論算力時代的三定律

李正茂，王桂榮

專題：新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

論算力時代的三定律

李正茂，王桂榮

（中國電信集團(tuán)有限公司，北京 100033）

從日益增長的算力需求角度出發(fā)，指出了建設(shè)泛在多樣、綠色安全、智能敏捷的算力設(shè)施是企業(yè)、區(qū)域乃至國家的必然選擇。以算力為核心的數(shù)字信息基礎(chǔ)設(shè)施直接影響著數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度和社會智能的發(fā)展高度。在政策和需求的雙重驅(qū)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(chǎn)力，推動數(shù)字經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展，推動社會、生活、科研發(fā)生前所未有的巨變。

算力時代；數(shù)字信息基礎(chǔ)設(shè)施；數(shù)字經(jīng)濟(jì)；算力三定律；云網(wǎng)融合

0 引言

近年來，網(wǎng)絡(luò)游戲、自媒體、短視頻等應(yīng)用的崛起，加快了數(shù)據(jù)流量的增長，而5G時代的到來，使得互聯(lián)網(wǎng)從過去人與人的連接進(jìn)化為萬物互聯(lián)，不僅連接的數(shù)量多，單節(jié)點產(chǎn)生的數(shù)據(jù)也多，全社會的數(shù)據(jù)規(guī)模迎來新一輪爆發(fā)性增長，算力的需求和價值將極大提升。據(jù)統(tǒng)計，1992年全人類每天只產(chǎn)生100 GB數(shù)據(jù)，時至今日全球70億人，平均每人每天產(chǎn)生的數(shù)據(jù)高達(dá)1.5 GB，僅一輛自動駕駛汽車，一天能產(chǎn)生64 TB數(shù)據(jù)[1]。

在數(shù)據(jù)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(jìn)行科技角逐的戰(zhàn)略焦點。2020年美國發(fā)布《引領(lǐng)未來先進(jìn)計算生態(tài)系統(tǒng)戰(zhàn)略計劃》，希望構(gòu)建一個面向未來的先進(jìn)計算生態(tài)系統(tǒng)；2021年3月歐洲聯(lián)盟提出《2030年數(shù)字指南針》，計劃通過部署1萬個邊緣計算節(jié)點，為企業(yè)提供云計算、大數(shù)據(jù)和人工智能服務(wù)；2019年日本啟動新一代國產(chǎn)超級計算機(jī)計劃，投入大量資源提升超級計算機(jī)的整體實力。

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

學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)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(yīng)用水平和基礎(chǔ)設(shè)施支持4個維度，國際數(shù)據(jù)公司（International Data Corporation，IDC）提出了計算力評估模型，并得出“新興技術(shù)應(yīng)用是推動算力發(fā)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(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合算力發(fā)展特點和重點影響因素，建立了算力發(fā)展指數(shù)[3]；很多知名院士、頂尖學(xué)者對算力的概念和發(fā)展關(guān)鍵點提出了一系列非常有見地的思考。在標(biāo)準(zhǔn)化層面，國際電信聯(lián)盟（International Telecommunications Union，ITU）通過Y.2501算力網(wǎng)絡(luò)框架與架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，鼓勵算力網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展[4]。在我國，中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會（China Communications Standards Association，CCSA）同步啟動了算力網(wǎng)絡(luò)系列的標(biāo)準(zhǔn)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(guān)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(fā)展特點的基礎(chǔ)上提出了算力三大定律，即時代定律、增長定律、經(jīng)濟(jì)定律，揭示了算力時代背景算力的運行規(guī)則，對算力產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展趨勢進(jìn)行了預(yù)測，并闡述了算力和經(jīng)濟(jì)的內(nèi)在聯(lián)系。

1 算力的特點

在政府、產(chǎn)業(yè)、學(xué)術(shù)三方形成合作之勢推進(jìn)算力布局建設(shè)的過程中，數(shù)字化轉(zhuǎn)型的需求被逐步挖掘和釋放。算力無論在應(yīng)用的廣度還是深度都大大提高，未來，算力的發(fā)展將呈現(xiàn)以下3個顯著的特點。

●算力多樣性態(tài)勢日益凸顯。當(dāng)前，高性能計算機(jī)在海洋學(xué)、核能研究、氣象預(yù)測、藥物研發(fā)等領(lǐng)域都有著巨大應(yīng)用潛力，逐漸成為算力設(shè)施的重要組成部分。同時，元數(shù)據(jù)、感知數(shù)據(jù)、訓(xùn)練數(shù)據(jù)等多樣化數(shù)據(jù)類型成為智能社會的重要組成部分。算力從傳統(tǒng)的CPU，邁入以圖像處理單元（graphics processing unit，GPU）、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理單元（neural network processing unit，NPU）、深度學(xué)習(xí)處理單元（deep learning processing unit，DPU）、張量處理單元（tensor processing unit，TPU）等為主導(dǎo)的智能異構(gòu)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(tǒng)。

●算力布局呈現(xiàn)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(fā)展，尤其以邊緣計算、端計算為代表的算力形態(tài)的出現(xiàn)，與規(guī)?；懔π纬苫パa之勢，構(gòu)建新型的算力基礎(chǔ)設(shè)施。同時，為順應(yīng)降本增效的生產(chǎn)需求，全社會算力資源集約化發(fā)展正在成為主流，算力網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以將不同歸屬、不同地域、不同架構(gòu)的算力整合，打破“數(shù)據(jù)孤島”，形成有機(jī)運轉(zhuǎn)的算力生態(tài)體系。

●“智能敏捷、綠色安全”將作為算力發(fā)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(fā)展方向。當(dāng)今數(shù)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(yè)互聯(lián)網(wǎng)等上層應(yīng)用的要求，同時也是對底層軟/硬件基礎(chǔ)設(shè)施的要求，智能敏捷將是智能社會算力設(shè)施的必備屬性；當(dāng)下，數(shù)字經(jīng)濟(jì)和綠色安全相伴相生，人們在實踐綠色低碳目標(biāo)時，也要兼顧諸如數(shù)據(jù)安全、網(wǎng)絡(luò)安全、信息安全等。

可以預(yù)見，在算力多樣化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、綠色化、安全化等發(fā)展趨勢下，算力基礎(chǔ)設(shè)施將進(jìn)一步演變成為高速泛在、天地一體、云網(wǎng)融合、智能敏捷、綠色低碳、安全可控的智能化綜合性數(shù)字信息基礎(chǔ)設(shè)施。

2 算力三定律

算力作為數(shù)字時代核心資源的作用越來越突出，以算力為核心的數(shù)字信息基礎(chǔ)設(shè)施直接影響著數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度和社會智能的發(fā)展高度。加快算力建設(shè)成為當(dāng)前我國實現(xiàn)自立自強(qiáng)的內(nèi)在要求。在當(dāng)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(chǎn)力

馬克思在《資本論》第一卷中說過：“各種經(jīng)濟(jì)時代的區(qū)別，不在于生產(chǎn)什么，而在于怎樣生產(chǎn)，用什么勞動資料生產(chǎn)?！睆墓胖两瘢祟惿a(chǎn)力的發(fā)展經(jīng)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(chǎn)活動，生產(chǎn)力的提升主要依靠擴(kuò)大勞動人口規(guī)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(chǎn)力整體處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)，社會發(fā)展前進(jìn)的速度相對緩慢。進(jìn)入畜力時代，人們開始通過馴化動物獲取更豐富的生產(chǎn)力。畜力時代的生產(chǎn)資料如土地、原料等，與人力時代相比沒有發(fā)生本質(zhì)變革，所以勞動工具的變化并沒有在生產(chǎn)力方面引發(fā)質(zhì)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(zhuǎn)化為動力驅(qū)動機(jī)器，以機(jī)器代替人力實現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)，生產(chǎn)力得到重大突破。在算力時代，即20世紀(jì)下半葉開始的信息社會，生產(chǎn)力主要體現(xiàn)為對數(shù)據(jù)等新生產(chǎn)資料的高效處理能力。電子計算機(jī)的出現(xiàn)為全球自動化、信息化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展提供了基礎(chǔ)條件，加速了人類對新生產(chǎn)資料的挖掘能力，拓展了人類認(rèn)識和探索未知領(lǐng)域的能力。

算力時代的生產(chǎn)資料從以石油、鋼鐵為核心逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐詳?shù)據(jù)為核心，并演變到分子、原子等微觀領(lǐng)域。當(dāng)下，算力不再是電子計算機(jī)時代信息技術(shù)領(lǐng)域的專有服務(wù)，而是滲透到各行各業(yè)生產(chǎn)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(yè)降低運營成本，而且能提供智能決策支持。算力真正實現(xiàn)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(jìn)步的變革性力量。可以用全民算力擁有量和人均算力觀察國家的繁榮程度、先進(jìn)程度。正如美國學(xué)者尼古拉·尼葛洛龐帝在《數(shù)字化生存》一書中所言“計算，不再只是與計算機(jī)有關(guān)，它還決定了我們的生存”[6]?？傊懔褪巧a(chǎn)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(guī)模部署與人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、VR/AR等關(guān)鍵信息技術(shù)的發(fā)展，未來社會將逐步走向智能化，持續(xù)帶動全球數(shù)據(jù)總量攀升與聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量的爆發(fā)式增長。據(jù)IDC預(yù)測[7]，全球數(shù)據(jù)量在2024年將達(dá)到142.6 ZB，到2025年全球聯(lián)網(wǎng)設(shè)備總量將達(dá)到559億。在數(shù)據(jù)量井噴的趨勢下，世界各國產(chǎn)業(yè)端正以云和AI為戰(zhàn)略重點，持續(xù)加大對算力領(lǐng)域包括超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心、邊緣計算節(jié)點等的建設(shè)布局。結(jié)合算力需求增長趨勢與算力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)情況，國內(nèi)外各家機(jī)構(gòu)對未來算力布局規(guī)模做出了預(yù)測研判。

據(jù)信通院估計，未來5年全球算力規(guī)模速度將超過50%，到2025年各類算力整體規(guī)模將達(dá)到3 300 EFLOPS（每秒百億億次浮點計算），其中智能算力增速將遠(yuǎn)超總算力，在算力增長中發(fā)揮核心拉動作用[3]。華為公司預(yù)測到2030年，全球通用算力將增長10倍，達(dá)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(rèn)為2018—2035年為算力發(fā)展的早期階段，主要國家或地區(qū)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(fā)展階段，主要國家人均算力增長至29 000 GFLOPS；2045年后進(jìn)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(guī)模商用將會進(jìn)一步加速算力發(fā)展[9]。賽迪研究院對國內(nèi)算力發(fā)展情況進(jìn)行了分析，預(yù)測到2025年，我國通用算力將達(dá)到300 EFLOPS，AI算力將超過1 800 EFLOPS[10]。

算力的增長，包括數(shù)據(jù)中心建設(shè)規(guī)模的增加、處理器性能的提升，還有網(wǎng)絡(luò)傳輸方面的技術(shù)進(jìn)步，以及軟/硬件方面協(xié)同能力的提升。筆者基于未來數(shù)字產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)型、算力云?邊?端協(xié)同發(fā)展、AI技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用等發(fā)展趨勢，結(jié)合全球各國算力發(fā)展水平、全球算力規(guī)模分布情況以及相關(guān)機(jī)構(gòu)對算力發(fā)展的預(yù)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(jīng)濟(jì)定律）：算力每投入1元，帶動3～4元GDP經(jīng)濟(jì)增長

算力的滲透為各行各業(yè)帶來了顯著的成效和經(jīng)濟(jì)價值，日益成為推動數(shù)字經(jīng)濟(jì)、國民經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵動力。有研究表明，算力指數(shù)平均每提高1個點，數(shù)字經(jīng)濟(jì)和GDP將分別增長3.3‰和1.8‰；算力指數(shù)越高，算力的提升對經(jīng)濟(jì)增長推動的倍增效應(yīng)就越突出[2]。另外，全球各國算力規(guī)模與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)關(guān)系，算力規(guī)模越大，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平越高。

研究表明，算力對產(chǎn)業(yè)能級的帶動作用日益增強(qiáng)。例如某智能制造企業(yè)在生產(chǎn)系統(tǒng)中自建20臺服務(wù)器，為100臺智能機(jī)器人提供模型訓(xùn)練服務(wù)，通過5G專網(wǎng)和云邊算力協(xié)同改造后，不僅提高了生產(chǎn)效率，還為企業(yè)節(jié)約了大量資產(chǎn)購置和設(shè)備運營的費用。不僅如此，算力也在其他領(lǐng)域助力生產(chǎn)效率的提升。例如，在生物醫(yī)藥領(lǐng)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(fā)鑒定周期從5 000天縮短到100天；在天氣預(yù)報領(lǐng)域，算力的發(fā)展把天氣預(yù)報準(zhǔn)確率從過去的21.8%提高到現(xiàn)在的90%以上；在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，把整個生產(chǎn)流程在數(shù)字世界中重建，通過仿真模擬進(jìn)行優(yōu)化使得生產(chǎn)效率提高30%[11]。算力已成為當(dāng)下提升數(shù)字經(jīng)濟(jì)活力和推動企業(yè)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵指標(biāo)。

3 算力產(chǎn)業(yè)化

當(dāng)前，產(chǎn)學(xué)研各界都在積極推動算力的布局。國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)組織和產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟都在推進(jìn)算網(wǎng)融合技術(shù)研究和標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，并取得了豐厚的成果；云服務(wù)商結(jié)合已有計算資源優(yōu)勢，基于分布式云策略，將云計算服務(wù)逐步向網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)進(jìn)行分布式部署；國內(nèi)三大電信運營商和設(shè)備廠商也在積極推進(jìn)算力網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用落地，建設(shè)算力生態(tài)圈，其中中國電信以算力網(wǎng)絡(luò)作為重要技術(shù)方向，加快推動云網(wǎng)融合的縱深發(fā)展。

作為建設(shè)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國和數(shù)字中國、維護(hù)網(wǎng)信安全的國家隊主力軍，中國電信早在2016年提出云網(wǎng)融合的發(fā)展方向，推動企業(yè)從連接提供商向云服務(wù)商轉(zhuǎn)型。2019年，中國電信率先提出“算力網(wǎng)絡(luò)”概念，完成了第一個國際電信聯(lián)盟的算力網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，并積極付諸實踐，基于無處不在的網(wǎng)絡(luò)連接，將多級算力資源進(jìn)行整合，實現(xiàn)云、邊、網(wǎng)高效協(xié)同，提高算力資源利用效率，實現(xiàn)用戶體驗的一致性、服務(wù)的靈活性。當(dāng)前，中國電信正積極推進(jìn)國家云建設(shè)，按照國家一體化大數(shù)據(jù)中心樞紐節(jié)點的建設(shè)要求，進(jìn)一步完善“2+4+31+X+O”的云和大數(shù)據(jù)中心布局，建設(shè)梯次分布、云邊協(xié)同、多種技術(shù)融合、綠色集約的新型信息基礎(chǔ)設(shè)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(qū)建成大規(guī)模公有云；在31省（首府）省會（區(qū)市）和重點城市建設(shè)屬地化專屬云；在節(jié)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(jìn)新一代云網(wǎng)運營系統(tǒng)建設(shè)，橫向拉通云、網(wǎng)、邊、端，縱向貫通資源到客戶，提供智能敏捷的綜合信息服務(wù)。

在國家密集布局、產(chǎn)業(yè)鏈逐步成熟、ICT不斷應(yīng)用等因素的聯(lián)合推動下，云和網(wǎng)從獨立發(fā)展走向深度融合，為信息基礎(chǔ)設(shè)施的技術(shù)架構(gòu)、業(yè)務(wù)形態(tài)和運營模式帶來了深刻變革，以“云網(wǎng)融合”為代表的“連接”+“算力”融合將成為未來信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的新領(lǐng)域和新錨點。

4 結(jié)束語

本文提出了算力三定律，即時代定律、增長定律、經(jīng)濟(jì)定律，算力三定律揭示了算力時代背景下算力的運行規(guī)則，對算力產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展趨勢進(jìn)行了預(yù)測，并闡述了算力和經(jīng)濟(jì)的內(nèi)在聯(lián)系。在時代定律中，本文指出算力不僅可以提高企業(yè)生產(chǎn)的效率，而且還能提供智能決策支持，真正實現(xiàn)對人力和腦力的替代；在增長定律中，本文從人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、VR/AR等熱門應(yīng)用對算力的正向推動作用出發(fā)，結(jié)合主流機(jī)構(gòu)對算力發(fā)展水平的預(yù)測，提出了算力每12個月增長的預(yù)測；在經(jīng)濟(jì)定律中，通過生物醫(yī)藥、天氣預(yù)測、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的實踐，量化探討算力對企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益貢獻(xiàn)。強(qiáng)大的算力是數(shù)字經(jīng)濟(jì)的核心，越來越多的數(shù)據(jù)處理任務(wù)對算力提出更高的要求，產(chǎn)業(yè)各方正在不同的賽道推進(jìn)算力規(guī)?；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(wù)資源。

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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(tuán)有限公司董事、總經(jīng)理，歷任中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司副總經(jīng)理、中國移動通信集團(tuán)有限公司副總經(jīng)理等職務(wù)。2017年12月榮膺IEEE杰出行業(yè)領(lǐng)袖獎，2021年6月入選“全球IPv6互聯(lián)網(wǎng)名人堂”，在業(yè)界率先提出“算力時代”的論斷。

王桂榮（1976? ），男，中國電信集團(tuán)有限公司科技創(chuàng)新部總經(jīng)理、高級工程師，中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會理事，中國電信科學(xué)技術(shù)委員會副主任，長期從事網(wǎng)絡(luò)運營系統(tǒng)與業(yè)務(wù)系統(tǒng)研發(fā)工作。