中國（杭州）算力小鎮(zhèn)/圖片來源@視覺中國
本文來自鈦媒體，作者/林志佳。
“算力”相關產(chǎn)業(yè)近期持續(xù)火爆。
據(jù)中國信息通信研究院測算，截至2021年底，中國算力核心產(chǎn)業(yè)規(guī)模超過1.5萬億元，關聯(lián)產(chǎn)業(yè)規(guī)模超過8萬億元。其中，云計算市場規(guī)模超過3000億元，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（服務器）市場規(guī)模超過1500億元，AI核心產(chǎn)業(yè)規(guī)模超過4000億元。
同時，“算力”發(fā)展也受到了資本市場關注。數(shù)據(jù)顯示，自今年4月底起，A股算力相關概念板塊指數(shù)漲幅高達26%。
“算力已經(jīng)成為繼熱力、電力之后新的關鍵生產(chǎn)力。”工業(yè)和信息化部副部長張云明7月30日在中國首屆算力大會上表示，國內(nèi)算力產(chǎn)業(yè)近五年平均增速超過30%，算力規(guī)模超過150EFlops（每秒15000京次浮點運算次數(shù)），排名全球第二，第一是美國。
所謂“算力”，是指設備通過處理數(shù)據(jù)，實現(xiàn)特定結果輸出的計算能力。2018年諾貝爾經(jīng)濟學獎獲得者William Nordhaus在《計算過程》一文中提出：“算力是設備根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)的改變，每秒可處理的信息數(shù)據(jù)量。”
小至芯片、手機、PC，大到汽車、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能（AI）、數(shù)據(jù)中心、比特幣、超級計算機、航天火箭，“元宇宙”概念以及48萬億元規(guī)模的中國數(shù)字經(jīng)濟等，“算力”都在其中發(fā)揮著基礎核心作用。沒有算力就沒有各種軟硬件的正常應用。
實際上，算力既是信息基礎設施的重要組成部分，也是承載數(shù)據(jù)和運算運行的平臺，更是數(shù)字經(jīng)濟時代計算、存儲、網(wǎng)絡能力的一種綜合體現(xiàn)。
目前，算力已經(jīng)成為拉動中國經(jīng)濟增長核心引擎之一。據(jù)信通院數(shù)據(jù)顯示，算力投入能顯著提升經(jīng)濟價值：每1元的算力投入，可以帶動3-4元的GDP（國內(nèi)生產(chǎn)總值）經(jīng)濟產(chǎn)出，實現(xiàn)經(jīng)濟增長的倍增效應。計算力指數(shù)越高對經(jīng)濟的拉動作用越顯著。
隨著今年國家推出“東數(shù)西算”工程，地方上也進一步加碼布局。發(fā)改委公布的數(shù)據(jù)顯示，今年以來，全國10個國家數(shù)據(jù)中心集群中，新開工項目25個，帶動各方面投資超過1900億元。預計“十四五”期間，大數(shù)據(jù)中心投資還將以每年超過20%的速度增長，累計帶動投資超過3萬億元。
算力還是中美未來科技競爭的關鍵因子。去年4月，美國商務部對中國國家超級計算濟南中心、深圳中心、無錫中心、鄭州中心等中國超算實體列入“實體清單”。有行業(yè)人士告訴鈦媒體App，“算力的重要性在于，它是國家競爭能力高低的核心指標，也是中長期的投資抓手。”
不過，中國算力產(chǎn)業(yè)依然面臨需求碎片化、國產(chǎn)基礎軟件生態(tài)和配套芯片不強、傳輸能力不足、無效算力增多、人才緊缺、難互通協(xié)同等諸多挑戰(zhàn)。正如中國工程院院士王恩東在算力大會上所說，中國算力產(chǎn)業(yè)未來要加強頂層規(guī)劃，規(guī)范產(chǎn)業(yè)發(fā)展，不能“躺平”，更要避免一哄而上、低水平重復的問題。
云岫資本合伙人兼CTO趙占祥接受鈦媒體App采訪時表示，服務器芯片“國產(chǎn)替代”需要長時間布局，有一個循序漸進的過程，同時還需要軟件生態(tài)、人才、芯片性能、客戶支持等資源整合，“這是一個全方位的工程（體系）。”
提升算力就是要“撒錢”堆服務器
2018年9月，臺風“山竹”到來之前，深圳市氣象臺發(fā)布了雷暴及大雨預警。一個小時后，深圳全城下起了大暴雨。
深圳氣象局能夠如此準確的公布降雨、雷暴等災害性天氣，主要來源于云計算、AI、5G等技術以及災害性天氣AI氣象預測模型，捕捉雷達、云圖等數(shù)據(jù)中的時空關系實現(xiàn)氣象預警。實際上，氣象AI預測模型背后擁有每年約300TB的數(shù)據(jù)，那么就需要大量算力支撐，才能讓模型應用，AI技術實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)落地。
而在浙江橫店，每年有大量的影視作品在后期制作時需要對動畫和特效進行渲染，而這類渲染工作就需用到大量的算力?？紤]成本的情況下，這些后期工程文件會通過云平臺，將其上傳至貴州、內(nèi)蒙這些西部地區(qū)的數(shù)據(jù)中心進行計算。
這些算力應用背后，服務器的作用功不可沒。中國科學院院士鄔賀銓表示，算力產(chǎn)業(yè)鏈很長，數(shù)據(jù)中心是算力產(chǎn)業(yè)里突出的中心環(huán)節(jié)。
按應用領域劃分，算力包括兩種：計算量小的通用算力，以及數(shù)據(jù)中心、超級計算機等在內(nèi)的HPC（高性能計算）算力。
僅從算力經(jīng)濟來看，主要分為三個層次：
第一層次是算力的“基礎設施建設”。作為新型生產(chǎn)力，算力離不開工具和技術。而基礎設施是算力的工具，包括高性能芯片、數(shù)據(jù)中心、網(wǎng)絡等基礎設施建設為算力、應用以及產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供可持續(xù)發(fā)展的保障。
第二個層次是算力應用。得益于基礎設施的進步、數(shù)據(jù)推動算力水平的不斷提升，云計算、大數(shù)據(jù)、AI、物聯(lián)網(wǎng)、5G等應用都將發(fā)展，從而帶來計算方法的革新，提高計算效率，拉動算力發(fā)展。
第三個層次是算力與實體經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)的融合。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、金融科技、自動駕駛、智慧醫(yī)療等產(chǎn)業(yè)數(shù)字化加速、新的需求以及產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，讓超大算力得以“施展才華”。
“算力”產(chǎn)業(yè)鏈邏輯關系框架（來源：鈦媒體App編輯整理）
相對于中國超14億人的算力應用和消費市場，數(shù)據(jù)中心、芯片半導體等算力基礎設施產(chǎn)業(yè)鏈，則是中國目前急需布局的重點領域之一。
作為算力的主要承載，數(shù)據(jù)中心就是一個容納核心計算服務和基礎設施的服務器機房（物理場所），可用于存儲和計算數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)顯示，2019年，中國在用的數(shù)據(jù)中心數(shù)量達到2213個，其中超大型、大型數(shù)據(jù)中心數(shù)量占比12.7%。與之對比的是，美國超大型數(shù)據(jù)中心占到全球總量40%，國內(nèi)數(shù)據(jù)中心建設仍有較大空間。
2021年5月，中國提出“東數(shù)西算”工程，計劃在國內(nèi)8個地方啟動建設國家算力樞紐節(jié)點，規(guī)劃10個國家數(shù)據(jù)中心集群，將東部算力需求以及產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡引導到中國西部地區(qū)的數(shù)據(jù)中心處理、計算和存儲。預計在2025年，中國將有望建成全國一體化數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)。
借助“東數(shù)西算”東風，今年以來，阿里、華為、商湯、浪潮，以及國內(nèi)三大電信運營商——中國移動、中國聯(lián)通、中國電信等，在蘇州、呼和浩特、成都等地大量投資，建立及運營新的數(shù)據(jù)中心或計算中心。
中國移動副總經(jīng)理高同慶表示，預計2021年內(nèi)，中國移動數(shù)據(jù)中心投產(chǎn)能力超過117萬架。2022年，中國移動算力網(wǎng)絡資本開支達數(shù)百億元，未來還將繼續(xù)在算力領域加大投入。目前中國移動長三角數(shù)據(jù)中心位于南京江北新區(qū)，投資超200億元。
“國內(nèi)提出‘東數(shù)西算’，是利用西部比較充裕的能源，比較廉價的電費，以及有可能利用再生能源，更好滿足低碳的需要。”鄔賀銓表示。
不過鄔賀銓也質疑稱，“東數(shù)西算”工程難以互通，從而讓算力與存儲容量無法得到最佳利用。
他以廣東數(shù)據(jù)中心規(guī)劃為例，“他們設計省內(nèi)算力70%，省外算力30%。按理說，省外就是冷數(shù)據(jù)，應該占比80%，那與省外算力30%差別很大，這是否意味著，80%是指存儲容量而非算力的比例？另外，在市場經(jīng)濟條件下，東部與西部并非固定配對，如何各自做到容量最佳利用？”
而作為AI技術三要素（數(shù)據(jù)、算力、算法）之一，算力在AI中也發(fā)揮了關鍵作用。商湯科技聯(lián)合創(chuàng)始人林達華告訴鈦媒體App，在青島市西海岸新區(qū)，利用其AI大裝置算力以及算法技術支持下，商湯對千萬級海量遙感影像樣本數(shù)據(jù)進行深度學習，形成多種面向業(yè)務應用場景的算法模型。在城市違建治理、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、河湖四亂治理等方面實現(xiàn)了問題的高效發(fā)現(xiàn)和治理核查。
此外，當前中國的算力建設還受到碳中和、碳達峰目標的制約：一是工信部發(fā)布的《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動計劃（2021-2023年）》等政策，面對算力設施的建設方針和能耗管理趨于嚴格，如2023年新建大型及以上數(shù)據(jù)中心電能利用率（PUE）將被要求降到1.3；二是能耗“雙控”背景下，地方政府對于建設高能耗算力設施的積極性在降低。
因此，國內(nèi)外頭部IT企業(yè)也開始部署液冷技術。業(yè)內(nèi)人士告訴鈦媒體App，目前高功率服務器應用越來越多，其可在同等溫度下大幅提升數(shù)據(jù)中心的運算效率，為提升高功率服務器散熱需求，同時降低散熱能耗，業(yè)內(nèi)通常采用冷板、浸沒、噴淋三類液體冷卻服務器方案，通過將CPU（中央處理器）、GPU（圖形處理器）等服務器部件與冷板液冷的冷板緊密貼合，或與浸沒液冷直接接觸，提升服務器散熱系統(tǒng)換熱能力，實現(xiàn)高功率運算。
阿里云數(shù)據(jù)中心設施模型在2022中國算力大會展示。下面兩端物體是浸沒液冷的CDU，也叫冷源分配單元，它起到內(nèi)外換熱的作用，把吸收服務器熱量的液體收集后，在CDU內(nèi)部與外部冷源進行換熱，是一個中間裝置；上面兩端則是浸沒液冷的一種冷源形態(tài)，圖中是給集裝箱內(nèi)的液冷tank進行散熱用，設備類型可能是冷塔、干冷器、冷機等（圖片來源：鈦媒體App編輯拍攝）
無錫數(shù)字經(jīng)濟研究院執(zhí)行院長吳琦表示，一些規(guī)模小、能耗大、技術更新緩慢的企業(yè)和設施將面臨淘汰，電能利用效率高的產(chǎn)品會是未來算力市場的主流。
政企花了錢，算力也難用
中國首屆算力大會上，中國工程院院士劉韻潔直言，目前不管是算力網(wǎng)絡，還是算力面臨著諸多挑戰(zhàn)。如果不能解決這些問題，算力網(wǎng)絡將難以構建（實現(xiàn)）。
實際上，算力網(wǎng)絡是基于數(shù)據(jù)中心等算力基礎設施，將海量數(shù)據(jù)通過云、邊、端協(xié)同方式，實現(xiàn)智能計算與網(wǎng)絡連接。華為發(fā)布的《通信網(wǎng)絡2030》提到，算力網(wǎng)絡代表了從“面向人的認知”向“面向機器認知”（AI）的網(wǎng)絡設計理念的重要變化，聯(lián)接海量用戶數(shù)據(jù)與多級算力服務。
因此，劉韻潔的說法意味著，政府、企業(yè)花了大量的資金投入算力基礎建設，但如果算力網(wǎng)沒有構建好，算力也很難使用。
劉韻潔認為，目前算力網(wǎng)絡面臨三個主要挑戰(zhàn)：
一是實時性嚴重缺乏，目前互聯(lián)網(wǎng)幾乎沒有實時性的能力，而實時性的能力，不論是工業(yè)、能源還是電力，都提出了確定性網(wǎng)絡的具體指標；二是帶寬的挑戰(zhàn)，F(xiàn)AST（500米口徑球面射電望遠鏡）每天產(chǎn)生的數(shù)據(jù)大概超2000TB，這些數(shù)據(jù)與全球網(wǎng)絡共享，網(wǎng)絡帶寬的不確定性導致傳輸效率低；三是當前“煙囪化算力”難互聯(lián)、難協(xié)同，這就造成算力利用率低，使得算力成本增加，如何將“算力”和“網(wǎng)”深度融合在一起，也是一個非常大的挑戰(zhàn)。
以國有企業(yè)“寶武鋼鐵集團”為例。武鋼通信技術有限公司總工程師陳巍崴曾在2021年7月提到，寶武集團工廠存在大量非云化設備，且協(xié)議不開放、工業(yè)連接組模不豐富，對接耗費成本；再就是工控網(wǎng)、管理網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)多網(wǎng)并存，網(wǎng)絡安全無法有效管控。傳統(tǒng)“盡力而為”的網(wǎng)絡已經(jīng)無法滿足寶武集團數(shù)字化及新業(yè)務。
華為的智能算力網(wǎng)絡生態(tài)（來源：鈦媒體App拍攝）
實際上，算力網(wǎng)絡、基礎設施的互聯(lián)互通、轉移新平臺設施一直是企業(yè)的核心難題——阿里云沒有騰訊云、華為云平臺接口，美國Oracle數(shù)據(jù)庫的信息資料沒辦法轉移等。
2021年3月，作為金融領域的國有企業(yè)，中國郵政儲蓄銀行發(fā)布采購前公示，而且是單一來源采購，理由是：當前多個核心生產(chǎn)系統(tǒng)使用美國Oracle（甲骨文）數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)存儲和處理，無法替換。隨后6月，郵儲銀行以1.45億元與甲骨文簽下續(xù)約合作。
那么，如何解決“全國算力一張網(wǎng)”的難點與挑戰(zhàn)？
劉韻潔院士提出，建立以“大帶寬、低時延、超低抖動、極高可靠”為主要特征的確定性網(wǎng)絡，支撐產(chǎn)業(yè)核心應用加速云化、線上化、智能化，將真正改變產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)模式。“無論是智慧醫(yī)療、能源、交通，以及未來的元宇宙，沒有確定性的網(wǎng)絡會有問題。”
與此同時，中國也在努力逐步解決這一難題。今年6月15日，中國正式上線“中國算力網(wǎng)-智算網(wǎng)絡”，將整個算力網(wǎng)絡接入中央批準成立的鵬城實驗室的鵬城云腦、北京、杭州等9個算力中心，總算力超過2000PFlops（每秒200億億次浮點運算）。
華為公司副總裁、計算產(chǎn)品線總裁鄧泰華認為，中國算力網(wǎng)是一個大工程。目前中國有電力網(wǎng)、高鐵網(wǎng)、通信網(wǎng)，未來有算力網(wǎng)，尤其利用大型的算力資源連成一張網(wǎng)。
國產(chǎn)化依然難行
作為“算力”的極限領域，中國超級計算機一直受到美國超級電腦的壓制。
2016年，美國以擔心中國“天河二號”進行核子研究為由，禁止英特爾出口芯片給中國。隨后于2016年，利用上海高性能集成電路設計中心自研設計的SW26010處理器，中國自主研發(fā)出“神威·太湖之光”超級計算機，以93014.6TFlops問鼎世界第一。
不過，到了2018年6月，“神威·太湖之光”被美國IBM研發(fā)的Summit OLCF-4超級電腦所超越。
2021年4月起，美國商務部對多家中國超級計算機實體列入“實體清單”，其中包括天津飛騰信息技術有限公司、上海高性能集成電路設計中心、成都申威科技有限責任公司，以及中國國家超級計算濟南中心、深圳中心、無錫中心、鄭州中心等。更早之前，美國對華為海思、中芯國際、商湯等“算力”產(chǎn)業(yè)鏈相關企業(yè)進行制裁。
截止發(fā)稿前，Top500網(wǎng)站數(shù)據(jù)顯示，目前全球超算排名第一的是，美國能源部及芯片巨頭AMD、HPE慧與科技合作研發(fā)的Frontier（OLCF-5）全球首臺百億億次級計算機。而中國“神威·太湖之光”排名第六，“天河二號”則排名第八。
在中美博弈持續(xù)升級的大背景下，目前包括服務器芯片、軟件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等領域仍依賴于國外產(chǎn)品，“算力”產(chǎn)業(yè)的國產(chǎn)化依然難行。
其中在服務器整機市場方面，IDC數(shù)據(jù)顯示，2021年全球服務器市場出貨量和銷售額分別為1353.9萬臺和992.2億美元，其中中國銷售占比達25.3%。2022年第一季度，全球服務器市場份額排名前五，分別是美國戴爾（份額高達16%）、中國浪潮（10%）、美國惠普、美國AMD、中國聯(lián)想（不足5%）。
操作系統(tǒng)裝機量方面，數(shù)據(jù)顯示，盡管互聯(lián)網(wǎng)領域的服務器操作系統(tǒng)，實現(xiàn)100%國產(chǎn)化，但通信、金融和政企領域依然有35%以上，仍依賴國外操作系統(tǒng)，例如美國微軟的Windows、IBM的Redhat等。
算力數(shù)據(jù)庫方面，中國軟件協(xié)會數(shù)據(jù)顯示，國內(nèi)集中式數(shù)據(jù)庫市場，國外品牌仍占據(jù)90%以上；關系型數(shù)據(jù)庫領域，美國微軟（21.6%）、甲骨文（21.4%）和亞馬遜（8.5%）共占市場總份額的50%以上。
最重要的服務器芯片領域，無論是通用處理器還是加速處理器，英特爾（Intel）、AMD和英偉達占據(jù)國內(nèi)85%以上的服務器芯片市場，國產(chǎn)處理器及關鍵零部件份額較低。
“這其實還是一個軟件生態(tài)的問題，因為英偉達、英特爾等國外的軟件生態(tài)太強了，國內(nèi)企業(yè)想要追上來難度很大，需要投入很長時間與大量資源。”趙占祥對鈦媒體App表示，Windows等操作系統(tǒng)需要幾十萬開發(fā)者，而國內(nèi)很難調動這么多資源，因此國內(nèi)服務器需要長期依賴國外芯片企業(yè)。
7月31日結束的中國計算機學會（CCF）芯片大會上，清華大學教授魏少軍就表示，國產(chǎn)服務器芯片的產(chǎn)品能力不行，無法具有足夠的市場競爭力。例如，國內(nèi)芯片無法實現(xiàn)服務器中非常重要的配置并發(fā)多線程（SMT）能力，而國外芯片在這個問題上已經(jīng)全面突破，國產(chǎn)芯片技術依然落后。
“我們花了很多精力去建立AI平臺，實際上不可用，或者說它并沒有想象的那么好。說的更好聽一點，還沒有達到我們所需要的要求，仍需要時間等待。”魏少軍表示。
一家國產(chǎn)GPU芯片企業(yè)高管告訴鈦媒體App，很多國產(chǎn)服務器板卡都無法在客戶數(shù)據(jù)中心上“跑動”，因為適配度較差。
今年以來，阿里、騰訊、字節(jié)都紛紛開啟了“造芯”模式，均與服務器有關。但一位芯片行業(yè)人士對鈦媒體App表示，互聯(lián)網(wǎng)“造芯”無法從根本上解決國內(nèi)服務器依賴進口芯片的情況。
在趙占祥看來，這些互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)“造芯”主要原因是自身服務器的降本增效。
目前，浪潮、阿里云、騰訊云等國內(nèi)廠商，仍大部分使用美國芯片企業(yè)的產(chǎn)品。其中，騰訊云的星星海處理器均為AMD、英特爾定制開發(fā)；阿里云第七代云服務器ECS的CPU則采用英特爾第三代Xeon可擴展處理器；浪潮服務器所使用的芯片大部分來自英特爾、AMD、英偉達三家，部分服務器則使用寒武紀的AI芯片。
“算力建設的最大難點還是在于半導體與集成電路制造。而在服務器芯片領域，無論是通用處理器還是GPU芯片，對國外的依賴程度非常高，解決問題的難度也非常大。”王恩東認為，中國要集中力量打造國產(chǎn)CPU芯片，打破技術壁壘，不能煙囪林立。
張云明表示，下一步工信部將要加速推進高端芯片、核心算法等算力關鍵核心技術的研發(fā)突破，攻克關鍵技術，支持企業(yè)、科研機構開展聯(lián)合攻關，增強算力產(chǎn)業(yè)鏈、供應鏈自主可控能力，并在綠色低碳發(fā)展等方面發(fā)力。
“不能說芯片初創(chuàng)企業(yè)一旦虧損就不投資了。我認為，更多的民間資本應該要投資長期會虧損、對國家很重要的芯片企業(yè)，而且政策上要鼓勵其早點上市，給這些虧損公司融資提供一個比較好的通道。”趙占祥說。
（本文首發(fā)鈦媒體App，作者｜林志佳）
