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AI发展大潮下，算力站在聚光灯下，特别是为超大算力提供核心支撑的高性能计算、先进计算，成为创新、落地的新赛道。2023年，国产先进计算在计算架构创新、以及通用算力和专用算力相结合的方向，探索出了稳步落地的方向，特别是在城市、工业这些主流的应用场景。
日前，工业和信息化部办公厅公布了2023年先进计算典型应用案例名单，确定了34项先进计算典型应用案例。其中，有19家单位入选城市大脑领域，15家单位入选工业大脑领域。通知提到，各地可以结合地区实际，在技术创新、应用落地、政府服务等方面对入选案例加大支持力度，推动优秀成果规模化应用。
这则通知，一方面给先进计算落地带来方向指引，另一方面也给入选单位带来利好，有助于进一步形成复制效应，扩大落地地区和应用范围。
图源：工业和信息化部官网
为什么要发展先进计算？
当前，我国算力规模全球第二，计算技术在城市治理、能源便利、轨道交通、工业制造等领域得到广泛应用。不过，随着传统计算技术在提高性能和能效、应对复杂性和未来的不确定性等方面遇到了“天花板”，需加强研发高性能智能计算、先进计算的新架构、新技术和新的应用方向。
先进计算作为在计算方式、位置、算法或机理等方面产生的新兴技术及产业的统称，指代一切从计算理论、计算架构、计算系统等层面有效提升现有算力规模、降低算力成本、提高算力利用效率的创新性技术，包括算力、算法、算据、算网等要素。
在当前算力产业的国际竞争态势下，我国先进计算正处于破除短板、蓄力爆发的阶段。目前，先进计算技术主要关注两个重点方向:对于单个计算节点性能的提升，以量子芯片、类脑芯片为代表的非冯诺依曼架构芯片的硬件变革;对于算力系统的高效利用，芯片层面与数据中心层面的多元异构计算，将伴随云边端一体化趋势，构建全新的计算体系。
创新趋势下，先进计算的价值将会进一步凸显。由中国电子信息产业发展研究院、赛迪智库电子信息产业研究所发布的《先进计算产业发展白皮书(2022年)》预计，“十四五”期间，中国先进计算产业年均增速接近10%，到2025年，直接产业规模有望超3.5万亿元，间接产业规模将超10万亿元。
今年8月，工业和信息化部、财政部联合印发《电子信息制造业2023—2024年稳增长行动方案》(简称《行动方案》)，为先进计算产业发展和行业应用明确了方向。《行动方案》指出：推动先进计算产业发展和行业应用，开展先进计算在工业、城市管理等领域应用案例征集和应用对接，举办先进计算技术创新大赛等活动，加快先进技术和产品落地应用。鼓励加大数据基础设施和人工智能基础设施建设，满足人工智能、大模型应用需求。
政策驱动下，政策性客户首先全面转向国产AI算力芯片，商用客户如互联网企业等，也有望将百亿参数模型的部分训练和推理需求转向国产AI芯片。预测未来一两年，国产AI芯片主要需求将包括：政府智算中心、运营商、金融、第三方大模型厂商、互联网厂商等。
“2023年先进计算典型应用案例”着力实现底层架构融合创新
计算性能的提升确实面临多个维度的挑战。从硬件层面来看，随着硅基芯片制程趋近极限，传统CPU为核心的计算平台性能提升乏力；从网络层面来看，算力节点通过网络灵活高效调配计算资源的能力仍存在不足，数据传输的损耗与开销过大，算力资源不能得到有效的利用；从性价比层面来看，算力相关软硬件设施的投入与回报不成正比，计算领域亟需延续摩尔定律的高性价比方案。
先进计算如何突破挑战？从工信部此次公布的2023年先进计算典型应用案例特点来看，综合性结构创新正在不断演进。从芯片工艺、芯片结构的硬件创新为主，逐步拓展到材料、算法、软件等并行；同时，计算芯片的通用化、专业化将并行发展；基础计算模式将朝着多核、异构、边缘计算等体系架构创新演进，软硬系统的垂直整合正成为布局焦点。
比如在城市大脑领域，北京千方科技股份有限公司“新一代城市交通算力基础设施—鲲巢双智路口” 融入了AI计算、多接入边缘计算、多感知融合等，通过深度学习、机器学习等算法，实现了路口交通指标的实时计算。
浪潮计算机“基于一云多芯的政务云平台”，支撑政务云实现从传统的以IaaS为主、单一芯片架构、单云或多云独立建设模式逐步走向“全栈融合、一云多芯、多云异构、两地三中心”的新架构。
四川华鲲振宇智能科技有限责任公司申报的“国家智算存一体化大数据中心（成都智算中心）”，以昇腾全栈AI基础软硬件作为底座，采用绿色节能预制化数据中心产品技术和超强人工智能算力集群，碳排放减低30%，提供首期300PFLOPS的算力，实现了智算存一体化大数据中心绿色、低碳、自主可控建设目标。
鲲云科技 “基于数据流AI芯片的生活垃圾全过程分类物联感知系统建设”案例中，通过可重构数据流AI芯片及其一体化解决方案视频统一接入云端分析，以算力换人力，借助AI视频分析实现了动态管理、远程监督为一体的综合管理手段。
工业大脑领域，曙光云计算集团有限公司“工业精益智能大脑先进计算平台与应用”，通过适配工业大脑先进计算技术体系，具备产业数据获取和整合、机器学习、虚拟仿真模拟实验及智能决策等能力，解决了工业运行态势难以快速准确预测等问题。
以上应用案例覆盖了交通、电力、水利、化工、制造甚至城市垃圾分类等垂直领域，一定程度上反映了先进计算正在从传统单点场景向多元布局延伸。通过与大数据、人工智能、物联网等结合，先进计算正在向各个产业领域深度渗透。
“东数西算”再发力，国产算力基座加快构建
近日，国家发展改革委、国家数据局、中央网信办、工业和信息化部、国家能源局联合印发了《深入实施“东数西算”工程 加快构建全国一体化算力网的实施意见》(以下简称《实施意见》)。
《实施意见》提出，到2025年底，综合算力基础设施体系初步成型。其中两大具体目标强调，国家枢纽节点地区各类新增算力占全国新增算力的60%以上，国家枢纽节点算力资源使用率显著超过全国平均水平；算力网关键核心技术基本实现安全可靠，以网络化、普惠化、绿色化为特征的算力网高质量发展格局逐步形成。
根据证券日报对行业专家的采访，认为三大行业将在全国一体化算力网建设中发挥至关重要作用：一是IT设备制造（服务器）、AI、芯片、基础软件等算力软硬件，以及信创产业；二是数据安全、网络安全行业；三是新能源、储能、节能减碳等行业。随着全国一体化算力网的构建加快，国产算力基座打造也迎来巨大机遇。
写在最后
随着新一轮AI算力的升级，以及新一代国产算力基座的加快建设，先进算力的国产化时点加快到来。针对不同领域的算力系统，高端通用芯片的持续突破、下一代分布式先进存储系统的布局、以及异构融合的算力系统构建等，将成为未来先进计算发展的新常态，也将推动我国算力产业的持续升级，步入成熟商业进程。
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