一朵絢麗的“北京云”

在科技飛速發(fā)展的今天，高性能計(jì)算機(jī)已然是國家科技實(shí)力的重要標(biāo)志，更是支撐國家尖端科技項(xiàng)目的重要裝備。隨著科技創(chuàng)新的不斷推進(jìn)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高度發(fā)展，高性能計(jì)算機(jī)日益成為現(xiàn)代社會(huì)運(yùn)行的基本支柱。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，也為“云計(jì)算”從“云深不知處”的概念迅速走向大規(guī)模應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。未來，云計(jì)算及其基礎(chǔ)設(shè)施將是信息產(chǎn)業(yè)的核心平臺(tái)，其所蘊(yùn)含的技術(shù)變革和創(chuàng)新服務(wù)模式，將深刻影響到產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局的發(fā)展。

什么是“云計(jì)算”?

云計(jì)算，泛指云計(jì)算服務(wù)、支撐云計(jì)算服務(wù)的云計(jì)算平臺(tái)和相關(guān)云計(jì)算構(gòu)架技術(shù)，是計(jì)算機(jī)科學(xué)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，也是引領(lǐng)未來信息產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的關(guān)鍵戰(zhàn)略性技術(shù)和手段。云計(jì)算開創(chuàng)了SaaS(Software as a Service)、PaaS(Platform as a Service)、Iaas(Irffrastructure as a Service)等全新IT服務(wù)模式，其中SaaS模式提供低廉的在線軟件租用服務(wù)，PaaS模式提供快速的從技術(shù)開發(fā)到服務(wù)運(yùn)維的能力，IaaS模式提供低成本和高可靠的基礎(chǔ)設(shè)施托管服務(wù)，上述云計(jì)算服務(wù)模式不光給信息產(chǎn)業(yè)帶來深刻變革，催生全球IT產(chǎn)業(yè)格局的重新洗牌，同時(shí)也深刻影響到工業(yè)等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步創(chuàng)新發(fā)展。

云計(jì)算是新型工業(yè)化道路的必然選擇

中小型工業(yè)企業(yè)在提升企業(yè)創(chuàng)新能力時(shí)往往要面臨工業(yè)計(jì)算軟件及平臺(tái)搭建、開發(fā)內(nèi)部計(jì)算機(jī)建模和仿真技術(shù)、高端研發(fā)人員的培養(yǎng)等諸多問題，導(dǎo)致不能有效利用計(jì)算仿真等工業(yè)計(jì)算技術(shù)降低設(shè)計(jì)制作成本，提高生產(chǎn)效率。舉例來說，構(gòu)建一個(gè)百萬億次的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其硬件采購成本在1億元左右，而采購ANSYS、ABAQUS、LS-DYNA等工業(yè)應(yīng)用軟件，其成本也在幾千萬以上，這還不包括構(gòu)建機(jī)房、招聘及培訓(xùn)管理維護(hù)人員和研發(fā)設(shè)計(jì)人員的費(fèi)用。

基于SaaS模式的云計(jì)算服務(wù)，工業(yè)用戶可通過各種客戶端設(shè)備的瘦客戶界面(如網(wǎng)頁瀏覽器、基于網(wǎng)頁的電子郵件)使用上述這些工業(yè)應(yīng)用軟件，工業(yè)用戶也同時(shí)可以基于PaaS模式采用工業(yè)云計(jì)算運(yùn)營(yíng)商支持的編程語言和工具編寫好自己的工業(yè)應(yīng)用程序，然后放到云計(jì)算平臺(tái)上運(yùn)行。在提升企業(yè)信息化服務(wù)能力方面，工業(yè)用戶可以基于SaaS模式獲得低廉的ERP、CRM等企業(yè)信息化解決方案及服務(wù)。這樣，工業(yè)用戶就可進(jìn)行快速有效的仿真模擬，降低設(shè)計(jì)與制造成本、提高原料的利用率，從而大幅縮短企業(yè)產(chǎn)品升級(jí)換代周期、提高產(chǎn)品性能、提升企業(yè)信息化能力、大幅提升工業(yè)企業(yè)的自主創(chuàng)新效率，推動(dòng)企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的提升。

新型工業(yè)化道路的本質(zhì)和內(nèi)涵是以信息化帶動(dòng)工業(yè)化，以工業(yè)化促進(jìn)信息化。當(dāng)前，我們抓住云計(jì)算發(fā)展的戰(zhàn)略機(jī)遇期，以云計(jì)算推動(dòng)工業(yè)創(chuàng)新能力的發(fā)展，可以說是一條可行之路，也是一條希望之路，更是構(gòu)建新型工業(yè)化道路的必然選擇。

“北京云”的誕生與實(shí)踐

作為北京市一項(xiàng)公共科技基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目，北京市計(jì)算中心于2009年10月建成了每秒浮點(diǎn)運(yùn)算能力達(dá)到20萬億次的云計(jì)算平臺(tái)，不僅在計(jì)算規(guī)模上達(dá)到國內(nèi)一定水平，而且在能耗管理、網(wǎng)絡(luò)、體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，也達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平?！氨本┰啤庇?jì)算平臺(tái)可廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計(jì)及工程計(jì)算領(lǐng)域，如加工工藝分析、裝配工藝分析、模具設(shè)計(jì)優(yōu)化、機(jī)械零部件設(shè)計(jì)與性能分析、車輛等復(fù)雜機(jī)電設(shè)備性能及裝配工藝分析與設(shè)計(jì)、工程電磁兼容性分析、圖形渲染、虛擬裝配、虛擬焊接等諸多領(lǐng)域。在近半年的試運(yùn)行中，該平臺(tái)已成功應(yīng)用于北京長(zhǎng)城華冠汽車公司的汽車碰撞仿真、中國京冶工程技術(shù)有限公司的鋼結(jié)構(gòu)虛擬裝配仿真、北京生命科學(xué)研究所的生物計(jì)算研究等十幾個(gè)項(xiàng)目。如在為京冶集團(tuán)提出的“基于CAE的鋼結(jié)構(gòu)虛擬裝配”項(xiàng)目中，利用CAE技術(shù)模擬仿真各種工程材料的性能，利用虛擬裝配技術(shù)驗(yàn)證裝配設(shè)計(jì)和操作正確與否，以便及早發(fā)現(xiàn)裝配中的問題，對(duì)模型進(jìn)行修改，并通過可視化顯示裝配過程。該項(xiàng)目將為京冶集團(tuán)降低設(shè)計(jì)、制造環(huán)節(jié)的成本，驗(yàn)證可實(shí)施性提供可靠的保證。在承接國慶六十周年閱兵慶典活動(dòng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目——“天安門廣場(chǎng)LED顯示系統(tǒng)”任務(wù)中，正是由于公共計(jì)算平臺(tái)強(qiáng)大、快速的計(jì)算能力，從而高質(zhì)量地完成了LED顯示屏的總體設(shè)計(jì)方案、顯示效果模擬、禮炮沖擊模擬、顯示屏溫度模擬等設(shè)計(jì)任務(wù)。建成的兩塊巨型LED顯示屏，矗立在人民英雄紀(jì)念碑北端兩側(cè)，與天安門城樓遙相呼應(yīng)，兩組顯示屏分別長(zhǎng)50米，高7.5米，采用點(diǎn)間距16毫米的全彩色LED像素，分辨率3072*320點(diǎn)，遠(yuǎn)程同步控制，高清晰數(shù)字顯示，其橫向3072點(diǎn)像素是迄今為止全世界廣場(chǎng)LED顯示屏之最。從設(shè)計(jì)、加工到制作，LED像素材料和芯片等關(guān)鍵元器件都是國內(nèi)自主研發(fā)、自主創(chuàng)新的，主要技術(shù)性能均達(dá)到了國際同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平。

對(duì)云計(jì)算未來發(fā)展的思考

當(dāng)前，國內(nèi)云計(jì)算中心建設(shè)浪潮風(fēng)起云涌，尤其是隨著中國首臺(tái)實(shí)測(cè)性能超千萬億次的超級(jí)計(jì)算機(jī)——曙光“星云”高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的正式發(fā)布，中國高性能計(jì)算機(jī)開始走上了“快車道”。與此同時(shí)，國外巨頭也加快了在中國的云計(jì)算產(chǎn)業(yè)相關(guān)布局。但是，我們必須清醒地看到，中國云計(jì)算產(chǎn)業(yè)的發(fā)展目前尚處于起步階段，不論是技術(shù)成熟度、商業(yè)模式成熟度、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)還是市場(chǎng)規(guī)模，都需要進(jìn)一步夯實(shí)、進(jìn)一步完善。特別是目前國內(nèi)的云計(jì)算中心建設(shè)大多把重點(diǎn)放在了基礎(chǔ)架構(gòu)平臺(tái)的建設(shè)上，而基于云計(jì)算平臺(tái)的應(yīng)用軟件還較少。大部分應(yīng)用和商業(yè)模式還處于摸索階段，云計(jì)算對(duì)產(chǎn)業(yè)的拉動(dòng)和潛力還沒得到完全釋放。

以“北京云”的前期應(yīng)用實(shí)踐來看，未來云計(jì)算的發(fā)展需要我們認(rèn)真研究和特別關(guān)注三個(gè)問題：

一是北京是否需要千萬億次的云計(jì)算平臺(tái)?當(dāng)前，全球構(gòu)建有千萬億次計(jì)算平臺(tái)的超算中心主要有美國橡樹嶺實(shí)驗(yàn)室(Cray XT5-HE Jaguar System)、美國Los Alamos實(shí)驗(yàn)室(IBM Roa-drunner System)，主要用于物理流程模擬、生物醫(yī)藥研究、核試驗(yàn)?zāi)M等領(lǐng)域。全球大部分超算中心規(guī)模并不龐大，如美國國家超算中心164萬億次、美國俄亥俄州超算中心46萬億次、西班牙巴塞羅那超算中心94萬億次、芬蘭超算中心76萬億次。

公共云計(jì)算平臺(tái)到底要建多大，未必越大越好，也未必小即為美。建設(shè)大規(guī)模的公共計(jì)算平臺(tái)，一方面如果應(yīng)用的規(guī)模跟不上，會(huì)造成硬件資源的閑置；另一方面，大規(guī)模公共計(jì)算平臺(tái)對(duì)能源的消耗也是巨大的，以上海超算200萬億次曙光5000A為例，其總體峰值功耗達(dá)到960千瓦，每年的電費(fèi)近千萬，這是一筆不小的財(cái)政支出。

在評(píng)估公共云計(jì)算平臺(tái)建設(shè)規(guī)模時(shí)，要充分考慮其服務(wù)的區(qū)域經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)的總量。以北京市來說，北京2009年的GDP為10488億，上海的GDP為13698億，上海超算中心共提供了3000萬CPU小時(shí)的上機(jī)服務(wù)，以此推算，北京市場(chǎng)的潛在容量應(yīng)為2297萬CPU小時(shí)，基本上構(gòu)建100萬億次規(guī)模的公共計(jì)算平臺(tái)就能滿足北京區(qū)域經(jīng)濟(jì)的需求?？紤]北京周邊地區(qū)的計(jì)算需求以及未來區(qū)域經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和總量增長(zhǎng)，未來五年內(nèi)，構(gòu)建500萬億次規(guī)模的公共云計(jì)算平臺(tái)就能滿足北京區(qū)域服務(wù)計(jì)算的需求。據(jù)悉北京市政府已經(jīng)把云計(jì)算產(chǎn)業(yè)作為四個(gè)重點(diǎn)扶植的新興產(chǎn)業(yè)之一，計(jì)劃在未來幾年打造完整的云計(jì)算產(chǎn)業(yè)鏈，從而為北京創(chuàng)造一個(gè)年產(chǎn)值5000億元的新興產(chǎn)業(yè)，成為首都經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)和發(fā)展引擎。

二是應(yīng)用才是推動(dòng)云計(jì)算產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。近日，有關(guān)專家在為我國高性能計(jì)算產(chǎn)業(yè)高歌猛進(jìn)的發(fā)展欣喜之余，多次表達(dá)了“超級(jí)計(jì)算機(jī)只是個(gè)工具，高性能計(jì)算應(yīng)當(dāng)回歸應(yīng)用”的觀點(diǎn)，認(rèn)為“雖然現(xiàn)在機(jī)器已經(jīng)達(dá)到千萬億次，但是要找到這么‘大’的應(yīng)用比制造機(jī)器更難”，“要比應(yīng)用，才能讓HPC在促進(jìn)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變上有更大作用”。

當(dāng)前，國內(nèi)已建成的計(jì)算中心普遍應(yīng)用水平較低。美國在80年代建立的幾個(gè)超算中心都以推動(dòng)應(yīng)用的發(fā)展為已任，如圣地亞哥超算中心，定位為生物信息、地理信息應(yīng)用研究支撐平臺(tái)，匹斯堡超算中心主要定位為推動(dòng)計(jì)算化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、工程計(jì)算等應(yīng)用為主；美國國家超算中心定位為工業(yè)計(jì)算支撐平臺(tái)。上述超算中心雖說規(guī)模不大，但都有一批有經(jīng)驗(yàn)的、多學(xué)科領(lǐng)域?qū)＜医M成的技術(shù)團(tuán)隊(duì)，能夠?yàn)樯鲜鰬?yīng)用的深度研究、發(fā)展提供技術(shù)支撐及平臺(tái)保障工作。然而，中國目前的超算中心和云計(jì)算中心絕大多數(shù)都以計(jì)算資源按機(jī)時(shí)租賃、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)為主，很少能夠支持領(lǐng)域應(yīng)用的深入研究。

三是云計(jì)算服務(wù)領(lǐng)域?qū)⑦M(jìn)一步細(xì)分。目前，絕大部分云計(jì)算服務(wù)提供商仍以提供數(shù)據(jù)處理服務(wù)能力為主，包括個(gè)人及企業(yè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)備份服務(wù)、在線客戶關(guān)系管理、在線ERP系統(tǒng)等商業(yè)計(jì)算服務(wù)。傳統(tǒng)的高性能計(jì)算和工業(yè)、工程計(jì)算服務(wù)，從其業(yè)務(wù)模式、用戶使用模式及服務(wù)特征上來說，也屬于云計(jì)算服務(wù)的范疇，但目前并沒有被業(yè)界納入到云計(jì)算服務(wù)的主流范疇。云計(jì)算服務(wù)市場(chǎng)的定位是對(duì)大規(guī)模計(jì)算服務(wù)能力和海量數(shù)據(jù)處理能力需求旺盛的個(gè)人及企業(yè)用戶市場(chǎng)，這一市場(chǎng)正伴隨信息技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整而日益龐大，并最終會(huì)分化為許多垂直細(xì)分的領(lǐng)域，如：工業(yè)云計(jì)算領(lǐng)域、生物云計(jì)算領(lǐng)域、政務(wù)云計(jì)算領(lǐng)域等等。對(duì)當(dāng)前的云計(jì)算服務(wù)提供商來說，集中優(yōu)勢(shì)資源，在狹窄的云計(jì)算垂直細(xì)分領(lǐng)域建立起強(qiáng)勢(shì)的核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)和知名度，則是一種有效和可行的選擇。

當(dāng)前，云計(jì)算的發(fā)展正進(jìn)入成長(zhǎng)期，可以預(yù)計(jì)，在2015年之后，中國云計(jì)算產(chǎn)業(yè)將真正進(jìn)入成熟期，云計(jì)算服務(wù)模式將被廣大用戶所接受。未來幾年，以SaaS為代表的云計(jì)算服務(wù)產(chǎn)業(yè)將高速增長(zhǎng)。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，2009年中國云計(jì)算市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)到403.5億元，增長(zhǎng)率為28％，其中SaaS為354.2億元，PaaS為47.8億元，IaaS為1.5億元。SaaS市場(chǎng)中，網(wǎng)絡(luò)游戲和搜索占據(jù)絕大份額，以工業(yè)計(jì)算等垂直細(xì)分領(lǐng)域?yàn)榇淼腟aaS市場(chǎng)尚處在起步階段。伴隨產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步深化調(diào)整，新型工業(yè)化道路的進(jìn)一步深入，云計(jì)算市場(chǎng)將有井噴式的增長(zhǎng)。