构将算力下沉到数据源头或关键价值交付点,算力将成为实时流动、快捷可取的资源,高效融入实体经济的方方面面。

我国算力发展规划政策相继出台,制度保障有力有效。近年来,工信部加强规划引领、政策指引,与各方协同配合、多措并举,着力构建高质量算力供给体系,不断提升算力基础设施综合能力,取得积极成效。

2021年12月和2022年2月,“东数西算”工程正式全面启动,加速构建国家算力网络体系,推动国内算力基础设施建设。

2023年2月,《数字中国建设整体布局规划》中提出,要夯实数字中国建设基础,重要在于打通数字基础设施大动脉。而数字基础设施又分为算力基础设施、网络基础设施、应用基础设施。

2023年10月,工业和信息化部、中央网信办、教育部、国家卫生健康委、中国人民银行、国务院国资委等六部门联合印发《算力基础设施高质量发展行动计划》,从计算力、运载力、存储力以及应用赋能四个方面提出了到2025年发展量化指标,引导算力基础设施高质量发展。计算力方面,算力规模超过300EFLOPS,智能算力占比达到35%。运载力方面,国家枢纽节点数据中心集群间基本实现不高于理论时延1.5倍的直连网络传输,重点应用场所光传送网覆盖率达到80%,骨干网、城域网全面支持IPv6。存储力方面,存储总量超过1800E字节,先进存储容量占比达到30%以上。应用赋能方面,围绕工业、金融、医疗、交通、能源、教育等重点领域,各打造30个以上应用标杆。

2023年12月,国家发改等部门联合印发《深入实施“东数西算”工程 加快构建全国一体化算力网的实施意见》,以算力高质量发展赋能经济高质量发展为主线,充分发挥国家枢纽节点引领带动作用,协同推进“东数西算”工程,形成跨地域、跨部门发展合力,助力网络强国、数字中国建设,打造中国式现代化的数字基座。

算力是数字经济时代的新型生产力。算力网是支撑数字经济高质量发展的关键基础设施,可通过网络连接多源异构、海量泛在算力,实现资源高效调度、设施绿色低碳、算力灵活供给、服务智能随需。

算力网产业链上游涵盖基础硬件、基础软件等,中游由第三方数据中心、云计算服务、网络运营服务、IT外包服务、系统集成服务构成,下游为应用领域,由互联网、制造业、金融、能源等各行业企业用户构成。

算力网产业链(通信产业网)

01

上游:算力基础软硬件

算力芯片

芯片根据其技术架构,可分为GPU、FPGA、ASIC及类脑芯片,同时CPU可执行通用AI计算。相较于传统的中央处理器(CPU),GPU具有并行计算、高效能和高并发等优势,因此在人工智能、机器学习、数据挖掘等领域得到广泛应用。

当前阶段,GPU仍然是算力硬件的主流选项。以中国为例,按照IDC统计,2023年上半年GPU服务器占据加速计算服务器90%的比例,其余NPU、FPGA等形式的加速计算服务器占比为10%,此前几年GPU也一直是主流选项。

操作系统

操作系统最大的难度是与设备及软件的适配,并最终形成一整套生态体系。我国操作系统国产化率1.2%,麒麟软件、统信软件、华为鸿蒙等国产操作系统达到初步可用阶段,但仍需要更多的适配工作并形成生态体系。同时,国内开源数据库操作系统取得显著进展,2023年开源欧拉中国服务器操作系统市场份额达到36.8%,位居第一。

量子计算

与传统计算相比,量子计算能够带来更强的并行计算能力和更低的能耗,同时量子计算能力根据量子比特数量指数级增长,在AI领域具有较大潜力。经典计算机的运算模式为逐步计算,一次运算只能处理一次计算任务,而量子计算可以同时对2^n个数进行数学运算,相当于经典计算机重复实施2^n次操作。量子计算所能拥有的量子比特数由最初的2量子比特增长到了数百量子比特,并正已客观的速度继续增长,这为实现更可靠、更大规模的量子计算,以及挖掘基于量子计算的人工智能带来更多的可能性。

中国第三代自主超导量子计算机“本源悟空”

1月6日,我国第三代自主超导量子计算机“本源悟空”上线运行,接收全球量子计算任务。最新消息显示,本源量子公司宣布旗下的“本源悟空”超导量子计算机自发布以来,全球访问次数已突破500万。为用户提供了大规模且可信赖的自主量子算力服务。这也意味着中国正式进入了应用量子算力的时代。“本源悟空”的突破在硬件、芯片、操作系统和应用软件等四个方面都实现了自主可控。其国产化率超过80%,而其他方面也通过自主研发获得备选方案。这是中国在超导量子计算领域取得的重要成果。

02

中游:算力网络与平台

边缘计算

边缘计算是一种分散式运算的架构,将应用程序、数据资料与服务的运算,由网络中心节点移往网络逻辑上的边缘节点来处理。边缘计算将原本完全由中心节点处理的大型服务加以分解,切割成更小与更容易管理的部分,分散到边缘节点去处理,而边缘节点更接近于用户终端装置,加快了资料的处理与传送速度,减少延迟。除降低延迟之外,边缘计算可以通过在本地进行复杂的数据处理和分析,减少对云端资源的依赖,从而降低运营成本。此外,由于数据在本地处理,不需要频繁地上传和下载,也节省了网络带宽。边缘计算可以在本地进行,而不需要将大量数据发送到云端。这不仅可以加快数据处理速度,也可以保护用户的隐私。并且,边缘计算将数据处理任务分散在多个边缘节点上,即使某个节点受到攻击,也不会影响整个系统的运行,由于数据在本地处理,也不需要考虑数据在传输过程中的安全风险。

算力网络平台

电信运营商是算力网建设的主力军和算力服务的提供者,中国联通从算网编排服务、算力传输、算力中心布局、强化算网安全体系建设五大方面着力算力网建设和算力服务,中国联通建设了“IP+光”一体化的算力承载网络,打造面向“东数西算”的全光底座,基于“IPv6+”新技术构建确定性无损算力承载网。中国联通提供面向算网融合的多样化、普适化、泛在化算力供给,按照“5+4+31+X”布局数据中心,云计算实现重点区域“一市一池”,已覆盖200多个地市。

中国移动积极贯彻落实国家“东数西算”工程和构建全国一体化算力网等要求,已初步建成技术和规模双领先的全国性算力网络,并且重点围绕基础设施构建、算网应用赋能和技术创新引领三条主线,持续推动算力网络创新发展。

03

下游:算网输出与服务

云服务

云服务指的是通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的服务,这些服务可以是IT和软件、互联网相关的,也可能是其他服务。这意味着计算能力也可以作为一种商品通过互联网进行流通。

中国信息通信研究院在会上发布的《云计算白皮书(2022)》指出,算力服务是云服务的升级,呈现“三化”特征。一是云计算整合异构算力促进算力服务普惠化,二是云计算覆盖多层级算力促进算力服务泛在化,三是云计算统一算力输出标准促进算力服务标准化。

算力服务还呈现出与云服务不同的业态模式。一是算力服务内涵更加丰富,涵盖云边端全部算力。二是算力服务供给更加全面,以用户为中心提供服务。三是算力服务应用场景更加多样,有利于传统行业转型升级。四是算力服务构筑全新产业链条,更符合算力经济发展要求。

当前,算力时代正在全面开启,随着云网融合不断深入,尤其是云服务加速向算力服务演进,算力创新应用加速涌现,算力生态体系日渐完善,算力将深度赋能各行各业数字化转型,最终变成普惠、泛在的基础性服务,助推数字经济蓬勃发展。

全球算力快速发展,算力竞争不断加剧

全球算力规模保持高速稳定增长,2022年全球计算设备算力总规模达到906EFlops,增速达到47%,尤其是近年新推出的大语言模型所使用的数据量和参数规模呈现“指数级”增长,带来智能算力需求爆炸式增加。算力产业繁荣发展,多技术协同升级推动先进计算持续发展。算力不仅是信息技术产业快速发展的动力来源,也不断推进传统产业数字化转型升级。全球各国算力规模与经济发展水平呈现正相关,全球算力竞争加剧,全球化面临挑战。

全球算力规模与GDP关系

来源:中国信通院

《中国算力发展指数白皮书(2023年)》

我国算力稳步增长,算力赋能作用凸显

2022年我国算力规模稳步扩张,智能算力保持强劲增长,我国近6年累计出货超过2091万台通用服务器,82万台AI服务器,计算设备算力总规模达到302EFlops,其中智能算力增长迅速,增速为72%,在我国算力占比超过59%。我国算力产业稳健发展,算力创新能力持续增强。发展环境不断完善,行业赋能效益日益显现。算力发展为拉动我国GDP增长做出突出贡献,在2016-2022年期间,我国算力规模平均每年增长46%,数字经济增长14.2%,GDP增长8.4%。

2016-2022年全球和我国算力规模与GDP、数字经济规模关系

来源:中国信通院

《中国算力发展指数白皮书(2023年)》

算力拉动经济增长,各地持续加快算力布局

从算力发展指数来看,我国京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝双城经济圈等区域算力发展保持领先水平,其中广东、北京、江苏、浙江、山东、上海仍然位于第一梯队。中西部核心省份算力发展日益崛起,贵州、内蒙古、甘肃、宁夏等核心省份算力发展优势突出,随着“东数西存”“东数西训”“东数西算”等链条并行发展,中西部地区技术创新、算力应用、产业基础等制约算力发展的条件不断得到改善。

2022年中国部分省份算力发展指数

来源:中国信通院

《中国算力发展指数白皮书(2023年)》

依据中国算力发展指数2.0的评估方法,结合我国各城市的算力基础设施规模、技术发展水平、产业应用发展水平等指标计算各城市算力发展指数,以此来衡量各地算力发展水平,并以此给出我国算力二十强市榜单。其中,北京、上海算力发展水平领先优势明显;广东、江苏入围城市数量最多。

在“东数西算”加快推进的背景下,给算力网产业链带来利好。

“东数西算”在行业中带来的变化主要有,在传输侧,长距离光网络建设先行;在计算侧,服务器等基础计算设施将会保持稳健成长属性,同时国资主导下的采购会更倾向于国产自主可控的国产CPU等核心部件。

中短期来看,将首先给产业链上游和中游带来利好。从人口规模和需求来看,我国的数据中心建设仍有很大缺口。全社会对算力需求预计每年仍将以20%以上的速度快速增长。特别是绿色、低能耗的数据中心基建设备、边缘计算等环节将有更大增长机会。例如,绿色、高端、模块化温控系统装备将获得更大市场。 

网络建设方面,“东数西算”工程的实施将带动相关产业有效转移,而网络建设是业务迁移前提,因此适配“东数西算”需求的网络特别是中西部地区的网络建设将进一步提速,光纤通信将加速向全光网演进,我国中西部地区骨干网等环节将有很大上升空间。

如何构建算力经济增长级

一是以计算技术体系化布局构筑新高地。强化产业共性技术创新,面向大规模数据处理、内存计算、智能化计算引擎、高并发高吞吐计算、科学计算等共性需求,推动基础材料、核心器件、计算芯片、算法软件、体系架构的整体性突破。推动基础理论创新,围绕量子计算、类脑计算、光子计算、生物计算领域,加大对基础算法、计算模型、计算体系结构研究,积极储备前沿计算技术标准和专利。

二是以新型计算产品产业化锻造新优势。面向5G、AR/VR、超高清、智能驾驶、智能制造、智慧城市、智慧能源等应用领域,打造具有国际竞争力的行业级计算产品。依托国家超算中心和重点软硬件企业,加快发展基于成熟工艺的计算系统及产品,持续优化计算系统性能指标、软硬融合能力、软硬件兼容适配能力,充分发挥计算系统对科研任务和重点行业应用的支撑作用。

三是以赋能多行业数字化转型激发新动力。推动计算技术与智能制造融合发展,围绕智能制造装备、流程、平台等产业环节,挖掘制造业转型中的算力需求,推动现有装备智能化、成套化和系统化转型升级。推动计算与智能网联汽车融合发展,构建多模式通信、多模式定位、智能网关一体化的新型车载计算平台。推动计算与超高清视频产业融合发展,优化提升端侧编解码效率和云端内容制作、VR渲染能力。

四是以主导型企业为龙头打造产业新生态。加快梯次化优质主体培育,着力培育一批有国际竞争力、创新能力突出的计算生态主导型企业,鼓励龙头企业开放技术能力、供应链资源,支持创新型先进计算中小企业围绕细分领域向价值链高端延伸,围绕大企业生产需求提升配套能力,丰富服务种类、创新商业模式,形成融合发展的先进计算领域产业梯队。

五是以强化要素融通合作营造新环境。推动多路径计算生态企业凝聚共识、协同行动。强化资金支持,引导社会资本向计算领域倾斜。强化产业人才储备培优,建立完善产业专业人才和专家库,围绕先进计算重点方向,设立一批国家级重点实验室、工程技术研究中心等,建立产业人才培养教育基地。

(图片来源于网络,侵删)

招商蛇口北京产业创新中心

BEIJING INDUSTRIAL INNOVATION CENTER

作为招商蛇口产业园区事业部打造的全国首家产业合作创新平台,北京产业创新中心以空间和产业资源为核心抓手,以企业和区域赋能为核心目标,统筹产业生态构建与合作。

依托招商局集团产业+金融的资源优势,北京产业创新中心为城市和企业提供四大服务方向:助力城市升级,区域产业咨询服务;产业生态对接,推介匹配落地项目;组织考察交流,产业项目落地跟踪;企业发展诊断,遴选加速优质项目,是招商蛇口产业园区事业部在京着力打造的产业展示与活动交流、资源聚集与产融联动的战略平台。