王恩東院士：做強做優(yōu)做大數字經(jīng)濟需要強健的算力底座

（摘自:人民郵電報）我國數字經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展,對構建現代化經(jīng)濟體系、實(shí)現高質(zhì)量發(fā)展的支撐作用不斷凸顯。為推動(dòng)數字經(jīng)濟發(fā)展,有關(guān)部門(mén)陸續出臺系列舉措,加快構建以算力和網(wǎng)絡(luò )為核心的新型基礎設施體系。今年5月,國家發(fā)改委、工業(yè)和信息化部等四部門(mén)聯(lián)合印發(fā)《全國一體化大數據中心協(xié)同創(chuàng )新體系算力樞紐實(shí)施方案》,明確提出布局全國算力網(wǎng)絡(luò )國家樞紐節點(diǎn),啟動(dòng)實(shí)施“東數西算”工程;7月,工業(yè)和信息化部印發(fā)《新型數據中心發(fā)展三年行動(dòng)計劃(2021-2023年)》,計劃用3年時(shí)間基本形成布局合理、技術(shù)先進(jìn)、綠色低碳、算力規模與數字經(jīng)濟增長(cháng)相適應的新型數據中心發(fā)展格局。

“一系列的政策和舉措具有很強的戰略性、引領(lǐng)性和創(chuàng )新性,再次將算力基礎設施的重要性提升到新的高度?！比涨?《人民郵電》報記者獨家專(zhuān)訪(fǎng)計算機專(zhuān)家、中國工程院院士王恩東,請他就算力基礎設施發(fā)展戰略意義、信息通信企業(yè)如何對接國家規劃、怎樣實(shí)現綠色高效發(fā)展等問(wèn)題進(jìn)行權威解讀。

從四個(gè)方面推動(dòng)算力發(fā)展

王恩東認為,相關(guān)算力企業(yè)需要認真貫徹落實(shí)國家發(fā)展算力樞紐的統籌布局,圍繞國家樞紐節點(diǎn)建設的九項重點(diǎn)任務(wù)要求,在算力技術(shù)創(chuàng )新、算力樞紐平臺建設、算力服務(wù)水平提升、算力產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈構建等方面,積極參與新型基礎設施建設。他對此進(jìn)行了詳細闡述。

首先,在推動(dòng)算力技術(shù)創(chuàng )新層面,堅持需求導向,圍繞重點(diǎn)領(lǐng)域持續創(chuàng )新。同其它基礎設施產(chǎn)業(yè)不同,IT是一個(gè)高度創(chuàng )新的產(chǎn)業(yè),技術(shù)迭代遠快于其他領(lǐng)域,因而,要加大服務(wù)器芯片、算力系統、融合架構、高速互聯(lián)、綠色節能等領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng )新,不斷開(kāi)發(fā)和升級場(chǎng)景化計算力方案。一方面,要滿(mǎn)足大型、超大型數據中心集約高效發(fā)展的需求。另一方面,也要滿(mǎn)足現有數據中心的綠色節能升級改造的需求。推動(dòng)數據中心、智算中心的更新迭代,為活躍的數字經(jīng)濟打造先進(jìn)的算力底座。

其次,在助推算力樞紐平臺建設方面,抓住算力到應用轉變的“牛鼻子”,兼顧算力和算法基礎設施創(chuàng )新。打造以智算中心為代表的領(lǐng)先算力基礎設施,同時(shí)也要在算法基礎設施層面進(jìn)行創(chuàng )新突破。目前,全球在人工智能算法領(lǐng)域的競爭非常激烈,美國2020年6月發(fā)布的GPT-3人工智能框架,總參數達1750億。今年,浪潮也推出了全球最大中文AI巨量模型,參數量達到2457億,訓練數據集規模為5000GB,相比GPT3模型1750億參數量和570GB訓練數據集,參數規模增加了40%,訓練數據集規模增加近10倍,并支持面向AI典型場(chǎng)景,按需定義訓練和推理系統。

第三,在提升算力服務(wù)水平層面,算力調度和運營(yíng)能力兼顧。通過(guò)發(fā)展領(lǐng)先的智算中心調度系統、云數據中心操作系統,加強多云、云邊、云網(wǎng)協(xié)同算力資源調度能力;同時(shí)結合電信、云服務(wù)運營(yíng)商領(lǐng)先的運營(yíng)能力,提升算力的精細化、場(chǎng)景化運營(yíng)能力以及按需服務(wù)水平,打通跨行業(yè)、跨地域、跨層級的算力資源調度能力;此外,還要考慮對多種應用場(chǎng)景的支持,既要提升骨干樞紐節點(diǎn)巨量算力處理能力,也要加強近線(xiàn)、邊緣場(chǎng)景的實(shí)時(shí)計算響應能力。

第四,在推動(dòng)算力產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈構建層面,建設多元生態(tài),打造有全球競爭力的計算產(chǎn)業(yè)鏈。一是把技術(shù)到應用的產(chǎn)業(yè)鏈條理順激活,從體系結構、芯片設計、系統設計、系統軟件、開(kāi)發(fā)環(huán)境等各個(gè)領(lǐng)域形成分工明確又協(xié)同靈活的局面,同時(shí)要“引進(jìn)來(lái),走出去”,讓中國的計算產(chǎn)業(yè)參與全球分工,把全球領(lǐng)先的計算技術(shù)和經(jīng)驗引進(jìn)來(lái),讓先進(jìn)的計算產(chǎn)品走出去,不斷提升中國在全球產(chǎn)業(yè)中的話(huà)語(yǔ)權。二是要加快推動(dòng)開(kāi)放標準建設,通過(guò)統一的、規范的標準,加快計算產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,讓不同產(chǎn)業(yè)環(huán)節的銜接更順暢,讓算力到應用的轉變更快捷。

算力網(wǎng)絡(luò )是計算和網(wǎng)絡(luò )融合的重要錨點(diǎn)

隨著(zhù)算力基礎設施從點(diǎn)狀數據中心到網(wǎng)狀的算力樞紐網(wǎng)絡(luò )逐步演進(jìn),算力網(wǎng)絡(luò )正在成為新型基礎設施的重要組成部分。王恩東認為,算力網(wǎng)絡(luò )作為計算和網(wǎng)絡(luò )融合的一個(gè)重要錨點(diǎn),將新型的算力基礎設施和新型的網(wǎng)絡(luò )基礎設施結合在一起,形成了未來(lái)新型的算力融合基礎設施。對于算力網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展,王恩東提出了三點(diǎn)建議。

首先,算力網(wǎng)絡(luò )的建設布局要與電網(wǎng)、城市基建形成有效協(xié)同?！皯迷谀睦?算網(wǎng)覆蓋到哪里”,既要保證對東部地區近線(xiàn)、高并發(fā)的應用需求提供充沛的算力;同時(shí)發(fā)揮西部地區電力資源充沛、自然溫度較低的優(yōu)勢,將算力網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)、智算中心適當布局。此外“東數”也要考慮西電東輸的壓力,“西算”要考慮“東數西傳”的骨干網(wǎng)絡(luò )承載能力。

其次,算力網(wǎng)絡(luò )在保證技術(shù)先進(jìn)性的同時(shí),也需要適度超前規劃布局,以支撐數字經(jīng)濟的高質(zhì)量發(fā)展。算力網(wǎng)絡(luò )建設屬于新基建的范疇,具有很多不可量化、經(jīng)濟效益之外的潛在社會(huì )效益。

第三,要重視產(chǎn)業(yè)鏈的分工和上下游的協(xié)同。各個(gè)環(huán)節需要專(zhuān)業(yè)分工,更需協(xié)作,滿(mǎn)足集約、綠色、互聯(lián)互通的整體需求。

2021年11月,《中國移動(dòng)算力網(wǎng)絡(luò )白皮書(shū)》發(fā)布,中國移動(dòng)向業(yè)界提出算力網(wǎng)絡(luò )發(fā)展倡議。對此,王恩東認為,中國移動(dòng)提出的算力網(wǎng)絡(luò ),從目標愿景、場(chǎng)景展望、發(fā)展路徑和關(guān)鍵技術(shù)等方面系統闡述了算力網(wǎng)絡(luò )的全新理念,向業(yè)界展示了中國移動(dòng)算網(wǎng)共生發(fā)展的新藍圖,對于支撐國家新型算力樞紐設施建設和“東數西算”工程,助力數字中國、智慧社會(huì )發(fā)展戰略落地具有重要的產(chǎn)業(yè)促進(jìn)和實(shí)踐指導意義。

王恩東表示:“希望中國移動(dòng)能夠發(fā)揮自身的技術(shù)積累、場(chǎng)景覆蓋、運營(yíng)服務(wù)等方面的優(yōu)勢,以算為中心、以網(wǎng)為根基,推動(dòng)‘網(wǎng)、云、數、智、安、邊、端、鏈’等多技術(shù)、全場(chǎng)景能力的融合創(chuàng )新,與業(yè)界領(lǐng)先的伙伴攜手打造數字經(jīng)濟、算力樞紐的核心引擎?！?/p>

關(guān)注算力提升兩大突破點(diǎn)

當算力成為信息社會(huì )的核心生產(chǎn)力,對計算機性能提出了更高要求。在后摩爾定律時(shí)代,如何突破馮諾依曼架構的瓶頸,實(shí)現算力的提升?王恩東認為有兩大突破點(diǎn)。

首先,馮諾依曼架構尚有較大的優(yōu)化空間可挖掘。一方面,半導體工藝進(jìn)步的速度雖然趨緩,但依然在進(jìn)步。7nm、5nm制程技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始普及,下一代工藝也在研發(fā)中,先進(jìn)工藝和先進(jìn)封裝技術(shù)將繼續支撐經(jīng)典計算機的算力持續提升。另一方面,上層軟件對底層晶體管資源的利用尚不充分。計算機性能的提升并不僅僅依賴(lài)于硬件技術(shù)的發(fā)展,也需要從軟硬件一體化的角度來(lái)重新思考。通過(guò)創(chuàng )新軟件技術(shù)來(lái)高效地利用起底層晶體管資源,依然有很大的空間可挖掘。例如,用C語(yǔ)言重寫(xiě)當前基于Python語(yǔ)言實(shí)現的矩陣乘法代碼,性能可以提高50倍,如果再充分挖掘循環(huán)并行化、訪(fǎng)存優(yōu)化、SIMD等體系結構特性,性能甚至可以提高63000倍。

其次,工藝進(jìn)步趨緩催生體系結構創(chuàng )新,體系結構的創(chuàng )新同樣會(huì )提高計算機性能。圖靈獎獲得者 John Hennessy和 David Patterson在《計算機架構的新黃金時(shí)代》中也提到了相關(guān)的觀(guān)點(diǎn),“當摩爾定律不再適用,一種以硬件為中心的針對特定問(wèn)題領(lǐng)域定制設計的計算機體系架構方法DSAs(Domain-Specific Architectures)會(huì )成為主導”。馮諾依曼體系結構面臨的挑戰是存算分離帶來(lái)的通信墻等一系列問(wèn)題,新型計算在機理上是存算一體化的,并且具有超高的并行性。目前谷歌、IBM、微軟、浪潮等都設立相關(guān)的研究團隊,不久可能走出實(shí)驗室實(shí)現真正落地。

王恩東表示,一些新的計算技術(shù),比如量子計算、光計算、生物計算等也在快速發(fā)展,將成為引領(lǐng)信息技術(shù)發(fā)展的革命性力量。

“少耗能、耗新能”是算力基礎設施綠色高效發(fā)展方向

數字經(jīng)濟在我國經(jīng)濟占比中不斷提升,算力基礎設施是數字經(jīng)濟的核心承載,王恩東認為,“少耗能、耗新能”將是未來(lái)算力基礎設施綠色高效發(fā)展的重要方向。

“少耗能,要依靠技術(shù)創(chuàng )新,特別是依靠節能技術(shù)的發(fā)展?！蓖醵鳀|強調。

能耗是創(chuàng )新技術(shù)省出來(lái)的,今天一部智能手機的性能同20年前的一套超算的性能基本相同,但是能耗已截然不同。能耗也是各類(lèi)節能技術(shù)省出來(lái)的,比如高效能供電、液冷等,盡量減少在輸電、散熱等方面的不必要消耗,降低智算中心、數據中心的整體能源消耗。

耗新能源是指讓數據中心、智算中心更多消耗風(fēng)電、太陽(yáng)能等新能源。很大一部分互聯(lián)網(wǎng)負載,尤其是企業(yè)領(lǐng)域的負載,都是在上班時(shí)間,這個(gè)時(shí)段與風(fēng)能和太陽(yáng)能的生產(chǎn)時(shí)段重合度非常高,不需要儲能和峰谷調節,具有先天的優(yōu)勢。這方面,整個(gè)產(chǎn)業(yè)還處于探索中,隨著(zhù)中國風(fēng)電和太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的不斷擴大和產(chǎn)品技術(shù)的不斷成熟,中國數據中心和智算中心直接用上風(fēng)電、太陽(yáng)能并不遙遠。

王恩東介紹,推動(dòng)智算基礎設施綠色節能已在眾多行業(yè)中開(kāi)展探索和實(shí)踐。比如在金融行業(yè),浪潮信息與工商銀行攜手預制化數據中心創(chuàng )新,引入光伏發(fā)電+間接蒸發(fā)冷卻技術(shù),實(shí)現全年超長(cháng)時(shí)間的100%自然冷卻,整體PUE<1.2,運維效率提升40%;在通信領(lǐng)域,浪潮信息助力國內某大型電信運營(yíng)商,實(shí)現近上萬(wàn)計算節點(diǎn)的整機柜服務(wù)器部署,采用機柜級模塊化設計,集中供電、散熱和管理,能耗降低20%,空間利用率高達90%。

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