基礎(chǔ)算力的量化測算方法

□ 文 路 博 陳 才 閆昊宇

0 引言

1 算力重要性日益凸顯

2018年底召開的中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議對基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)行了新的定義，5G、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)被定義為“新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)”。隨后“加強(qiáng)新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)”被列入2019年政府工作報(bào)告，2020年1月國務(wù)院常務(wù)會(huì)議和2020年3月中共中央政治局常務(wù)委員會(huì)會(huì)議再次強(qiáng)調(diào)新型基礎(chǔ)設(shè)施的重要性，“新基建”在國家層面的重要性日益凸顯。2020年4月，國家發(fā)改委明確信息基礎(chǔ)設(shè)施、融合基礎(chǔ)設(shè)施、創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施是“新基建”的三大發(fā)展方向，為地方政府貫徹落實(shí)國家“新基建”發(fā)展戰(zhàn)略提供了根本遵循和方向指引。信息基礎(chǔ)設(shè)施中，算力基礎(chǔ)設(shè)施是一大重要組成部分。突如其來的新冠肺炎疫情加速了整個(gè)社會(huì)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)程，業(yè)務(wù)上云已成必然趨勢，算力將賦能千行百業(yè)，為政府、企業(yè)“十四五”時(shí)期的創(chuàng)新發(fā)展描繪宏偉藍(lán)圖。

1.1 完善的基礎(chǔ)算力體系是算力時(shí)代城市發(fā)展的有力保障

歷史上的城市發(fā)展經(jīng)歷了馬力時(shí)代、蒸汽時(shí)代、電力時(shí)代的進(jìn)程，而如今，中國城市已全面進(jìn)入算力時(shí)代。數(shù)字產(chǎn)業(yè)化、產(chǎn)業(yè)數(shù)字化成為城市經(jīng)濟(jì)新時(shí)代轉(zhuǎn)型發(fā)展的兩大重點(diǎn)方向，數(shù)據(jù)成為城市發(fā)展進(jìn)程的核心驅(qū)動(dòng)力。借助完善的基礎(chǔ)算力體系可以實(shí)現(xiàn)對城市海量數(shù)據(jù)的模型構(gòu)建、結(jié)果分析，記錄城市的過去、感知城市的現(xiàn)在、預(yù)測城市的未來，為算力時(shí)代城市的智慧化發(fā)展提供保障。

1.1.1 完善的基礎(chǔ)算力體系是數(shù)字經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展的基石

計(jì)算能力是新時(shí)代數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新引擎，它已滲透到人類生產(chǎn)生活的諸多領(lǐng)域，成為推動(dòng)經(jīng)濟(jì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級改造、深化供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的重要驅(qū)動(dòng)力。算力是數(shù)字經(jīng)濟(jì)新時(shí)代的重要生產(chǎn)力，它將建立海量數(shù)據(jù)之間的緊密聯(lián)系，從廣泛的數(shù)據(jù)中發(fā)掘潛在的數(shù)據(jù)價(jià)值，賦能社會(huì)發(fā)展，促進(jìn)行業(yè)轉(zhuǎn)型。建立完善的基礎(chǔ)算力體系、打造高效協(xié)同平臺(tái)、探索多元化應(yīng)用場景是發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)的重點(diǎn)方向，也是未來世界各國搶占算力時(shí)代發(fā)展先機(jī)的重要抓手。

1.1.2 完善的基礎(chǔ)算力體系是數(shù)字時(shí)代的活力源泉

在企業(yè)服務(wù)方面，新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展有望促使算力資源成本大幅降低，有利于中小微企業(yè)使用數(shù)字化手段提升企業(yè)生產(chǎn)效率、加快企業(yè)創(chuàng)新步伐、激發(fā)企業(yè)創(chuàng)造能力。在政府服務(wù)方面，以算力為支撐的“互聯(lián)網(wǎng)+政務(wù)服務(wù)”進(jìn)一步深化普及，個(gè)人和企業(yè)業(yè)務(wù)的辦事效率極大提升，營造了良好的創(chuàng)業(yè)營商環(huán)境。

1.2 算力基礎(chǔ)設(shè)施作為數(shù)字經(jīng)濟(jì)的重要驅(qū)動(dòng)力和生產(chǎn)力受到廣泛重視

一是全球各國加緊布局，美國高度重視超級計(jì)算、量子計(jì)算、異構(gòu)計(jì)算等新興計(jì)算領(lǐng)域，并制定了《國家戰(zhàn)略性計(jì)算計(jì)劃（更新版）：引領(lǐng)未來計(jì)算》等一系列戰(zhàn)略舉措改善計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施，確保美國在算力領(lǐng)域的領(lǐng)先地位；歐盟持續(xù)推進(jìn)“地平線計(jì)劃”并制定多重舉措確保先進(jìn)計(jì)算的重要戰(zhàn)略地位。二是我國各地政府加快落實(shí)，上海市明確要求“推動(dòng)超大開放算力平臺(tái)在浦東新區(qū)落戶”；濟(jì)南市委市政府提出打造全球算力產(chǎn)業(yè)新高地；廊坊目前已建成潤澤國際信息港，正朝著北方算力中心方向不斷發(fā)展；廣西以南寧超大型數(shù)據(jù)中心為核心打造“一核多點(diǎn)”的中國—東盟國際新基建算力基地。三是業(yè)內(nèi)頻繁研討，2019年12月，王堅(jiān)院士在《城市大腦與治理能力現(xiàn)代化》的專題報(bào)告中提出算力時(shí)代；2020年8月，孫凝暉院士指出在信息爆炸的人工智能時(shí)代，算力是獲得更好、更具價(jià)值信息的底座。

1.3 算力基礎(chǔ)設(shè)施已實(shí)現(xiàn)生活應(yīng)用服務(wù)高效賦能

1.3.1 基礎(chǔ)算力在疫情期間保障社會(huì)平穩(wěn)運(yùn)行起到重要作用

高清視頻監(jiān)控、遠(yuǎn)程視頻診療、遠(yuǎn)程手術(shù)等場景為醫(yī)患雙方提供了極大的便利條件；智能語音助手、智醫(yī)助理等產(chǎn)品協(xié)助醫(yī)療機(jī)構(gòu)進(jìn)行重點(diǎn)人群篩查、防控和轄區(qū)居民宣教工作，極大程度減輕了醫(yī)務(wù)工作者的隨訪負(fù)擔(dān)；宏觀的地區(qū)人口流動(dòng)情況和基于移動(dòng)終端的微觀用戶行蹤軌跡追蹤可以用來勾畫關(guān)系圖譜，確定密切接觸者，為政府制定疫情防控措施提供依據(jù)；在藥物和疫苗研發(fā)過程中，超級計(jì)算對于新冠肺炎藥物篩選和病毒突變預(yù)測工作提供了極大幫助，同時(shí)也為藥物分子設(shè)計(jì)、疫苗生產(chǎn)提供了強(qiáng)大的算力支撐和防控保障。

1.3.2 算力基礎(chǔ)設(shè)施能力建設(shè)在多領(lǐng)域進(jìn)一步落地，為人民群眾日常生活帶來極大的便利

遠(yuǎn)程辦公軟件的普及提高了公司的運(yùn)行效率，有效促進(jìn)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的平穩(wěn)發(fā)展；網(wǎng)絡(luò)教育的發(fā)展有利于優(yōu)質(zhì)教育資源的合理化分配，讓廣大學(xué)子足不出戶也能享受到高質(zhì)量的課程服務(wù)，同時(shí)也是對黨中央將教育擺在優(yōu)先發(fā)展戰(zhàn)略地位的具體落實(shí)；云上直播的持續(xù)發(fā)展有利于傳播優(yōu)質(zhì)文化，建起“各美其美，美人之美，美美與共，天下大同”的文化發(fā)展新格局，堅(jiān)定中華民族的文化自信；自動(dòng)駕駛產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步落地加快了新一代信息技術(shù)與交通的結(jié)合，為公眾營造了更加敏捷、高效、綠色、安全的出行環(huán)境。

2 我國算力基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展水平亟需提升

2.1 計(jì)算規(guī)模急劇提升

過去二十年間科技發(fā)展日新月異，對算力基礎(chǔ)設(shè)施提出了全新要求。一方面，數(shù)據(jù)量快速提升。數(shù)字經(jīng)濟(jì)的快速推進(jìn)加快了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的步伐，越來越多的企業(yè)正在實(shí)現(xiàn)服務(wù)云端化。而突如其來的新型冠狀病毒疫情加速了在線模式創(chuàng)新，2020年游戲+視頻類APP流量持續(xù)增高，在線教育在政策的支持下大規(guī)模普及。根據(jù)國際權(quán)威機(jī)構(gòu)Statista的預(yù)測，全球數(shù)據(jù)量在未來將迎來新一輪爆發(fā)式增長，2035年全球數(shù)據(jù)總量將達(dá)到2142ZB，中國作為世界數(shù)據(jù)大國將貢獻(xiàn)更多的在線數(shù)據(jù)，與大規(guī)模數(shù)據(jù)相配套的算力基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)運(yùn)營也將迎來全新挑戰(zhàn)。另一方面，連接規(guī)模不斷擴(kuò)展。近年來，在政策支持、技術(shù)創(chuàng)新、市場需求的多重驅(qū)動(dòng)下，我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用在各行各業(yè)快速滲透。5G高速率、低時(shí)延、廣連接的技術(shù)特點(diǎn)與海量物聯(lián)網(wǎng)終端的接入與信息傳輸需求完美匹配，通信技術(shù)的迭代更新提升了信息的傳輸效率、降低了信息的傳輸成本，一生萬物、萬物歸一的理念正在逐漸成為現(xiàn)實(shí)。在萬物互聯(lián)的時(shí)代，流量爆發(fā)將驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)計(jì)算、存儲(chǔ)需求呈幾何級增長，算力基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)勢在必行，并且會(huì)隨著5G通信網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模普及而呈現(xiàn)加速態(tài)勢。

2.2 計(jì)算復(fù)雜度持續(xù)升級

海量的產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)、泛在的終端連接、豐富的應(yīng)用場景推動(dòng)計(jì)算模型的復(fù)雜度不斷加大、數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性不斷增強(qiáng)，算力基礎(chǔ)設(shè)施的性能要求日益提升。一方面，計(jì)算模型架構(gòu)不斷優(yōu)化，為了滿足復(fù)雜場景實(shí)際需要，人工智能識(shí)別度和準(zhǔn)確度需持續(xù)提升，算法模型復(fù)雜度、訓(xùn)練頻次需求大幅增長。與此同時(shí)，隨著人工智能技術(shù)在諸多應(yīng)用場景下逐漸落地，人工智能需處理語音、圖像、3D建模等大量非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，算力水平亟待提升。另一方面，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性持續(xù)推進(jìn)，在無人駕駛領(lǐng)域，信息處理實(shí)時(shí)性，對車輛正常行駛至關(guān)重要，此外在遠(yuǎn)程醫(yī)療等領(lǐng)域同樣對信息高速處理具備較高需求。隨著更多行業(yè)數(shù)字化發(fā)展，其實(shí)時(shí)性要求將急劇增加，提升基礎(chǔ)算力能力愈發(fā)重要。

3 算力量化測算體系至關(guān)重要

3.1 引入“基礎(chǔ)算力”實(shí)現(xiàn)量化測算

算力測算體系亟需建立。“云、邊、端”是承載數(shù)字算力的三大環(huán)節(jié)，其中云側(cè)算力包括超級計(jì)算機(jī)和計(jì)算中心等設(shè)備的算力，邊側(cè)算力包括MEC、CDN、路由器、智能監(jiān)控節(jié)點(diǎn)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)邊緣服務(wù)器等設(shè)備的算力，端側(cè)算力包括手機(jī)、平板、筆記本電腦、臺(tái)式電腦、智能音箱、可穿戴設(shè)備、智能電視、智能機(jī)頂盒、智能車載、無人機(jī)、游戲機(jī)、礦機(jī)、智能攝像頭等設(shè)備的算力。但當(dāng)前，業(yè)界對邊側(cè)范疇的認(rèn)定尚不統(tǒng)一，此外端側(cè)設(shè)備日新月異，導(dǎo)致始終無法形成可量化、可落地、可延續(xù)的算力測算體系。

基礎(chǔ)算力測算體系探索。端側(cè)算力設(shè)備以個(gè)人用戶為主重點(diǎn)針對消費(fèi)側(cè)，不具備算力共享、共用的基礎(chǔ)設(shè)施屬性，故可將基礎(chǔ)算力定義為存量市場算力基礎(chǔ)設(shè)施的計(jì)算能力總和，即包括超級計(jì)算機(jī)算力、計(jì)算中心算力以及滿足場景需要的云服務(wù)外延計(jì)算環(huán)節(jié)等。具體公式為，基礎(chǔ)算力=存量市場超級計(jì)算機(jī)算力+存量市場計(jì)算中心算力+存量市場邊緣計(jì)算算力。

3.2 基礎(chǔ)算力體系具備可量化、可落地、可延續(xù)等特點(diǎn)

在可量化方面，考慮服務(wù)器是測算基礎(chǔ)算力水平的統(tǒng)一載體，采用存量服務(wù)器規(guī)模與服務(wù)器平均算力相乘求和的方法。服務(wù)器規(guī)模通過國內(nèi)出貨量測算，服務(wù)器平均算力通過服務(wù)器配置芯片路數(shù)與芯片算力水平估算。具體如下：

1 CP：Computing Power 代表算力

2 SCP：Stock Computing Power代表存量市場總算力

3 TNS：Total Number of Servers代表存量市場服務(wù)器總量

4 ACP：Average Computing Power代表服務(wù)器平均算力

5 超級計(jì)算機(jī)、計(jì)算中心、邊緣計(jì)算總和與全部服務(wù)器出貨量基本相等

6 參考事業(yè)單位國有資產(chǎn)管理辦法，服務(wù)器報(bào)廢期限為6年

7 SS：Server Shipment代表服務(wù)器出貨量

在可落地方面，SS年服務(wù)器即年服務(wù)器出貨總量，可直接引用第三方官方統(tǒng)計(jì)報(bào)告。ACP當(dāng)年服務(wù)器，即當(dāng)年服務(wù)器平均算力，等于當(dāng)年服務(wù)器平均芯片路數(shù)＊芯片平均算力，其中當(dāng)年服務(wù)器平均芯片路數(shù)可引用第三方官方統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)并加權(quán)得出，芯片平均算力可由當(dāng)年主流芯片平均算力計(jì)算得出。各年度服務(wù)器算力相關(guān)系數(shù)情況見表1。

表1 各年度服務(wù)器算力相關(guān)系數(shù)情況

在可延續(xù)方面，人工智能、邊緣計(jì)算等領(lǐng)域?qū)⒊时l(fā)式增長已成業(yè)界共識(shí)，當(dāng)前SSAI服務(wù)器與SS邊緣服務(wù)器出貨量占比較低，其中SSAI服務(wù)器僅為SS年服務(wù)器的百分之二，尚未對ACP當(dāng)年服務(wù)器形成影響，但隨著AI服務(wù)器與邊緣服務(wù)器出貨量的持續(xù)提升，其將必然影響服務(wù)器平均算力水平，當(dāng)前基礎(chǔ)算力測算體系可持續(xù)沿用。此外，隨著第三方官方統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)精細(xì)化，AI服務(wù)器與邊緣服務(wù)器等將分別統(tǒng)計(jì)，依托現(xiàn)有基礎(chǔ)算力體系，可進(jìn)一步將測算指標(biāo)細(xì)化，新建包括智能算力與邊緣算力等細(xì)分指標(biāo)。

4 結(jié)束語

基礎(chǔ)算力概念的引入，突出了算力基礎(chǔ)設(shè)施共享共用的特性，解決了原算力指標(biāo)涉及范圍廣泛無法量化的挑戰(zhàn)，解答了各地落實(shí)指標(biāo)分解的問題，明確了未來AI算力、邊緣算力等興起后的延續(xù)策略?；A(chǔ)算力指標(biāo)的量化，將有助于形成國家層面政策指導(dǎo)，有助于各省市有效推進(jìn)算力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，有助于引導(dǎo)市場主體形成共識(shí)加大針對性投入，有助于基礎(chǔ)算力產(chǎn)業(yè)生態(tài)快速壯大。基礎(chǔ)算力量化測算具備較強(qiáng)可操作性，可成為我國及各省引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要抓手，打好我國數(shù)字化發(fā)展基石，助力我國數(shù)字經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量快速發(fā)展。