本文转自【中国网事杂志】；
王恩东
中国工程院院士
高性能服务器与存储技术国家重点实验室主任
当前，人类已经进入数字化、智能化时代，全球经济与数字技术深度融合。信息技术已经成为重组全球要素资源、重塑全球经济格局、改变全球竞争格局的关键力量。新冠肺炎疫情使人们的生产生活从线下转向线上，进一步加快了人类社会转型和数字经济发展的进程。预计到2025年，数字经济将占全球GDP的41.4%。计算作为新的生产力，正在加速数字经济与实体经济的深度融合，不断催生新产业、新业态、新模式，成为发展现代经济的新动能。发展计算产业，建设计算基础设施，对于我国在新一轮国际竞争中抢占先机，抢占未来发展制高点具有重要意义。
发展数字经济，首先要发展计算能力。
联合国贸易和发展会议发布的《2021年数字经济报告》指出，美国和中国在全球数字经济竞争中脱颖而出，全球超过50%的超大规模数据中心位于美国和中国；过去五年，全球AI初创企业融资总额的94%发生在美国和中国；全球最大的数字平台公司——苹果、微软、亚马逊、谷歌、脸书、腾讯和阿里巴巴等。也在美国和中国。
中国数字经济取得了巨大成就，但也存在一些问题，如数字产业附加值低、数字经济对传统经济的渗透率低等。，数字经济发展质量有待提高。根据经济合作与发展组织的统计，中国虽然是世界上最大的电子产品生产国和出口国，但工业增加值明显低于美国、德国、日本和韩国。2020年，中国第二产业和第三产业的数字经济渗透率分别为21.0%和40.7%，整体落后于美国和德国。因此，数字经济作为中国经济的有机组成部分，面临着提质增效、提高全要素生产效率的挑战。数据要素是数字经济发展的核心引擎，其对提高生产效率的乘数效应不断凸显。挖掘数据元素的价值，提高全要素生产效率，需要高水平的计算能力供给和强大的计算产业。因此，我们应该仔细审视计算能力和计算产业在数字经济中的重要地位——计算能力是核心生产力，计算产业是数字经济发展的基础产业。
计算是核心生产力。
力从根本上改造和提升了生产力三要素，成为新的生产力。生产力是人类利用劳动资料改造自然、创造价值的能力。计算作为数字经济时代的关键生产力要素，已经成为挖掘数据要素价值、推动数字经济发展的核心支撑力和驱动力。计算的力量让“劳动者”从传统的人变成了“人+人工智能”，“劳动者”可以超越生物极限，呈现指数级增长。例如，随着无人驾驶技术的不断成熟，“司机”可以低成本大量复制，工作时间更长，并大大降低疲劳驾驶、超速、恶劣天气等原因导致的交通事故的概率。人工客服领域，传统人工客服一天能打200多个电话，在线智能客服一天能打10000多个电话。生产工具也从传统机械升级为计算能力驱动的智能设备，劳动效率也成倍提高。基于AI技术的拣药机器人，可以在10分钟内完成2小时的人工工作量，可以做到24小时不间断。国际机器人联合会发布的《世界机器人2021年工业机器人报告》显示，中国工厂运行的工业机器人数量已经达到创纪录的94.3万台，而且这一数字还在高速增长。作为数据计算能力的处理对象，成为新的劳动对象和生产资料，并不断进化，催生新的业务，形成从“生成-使用-新数据生成-再利用”的完整闭环。比如互联网电商平台拥有庞大的商品数据库后，可以将交易流程拓展到线下，方便用户在实时场景下找到所见即所得的感兴趣的商品。同时，用户的口味、关注点、位置等行为信息也被生成并保存，这些数据会被再次使用，形成用户画像，从而优化和提高产品推荐的准确性。力是生产力的重要形式，就像电在电气时代，前所未有地解放了生产力。
计算已经成为衡量社会经济发展水平的重要指标。计算作为核心生产力，从宏观到微观层面都对经济发展产生巨大影响。作为计算能力发展水平的关键指标，服务器出货量与各个国家或地区的GDP呈现出明显的正线性相关关系。
从国家层面来看，全球经济总量最大、表现出强大经济活力的中国和美国，也是全球服务器出货量最大的两个国家，数字经济显著高于其他国家。国内各省的情况和全国差不多。北京、上海、广东、浙江的每千亿GDP服务器出货量远大于其他省区市，这四个地区的数字经济相对更加活跃。国际数据公司IDC编制的《2021-2022年全球计算力指数评估报告》显示，计算力指数平均提升1点，将分别拉动国家数字经济和GDP增长3.5‰和1.8‰。
从企业来看，2009年全球市值最高的十大企业基本集中在能源、电信、零售、金融等传统行业，如埃克森美孚、中石油、沃尔玛、中国移动、中国工商银行等。过去两年，全球市值最高的公司集中在互联网和人工智能领域，如苹果、微软、谷歌、亚马逊、特斯拉、脸书、腾讯、阿里巴巴等这些企业对计算能力的投入更多，而正是海量的计算能力为这些公司创造了巨大的价值。
从时间维度来看，不同时期全球经济体先进生产力的投资水平也代表了其经济发展水平。在以人畜为代表的生物能源消费农业时代，中国作为人口大国，一直是世界第一大经济体。在以化石能源为典型消费的蒸汽时代，英国拥有世界上最高的煤炭消费水平，在世界上率先建立了现代工业体系。随着石油对煤炭的替代，以及电力的发明和广泛应用，内燃机和电力成为电力时代新的生产力。美国拥有全球最大的石油和电力消费，成功取代英国成为世界上最强大的国家。进入以计算能力为先进生产力的智能时代，美国作为全球服务器出货量最大、计算能力指数最高的国家，依然保持着全球第一大经济体的地位。虽然中国在发电量上远超美国，但计算能力的消耗却相差甚远，中美在经济发展水平上还有一定差距。
无人物流、家用机器人、虚拟主机、虚拟会议、脑机接口等。将不断提升第三产业的应用水平；数字双城、数字双厂、数字双园等。让数字经济走向世界；蛋白质的结构预测，新材料的发现等。体现计算能力在科研领域的强大创新力...计算能力带来的一场革命将极大地改变人类的生产生活方式，计算能力已经成为智能时代社会经济发展的核心生产力。
计算工业发展的“时间”和“潜力”
“求运河如此清澈，因为有源头活水。”如果说计算能力是运河里的清水，那么计算产业就是活水之源。计算产业作为具有重要战略意义的支柱产业，发展要审时度势，与时俱进，顺势而动。目前，传统计算架构的性能提升受到技术极限的限制，遇到了发展的瓶颈。架构迎来了一个难得的创新机遇期，计算行业在那个时候有了新的突破。同时，我国计算产业经过几十年的积累和发展，在应用和制造方面形成了良好的产业基础和巨大的市场需求，国家政策引导产业自立自强。这些优势是全方位、多角度推动中国计算产业转型发展的大势所趋。“时”与“势”相辅相成，为构建中国计算产业发展新格局创造了机遇。
从目前半导体的发展趋势来看，通用处理器的性能增长率在逐渐降低。一方面，摩尔定律变慢。2018年，基于摩尔定律的处理器预测性能与其实际性能相差15倍；另一方面，丹纳德标度定律即将终结。从2007年开始急剧放缓，2012年左右接近失败。每平方纳米的功耗开始快速上升，导致芯片为了保证散热而损失一些性能。因此，虽然处理器中的晶体管数量仍在增加，但半导体技术已经接近极限。近年来，处理器性能的年增长率仅为3%，而从20世纪80年代中期到21世纪初，处理器性能的年增长率为52%。因此，面对日益增长的计算能力需求，特定领域架构成为满足计算能力增长的首选。
与通用处理器相比，特定领域架构可以更有效地加速某些应用程序的计算。一是面向特定应用领域，可以根据应用特点设计简单的并行模式，从而减少控制逻辑和指令开销。通用处理器中高达60%~80%的能耗来自于指令获取和解析的控制行为。其次，在特定领域架构中，数据在空和时间之间的本地访问特征是明显的，可预测的。特定领域架构可以根据应用数据的特点明确计算数据的存储位置和调度策略，从而更有效地利用内存层次结构，降低内存访问延迟和数据处理功耗。第三，特定领域架构可以根据应用需求采用低精度数据。比如在人工智能推理任务中，32位浮点数完全可以用4位、8位或16位整数代替，可以提高计算并行性，减少芯片使用面积。第四，特定领域架构可以结合特定领域语言和特殊编程模型，从软件层面进一步提高软硬件协同性能。第五，特定领域架构的RD成本和技术壁垒更低，不仅可以避免昂贵的通用架构授权，采用成本更低的成熟半导体技术，而且更容易构建应用生态，加速产业应用，为中国突破高端芯片、完成产业链、实现产业升级提供了难得的机遇。
中国拥有全球增长最快的数码产品市场，服务器、存储、网络等领域的市场需求位居全球前两位。巨大的市场容量为各种创新架构提供了广阔的实验和实践环境。经过几十年的努力，我国在计算系统关键技术和产业链布局方面有了一定的基础。国产处理器芯片自主生态加速发展，部分产品进入量产应用。国内现场可编程门阵列与世界领先水平的差距也在迅速缩小。操作系统和基础软件迎来新一轮繁荣，国产操作系统水平不断提升，国产操作系统与国际主流操作系统的技术差距逐步缩小。
此外，近年来量子计算、光计算、DNA计算等革命性新计算的研究发展迅速，这也是中国打破国外垄断、实现技术领先的良好机遇。以量子计算为例，中国科学家仅用了一年多的时间，就赶上并超过了谷歌2019年发布的“悬铃木”量子芯片。
近年来，国家出台了一系列支持计算产业发展的政策措施，加快建设全国范围内计算能力、算法、数据、应用资源协同的一体化大数据中心体系。建设京津冀、长三角、粤港澳大湾区等区域国家枢纽节点，加快实施“东算西算”工程，提升数据中心跨网络、跨区域数据交互能力，加强计算能力统筹和智能调度；推动智能计算中心有序发展，构建集智能计算能力、通用算法和开发平台为一体的新型智能基础设施，推动云网协同和计算网络融合发展。
构建计算产业发展新格局
应抓住全球计算技术格局变化的有利时机，从核心技术、产业生态、计算基础设施建设等方面进行顶层设计和战略规划，实现计算产业发展方式的转变和计算电源水平的提升。要实现这一战略目标，需要政府和企业合作，把“看得见的手”和“看不见的手”结合起来。
首先，要进一步加大技术创新投入，布局实施重大科技项目，夯实关键核心技术基础。充分发挥我国社会主义制度、新举国体制和超大规模市场的优势，构建自主信息技术体系，实现计算产业自主可控，牢牢把握发展主动权。在具体实施过程中，要实施以企业为主体的国家创新战略，尊重企业在市场中的主体地位，在RD、应用等各个环节为企业提供系统支持，形成技术创新和应用创新的良性循环。
其次，要构建开放融合的产业生态。目前国内计算行业比较分散，不利于自主技术创新和行业自主发展。应整合重组产业链，推动建立相应的标准和产业链分工，建立开放融合的国内计算产业生态。同时应该看到，发展独立计算产业需要融入全球体系，参与全球竞争与合作，真正形成以国内流通为主体，国际国内双流通相互促进的计算产业大格局。
最后，要大力发展计算基础设施。中国的计算能力总量与美国有一定差距，人均计算能力差距较大。要进一步加大对计算能力基础设施的投入，遵循公共基础设施发展的三大原则:开放标准、普遍覆盖、集约高效，提高我国计算能力供给的整体水平。同时，计算基础设施的建设需要考虑未来趋势，进行科学的长远规划，在技术上适度超前。在云数据中心、超算中心、大数据中心、智能计算中心等不同数据中心，适度推进前沿智能计算中心的发展，加快人工智能计算和算法服务的普及，尽快将人工智能与传统经济相结合，促进生产力升级。
来源:中国网信2022年第4期
