全球算力進入新一輪發(fā)展期

文/中國信息通信研究院

算力是數(shù)字經(jīng)濟時代新生產(chǎn)力，已成為推動數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展的核心力量、支撐數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展的堅實基礎(chǔ)，對推動科技進步、促進行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型以及支撐經(jīng)濟社會發(fā)展發(fā)揮重要的作用。根據(jù)《中國算力發(fā)展指數(shù)白皮書（2021年）》測算，算力每投入1元，將帶動3～4元的經(jīng)濟產(chǎn)出。

萬物智能時代對計算的需求呈百千倍遞增態(tài)勢，科學研究、人工智能、數(shù)字孿生以及元宇宙等新興領(lǐng)域的快速崛起，推動全球算力規(guī)模的快速增長，驅(qū)動算力技術(shù)與產(chǎn)品的多元創(chuàng)新，帶動產(chǎn)業(yè)格局的重構(gòu)重塑，算力成為全球數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展新引擎和各國戰(zhàn)略競爭新焦點。

華為全球產(chǎn)業(yè)展望預(yù)測，2030年人類將迎來“1億億億字節(jié)”數(shù)據(jù)時代

算力規(guī)模穩(wěn)定增長

全球算力規(guī)模保持高速穩(wěn)定增長態(tài)勢。在以萬物感知、萬物互聯(lián)、萬物智能為特征的數(shù)字經(jīng)濟時代背景下，全球數(shù)據(jù)總量和算力規(guī)模繼續(xù)呈現(xiàn)高速增長態(tài)勢。根據(jù)國家數(shù)據(jù)資源調(diào)查報告數(shù)據(jù)，2021年全球數(shù)據(jù)總產(chǎn)量67ZB(Zettabyte, 十萬億億字節(jié))，近三年平均增速超過26%。中國信息通信研究院測算，2021年全球計算設(shè)備算力總規(guī)模達到615Eflops（每秒一百京次浮點運算)，增速達到44%，其中基礎(chǔ)算力規(guī)模為369EFlops，智能算力規(guī)模為232EFlops，超算算力規(guī)模為14EFlops。結(jié)合華為全球產(chǎn)業(yè)展望預(yù)測，2030年人類將迎來YB（YottaByte，1億億億字節(jié)）數(shù)據(jù)時代，全球算力規(guī)模達到56Zflops（每秒十萬京浮點運算），平均年增速達到65%，其中基礎(chǔ)算力達到3.3ZFlops，平均年增速達27%；智能算力達到52.5ZFlops，平均年增速超過80%；超算算力達到0.2ZFlops，平均年增速超過34%。

需求多元化加速算力多樣化升級。多樣化的智能場景需要多元化的算力，人工智能、科學研究以及元宇宙等新興領(lǐng)域快速崛起都對算力提出更高要求。以元宇宙為例，英特爾預(yù)估元宇宙需要將計算能力提升一千倍，英偉達認為沉浸式體驗下的實時渲染算力還差百萬倍。基礎(chǔ)算力方面，云計算已基本恢復(fù)到疫情前增長水平，根據(jù)IDC數(shù)據(jù)，2021年全球云計算IaaS市場規(guī)模增長至913.5億美元，同比上漲35.64%，IaaS+PaaS市場累計達1596億美元，同比增長37.08%。云計算在未來將成為主流的通用計算模式，既為大數(shù)據(jù)、人工智能、5G等新技術(shù)提供基礎(chǔ)支撐，也為產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級提供動力源泉。智能算力方面，當前海量復(fù)雜數(shù)據(jù)處理需求與單一算力供給之間存在矛盾，全球急劇擴增的數(shù)據(jù)中80%以上都是非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（文本、圖片、語音、視頻等），隨著摩爾定律和登納德縮放定律放緩，以CPU為代表的芯片年性能提升不超過15%，難以滿足處理視頻、圖片等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的需求，亟須多樣化的智能算力。超算算力方面，十年千倍定律依然在持續(xù)，美國橡樹嶺國家實驗室（ORNL）的新型超級計算機Frontier以Linpack基準測試1.102EFlops的性能，超越日本的Fugaku，成為全球首個公開確認的百億億次超級計算機，全球超級計算機正式進入E級計算時代。

算力賦能持續(xù)深化

算力對數(shù)字經(jīng)濟和GDP的發(fā)展有顯著的帶動作用：一方面加速電子信息制造業(yè)、軟件和信息技術(shù)服務(wù)業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)、通信行業(yè)等信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展；另一方面助推制造、交通、零售等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級，帶來產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值增長、生產(chǎn)效率提升、商業(yè)模式創(chuàng)新、用戶體驗優(yōu)化等延伸性效益。

算力驅(qū)動數(shù)字產(chǎn)業(yè)化發(fā)展進程。當前，算力作為數(shù)字經(jīng)濟核心產(chǎn)業(yè)的重要底座支撐，帶動上下游產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展作用日漸凸顯，在集成電路、服務(wù)器、云計算等領(lǐng)域尤為明顯。集成電路方面，2021年全球計算與存儲相關(guān)集成電路銷售額約為2000億美元，較上一年增長20%以上。服務(wù)器方面，2021年數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施投資額持續(xù)上漲，全球服務(wù)器市場出貨量和銷售額分別為1353.9萬臺和992.2億美元，同比增長6.9%和6.4%。云計算方面，在算力賦能行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的帶動下，云原生技術(shù)持續(xù)落地，帶動技術(shù)架構(gòu)、應(yīng)用效能、云化效益的全方位提升，2021年全球云計算市場規(guī)模達4086億美元，同比增長29%，保持高速增長和快速創(chuàng)新態(tài)勢。

算力成為產(chǎn)業(yè)數(shù)字化穩(wěn)增長的關(guān)鍵引擎。算力的持續(xù)投入為產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了原始動力，為實現(xiàn)生產(chǎn)效率提升、服務(wù)能力優(yōu)化、商業(yè)模式創(chuàng)新建立了堅實基礎(chǔ)。其中，制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型是對算力依賴程度較高、生產(chǎn)效率提升較為顯著的領(lǐng)域，以云計算、邊緣計算、智能計算為代表的算力投入有利于打造高度協(xié)同的智能制造生態(tài)體系。國際制造業(yè)巨頭西門子在2021年成功打造首個完全基于數(shù)字企業(yè)概念的工廠，在規(guī)劃、分析、模擬、測試、驗證等流程中運用數(shù)字孿生技術(shù)，在強大算力的加持下，實現(xiàn)補料速度提高50%，空間效率提高40%，批量生產(chǎn)靈活性提高30%，生產(chǎn)力提高20%。

全球各國算力規(guī)模與經(jīng)濟發(fā)展水平呈現(xiàn)正相關(guān)。當前，隨著算力底座的不斷夯實，算力對數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展和千行百業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的支撐作用愈加凸顯，已成為衡量一個地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展程度的重要指標。其中，算力對數(shù)字經(jīng)濟和GDP的發(fā)展有顯著的帶動作用，2021年全球算力規(guī)模增長44%，數(shù)字經(jīng)濟規(guī)模和名義GDP分別增長15.6%和13%。全球各國算力規(guī)模與經(jīng)濟發(fā)展水平密切相關(guān)，經(jīng)濟發(fā)展水平越高，算力規(guī)模越大。2021年算力規(guī)模前20的國家中有17個是全球排名前 20 的經(jīng)濟體。與 2020 年相比，英國、荷蘭、意大利、澳大利亞、新加坡等國算力排名有所提升。

算力競爭不斷加劇

全球主要國家和地區(qū)深化算力發(fā)展路徑。算力成為各國搶占發(fā)展主導(dǎo)權(quán)的重要手段，全球主要國家和地區(qū)紛紛加快戰(zhàn)略布局進程。美國高度重視算力新興技術(shù)發(fā)展，通過更新技術(shù)清單引領(lǐng)技術(shù)創(chuàng)新方向，持續(xù)鞏固美國在算力技術(shù)領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)地位。2022年2月美國白宮發(fā)布新版《關(guān)鍵和新興技術(shù)清單》，涵蓋先進計算等14個關(guān)鍵技術(shù)和5個新興技術(shù)領(lǐng)域，其中先進計算包括超級計算、邊緣計算、云計算、數(shù)據(jù)存儲、計算架構(gòu)、數(shù)據(jù)處理和分析六大子領(lǐng)域。日本從國家層面制定量子和人工智能技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略。在量子技術(shù)方面，通過設(shè)立8個“量子技術(shù)創(chuàng)新基地”、成立“量子技術(shù)新產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造 協(xié)議會”（Q-STAR），推進量子技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化建設(shè)，并在《量子未來社會愿景》中提出在2022年建成首臺日本國產(chǎn)量子計算機、到2030年量子技術(shù)使用者達到1000萬人的目標；在人工智能技術(shù)方面，日本發(fā)布《AI戰(zhàn)略2022》，圍繞人才、產(chǎn)業(yè)競爭力、技術(shù)體系、國際合作、應(yīng)對緊迫危機五大戰(zhàn)略目標，加快人工智能技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。歐盟不斷加大算力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)的投入力度。2021年9月歐盟計劃為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施、5G、量子計算等領(lǐng)域投資1770億美元；2022年2月歐盟發(fā)布投資金額超過430億歐元的《歐洲芯片法案》，提出聚焦新一代處理器、人工智能和邊緣計算等芯片技術(shù)，發(fā)展鰭式場效應(yīng)晶體管（FinFET）、全環(huán)繞柵極晶體管（GAA）、全耗盡型絕緣體上硅（FDSOI）等半導(dǎo)體工藝技術(shù)，強化歐盟各國在高端芯片設(shè)計和半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝方面的競爭優(yōu)勢，將歐盟芯片產(chǎn)能從目前占全球的10%提升到2030年的20%。

全球算力競爭愈加白熱化。算力水平方面，美國、中國、歐洲、日本在全球算力規(guī)模中的份額分別為34%、33%、14%和5%，其中全球基礎(chǔ)算力競爭以美國和中國為第一梯隊，且中美差距不斷縮小，美國在全球基礎(chǔ)算力排名第一，其份額達37%，中國以26%份額排名第二；智能算力方面，中國、美國處于領(lǐng)先，算力全球占比分別為45%和28%；美國、日本、中國在超級計算綜合性能指標方面優(yōu)勢明顯，總算力份額分別為48%、22%、18%，中國在絕對數(shù)量方面處于領(lǐng)先。全球化方面，在當前復(fù)雜嚴峻的國際環(huán)境下，世界各國加快本土算力產(chǎn)業(yè)建設(shè)，重塑全球產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈競爭格局，給算力技術(shù)創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)生態(tài)帶來新挑戰(zhàn)。歐美日等發(fā)達國家發(fā)布相關(guān)政策進一步保護本土產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈安全，以維持在計算芯片設(shè)計、關(guān)鍵原材料、半導(dǎo)體制造設(shè)備等方面技術(shù)優(yōu)勢，鞏固和提高企業(yè)全球競爭力。全球各國都應(yīng)從本國國情、發(fā)展階段和資源稟賦出發(fā)，綜合借鑒國際上其他國家有益的經(jīng)驗，摸索出自身算力發(fā)展的可行路徑，同時積極推進國際合作。