飛象網(wǎng)訊（馬秋月/文）算力是數(shù)字時代的新生產(chǎn)力，甚至算力已經(jīng)成為全球數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展新引擎和各國戰(zhàn)略競爭新焦點。近日，中國信通院發(fā)布《中國算力發(fā)展指數(shù)白皮書（2022年）》，其中指出目前算力技術(shù)多元化創(chuàng)新，同時我國算力發(fā)展水平實現(xiàn)穩(wěn)步提升。
算力技術(shù)呈現(xiàn)多元化創(chuàng)新
當(dāng)前算力發(fā)展也面臨應(yīng)用多元化、供需不平衡的挑戰(zhàn)：一方面，邁入萬物智能時代，新興技術(shù)的快速興起、海量數(shù)據(jù)的爆發(fā)性增長以及應(yīng)用場景的日益多元化，激發(fā)算力成百上千倍增長，加速算力多樣化升級。另一方面，算力的提升面臨多維度的挑戰(zhàn)，從芯片到算力的轉(zhuǎn)化依然存在著巨大的鴻溝，現(xiàn)有計算技術(shù)升級能夠帶來的算力規(guī)模增速大約每年僅數(shù)倍，供需之間的差距依然很大，不論是硬件層面還是架構(gòu)層面，計算技術(shù)發(fā)展都亟需變革。
技術(shù)是算力發(fā)展的基石。為此，白皮書指出，通過計算理論、計算器件、計算部件、計算系統(tǒng)等融合性創(chuàng)新和顛覆性重構(gòu)，形成更高算力、更高能效、更加多樣、更加靈活的計算技術(shù)和產(chǎn)品，將有助于實現(xiàn)單點計算性能的提升與算力系統(tǒng)的高效利用，解決算力面臨的挑戰(zhàn)。
目前算力技術(shù)呈現(xiàn)多元化創(chuàng)新發(fā)展的狀態(tài)：摩爾定律不斷演進(jìn)、計算芯片加快突破、異構(gòu)計算成為主流模式、泛在協(xié)同計算應(yīng)用深化、前沿計算產(chǎn)業(yè)化初探。
一，摩爾定律不斷演進(jìn)。一是先進(jìn)工藝持續(xù)升級。三星于 2022年上半年底宣布3nm正式進(jìn)入量產(chǎn)，采用新型GAA圍柵結(jié)構(gòu)晶體管替代傳統(tǒng)FinFET 技術(shù)，相比于 5nm 節(jié)點，性能提升約23%，功耗下降約45%，面積減少16%。2nm及以下節(jié)點先進(jìn)工藝研發(fā)競相開展，主要圍繞圍柵器件、高數(shù)值孔徑極紫外光刻機(jī)、二維材料等新結(jié)構(gòu)、新設(shè)備、新材料方向多維攻關(guān)，目前臺積電已啟動1.4nm工藝布局，英特爾規(guī)劃在2024年進(jìn)入埃米制造時代，持續(xù)延續(xù)摩爾定律生命周期。二是芯粒(Chiplet)開辟演進(jìn)新路徑。依托 2.5D和3D 等高級封裝技術(shù)，芯粒可以實現(xiàn)不同工藝制程、不同類型芯片間立體集成，成為應(yīng)對先進(jìn)工藝設(shè)計難度和成本大幅提升的有效方案。隨著英特爾、AMD、ARM 等業(yè)界巨頭推進(jìn)Chiplet互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，Chiplet有望變革行業(yè)現(xiàn)有規(guī)則，影響芯片未來升級路徑。
二，計算芯片加快突破。在CPU、GPU 等通用芯片性能持續(xù)升級的同時，計算芯片專用化發(fā)展仍在延續(xù)。人工智能芯片邁入商業(yè)落地階段，業(yè)內(nèi)已形成覆蓋全場景的芯片解決方案，云端訓(xùn)練側(cè)英偉達(dá)GPU占據(jù)主要市場份額，云端推理側(cè)高效能芯片架構(gòu)多樣化發(fā)展；端側(cè)場景高度碎片化，已在自動駕駛、視頻監(jiān)控、智能家居等領(lǐng)域形成一批商用落地產(chǎn)品。數(shù)據(jù)處理單元(DPU)芯片成為行業(yè)追逐新熱點，數(shù)據(jù)密集型需求的快速增長對云端現(xiàn)有計算體系架構(gòu)提出了新要求，專注數(shù)據(jù)加速處理以及云端各類資源管理的 DPU芯片創(chuàng)新活躍，成為提升系統(tǒng)效能的重要推手。目前，英偉達(dá)、英特爾、美滿等芯片廠商，亞馬遜、阿里云等云服務(wù)商，芯啟源、中科馭數(shù)等新銳企業(yè)均已形成自研DPU產(chǎn)品。
三，異構(gòu)計算成為主流模式。伴隨異構(gòu)計算在移動互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、高性能計算等各類典型應(yīng)用中占比顯著提高，多樣化、跨體系處理器協(xié)同成為提升計算并行度和能效的重要手段，主要涉及硬件體系架構(gòu)、軟硬融合協(xié)同兩個維度的重構(gòu)重建。硬件架構(gòu)突破以CPU為中心的體系，應(yīng)用維度從芯片內(nèi)、節(jié)點內(nèi)向系統(tǒng)級分區(qū)異構(gòu)逐步深化，計算架構(gòu)從“控制芯片+各類專用加速芯片”的典型模式向多擎分立等新體系探索，有望實現(xiàn)更大規(guī)模的多系統(tǒng)高效并行調(diào)度。軟件協(xié)同以跨域統(tǒng)一和靈活調(diào)配為重要方向，借助統(tǒng)一異構(gòu)軟件平臺整合編譯器、編程語言、加速庫、開發(fā)工具等，提供面向底層不同計算架構(gòu)的編程模型和應(yīng)用程序接口，實現(xiàn)多樣異構(gòu)算力的統(tǒng)一管理調(diào)度，典型代表包括英特爾OneAPI、英偉達(dá) CUDA和華為北冥多樣性計算融合架構(gòu)等。
四，泛在協(xié)同計算應(yīng)用深化。目前，云邊端泛在計算架構(gòu)和邊緣側(cè)算力實現(xiàn)是推進(jìn)重點。在算力網(wǎng)絡(luò)中，云、邊、端共同構(gòu)成了多層立體的泛在計算架構(gòu)，通過與網(wǎng)絡(luò)的深度融合，構(gòu)成算力網(wǎng)絡(luò)的新型基礎(chǔ)設(shè)施。邊緣側(cè)算力實現(xiàn)受場景制約，對功能定義、性能要求等差異性較大，目前處于共性需求梳理、架構(gòu)明確等初步階段。隨著云邊端協(xié)同、邊緣計算、多設(shè)備協(xié)作等多維協(xié)同體系商用規(guī)模不斷擴(kuò)大，邊緣計算部署比例將不斷提升。
五，前沿計算產(chǎn)業(yè)化初探。計算技術(shù)與數(shù)學(xué)、物理、生物等多學(xué)科交叉融合，由此衍生的存算一體、光計算、量子計算等前沿顛覆計算技術(shù)創(chuàng)新活躍，成為未來探索的重要方向，目前部分領(lǐng)域開始走向產(chǎn)業(yè)化探索。存算一體架構(gòu)實現(xiàn)在存儲單元中進(jìn)行計算，有望攻克“內(nèi)存墻”瓶頸，目前業(yè)內(nèi)涌現(xiàn)知存科技等一批初創(chuàng)企業(yè)，相關(guān)產(chǎn)品已在物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴設(shè)備中實現(xiàn)應(yīng)用。光計算利用光學(xué)器件折射、干涉等光學(xué)特性進(jìn)行運(yùn)算，產(chǎn)品原型已開始在數(shù)據(jù)中心試用，預(yù)計兩年內(nèi)將推出商業(yè)化產(chǎn)品，生態(tài)建設(shè)成為未來發(fā)展和突破的重點。量子計算在隨機(jī)電路采樣、玻色采樣等特定問題求解中展現(xiàn)算力優(yōu)越性，研究機(jī)構(gòu)正嘗試在加密解密、化學(xué)模擬、藥物研發(fā)等場景中進(jìn)行應(yīng)用。
我國算力發(fā)展水平穩(wěn)步提升 呈現(xiàn)四大特征
面對復(fù)雜嚴(yán)峻的國際環(huán)境和國內(nèi)疫情多發(fā)散發(fā)等多重考驗，我國算力發(fā)展水平實現(xiàn)穩(wěn)步提升，整體呈現(xiàn)以下四大特征：
算力規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，智能算力成為主要動力。從基礎(chǔ)設(shè)施側(cè)看，我國數(shù)據(jù)中心、智能計算中心加快部署，2021年基礎(chǔ)設(shè)施算力規(guī)模達(dá)到140EFLOPS，位居全球第二。在用數(shù)據(jù)中心機(jī)架規(guī)模超過520萬標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架，已投運(yùn)智能計算中心近20個，在建智能計算中心超20個。從計算設(shè)備側(cè)看，我國近六年累計出貨超過 1960 萬臺通用服務(wù)器，50萬臺AI服務(wù)器，算力總規(guī)模達(dá)到202EFlops，全球占比33%，增速達(dá)到50%，其中智能算力成為增長驅(qū)動力，增速達(dá)到85%。
算力產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，算力創(chuàng)新能力不斷提升。當(dāng)前我國已形成體系較完整、規(guī)模體量龐大、創(chuàng)新活躍的計算產(chǎn)業(yè)，計算產(chǎn)業(yè)規(guī)模約占電子信息制造業(yè)的 20%，規(guī)模以上企業(yè)2300余家，整機(jī)市場份額不斷攀升，形成覆蓋底層軟硬件、整機(jī)系統(tǒng)及應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，涌現(xiàn)一批先進(jìn)計算技術(shù)創(chuàng)新成果，計算芯片、計算系統(tǒng)、計算軟件等環(huán)節(jié)持續(xù)取得突破，新興計算平臺和系統(tǒng)加速創(chuàng)新，前沿計算技術(shù)多點突破。
發(fā)展環(huán)境持續(xù)優(yōu)化，行業(yè)賦能效益日益顯現(xiàn)。我國網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施能力穩(wěn)步提升，省際出口帶寬擴(kuò)容力度不斷加大，5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)持續(xù)推進(jìn)，算網(wǎng)協(xié)同體系快速發(fā)展。算力投資繼續(xù)擴(kuò)大，“東數(shù)西算”工程帶動西部地區(qū)投資力度明顯增強(qiáng)。數(shù)據(jù)產(chǎn)量快速增長，數(shù)據(jù)資源開放共享步伐不斷加快。我國消費和行業(yè)應(yīng)用算力需求增長迅猛，互聯(lián)網(wǎng)依然是最大的算力需求行業(yè)，算力占比近 50%，電信、金融是算力應(yīng)用較大的傳統(tǒng)行業(yè)，制造業(yè)算力需求有較大提升潛力。
另外，算力還助推經(jīng)濟(jì)增長，各地加快發(fā)展步伐。2021年我國以計算機(jī)為代表的算力產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到 2.6萬億元，直接和間接分別帶動經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)出2.2萬億和8.2萬億元。京津冀、長三角、粵港澳大灣區(qū)、成渝雙城經(jīng)濟(jì)圈等區(qū)域算力發(fā)展處于領(lǐng)先水平，其中廣東、北京、江蘇、浙江、上海、山東位于第一梯隊。中西部核心省份算力發(fā)展日益崛起。但目前仍面臨技術(shù)產(chǎn)業(yè)薄弱、發(fā)展環(huán)境亟待優(yōu)化、算力需求少等問題。
