論算力時代的三定律

李正茂，王桂榮

專題：新型網絡技術

論算力時代的三定律

李正茂，王桂榮

（中國電信集團有限公司，北京 100033）

從日益增長的算力需求角度出發，指出了建設泛在多樣、綠色安全、智能敏捷的算力設施是企業、區域乃至國家的必然選擇。以算力為核心的數字信息基礎設施直接影響著數字經濟的發展速度和社會智能的發展高度。在政策和需求的雙重驅動下，將“算力三定律”作為底層運行法則的算力時代正在加速到來，算力與電力、熱力一樣會成為新型生產力，推動數字經濟高質量發展，推動社會、生活、科研發生前所未有的巨變。

算力時代；數字信息基礎設施；數字經濟；算力三定律；云網融合

0 引言

近年來，網絡游戲、自媒體、短視頻等應用的崛起，加快了數據流量的增長，而5G時代的到來，使得互聯網從過去人與人的連接進化為萬物互聯，不僅連接的數量多，單節點產生的數據也多，全社會的數據規模迎來新一輪爆發性增長，算力的需求和價值將極大提升。據統計，1992年全人類每天只產生100 GB數據，時至今日全球70億人，平均每人每天產生的數據高達1.5 GB，僅一輛自動駕駛汽車，一天能產生64 TB數據[1]。

在數據總量攀升和算力需求愈加迫切的背景下，算力逐漸演變成各國進行科技角逐的戰略焦點。2020年美國發布《引領未來先進計算生態系統戰略計劃》，希望構建一個面向未來的先進計算生態系統；2021年3月歐洲聯盟提出《2030年數字指南針》，計劃通過部署1萬個邊緣計算節點，為企業提供云計算、大數據和人工智能服務；2019年日本啟動新一代國產超級計算機計劃，投入大量資源提升超級計算機的整體實力。

在頂層設計的牽引下，眾多科技巨頭紛紛加大對算力領域研發建設的投入。亞馬遜、谷歌、微軟等跨國企業著力投資超大規模數據中心，其中亞馬遜除了在全球范圍加速建設超大數據中心外，還推出多款面向數據中心的自研芯片，包括服務器處理器、交換機、人工智能芯片等。阿里云于2015年開始著手自建超級數據中心，未來還將陸續規劃10座以上超大規模數據中心。與此同時，電信企業在算力領域以云網融合為發力點，密集布局云計算和邊緣計算。

學術界和產業界形成一股算力研究的熱潮。例如，基于計算能力、計算效率、應用水平和基礎設施支持4個維度，國際數據公司（International Data Corporation，IDC）提出了計算力評估模型，并得出“新興技術應用是推動算力發展的加速器”等十大趨勢洞察[2]；中國信息通信研究院（以下簡稱“信通院”）通過研究我國算力發展現狀，結合算力發展特點和重點影響因素，建立了算力發展指數[3]；很多知名院士、頂尖學者對算力的概念和發展關鍵點提出了一系列非常有見地的思考。在標準化層面，國際電信聯盟（International Telecommunications Union，ITU）通過Y.2501算力網絡框架與架構標準的發布，鼓勵算力網絡化技術的標準發展[4]。在我國，中國通信標準化協會（China Communications Standards Association，CCSA）同步啟動了算力網絡系列的標準編制工作。除此之外，算力綠色化、算力可信化、算力智能化的相關研究在同步開展，并取得了一定的理論和實踐成果[5]。本文在分析算力發展特點的基礎上提出了算力三大定律，即時代定律、增長定律、經濟定律，揭示了算力時代背景算力的運行規則，對算力產業未來發展趨勢進行了預測，并闡述了算力和經濟的內在聯系。

1 算力的特點

在政府、產業、學術三方形成合作之勢推進算力布局建設的過程中，數字化轉型的需求被逐步挖掘和釋放。算力無論在應用的廣度還是深度都大大提高，未來，算力的發展將呈現以下3個顯著的特點。

●算力多樣性態勢日益凸顯。當前，高性能計算機在海洋學、核能研究、氣象預測、藥物研發等領域都有著巨大應用潛力，逐漸成為算力設施的重要組成部分。同時，元數據、感知數據、訓練數據等多樣化數據類型成為智能社會的重要組成部分。算力從傳統的CPU，邁入以圖像處理單元（graphics processing unit，GPU）、神經網絡處理單元（neural network processing unit，NPU）、深度學習處理單元（deep learning processing unit，DPU）、張量處理單元（tensor processing unit，TPU）等為主導的智能異構算力時代，形成包含通用算力、智能算力、超算算力及前沿算力（如量子計算、光子計算）的多元化算力系統。

●算力布局呈現泛在化趨勢，算力資源正在從集中的部署方式向多級化的方向發展，尤其以邊緣計算、端計算為代表的算力形態的出現，與規?；懔π纬苫パa之勢，構建新型的算力基礎設施。同時，為順應降本增效的生產需求，全社會算力資源集約化發展正在成為主流，算力網絡技術可以將不同歸屬、不同地域、不同架構的算力整合，打破“數據孤島”，形成有機運轉的算力生態體系。

●“智能敏捷、綠色安全”將作為算力發展新要求，即算力智能化、算力綠色化、算力可信化成為未來發展方向。當今數字世界和物理世界的邊界正變得越來越模糊，智能化不僅是對無人駕駛、工業互聯網等上層應用的要求，同時也是對底層軟/硬件基礎設施的要求，智能敏捷將是智能社會算力設施的必備屬性；當下，數字經濟和綠色安全相伴相生，人們在實踐綠色低碳目標時，也要兼顧諸如數據安全、網絡安全、信息安全等。

可以預見，在算力多樣化、網絡化、智能化、綠色化、安全化等發展趨勢下，算力基礎設施將進一步演變成為高速泛在、天地一體、云網融合、智能敏捷、綠色低碳、安全可控的智能化綜合性數字信息基礎設施。

2 算力三定律

算力作為數字時代核心資源的作用越來越突出，以算力為核心的數字信息基礎設施直接影響著數字經濟的發展速度和社會智能的發展高度。加快算力建設成為當前我國實現自立自強的內在要求。在當前的背景下，算力正在并且將長期遵循以下3個趨勢，稱為“算力三定律”。

（1）算力第一定律（時代定律）：算力就是生產力

馬克思在《資本論》第一卷中說過：“各種經濟時代的區別，不在于生產什么，而在于怎樣生產，用什么勞動資料生產?！睆墓胖两?，人類生產力的發展經過了4個階段，即人力時代、畜力時代、動力時代和算力時代。在人力時代，人們主要依靠自身體力勞動和石器等輔助性的工具從事生產活動，生產力的提升主要依靠擴大勞動人口規模和勞動工具的改良升級。石器時代的演變過程極為漫長，生產力整體處于相對穩定的狀態，社會發展前進的速度相對緩慢。進入畜力時代，人們開始通過馴化動物獲取更豐富的生產力。畜力時代的生產資料如土地、原料等，與人力時代相比沒有發生本質變革，所以勞動工具的變化并沒有在生產力方面引發質的躍遷。在動力時代，人類通過科技革命將蒸汽和電力等各類能源轉化為動力驅動機器，以機器代替人力實現了規?；a，生產力得到重大突破。在算力時代，即20世紀下半葉開始的信息社會，生產力主要體現為對數據等新生產資料的高效處理能力。電子計算機的出現為全球自動化、信息化和網絡化發展提供了基礎條件，加速了人類對新生產資料的挖掘能力，拓展了人類認識和探索未知領域的能力。

算力時代的生產資料從以石油、鋼鐵為核心逐漸轉變為以數據為核心，并演變到分子、原子等微觀領域。當下，算力不再是電子計算機時代信息技術領域的專有服務，而是滲透到各行各業生產全過程，算力參與度和所占比重越來越高。算力不僅可以助力企業降低運營成本，而且能提供智能決策支持。算力真正實現了對人力和腦力的替代，成為人類能力的延伸和推動社會進步的變革性力量?？梢杂萌袼懔碛辛亢腿司懔τ^察國家的繁榮程度、先進程度。正如美國學者尼古拉·尼葛洛龐帝在《數字化生存》一書中所言“計算，不再只是與計算機有關，它還決定了我們的生存”[6]?？傊?，算力就是生產力，被稱為算力第一定律，“算力時代”真正到來。

（2）算力第二定律（增長定律）：算力每12個月增長一倍

隨著5G的商用規模部署與人工智能、物聯網、大數據、VR/AR等關鍵信息技術的發展，未來社會將逐步走向智能化，持續帶動全球數據總量攀升與聯網設備數量的爆發式增長。據IDC預測[7]，全球數據量在2024年將達到142.6 ZB，到2025年全球聯網設備總量將達到559億。在數據量井噴的趨勢下，世界各國產業端正以云和AI為戰略重點，持續加大對算力領域包括超大規模數據中心、邊緣計算節點等的建設布局。結合算力需求增長趨勢與算力基礎設施建設情況，國內外各家機構對未來算力布局規模做出了預測研判。

據信通院估計，未來5年全球算力規模速度將超過50%，到2025年各類算力整體規模將達到3 300 EFLOPS（每秒百億億次浮點計算），其中智能算力增速將遠超總算力，在算力增長中發揮核心拉動作用[3]。華為公司預測到2030年，全球通用算力將增長10倍，達到3.3 ZFLOPS，人工智能算力將超過100 ZFLOPS，較2020年增長500倍[8]。羅蘭貝格認為2018—2035年為算力發展的早期階段，主要國家或地區的人均算力由2018年的不到500 GFLOPS增長到2035年10 000 GFLOPS，漲幅近20倍；2035—2045年為發展階段，主要國家人均算力增長至29 000 GFLOPS；2045年后進入成熟階段，量子計算成為算力增長的主要引擎，量子計算的大規模商用將會進一步加速算力發展[9]。賽迪研究院對國內算力發展情況進行了分析，預測到2025年，我國通用算力將達到300 EFLOPS，AI算力將超過1 800 EFLOPS[10]。

算力的增長，包括數據中心建設規模的增加、處理器性能的提升，還有網絡傳輸方面的技術進步，以及軟/硬件方面協同能力的提升。筆者基于未來數字產業化轉型、算力云?邊?端協同發展、AI技術大規模應用等發展趨勢，結合全球各國算力發展水平、全球算力規模分布情況以及相關機構對算力發展的預測，提出了算力第二定律，即算力增長定律：算力每12個月增長一倍。

（3）算力第三定律（經濟定律）：算力每投入1元，帶動3～4元GDP經濟增長

算力的滲透為各行各業帶來了顯著的成效和經濟價值，日益成為推動數字經濟、國民經濟高質量發展的關鍵動力。有研究表明，算力指數平均每提高1個點，數字經濟和GDP將分別增長3.3‰和1.8‰；算力指數越高，算力的提升對經濟增長推動的倍增效應就越突出[2]。另外，全球各國算力規模與經濟發展水平呈現顯著的正相關關系，算力規模越大，經濟發展水平越高。

研究表明，算力對產業能級的帶動作用日益增強。例如某智能制造企業在生產系統中自建20臺服務器，為100臺智能機器人提供模型訓練服務，通過5G專網和云邊算力協同改造后，不僅提高了生產效率，還為企業節約了大量資產購置和設備運營的費用。不僅如此，算力也在其他領域助力生產效率的提升。例如，在生物醫藥領域，算力提升使得基因測序時長從13年縮短到1天，新藥研發鑒定周期從5 000天縮短到100天；在天氣預報領域，算力的發展把天氣預報準確率從過去的21.8%提高到現在的90%以上；在工業生產領域，把整個生產流程在數字世界中重建，通過仿真模擬進行優化使得生產效率提高30%[11]。算力已成為當下提升數字經濟活力和推動企業轉型的關鍵指標。

3 算力產業化

當前，產學研各界都在積極推動算力的布局。國內外相關標準組織和產業聯盟都在推進算網融合技術研究和標準化進程，并取得了豐厚的成果；云服務商結合已有計算資源優勢，基于分布式云策略，將云計算服務逐步向網絡邊緣側進行分布式部署；國內三大電信運營商和設備廠商也在積極推進算力網絡的應用落地，建設算力生態圈，其中中國電信以算力網絡作為重要技術方向，加快推動云網融合的縱深發展。

作為建設網絡強國和數字中國、維護網信安全的國家隊主力軍，中國電信早在2016年提出云網融合的發展方向，推動企業從連接提供商向云服務商轉型。2019年，中國電信率先提出“算力網絡”概念，完成了第一個國際電信聯盟的算力網絡架構標準，并積極付諸實踐，基于無處不在的網絡連接，將多級算力資源進行整合，實現云、邊、網高效協同，提高算力資源利用效率，實現用戶體驗的一致性、服務的靈活性。當前，中國電信正積極推進國家云建設，按照國家一體化大數據中心樞紐節點的建設要求，進一步完善“2+4+31+X+O”的云和大數據中心布局，建設梯次分布、云邊協同、多種技術融合、綠色集約的新型信息基礎設施。在蒙貴兩個全國性云基地打造融合資源池；在京津冀等4個大區建成大規模公有云；在31?。ㄊ赘┦▍^市）和重點城市建設屬地化專屬云；在節點打造差異化邊緣云；布局“一帶一路”沿線國家，將算力體系延展至海外。此外，通過快速推進新一代云網運營系統建設，橫向拉通云、網、邊、端，縱向貫通資源到客戶，提供智能敏捷的綜合信息服務。

在國家密集布局、產業鏈逐步成熟、ICT不斷應用等因素的聯合推動下，云和網從獨立發展走向深度融合，為信息基礎設施的技術架構、業務形態和運營模式帶來了深刻變革，以“云網融合”為代表的“連接”+“算力”融合將成為未來信息網絡技術發展的新領域和新錨點。

4 結束語

本文提出了算力三定律，即時代定律、增長定律、經濟定律，算力三定律揭示了算力時代背景下算力的運行規則，對算力產業未來發展趨勢進行了預測，并闡述了算力和經濟的內在聯系。在時代定律中，本文指出算力不僅可以提高企業生產的效率，而且還能提供智能決策支持，真正實現對人力和腦力的替代；在增長定律中，本文從人工智能、物聯網、VR/AR等熱門應用對算力的正向推動作用出發，結合主流機構對算力發展水平的預測，提出了算力每12個月增長的預測；在經濟定律中，通過生物醫藥、天氣預測、工業互聯網的實踐，量化探討算力對企業的經濟效益貢獻。強大的算力是數字經濟的核心，越來越多的數據處理任務對算力提出更高的要求，產業各方正在不同的賽道推進算力規?；季?，伴隨研究和實踐的深入，算力將像水電一樣，成為一種隨取隨用的社會服務資源。

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[11] 中國如何贏得新一輪超算競賽？關鍵在向數據密集型超算轉變[EB]. 2021.

How does China win a new round of supercomputing competition? The key is to shift to data intensive supercomputing[EB]. 2021.

Laws of computing power in the computing power era

LI Zhengmao, WANG Guirong

China Telecom Group Co., Ltd., Beijing 100033, China

From the perspective of the growing demand for computing power, it was pointed out that the construction of ubiquitous, green, trusty, intelligent and agile computing power facilities was an inevitable choice for enterprises, regions and countries. The digital information infrastructure with the core of computing power will directly affect the development speed of the digital economy and the development height of social intelligence. Driven by both policy and demand, the arrival of era with “the laws of computing power” as the underlying operating rules is the general trend. Computing power will promote the high-quality development of the digital economy, by replacing electricity and heat as a new type of productivity, and promote unprecedented changes in society, life and scientific research.

computing power era, digital information infrastructure, digital economy, laws of computing power, cloud network convergence

TP393

A

10.11959/j.issn.1000?0801.2022141

2022?05?23；

2022?06?13

李正茂（1962? ），男，博士，中國電信集團有限公司董事、總經理，歷任中國聯合網絡通信有限公司副總經理、中國移動通信集團有限公司副總經理等職務。2017年12月榮膺IEEE杰出行業領袖獎，2021年6月入選“全球IPv6互聯網名人堂”，在業界率先提出“算力時代”的論斷。

王桂榮（1976? ），男，中國電信集團有限公司科技創新部總經理、高級工程師，中國通信標準化協會理事，中國電信科學技術委員會副主任，長期從事網絡運營系統與業務系統研發工作。