智算中心“火了”，但為什么火了起來？

撰文 | 李里里

編輯 | 李信馬

題圖 | IC Photo

“算力”相關(guān)產(chǎn)業(yè)近期持續(xù)火爆，智算中心的建設(shè)，也正在遍地開花。

據(jù)《全球計(jì)算力指數(shù)評(píng)估報(bào)告》顯示，全球算力排名美國和中國分列前兩位，同處于領(lǐng)跑者的位置，而在代表先進(jìn)產(chǎn)業(yè)的 AI 算力上，中國以 AI 服務(wù)器指出規(guī)模同比增長 44.% 的增幅超過美國，位列全球第一。

據(jù)中國信息通信研究院測(cè)算，截至2021年底，中國算力核心產(chǎn)業(yè)規(guī)模超過1.5萬億元，關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)規(guī)模超過8萬億元。其中，云計(jì)算市場(chǎng)規(guī)模超過3000億元，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（服務(wù)器）市場(chǎng)規(guī)模超過1500億元，AI 核心產(chǎn)業(yè)規(guī)模超過4000億元。

智算中心，簡單來說就是專門服務(wù)于人工智能的數(shù)據(jù)計(jì)算中心，能夠?yàn)?a href="http://m.ygpos.cn/%E4%BA%BA%E5%B7%A5%E6%99%BA%E8%83%BD_1.html" target="_blank" class="keylink">人工智能計(jì)算提供所需的專用算力。隨著智能推薦、自動(dòng)駕駛、智能制造等領(lǐng)域發(fā)展迅速，超大規(guī)模人工智能（AI）模型對(duì)算力的需求不斷提高，智算中心的建設(shè)也紛紛被提上日程。

7月30日，在中國首屆算力大會(huì)上，工業(yè)和信息化部副部長張?jiān)泼鞅硎荆骸八懔σ呀?jīng)成為繼熱力、電力之后新的關(guān)鍵生產(chǎn)力。”據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，從2021年1月1日到2022年2月15日，全國共有至少26個(gè)城市在推動(dòng)或剛剛完成當(dāng)?shù)刂撬阒行牡慕ㄔO(shè)，其中投入使用的有8個(gè)，包括南京、合肥等地的智算中心。除了這些投入使用的，全國至少還有18個(gè)城市簽約、開工、招標(biāo)、計(jì)劃建設(shè)智算中心項(xiàng)目，包括深圳、長沙的項(xiàng)目都已經(jīng)開工建設(shè)。

8月30日，阿里云宣布正式啟動(dòng)張北超級(jí)智算中心，其建設(shè)規(guī)模為12?EFLOPS（每秒1200億億次浮點(diǎn)運(yùn)算）AI算力，可以為AI大模型訓(xùn)練、自動(dòng)駕駛、空間地理等人工智能探索應(yīng)用提供強(qiáng)大的智能算力服務(wù)。智算中心用來滿足AI計(jì)算需求，張北超級(jí)智算中心投入使用后，其算力規(guī)模超過了谷歌的9?EFLOPS和特斯拉的1.8?EFLOPS，成為全球最大的智算中心。

阿里云同步宣布了將啟動(dòng)另一座位于烏蘭察布的智算中心，建設(shè)規(guī)模為3 EFLOPS（每秒300億億次浮點(diǎn)運(yùn)算）AI算力。2020年，中國工程院院士、浪潮集團(tuán)執(zhí)行總裁王恩東就曾提出，智算中心正在成為經(jīng)濟(jì)社會(huì)運(yùn)行的重要基礎(chǔ)設(shè)施，而如今，這一預(yù)測(cè)已然成為現(xiàn)實(shí)。

為什么要發(fā)展智算中心？

在8月30日的發(fā)布會(huì)上，阿里云智能全球銷售總裁蔡英華談到了近年來的兩個(gè)觀察：第一，是數(shù)字化轉(zhuǎn)型帶來了大量的數(shù)據(jù)，有機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)2025年中國的數(shù)據(jù)量將達(dá)到48.6ZB，這驅(qū)動(dòng)著我國算力基礎(chǔ)設(shè)施升級(jí)；第二，除了算力供給的總量在提升，算力供給的結(jié)構(gòu)也在發(fā)生變化，十三五期間，我國算力總規(guī)模增長近5倍，其中通用算力增長接近3倍，但智能算力的增長接近百倍，智能算力在融合算力中的占比達(dá)到了40%，未來可能會(huì)更多。

據(jù)中國信通院數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年至2021年，我國數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī)模從22.6萬億元增至45.5萬億元，增長1.01倍，總量穩(wěn)居世界第二，占GDP的比重39.8%。2021年全年，我國數(shù)據(jù)產(chǎn)量達(dá)到6.6ZB（1ZB約等于1萬億GB），占全球數(shù)據(jù)總產(chǎn)量（67ZB）的9.9%，僅次于美國而位列全球第二；且近三年來，數(shù)據(jù)產(chǎn)量保持每年30%左右的增速。

根據(jù)IDC、清華大學(xué)和浪潮信息聯(lián)合發(fā)布的《2021-2022全球計(jì)算力指數(shù)評(píng)估報(bào)告》，國家的算力指數(shù)每提高1個(gè)百分點(diǎn)，數(shù)字經(jīng)濟(jì)和GDP將分別增長3.3‰和1.8‰。國家工業(yè)信息安全發(fā)展研究中心此前發(fā)布的《新一代人工智能算力基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展研究報(bào)告》認(rèn)為，現(xiàn)階段人工智能已經(jīng)成為世界各國競爭角逐的焦點(diǎn)。智算中心作為人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要底層基礎(chǔ)設(shè)施形態(tài)，每單位功耗所能產(chǎn)生的計(jì)算的能力、智能的能力，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的算力中心，也因此被推向發(fā)展新高地。

目前我國的智算中心基本采用了高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，算力高的像張北超級(jí)智算中心，少的也有100P，比如哈爾濱和鄭州的智算中心（1P相當(dāng)于每秒運(yùn)算能力為一千萬億次，100P大約相當(dāng)于5萬臺(tái)高性能電腦的算力）。

“我們看到AI，或者說以數(shù)據(jù)為核心的AI場(chǎng)景智能化應(yīng)用的使用趨勢(shì)在增加?！卑⒗镌浦悄芨笨偛?、行業(yè)解決方案銷售部總經(jīng)理霍嘉表示，智算中心的價(jià)值，本質(zhì)上來自于人工智能豐富的應(yīng)用場(chǎng)景。智能計(jì)算和通用計(jì)算的區(qū)別，在于通用計(jì)算主要面向傳統(tǒng)的計(jì)算處理任務(wù)，或者離線大數(shù)據(jù)的計(jì)算，而智能計(jì)算可以滿足許多領(lǐng)域?qū)θ斯ぶ悄堋C(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)的新需求，比如科研、 自動(dòng)駕駛、生物制藥、智能制造、數(shù)字孿生、空間治理等一系列的場(chǎng)景，“可能很多時(shí)候大家沒有意識(shí)到在使用智能化的服務(wù)，其實(shí)打開高德導(dǎo)航的時(shí)候，背后全部是數(shù)據(jù)智能化應(yīng)用，比如隨時(shí)提醒你改變一條道路。”

相比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，智算中心能滿足更具針對(duì)性的需求，以及更大的計(jì)算體量和更快的計(jì)算速度。從硬件上來看，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心多采用通用計(jì)算的CPU，而智算中心中更多的是GPU等進(jìn)行人工智能訓(xùn)練的芯片；軟件上，智算中心會(huì)部署不同的人工智能框架，用于分配計(jì)算任務(wù)提高效率，并且提供了人工智能應(yīng)用開發(fā)工具。

比如張北超級(jí)智算中心由飛天智算平臺(tái)支撐建設(shè)，據(jù)阿里云表示，其算力效率的核心指標(biāo)“千卡并行計(jì)算效率”由傳統(tǒng)架構(gòu)的40%提升至90%，算力資源利用率提高到3倍以上，AI訓(xùn)練效率提升了11倍，推理效率提升了6倍。蔡英華表示，智算不僅在于規(guī)模大，沒有體系化的核心技術(shù)能力，堆硬件是堆不出算力的，更無法帶來實(shí)際的產(chǎn)業(yè)價(jià)值。

在阿里巴巴內(nèi)部，飛天智算平臺(tái)支撐了達(dá)摩院前沿AI和電商智能技術(shù)的發(fā)展，并服務(wù)了小鵬汽車、深勢(shì)科技、上汽集團(tuán)、中國氣象局、南方電網(wǎng)等機(jī)構(gòu)和企業(yè)。其中，達(dá)摩院大模型M6僅使用512張GPU，在10天內(nèi)就完成了10萬億參數(shù)模型訓(xùn)練，阿里巴巴拍立淘訓(xùn)練速度提升了200倍，10億張圖片全量訓(xùn)練時(shí)間從2.5個(gè)月縮短到8小時(shí)；小鵬汽車在烏蘭察布建設(shè)智算中心“扶搖”，算力規(guī)模達(dá)600PFLOPS，是國內(nèi)最大的自動(dòng)駕駛智算中心，將自動(dòng)駕駛模型訓(xùn)練提速近170倍；深勢(shì)科技將集群性能優(yōu)化提升超過100%，讓分子動(dòng)力學(xué)仿真模擬訓(xùn)練效率提升了5倍。

今年8月初，浪潮信息總裁彭震曾表示：“根據(jù)全球服務(wù)器出貨量估算，從2020年到2025年全球算力規(guī)模將提高30倍，用于深度學(xué)習(xí)的人工智能算力規(guī)模每隔三四個(gè)月就翻一番。數(shù)字化、智慧化時(shí)代對(duì)于算力的需求幾乎是無窮盡的?！?/p>

這也意味著，智算中心的紛紛落地還在前期階段，未來仍有增長空間。

要高效，也要綠色

不過，智算中心的建設(shè)并沒有那么容易。

智能計(jì)算不同于通用型計(jì)算，需要海量數(shù)據(jù)對(duì)AI模式進(jìn)行訓(xùn)練，算力被損耗在數(shù)據(jù)遷移、同步等環(huán)節(jié)，千卡以上規(guī)模的算力輸出最低往往僅有40%左右。傳統(tǒng)智算中心達(dá)到一定規(guī)模之后，增加算力資源反而會(huì)降低算力輸出的能力。這導(dǎo)致了智能算力成本高昂，制約了產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

在張北和烏蘭察布的兩座超級(jí)智算中心，阿里云通過體系化的核心技術(shù)自研，改變了智能計(jì)算的損耗難題。據(jù)了解，基于阿里云磐久基礎(chǔ)設(shè)施的融合算力和大數(shù)據(jù)AI一體化平臺(tái)整體解決方案，可以實(shí)現(xiàn)“一云多芯”，以最高10倍IO優(yōu)化和5倍通信性能優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)90%的千卡并行計(jì)算效率。其中在通信技術(shù)上，阿里云自研了Solar-RDMA網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)端對(duì)端最低2微秒延遲，并配合了自研的無阻塞通信技術(shù)。此外在AI開發(fā)層，大數(shù)據(jù)+AI一體化平臺(tái)在模型訓(xùn)練環(huán)節(jié)，提供分布式訓(xùn)練框架，可以將訓(xùn)練效率提升了11倍以上。一站式的通用推理優(yōu)化工具可將推理效率提升6倍以上。

計(jì)算效率之外，另一個(gè)重要的問題是能耗，由于在數(shù)字化的過程中，算力會(huì)使用巨量的電力，如何在雙碳背景下降低能耗，近期被反復(fù)提及。在9月13日的《零碳制造論壇》上，國家信息中心信息化和產(chǎn)業(yè)發(fā)展部主任單志廣表示：“其實(shí)，數(shù)字技術(shù)本身并不是完全綠色化的，現(xiàn)在ICT的碳排放占比為2.3%左右，雖然碳排放總量不高，但增速非常快，據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)表明，其速度超過60%，到2040年總量會(huì)達(dá)到14%，超過現(xiàn)在排第三的建筑業(yè)。此外，2021年我國數(shù)據(jù)中心的整個(gè)用電量也達(dá)到了2160多億度，比2020年增加了44%，整個(gè)數(shù)據(jù)中心占了整個(gè)數(shù)字產(chǎn)業(yè)30%多的碳排放。所以降碳的需求也是非常大的?！?/p>

據(jù)工信部發(fā)布的《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃（2021-2023年）》等政策，算力設(shè)施的建設(shè)方針和能耗管理逐漸趨于嚴(yán)格，如2023年新建大型及以上數(shù)據(jù)中心電能利用率（PUE）將被要求降到1.3以下。

阿里云大計(jì)算產(chǎn)品研發(fā)負(fù)責(zé)人曹政也對(duì)此表示：“在建設(shè)智數(shù)中心時(shí)，首先從IDC角度，你要有非常綠色的能耗，能降低成本，保證綠色發(fā)展。”據(jù)了解，通過自然風(fēng)冷、液冷等綠色技術(shù)的應(yīng)用，阿里云讓智算中心的能耗持續(xù)降低，PUE最低可達(dá)1.09。

“我們?cè)谝豪漕I(lǐng)域應(yīng)該已經(jīng)有了六七年的研發(fā)，現(xiàn)在液冷我們與其他家不太一樣的是，可以根據(jù)不同類型的服務(wù)器架構(gòu)做自適應(yīng)，現(xiàn)在我們單芯片功耗越來越高了，AI的加速芯片密度和熱量達(dá)到一定程度沒法擴(kuò)展，這種情況下，不上液冷是不可能持續(xù)的，這是很現(xiàn)實(shí)的技術(shù)的要求?！?曹政表示。

智算中心在張北和烏蘭察布的落地，也與兩地得天獨(dú)厚的氣候與地質(zhì)離不開關(guān)系。不過，阿里云智能副總裁、行業(yè)解決方案銷售部總經(jīng)理霍嘉透露：“我們今天的數(shù)據(jù)中心建設(shè)，不是只在北方，在上海也已經(jīng)啟動(dòng)了華東智算中心的建設(shè)，隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，會(huì)有更多的智算中心，不單在中國，可能是在全球的很多地方都會(huì)有。其實(shí)現(xiàn)在也有一些客戶在跟我們溝通一些海外，幫他們做智算中心的一些事情。

當(dāng)前發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)是國家戰(zhàn)略，政策支持力度不斷加大，“東數(shù)西算”全面鋪開，云計(jì)算、數(shù)據(jù)中心等基建投資不斷加碼。據(jù)IDC預(yù)測(cè)，2025年中國AI算力市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到701.8億元，占整體服務(wù)器市場(chǎng)近三成。彭震曾表示，智算中心的建設(shè)會(huì)圍繞開放標(biāo)準(zhǔn)、集約高效、普適普惠三個(gè)原則，未來發(fā)展主要有三個(gè)趨勢(shì)：更加開放多元的架構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)體系；通過算力、算法的基建化和一體化，讓服務(wù)更加的高效；建立智算生態(tài)，讓智算中心更好用。

工信部副部長張?jiān)泼饕脖硎?，下一步工信部將要加速推進(jìn)高端芯片、核心算法等算力關(guān)鍵核心技術(shù)的研發(fā)突破，攻克關(guān)鍵技術(shù)，支持企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)開展聯(lián)合攻關(guān)，增強(qiáng)算力產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈自主可控能力，并在綠色低碳發(fā)展等方面發(fā)力。

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