全球算力进入新一轮发展期

文/中国信息通信研究院

算力是数字经济时代新生产力，已成为推动数字经济发展的核心力量、支撑数字经济发展的坚实基础，对推动科技进步、促进行业数字化转型以及支撑经济社会发展发挥重要的作用。根据《中国算力发展指数白皮书（2021年）》测算，算力每投入1元，将带动3～4元的经济产出。

万物智能时代对计算的需求呈百千倍递增态势，科学研究、人工智能、数字孪生以及元宇宙等新兴领域的快速崛起，推动全球算力规模的快速增长，驱动算力技术与产品的多元创新，带动产业格局的重构重塑，算力成为全球数字经济发展新引擎和各国战略竞争新焦点。

华为全球产业展望预测，2030年人类将迎来“1亿亿亿字节”数据时代

算力规模稳定增长

全球算力规模保持高速稳定增长态势。在以万物感知、万物互联、万物智能为特征的数字经济时代背景下，全球数据总量和算力规模继续呈现高速增长态势。根据国家数据资源调查报告数据，2021年全球数据总产量67ZB(Zettabyte, 十万亿亿字节)，近三年平均增速超过26%。中国信息通信研究院测算，2021年全球计算设备算力总规模达到615Eflops（每秒一百京次浮点运算)，增速达到44%，其中基础算力规模为369EFlops，智能算力规模为232EFlops，超算算力规模为14EFlops。结合华为全球产业展望预测，2030年人类将迎来YB（YottaByte，1亿亿亿字节）数据时代，全球算力规模达到56Zflops（每秒十万京浮点运算），平均年增速达到65%，其中基础算力达到3.3ZFlops，平均年增速达27%；智能算力达到52.5ZFlops，平均年增速超过80%；超算算力达到0.2ZFlops，平均年增速超过34%。

需求多元化加速算力多样化升级。多样化的智能场景需要多元化的算力，人工智能、科学研究以及元宇宙等新兴领域快速崛起都对算力提出更高要求。以元宇宙为例，英特尔预估元宇宙需要将计算能力提升一千倍，英伟达认为沉浸式体验下的实时渲染算力还差百万倍。基础算力方面，云计算已基本恢复到疫情前增长水平，根据IDC数据，2021年全球云计算IaaS市场规模增长至913.5亿美元，同比上涨35.64%，IaaS+PaaS市场累计达1596亿美元，同比增长37.08%。云计算在未来将成为主流的通用计算模式，既为大数据、人工智能、5G等新技术提供基础支撑，也为产业数字化转型与智能化升级提供动力源泉。智能算力方面，当前海量复杂数据处理需求与单一算力供给之间存在矛盾，全球急剧扩增的数据中80%以上都是非结构化数据（文本、图片、语音、视频等），随着摩尔定律和登纳德缩放定律放缓，以CPU为代表的芯片年性能提升不超过15%，难以满足处理视频、图片等非结构化数据的需求，亟须多样化的智能算力。超算算力方面，十年千倍定律依然在持续，美国橡树岭国家实验室（ORNL）的新型超级计算机Frontier以Linpack基准测试1.102EFlops的性能，超越日本的Fugaku，成为全球首个公开确认的百亿亿次超级计算机，全球超级计算机正式进入E级计算时代。

算力赋能持续深化

算力对数字经济和GDP的发展有显著的带动作用：一方面加速电子信息制造业、软件和信息技术服务业、互联网行业、通信行业等信息技术产业创新发展；另一方面助推制造、交通、零售等传统产业数字化转型升级，带来产业产值增长、生产效率提升、商业模式创新、用户体验优化等延伸性效益。

算力驱动数字产业化发展进程。当前，算力作为数字经济核心产业的重要底座支撑，带动上下游产业链发展作用日渐凸显，在集成电路、服务器、云计算等领域尤为明显。集成电路方面，2021年全球计算与存储相关集成电路销售额约为2000亿美元，较上一年增长20%以上。服务器方面，2021年数据中心基础设施投资额持续上涨，全球服务器市场出货量和销售额分别为1353.9万台和992.2亿美元，同比增长6.9%和6.4%。云计算方面，在算力赋能行业数字化转型的带动下，云原生技术持续落地，带动技术架构、应用效能、云化效益的全方位提升，2021年全球云计算市场规模达4086亿美元，同比增长29%，保持高速增长和快速创新态势。

算力成为产业数字化稳增长的关键引擎。算力的持续投入为产业的数字化转型提供了原始动力，为实现生产效率提升、服务能力优化、商业模式创新建立了坚实基础。其中，制造业数字化转型是对算力依赖程度较高、生产效率提升较为显著的领域，以云计算、边缘计算、智能计算为代表的算力投入有利于打造高度协同的智能制造生态体系。国际制造业巨头西门子在2021年成功打造首个完全基于数字企业概念的工厂，在规划、分析、模拟、测试、验证等流程中运用数字孪生技术，在强大算力的加持下，实现补料速度提高50%，空间效率提高40%，批量生产灵活性提高30%，生产力提高20%。

全球各国算力规模与经济发展水平呈现正相关。当前，随着算力底座的不断夯实，算力对数字经济发展和千行百业数字化转型的支撑作用愈加凸显，已成为衡量一个地区经济社会发展程度的重要指标。其中，算力对数字经济和GDP的发展有显著的带动作用，2021年全球算力规模增长44%，数字经济规模和名义GDP分别增长15.6%和13%。全球各国算力规模与经济发展水平密切相关，经济发展水平越高，算力规模越大。2021年算力规模前20的国家中有17个是全球排名前 20 的经济体。与 2020 年相比，英国、荷兰、意大利、澳大利亚、新加坡等国算力排名有所提升。

算力竞争不断加剧

全球主要国家和地区深化算力发展路径。算力成为各国抢占发展主导权的重要手段，全球主要国家和地区纷纷加快战略布局进程。美国高度重视算力新兴技术发展，通过更新技术清单引领技术创新方向，持续巩固美国在算力技术领域的全球领导地位。2022年2月美国白宫发布新版《关键和新兴技术清单》，涵盖先进计算等14个关键技术和5个新兴技术领域，其中先进计算包括超级计算、边缘计算、云计算、数据存储、计算架构、数据处理和分析六大子领域。日本从国家层面制定量子和人工智能技术发展战略。在量子技术方面，通过设立8个“量子技术创新基地”、成立“量子技术新产业创造 协议会”（Q-STAR），推进量子技术研发及产业化建设，并在《量子未来社会愿景》中提出在2022年建成首台日本国产量子计算机、到2030年量子技术使用者达到1000万人的目标；在人工智能技术方面，日本发布《AI战略2022》，围绕人才、产业竞争力、技术体系、国际合作、应对紧迫危机五大战略目标，加快人工智能技术产业发展。欧盟不断加大算力基础设施建设和关键技术研发的投入力度。2021年9月欧盟计划为数据基础设施、5G、量子计算等领域投资1770亿美元；2022年2月欧盟发布投资金额超过430亿欧元的《欧洲芯片法案》，提出聚焦新一代处理器、人工智能和边缘计算等芯片技术，发展鳍式场效应晶体管（FinFET）、全环绕栅极晶体管（GAA）、全耗尽型绝缘体上硅（FDSOI）等半导体工艺技术，强化欧盟各国在高端芯片设计和半导体生产工艺方面的竞争优势，将欧盟芯片产能从目前占全球的10%提升到2030年的20%。

全球算力竞争愈加白热化。算力水平方面，美国、中国、欧洲、日本在全球算力规模中的份额分别为34%、33%、14%和5%，其中全球基础算力竞争以美国和中国为第一梯队，且中美差距不断缩小，美国在全球基础算力排名第一，其份额达37%，中国以26%份额排名第二；智能算力方面，中国、美国处于领先，算力全球占比分别为45%和28%；美国、日本、中国在超级计算综合性能指标方面优势明显，总算力份额分别为48%、22%、18%，中国在绝对数量方面处于领先。全球化方面，在当前复杂严峻的国际环境下，世界各国加快本土算力产业建设，重塑全球产业链供应链竞争格局，给算力技术创新及产业生态带来新挑战。欧美日等发达国家发布相关政策进一步保护本土产业链供应链安全，以维持在计算芯片设计、关键原材料、半导体制造设备等方面技术优势，巩固和提高企业全球竞争力。全球各国都应从本国国情、发展阶段和资源禀赋出发，综合借鉴国际上其他国家有益的经验，摸索出自身算力发展的可行路径，同时积极推进国际合作。