綜合算力發展現狀與趨勢分析

溫小振 常金鳳 吳美希

(中國信息通信研究院云計算與大數據研究所,北京 100191)

0 引言

在數字經濟快速發展的背景下,單一算力已無法滿足時代的需求,集算力、運力、存力于一體的綜合算力迎來全新的產業發展機遇。綜合算力可以實現更高效的計算和更低的成本,提高系統的安全性和可靠性,從而滿足各行各業對于算力的多樣化需求。

綜合算力的應用非常廣泛,包括人工智能、大數據、云計算、物聯網等領域。在這些領域中,綜合算力可以發揮巨大的作用,為各行各業的數字化轉型提供強勁支撐。例如,在大數據領域中,綜合算力可以處理和分析海量的數據,挖掘數據中的價值,為決策提供科學依據;在云計算領域中,綜合算力可以為企業提供彈性和可擴展的計算資源,滿足各種應用的需求。

1 綜合算力概述

1.1 綜合算力的概念

綜合算力是集算力、運力、存力于一體的新型生產力,可以賦能科技創新、助推產業轉型升級、滿足人民生活需要[1]。我國高度重視綜合算力的發展,出臺相關政策支持算力、存力、運力協同推進?！端懔A設施高質量發展行動計劃》首次從算力、運力、存力的角度明確我國綜合算力各個方面的發展目標和重點發展任務,特別是在算力供給、網絡運載、存力靈活、應用賦能、綠色低碳、安全保障等方面提出了具體的發展方向[2]。

算力包括算力規模、計算能力等多個方面。在數字革命的浪潮下,算力成為決定信息時代勝負的關鍵因素[3]。作為數字經濟時代中不可或缺的生產力要素,算力扮演著挖掘數據價值、推動數字經濟發展的核心角色,是支撐和驅動我國數字經濟發展的重要力量。

運力包括網絡通信配套、傳輸質量等多個方面。在“東數西算”工程的背景下,網絡運力成為數字經濟時代的關鍵賦能力量[4]。網絡能力奠定了我國“東數西算”工程的堅實基礎,發揮著橋梁作用,有效連接了用戶、數據和算力,使得工程的各個部分能夠高效協同工作,確保工程的穩定性和可靠性,支撐工程順利推進。

存力包括存儲容量、存儲性能等多個方面。在數字經濟的環境下,存儲能力已經成為支撐大數據時代發展的重要指標[5]。隨著我國數字經濟戰略的推進,數據呈現爆發式增長,數據流動性也隨之增強。在這種情況下,存儲設施作為數據的承載者,其重要性愈顯突出。

綜合算力強調多種計算資源的協同和整合,從而提供更高效、更靈活的計算服務。綜合算力具有以下特點:一是綜合性,即整合多種計算資源,形成一個統一的計算平臺;二是先進性,即采用先進的技術和架構,提高計算效率和性能;三是系統性,即從整個系統的角度出發,進行優化和設計;四是長期性,即需要長期投入和維護,確保系統的穩定性和可靠性。

1.2 綜合算力的重要性

隨著新一輪科技革命和產業變革的不斷推進,全球數字化進程不斷加快,綜合算力成為產業數字化轉型升級的關鍵因素,世界主要經濟體紛紛制定數字化戰略,如美國《國家人工智能研發戰略計劃》、英國《國家數據戰略》、日本《數字治理守則》等。綜合算力是支撐政務、金融、交通、電信、醫療等重要行業數字化轉型和升級的重要力量;算力的提升使企業更快地響應市場變化和客戶需求,提高生產效率和產品質量,特別是人工智能大模型將極大推動生產方式走向智能化;存力的提升幫助企業更好地收集、保護和管理數據資源,提供數據支持;運力的提升加快企業溝通和協作,提高生產效率。具備快速數據處理、高效數據傳輸和可靠數據存儲等綜合算力能力的基礎設施,能幫助企業最大程度地發揮數字化要素的價值,為產業的數字化轉型注入更強勁的動力。

在數字經濟時代,算力基礎設施的發展日趨重要[6],綜合算力成為賦能國民經濟發展的重要抓手,成為支撐經濟穩定發展的新動能。計算、存儲和網絡作為算力基礎設施的三大部分,是信息通信產業和大模型時代發展的關鍵要素,對推動科技進步、促進行業數字化轉型以及支撐經濟社會發展發揮著重要的作用。綜合算力的發展有助于滿足全球化發展背景下人們對網絡化的需求、滿足人們對便捷高效且充滿多元化個性化美好生活的不斷追求、滿足智能化時代下高效率生產的需求。

2 綜合算力發展現狀

2.1 優化算力資源配置,高度重視智能算力

截至2023年6月底,我國算力總規模達到197 EFLOPS,我國的智能算力規模與總算力的比例不斷增大,智能算力規模占比超過1/4,同比增長45%,比算力規模整體增速高15個百分點[3]。在人工智能大模型快速發展的背景下,大模型的訓練和應用推理為智能算力提供了廣闊的發展空間,推動智能算力迎來更加快速的增長,賦能各種應用場景進行變革創新。圖1為2022年我國算力規模概況。

2.2 運力質量顯著提升,算力網絡布局加快

我國互聯網發展起步晚于發達國家,但受益于網絡政策的引導和推動,以及網絡用戶數量的快速增長,我國網絡運力總體上實現了快速發展。目前,我國已建成世界上規模最大的信息通信網絡,充分展示了我國在互聯網領域的強大實力。截至2023年6月,我國光纜線路總長度達到6 196 萬千米,10G PON端口數超過2 000 萬個,全國互聯網寬帶接入端口數量達11.1 億個[4]。從光纜線路的廣泛鋪設到10G PON端口的普及,再到互聯網寬帶接入端口的持續增長,這些都體現了我國通信行業和網絡建設的蓬勃發展。在運力網絡架構層面,中國電信、中國移動、中國聯通積極發布算力網絡相關白皮書,開放數據中心委員會(Open Data Center Committee,ODCC)發布《光網絡實時性數據采集規范白皮書》,運營商與設備廠商加強合作,全面提升城域網敏捷彈性、智能高效、安全可靠等性能,提高業務承載能力。

2.3 存力規模持續擴大,先進算力建設加速

我國數據存儲行業高速發展,存儲規模不斷擴大。截至2023年6月底,我國數據存儲總量達到1 080 EB,存力規模增速達到23%,存儲容量保持較高增速;以全閃存儲技術為代表的先進存力快速發展,占比不斷提高,部分行業占比超過25%[5]。我國各省份不斷重視存力發展,出臺政策明確存力建設目標。2017—2021年,我國存儲容量增量不斷增長,并在2021年超過300 EB,2022年雖略有下降但增量仍然超過250 EB[1]。2017—2022年我國存儲容量年增量參見圖2。

3 綜合算力發展趨勢

3.1 算力形式更加多樣,創新應用不斷涌現

隨著人工智能大模型等技術的不斷發展,算力需求將呈現爆發式增長態勢,算力資源的分布也更加泛在[7]。到2025年,我國的算力規模將超過300 EFLOPS,智能算力與總算力的比例將達到35%,我國東西部算力布局將更加優化和平衡[2]。未來,算力將更加注重高性能計算和大規模數據處理能力,也會更加注重算力的綠色化和智能化升級。智算中心的建設進程將會進一步加速,以滿足更高性能的計算需求[8]。算力產業的發展將會豐富醫療、教育、金融、文旅、交通等場景應用,為千行百業向數字化、智能化轉型注入新活力,為我國數字經濟高質量發展提供更加強有力的支持[9]。

3.2 運力性能持續優化,調度機制逐步健全

隨著數字化轉型的加速和互聯網應用的普及,運力發展將迎來更加復雜和多樣化的應用場景和需求[10]。到2025年,我國各“東數西算”數據中心集群之間的直連網絡傳輸能力要低于理論時延的1.5 倍,在一些重點應用場所中,光傳送網(Optical Transport Network,OTN)的覆蓋率要達到80%,互聯網協議第6版(Internet Protocol Version 6,IPv6)、基于IPv6轉發平面的段路由(Segment Routing over IPv6,SRv6)等創新技術要在骨干網、城域網中全面支持使用[2]。未來,運力將更加注重網絡傳輸的速度和穩定性,同時也會更加注重網絡安全的保障和服務的可靠性。建立多層次的算力調度架構體系,各方共同打造一個支持研發、驗證和應用的平臺環境,進一步推動算力資源的共享和應用。

3.3 存儲技術不斷突破,產業生態日益完善

在各行業數字化極速轉型的趨勢下,數據量的急劇增加將持續推動存儲市場的蓬勃發展。隨著數據規模的不斷擴大和數據安全問題的日益突出,存力發展將面臨更大的挑戰和機遇。到2025年,我國的存儲總量將超過1 800 EB,其中先進存儲的規模在存儲總規模的占比要達到30%以上,重點行業的一些核心和重要數據的災備覆蓋率要達到100%[2]。未來,存力將更加注重數據存儲的安全性和可靠性,同時也會更加注重數據存儲的效率和靈活性。通過對存儲相關技術的突破,完善存儲產業生態,提升存儲的能力,推動數字化轉型和數據安全保障的進程,以適應日益增長的數據存儲和處理需求。

4 綜合算力發展建議

4.1 優化算力設施建設布局,打造算網城市標桿

在國內布局方面,積極推動當前我國東西部算力網絡樞紐節點之間的高效聯動,通過聯動提高我國整體算力水平,優化資源配置,降低運營成本,支撐數字經濟快速發展。在國外布局方面,支持我國企業走向國際,在國外積極布局算力基礎設施,特別是重要戰略布局的地方。在智能化時代背景下,著力打造涵蓋算力中心、網絡設施、算力互聯網等方面的算網城市體系,讓算網城市賦能科技創新、產業培育,提升算力高效運載能力,進一步推動數字化轉型和網絡通信的進程,為各行各業信息傳輸和服務提供更加強有力的保障。

4.2 加強算存運技術創新,開展算力中心測試認證

加強綜合算力領域技術研究與中長期科研規劃,提升綜合算力技術支撐能力。加快芯片算力、人工智能大模型、下一代存儲、大帶寬低時延等算力、存力、運力技術研發部署,推動計算存儲網絡核心技術底層研發和技術攻關。依托國家標準,開展算力中心測試認證,從綠色、可用性、安全性、服務能力、算力算效、低碳等多個維度全面評價算力中心成熟度,深化算力行業賦能。

4.3 完善人才培養機制,推廣新型儲能在算力設施的應用

完善綜合算力技術領域人才的培養機制,建立綜合算力技術培訓機制,加強產業鏈上下游企業之間的合作與溝通,促進形成緊密的產業鏈合作關系,推動算力技術創新取得成果。當前,我國在能源利用、碳排放控制等方面取得了顯著成果,但針對新型儲能應用場景還不夠豐富。算力設施作為用電大戶,推廣新型儲能在算力設施的應用,有助于進一步提高能源利用效率,實現資源的最優配置,對提升園區綠色低碳發展的能力具有重要指導意義。

5 結束語

當前,我國已經邁入算力需求日益增長、技術發展迅猛的新時代。在這個過程中,挑戰與機遇并存。未來,我國算力產業各方應繼續深化研究,把握綜合算力的發展趨勢,加強算力產業技術創新與應用,以應對各種可能出現的問題,從而實現綜合算力的最大化利用。