基础算力的量化测算方法

□ 文 路 博 陈 才 闫昊宇

0 引言

1 算力重要性日益凸显

2018年底召开的中央经济工作会议对基础设施建设进行了新的定义，5G、人工智能、工业互联网等技术被定义为“新型基础设施建设”。随后“加强新一代信息基础设施建设”被列入2019年政府工作报告，2020年1月国务院常务会议和2020年3月中共中央政治局常务委员会会议再次强调新型基础设施的重要性，“新基建”在国家层面的重要性日益凸显。2020年4月，国家发改委明确信息基础设施、融合基础设施、创新基础设施是“新基建”的三大发展方向，为地方政府贯彻落实国家“新基建”发展战略提供了根本遵循和方向指引。信息基础设施中，算力基础设施是一大重要组成部分。突如其来的新冠肺炎疫情加速了整个社会的数字化转型进程，业务上云已成必然趋势，算力将赋能千行百业，为政府、企业“十四五”时期的创新发展描绘宏伟蓝图。

1.1 完善的基础算力体系是算力时代城市发展的有力保障

历史上的城市发展经历了马力时代、蒸汽时代、电力时代的进程，而如今，中国城市已全面进入算力时代。数字产业化、产业数字化成为城市经济新时代转型发展的两大重点方向，数据成为城市发展进程的核心驱动力。借助完善的基础算力体系可以实现对城市海量数据的模型构建、结果分析，记录城市的过去、感知城市的现在、预测城市的未来，为算力时代城市的智慧化发展提供保障。

1.1.1 完善的基础算力体系是数字经济蓬勃发展的基石

计算能力是新时代数字经济发展的新引擎，它已渗透到人类生产生活的诸多领域，成为推动经济数字化转型、促进传统产业升级改造、深化供给侧结构性改革的重要驱动力。算力是数字经济新时代的重要生产力，它将建立海量数据之间的紧密联系，从广泛的数据中发掘潜在的数据价值，赋能社会发展，促进行业转型。建立完善的基础算力体系、打造高效协同平台、探索多元化应用场景是发展数字经济的重点方向，也是未来世界各国抢占算力时代发展先机的重要抓手。

1.1.2 完善的基础算力体系是数字时代的活力源泉

在企业服务方面，新一代信息技术的快速发展有望促使算力资源成本大幅降低，有利于中小微企业使用数字化手段提升企业生产效率、加快企业创新步伐、激发企业创造能力。在政府服务方面，以算力为支撑的“互联网+政务服务”进一步深化普及，个人和企业业务的办事效率极大提升，营造了良好的创业营商环境。

1.2 算力基础设施作为数字经济的重要驱动力和生产力受到广泛重视

一是全球各国加紧布局，美国高度重视超级计算、量子计算、异构计算等新兴计算领域，并制定了《国家战略性计算计划（更新版）：引领未来计算》等一系列战略举措改善计算基础设施，确保美国在算力领域的领先地位；欧盟持续推进“地平线计划”并制定多重举措确保先进计算的重要战略地位。二是我国各地政府加快落实，上海市明确要求“推动超大开放算力平台在浦东新区落户”；济南市委市政府提出打造全球算力产业新高地；廊坊目前已建成润泽国际信息港，正朝着北方算力中心方向不断发展；广西以南宁超大型数据中心为核心打造“一核多点”的中国—东盟国际新基建算力基地。三是业内频繁研讨，2019年12月，王坚院士在《城市大脑与治理能力现代化》的专题报告中提出算力时代；2020年8月，孙凝晖院士指出在信息爆炸的人工智能时代，算力是获得更好、更具价值信息的底座。

1.3 算力基础设施已实现生活应用服务高效赋能

1.3.1 基础算力在疫情期间保障社会平稳运行起到重要作用

高清视频监控、远程视频诊疗、远程手术等场景为医患双方提供了极大的便利条件；智能语音助手、智医助理等产品协助医疗机构进行重点人群筛查、防控和辖区居民宣教工作，极大程度减轻了医务工作者的随访负担；宏观的地区人口流动情况和基于移动终端的微观用户行踪轨迹追踪可以用来勾画关系图谱，确定密切接触者，为政府制定疫情防控措施提供依据；在药物和疫苗研发过程中，超级计算对于新冠肺炎药物筛选和病毒突变预测工作提供了极大帮助，同时也为药物分子设计、疫苗生产提供了强大的算力支撑和防控保障。

1.3.2 算力基础设施能力建设在多领域进一步落地，为人民群众日常生活带来极大的便利

远程办公软件的普及提高了公司的运行效率，有效促进了社会经济的平稳发展；网络教育的发展有利于优质教育资源的合理化分配，让广大学子足不出户也能享受到高质量的课程服务，同时也是对党中央将教育摆在优先发展战略地位的具体落实；云上直播的持续发展有利于传播优质文化，建起“各美其美，美人之美，美美与共，天下大同”的文化发展新格局，坚定中华民族的文化自信；自动驾驶产业的进一步落地加快了新一代信息技术与交通的结合，为公众营造了更加敏捷、高效、绿色、安全的出行环境。

2 我国算力基础设施发展水平亟需提升

2.1 计算规模急剧提升

过去二十年间科技发展日新月异，对算力基础设施提出了全新要求。一方面，数据量快速提升。数字经济的快速推进加快了传统产业数字化转型的步伐，越来越多的企业正在实现服务云端化。而突如其来的新型冠状病毒疫情加速了在线模式创新，2020年游戏+视频类APP流量持续增高，在线教育在政策的支持下大规模普及。根据国际权威机构Statista的预测，全球数据量在未来将迎来新一轮爆发式增长，2035年全球数据总量将达到2142ZB，中国作为世界数据大国将贡献更多的在线数据，与大规模数据相配套的算力基础设施的建设运营也将迎来全新挑战。另一方面，连接规模不断扩展。近年来，在政策支持、技术创新、市场需求的多重驱动下，我国物联网产业发展迅猛，物联网应用在各行各业快速渗透。5G高速率、低时延、广连接的技术特点与海量物联网终端的接入与信息传输需求完美匹配，通信技术的迭代更新提升了信息的传输效率、降低了信息的传输成本，一生万物、万物归一的理念正在逐渐成为现实。在万物互联的时代，流量爆发将驱动数据计算、存储需求呈几何级增长，算力基础设施的建设势在必行，并且会随着5G通信网络的大规模普及而呈现加速态势。

2.2 计算复杂度持续升级

海量的产业数据、泛在的终端连接、丰富的应用场景推动计算模型的复杂度不断加大、数据处理的实时性不断增强，算力基础设施的性能要求日益提升。一方面，计算模型架构不断优化，为了满足复杂场景实际需要，人工智能识别度和准确度需持续提升，算法模型复杂度、训练频次需求大幅增长。与此同时，随着人工智能技术在诸多应用场景下逐渐落地，人工智能需处理语音、图像、3D建模等大量非结构化数据，算力水平亟待提升。另一方面，数据实时性持续推进，在无人驾驶领域，信息处理实时性，对车辆正常行驶至关重要，此外在远程医疗等领域同样对信息高速处理具备较高需求。随着更多行业数字化发展，其实时性要求将急剧增加，提升基础算力能力愈发重要。

3 算力量化测算体系至关重要

3.1 引入“基础算力”实现量化测算

算力测算体系亟需建立。“云、边、端”是承载数字算力的三大环节，其中云侧算力包括超级计算机和计算中心等设备的算力，边侧算力包括MEC、CDN、路由器、智能监控节点、工业物联网边缘服务器等设备的算力，端侧算力包括手机、平板、笔记本电脑、台式电脑、智能音箱、可穿戴设备、智能电视、智能机顶盒、智能车载、无人机、游戏机、矿机、智能摄像头等设备的算力。但当前，业界对边侧范畴的认定尚不统一，此外端侧设备日新月异，导致始终无法形成可量化、可落地、可延续的算力测算体系。

基础算力测算体系探索。端侧算力设备以个人用户为主重点针对消费侧，不具备算力共享、共用的基础设施属性，故可将基础算力定义为存量市场算力基础设施的计算能力总和，即包括超级计算机算力、计算中心算力以及满足场景需要的云服务外延计算环节等。具体公式为，基础算力=存量市场超级计算机算力+存量市场计算中心算力+存量市场边缘计算算力。

3.2 基础算力体系具备可量化、可落地、可延续等特点

在可量化方面，考虑服务器是测算基础算力水平的统一载体，采用存量服务器规模与服务器平均算力相乘求和的方法。服务器规模通过国内出货量测算，服务器平均算力通过服务器配置芯片路数与芯片算力水平估算。具体如下：

1 CP：Computing Power 代表算力

2 SCP：Stock Computing Power代表存量市场总算力

3 TNS：Total Number of Servers代表存量市场服务器总量

4 ACP：Average Computing Power代表服务器平均算力

5 超级计算机、计算中心、边缘计算总和与全部服务器出货量基本相等

6 参考事业单位国有资产管理办法，服务器报废期限为6年

7 SS：Server Shipment代表服务器出货量

在可落地方面，SS年服务器即年服务器出货总量，可直接引用第三方官方统计报告。ACP当年服务器，即当年服务器平均算力，等于当年服务器平均芯片路数＊芯片平均算力，其中当年服务器平均芯片路数可引用第三方官方统计数据并加权得出，芯片平均算力可由当年主流芯片平均算力计算得出。各年度服务器算力相关系数情况见表1。

表1 各年度服务器算力相关系数情况

在可延续方面，人工智能、边缘计算等领域将呈爆发式增长已成业界共识，当前SSAI服务器与SS边缘服务器出货量占比较低，其中SSAI服务器仅为SS年服务器的百分之二，尚未对ACP当年服务器形成影响，但随着AI服务器与边缘服务器出货量的持续提升，其将必然影响服务器平均算力水平，当前基础算力测算体系可持续沿用。此外，随着第三方官方统计数据精细化，AI服务器与边缘服务器等将分别统计，依托现有基础算力体系，可进一步将测算指标细化，新建包括智能算力与边缘算力等细分指标。

4 结束语

基础算力概念的引入，突出了算力基础设施共享共用的特性，解决了原算力指标涉及范围广泛无法量化的挑战，解答了各地落实指标分解的问题，明确了未来AI算力、边缘算力等兴起后的延续策略。基础算力指标的量化，将有助于形成国家层面政策指导，有助于各省市有效推进算力基础设施建设，有助于引导市场主体形成共识加大针对性投入，有助于基础算力产业生态快速壮大。基础算力量化测算具备较强可操作性，可成为我国及各省引导产业发展的重要抓手，打好我国数字化发展基石，助力我国数字经济高质量快速发展。