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      算力經濟:我國經濟增長新引擎

      算力是集信息計算力、網絡運載力、數據存儲力于一體的新型生產力,主要通過算力中心等算力基礎設施向社會提供服務。算力為大數據的發展提供堅實的基礎保障,大數據的爆發式增長,給現有算力提出了巨大挑戰。

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      本文來自微信公眾號“工信頭條”。

      導語:

      算力是集信息計算力、網絡運載力、數據存儲力于一體的新型生產力,主要通過算力中心等算力基礎設施向社會提供服務。算力為大數據的發展提供堅實的基礎保障,大數據的爆發式增長,給現有算力提出了巨大挑戰。

      《“十四五”規劃和2035年遠景目標綱要》提出,要推進產業基礎高級化、產業鏈現代化,加快制造強國、網絡強國、質量強國建設,到2035年建成現代化經濟體系。在此背景下,經濟社會數字化轉型和國家治理現代化對計算的要求全面升級,生產端、流通端、消費端對高效算力資源的共性需求呈現指數級增長,涵蓋先進計算軟硬件系統產品供給體系、算法算力平臺基礎設施、“計算+”賦能行業的算力經濟展現出旺盛活力,有望成為我國經濟中長期發展新的增長極。

      2023年8月,財政部印發《企業數據資源相關會計處理暫行規定》,這意味著數據要素明年起將正式計入資產負債表。業內認為,入表意味著數據完成了從自然資源到經濟資產的跨越,作為數字經濟時代的第一生產要素,數據有望成為政企報表及財政等收入的重要支撐。未來將打通數據作為生產力的應用通道,各行業大力推動數字化升級,政府從引導政策、資金、資本等方面支持數字產業的建設。

      “十四五”規劃提出,2035年國內人均GDP達到中等發達國家水平。從世界銀行標準看,發達經濟體人均GDP門檻值為20000美元,而2022年國內人均GDP約12000美元?!端懔A設施高質量發展行動計劃》提出到2025年,計算力方面,算力規模超過300EFLOPS,智能算力占比達到35%。以國內人均GDP增速為基準,預計2035年將占比達到55%。

      目前,我國在算力、算法方面與世界先進水平有較大差距,算力的核心在芯片,因此需要在算力領域加大研發投入,縮小甚至趕超與世界發達國家差距。

      算力的分類

      HPC(高性能計算,High-performance computing)算力按照應用領域又可以細分為三類:科學計算類包括物理化學、氣象環保、生命科學、石油勘探、天文探測等;工程計算類包括計算機輔助工程、計算機輔助制造、電子設計自動化、電磁仿真等;智能計算類即人工智能計算,包括:機器學習、深度學習、數據分析等。

      據華為發布的《計算2030》預測,2030年人類將進入YB數據時代,全球數據每年新增1YB。通用算力將增長10倍到3.3ZFLOPS、人工智能算力將增長500倍超過100ZFLOPS。100ZFLOPS的算力是什么概念,1023量級,相當于一百萬個中國超級計算機神威“太湖之光”的算力總和。

      據2022年3月17日,浪潮信息、國際數據公司(IDC)和清華大學聯合推出的《2021-2022全球計算力指數評估報告》指出,隨著全球數字經濟持續穩定增長,數字經濟占比預計到2025年有望達到41.5%。同時,國家計算力指數與GDP的走勢呈現出了顯著的正相關。15個重點國家的計算力指數平均每提高1點,國家的數字經濟和GDP將分別增長3.5‰和1.8‰,預計該趨勢在2021年至2025年間將繼續保持。并且,當一個國家的計算力指數達到40分以上時,國家的計算力指數每提升1點,其對于GDP增長的推動力將增加到1.5倍,而當計算力指數達到60分以上時,國家的計算力指數每提升1點,其對于GDP增長的推動力將提高到3倍,對經濟的拉動作用變得更加顯著。所以,在數字經濟時代,算力已經成為拉動國家經濟增長的核心引擎。

      《算力基礎設施高質量發展行動計劃》正式印發

      2023年10月8日,工業和信息化部、中央網信辦、教育部、國家衛生健康委、中國人民銀行、國務院國資委六部門印發《算力基礎設施高質量發展行動計劃》。

      《行動計劃》制定了到2025年的主要發展目標,提出了完善算力綜合供給體系、提升算力高效運載能力、強化存力高效靈活保障、深化算力賦能行業應用、促進綠色低碳算力發展、加強安全保障能力建設等六方面重點任務,著力推動算力基礎設施高質量發展。

      《行動計劃》從計算力、運載力、存儲力以及應用賦能四個方面提出了到2025年發展量化指標,引導算力基礎設施高質量發展。計算力方面,算力規模超過300EFLOPS,智能算力占比達到35%。運載力方面,國家樞紐節點數據中心集群間基本實現不高于理論時延1.5倍的直連網絡傳輸,重點應用場所光傳送網覆蓋率達到80%,骨干網、城域網全面支持IPv6。存儲力方面,存儲總量超過1800E字節,先進存儲容量占比達到30%以上。應用賦能方面,圍繞工業、金融、醫療、交通、能源、教育等重點領域,各打造30個以上應用標桿。

      《行動計劃》以網絡支撐算力應用為核心,從網絡創新技術、算力接入網絡、樞紐網絡傳輸、協同調度機制等方面進行引導,提升算力高效運載能力。一是優化算力高效運載質量。探索構建布局合理、泛在連接、靈活高效的算力互聯網。增強異構算力與網絡的融合能力,實現計算、存儲的高效應用;促進數據處理器(DPU)、無損網絡等技術的研發與應用。二是強化算力接入網絡能力。逐步實現城區重要算力基礎設施間時延不高于1ms,大力提升邊緣節點靈活高效的入算能力。三是提升樞紐網絡傳輸效率。推動算力網絡國家樞紐節點直連網絡骨干節點,逐步建成集群間一跳直達鏈路,國家樞紐節點內重要算力基礎設施間時延不高于5ms。四是探索算力協同調度機制。鼓勵各方探索打造多層次算力調度框架體系,探索實現算力的一體化調度應用。五是開展算網融合發展行動。探索建設多層級算力調度平臺、打造算網城市標桿、實施“算力強基揭榜掛帥”。

      算力基礎設施建設

      我國算力基礎設施主要包括超算中心、智算中心、數據中心和“城市大腦”四類形態,都在同步建設中。其中,全國有30多個城市提出建設智算中心。2022年,京津冀等8個國家算力樞紐建設進入深化實施階段,新開工數據中心項目超60個,新建數據中心規模超130萬標準機架。

      2023年,國家多部門聯合印發通知,同意在京津冀、長三角、粵港澳大灣區、成渝、內蒙古、貴州、甘肅、寧夏等8地啟動建設國家算力樞紐節點,并規劃了10個國家數據中心集群。“數據向西,算力向東”,服務東部沿海等算力緊缺區域,解決我國東西部算力資源供需不均衡的問題。至此,全國一體化大數據中心體系完成總體布局設計,“東數西算”工程正式全面啟動。

      此外,伴隨算力經濟的發展,超算技術和人工智能的融合創新讓智能計算中心成為新基建熱點,即專門用于人工智能計算的中心。截至2023年3月,國內有超過30個城市正在建設或提出建設智能計算中心。

      在算力基礎設施的不斷完善下,我國的算力已經做到了賦能千行百業。從應用領域看,算力應用已逐步從互聯網向制造、金融、交通等傳統行業、實體經濟拓展。從支撐能力看,依托堅實的算力支撐,生物醫藥、天文地理等科技領域產生一批研究成果。智能駕駛、影視渲染水平大幅提升。從生態體系看,以云服務為主要代表的算力服務不斷普及,涵蓋應用、軟硬件產品和設施等的產業生態不斷完善,有力促進了各領域數字化轉型。

      “東數西算”工程

      2021年5月,中國提出“東數西算”工程,通過構建數據中心、云計算、大數據一體化的新型算力網絡體系,將東部算力需求有序引導到西部,優化數據中心建設布局,促進東西部協同聯動。

      “東數西算”數據中心建設和運營的關鍵因素:

      一是土地:數據中心的核心就是各類IT硬件設備,配套電力、安全監控、散熱等設施也需要隨之部署,數據中心的占地面積會越來越大。據數據顯示,單個數據中心的面積達到了60個足球場的面積。這樣的占地面積,在寸土寸金的東部一二線城市是不能承受的。相比之下,中西部四五線城市有大塊的土地提供給數據中心來建設,成本極低。

      二是電力:數據中心是公認的高耗能行業。據數據顯示,電力成本占數據中心運營比例大約為56.7%,而數據中心耗電量占中國總耗電量的比例逐年持續上升,預計2025年將達到4%以上。相比東部地區,中西部地區具備豐富的風電、光伏、水電等清潔能源,且工業用電需求遠小于東部城市,因此電價要低得多。

      三是氣候:數據中心不但高耗能,而且在運轉時會散發大量的熱量,如果不能及時通過制冷、散熱系統將熱量排除,會導致硬件設備宕機。據數據顯示,數據中心在降溫過程中所消耗的能量占到數據中心總能耗的40%之多。中西部地區,比如數據中心產業發展最好的貴州,全年平均氣溫為14~16攝氏度,氣溫低,更適合數據中心的建設。

      東數西算的工程建設,也同時在改變國家算力的分布,從這個意義上講,更體現了算力網絡的重要性,對于各地分散算力的互聯和高效調度。

      算力需求集中在東部城市,而數據中心建設地遠離需求地,必然會導致數據傳輸時延增大。這也是為何八大樞紐中存在“京津冀、長三角、粵港澳大灣區”三個東部發達地區樞紐的原因。對于時延要求高的計算需求,例如自動駕駛、遠程醫療等端到端傳輸時延需要小于10ms,依然會保留在這幾個數據中心節點進行處理。而對于絕大多數非實時或者離線的計算需求,例如云盤數據存取等傳輸延時可以在30ms以上,東數西算可以大大緩解當前算力需求和供給在東西部不配的問題,實現算力的全國統籌。東數西算織就了全國算力一張網,構建了“全國一臺計算機”,讓算力成為公共服務,用戶隨用隨取。

      我國算力應用發展面臨的瓶頸

      一是技術與應用存在障礙。計算技術與行業場景的深度融合,亟需從方法論的學習和場景實踐兩個方面并行推進。只有做好頂層設計,在算力需求、技術路線、商業模式等方面積極探索,才能充分發揮算力經濟的賦能作用,促進經濟社會良性發展。

      二是產業生態面臨困境。當前各省市數字基礎設施建設和日常運營尚未形成清晰的投資回報模式及互利共贏、補位協同的發展路徑;地方政府對于算力經濟對傳統主導型產業輻射、提質、帶動的作用和意義認知不夠。同時,產業涉及大量關鍵硬件與基礎軟件,其發展壯大需要海量個人開發者、商業軟件開發者以及相應的硬件設計、維護、方案咨詢和設計等專業人才,但由于人才培育體系尚處于建立之初,相關的培養內容、知識結構仍待完善。

      三是斷供風險。國內計算產業芯片、器件以及算法軟件等多個環節對外依存度依然較高;與此同時,美國等發達國家對華企業技術封鎖圍堵持續升級,對高端計算芯片、人工智能、超算等領域技術管制大面積收緊,為計算技術迭代和產業供應鏈安全帶來嚴峻挑戰。

      如何構建算力經濟增長級

      一是以計算技術體系化布局構筑新高地。強化產業共性技術創新,面向大規模數據處理、內存計算、智能化計算引擎、高并發高吞吐計算、科學計算等共性需求,推動基礎材料、核心器件、計算芯片、算法軟件、體系架構的整體性突破。推動基礎理論創新,圍繞量子計算、類腦計算、光子計算、生物計算領域,加大對基礎算法、計算模型、計算體系結構研究,積極儲備前沿計算技術標準和專利。

      二是以新型計算產品產業化鍛造新優勢。面向5G、AR/VR、超高清、智能駕駛、智能制造、智慧城市、智慧能源等應用領域,打造具有國際競爭力的行業級計算產品。依托國家超算中心和重點軟硬件企業,加快發展基于成熟工藝的計算系統及產品,持續優化計算系統性能指標、軟硬融合能力、軟硬件兼容適配能力,充分發揮計算系統對科研任務和重點行業應用的支撐作用。

      三是以賦能多行業數字化轉型激發新動力。推動計算技術與智能制造融合發展,圍繞智能制造裝備、流程、平臺等產業環節,挖掘制造業轉型中的算力需求,推動現有裝備智能化、成套化和系統化轉型升級。推動計算與智能網聯汽車融合發展,構建多模式通信、多模式定位、智能網關一體化的新型車載計算平臺。推動計算與超高清視頻產業融合發展,優化提升端側編解碼效率和云端內容制作、VR渲染能力。

      四是以主導型企業為龍頭打造產業新生態。加快梯次化優質主體培育,著力培育一批有國際競爭力、創新能力突出的計算生態主導型企業,鼓勵龍頭企業開放技術能力、供應鏈資源,支持創新型先進計算中小企業圍繞細分領域向價值鏈高端延伸,圍繞大企業生產需求提升配套能力,豐富服務種類、創新商業模式,形成融合發展的先進計算領域產業梯隊。

      五是以強化要素融通合作營造新環境。推動多路徑計算生態企業凝聚共識、協同行動。強化資金支持,引導社會資本向計算領域傾斜。強化產業人才儲備培優,建立完善產業專業人才和專家庫,圍繞先進計算重點方向,設立一批國家級重點實驗室、工程技術研究中心等,建立產業人才培養教育基地。

      未來,全國甚至全球的算力網絡,將幫助人類跨入智能世界,開啟一個與大航海時代、工業革命時代、宇航時代等具有同樣歷史地位的新時代。

      編輯整理 張婷

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