后摩爾時代 算力產業發展機遇和挑戰并存

來源:人民郵電報 2021-08-19 11:09中投網 A-A+

   計算是人類認知世界的一種模式。所謂算力,簡而言之就是計算能力,它指代了人類對數據的處理能力,也集中代表了人類智慧的發展水平。自20世紀40年代計算機正式誕生以來,計算技術始終保持快速創新的發展態勢,不僅支撐了PC、互聯網、云計算、移動互聯網等信息通信產業數輪浪潮式迭代,更是科技、經濟和社會創新發展的重要推動力。當前,人類社會正在從工業社會向數字社會邁進。需求和供給兩方面的深刻變化推動計算技術和相關產業進入“百花齊放、百家爭鳴”的創新階段。為社會提供算力的產業不僅包括原有的集成電路和計算機產業,還將包括超算中心、數據中心、邊緣計算中心等算力基礎設施。

  后摩爾時代計算技術進入多要素綜合創新階段

  當前,人類正在進入萬物感知、萬物互聯和萬物智能的新時代,包括人工智能、自動駕駛、物聯網、工業互聯網等在內的海量應用創新對計算提出新的需求,使得計算技術進入新一輪高速創新期。算力供給需求更大,計算性能要求更高,算力需求隨時隨地且更多樣化。

  過去在很長時間里,經典計算系統是按照摩爾定律的步伐,通過工藝制程微縮的方式在同一芯片內增加晶體管堆疊的數量,來實現計算性能的提高,從而推動整個算力產業的不斷升級。但是,隨著工藝制程不斷逼近物理極限,以及制程微縮帶來的成本不經濟性,摩爾定律逐漸失效,整個算力產業進入后摩爾時代,計算技術進入多要素綜合創新階段。當前,算力供給基本有4個層面:一是單芯片算力,二是整機算力,三是數據中心算力,四是網絡化算力。不同層面的算力通過不同的技術方式進行持續演進升級,以滿足萬物智能時代的多樣化算力供給需求。

  除上述4個層面計算技術的演進外,通過軟件與硬件系統的深度融合來實現計算系統整體性能的提升,也是算力產業演進的重要方向。軟件對計算性能升級的重要性日益凸顯。一方面,Intel、NVIDIA等硬件企業持續不斷推動與硬件特性強相關的開放接口、抽象能力庫等的優化,實現硬件效能最大化。另一方面,應用企業也在不斷推動算法優化,持續提升計算效率。以AI為例,目前在圖像、翻譯等基準測試中,算法優化對整體系統計算效率提升的貢獻已接近20%。

  算力產業發展機遇和挑戰并存

  經過多年發展,我國算力產業已取得長足進步。在基礎理論方面,我國面向人工智能應用如模式識別、計算機視覺等方向的算法創新活躍,量子計算、類腦計算等前沿領域有所布局。在芯片技術方面,我國14nm制造工藝量產,存儲芯片批量生產,個人計算機及服務器端的CPU芯片產品線豐富,AI專用芯片快速發展。在計算系統方面,我國超算多年列全球前位,大規模云計算系統與國際先進水平相當,面向新興應用的邊緣計算、異構計算等新系統和算力網絡等新領域均有發展。在軟件技術方面,我國操作系統企業供給質量持續提升,數據庫領域不斷涌現出新興產品,開源生態的建設取得一定突破。在產業生態方面,我國龍頭企業在架構、生態、算力、軟件和方案等領域均積極布局,積極構建計算生態。

  面向未來,我國算力產業發展具有三大機遇:一是全球計算技術發展正處于重大窗口期。當前全球算力產業正“百花齊放、百家爭鳴”,新概念新思路層出不窮,產業體系正在重新構建,這正是我國算力產業擺脫路徑依賴、實現創新發展的大好時機。二是大國大市場的算力需求龐大。根據華為技術有限公司于2020年2月發布的《泛在算力:智能社會的基石》報告測算,目前我國的人均算力約為553GFLOPS,屬于中等算力水平國家,而社會智能化成熟階段的人均算力需達29000GFLOPS以上,這意味著我國的算力規模至少需要再增52倍。從總量來看,我國目前已是全球第二大算力國,這也可以看出我國未來的新增算力供給需求極其龐大。三是發達國家的技術封鎖降低了我國國產技術的市場門檻。特別是在一些關鍵領域,即使我國新研制的技術與國際先進水平相比有差距,但仍能在國內找到一定的市場空間來獲得持續發展的力量。

  雖然我國算力產業的發展面臨機遇,但同時也面臨不小的挑戰,具體體現在:核心技術儲備不足;戰略性規劃和系統性布局不足;產業協同不足,產業生態分散;算力供給結構不完備;環保挑戰日益嚴峻。

  大力推動我國算力產業創新發展

  加強頂層設計和系統布局。梳理算力產業框架體系,明確計算體系優化升級的方向和重點,明確細分領域能力提升的目標。加大各部門科技和產業政策的協調整合,明確各分管部門的具體目標,形成政策合力。明確產學研用協同發展思路,綜合施策加快形成發展“一盤棋”。

  持續提升核心技術能力。統籌協調部門資源,補齊高端服務器、存儲器、CPU/GPU、專用芯片、操作系統等算力產業短板,加大對高性能服務器、異構計算系統、量子計算、光子計算、類腦計算等新興技術和產品的支持力度,積極布局新型計算架構并加強計算架構整合。強化基礎理論研究,加大高端人才培養和引進力度。

  積極推動產業生態體系建設。利用國內龐大的算力市場優勢,以應用發展牽引技術創新,開展示范應用推廣,促進創新融合,建立產業公共服務平臺和創新中心。加快行業組織建設,建立健全標準體系,推進以“硬件﹢軟件﹢應用﹢服務”為架構建設形成具有國際競爭力的產業生態。加快完善自主開源生態,支持開源基金會的發展,引導建設開源社區,圍繞關鍵基礎軟件培育孵化一批有潛力的開源項目。

  推動算力多元化發展。推動構建“國家級樞紐節點與各省數據中心協調發展,一線城市與周邊地區區域協同,中西部地區按需合理建設”的均衡布局,推動邊緣數據中心與大型、超大型的云數據中心高效協同。通過建立數據中心網絡監測和協同機制,優化互聯互通能力,提升網絡質量和技術水平,支撐高算力服務。完善算力資源體系,提升數據中心算力算效水平,強化云服務能力,支撐社會數字化轉型。

  支持算力產業綠色化發展。引導各行業制定綠色化發展的具體指標和實施要求,并推進落實。制定政策支持推進綠色化相關技術的研發、產業化和應用落地,提供使用清潔能源的便利條件,盡快建立算力碳排放交易機制,引導行業綠色化發展。

  ***

  后摩爾時代,算力產業迎來巨大變局,我國算力產業迎來前所未有的歷史機遇。但推進我國算力產業創新發展,既要鼓勵“八仙過海、各顯神通”,又要形成合力、防止一盤散沙,這是我們面臨的真實挑戰。要以樂觀包容的心態,在發展中不斷摸索產業的演進規律,在試錯中不斷探索它的發展之路,只有這樣,才能真正形成適合我們后發國家的創新追趕路徑,推動產業跨越式發展。

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