阿里云、華為云們的算力革命

　　隨著人工智能、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)駕駛、大數(shù)據(jù)等前端科技的不斷延伸和發(fā)展，作為數(shù)字經(jīng)濟(jì)底座的算力資源，正日漸發(fā)展成為衡量國(guó)家生產(chǎn)力的新晉指標(biāo)。據(jù)中國(guó)信息通信研究院測(cè)算，截至2021年底，中國(guó)算力核心產(chǎn)業(yè)規(guī)模超過(guò)1.5萬(wàn)億元，關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)規(guī)模超過(guò)8萬(wàn)億元。其中，云計(jì)算市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)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(guò)1500億元，AI 核心產(chǎn)業(yè)規(guī)模超過(guò)4000億元。

　　據(jù)工信部在中國(guó)首屆算力大會(huì)上披露的數(shù)據(jù)顯示，國(guó)內(nèi)算力產(chǎn)業(yè)近五年平均增速超過(guò)30%，算力規(guī)模超過(guò)150EFlops(每秒15000京次浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù))，排名全球*，*是美國(guó)。實(shí)際上作為國(guó)內(nèi)算力建設(shè)的重要參與方，包括阿里云、騰訊云、百度云、浪潮云等在內(nèi)的各路云巨頭，早已經(jīng)圍繞算力市場(chǎng)展開(kāi)了競(jìng)賽。

　　云巨頭開(kāi)啟算力競(jìng)賽

　　作為云計(jì)算產(chǎn)業(yè)的底層核心基礎(chǔ)設(shè)施，數(shù)據(jù)中心也是云計(jì)算廠商布局的重要抓手。近年來(lái)伴隨著數(shù)字新基建浪潮的來(lái)臨，阿里云、騰訊云、百度智能云和華為云等廠商都相繼宣布，數(shù)據(jù)中心建設(shè)將成為今后數(shù)年的重點(diǎn)投資領(lǐng)域。

　　早在2020年各云巨頭對(duì)外公布的數(shù)據(jù)中心投資計(jì)劃中，阿里宣布未來(lái)三年再投2000億元，用于云操作系統(tǒng)、服務(wù)器、芯片、網(wǎng)絡(luò)等重大核心技術(shù)研究和面向未來(lái)的數(shù)據(jù)中心建設(shè);同一時(shí)期，騰訊也宣布未來(lái)五年再投入5000億元，用于云計(jì)算、超算中心、人工智能、網(wǎng)絡(luò)安全、量子計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)等方面;百度計(jì)劃未來(lái)十年將繼續(xù)加大在人工智能、芯片、云計(jì)算、數(shù)據(jù)中心等新基建領(lǐng)域的投入，并預(yù)計(jì)到2030年，百度智能云服務(wù)器臺(tái)數(shù)將超過(guò)500萬(wàn)臺(tái)。

　　除了BAT之外包括華為、中國(guó)移動(dòng)等在內(nèi)的ICT、通訊運(yùn)營(yíng)商等企業(yè)，也紛紛參與到數(shù)據(jù)中心的建設(shè)中來(lái)。比如，華為云已經(jīng)先后在烏蘭察布、蘇州、廊坊、貴安等地，建立了多個(gè)數(shù)據(jù)樞紐中心，這些地方也有中國(guó)移動(dòng)、聯(lián)通等通訊運(yùn)營(yíng)商企業(yè)的身影。

　　除了國(guó)內(nèi)之外，巨頭的云數(shù)據(jù)中心還廣泛分布于全世界各地。比如，目前阿里云的全球云數(shù)據(jù)中心已經(jīng)有數(shù)百個(gè)，基本覆蓋超過(guò)200多個(gè)國(guó)家;騰訊云、華為云也分別在各自的海外市場(chǎng)如東南亞、北美、歐洲、中東等地修建本地?cái)?shù)據(jù)中心……不難發(fā)現(xiàn)，在多重因素推動(dòng)下一場(chǎng)云巨頭的算力競(jìng)賽已經(jīng)拉開(kāi)了帷幕。

　　從產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，最近十年行業(yè)算力的增長(zhǎng)，嚴(yán)重滯后于數(shù)據(jù)的增長(zhǎng)的局面亟待改變。半個(gè)世紀(jì)之前，人類(lèi)*次將阿波羅11號(hào)飛船送上太空時(shí)所搭載的電腦，CPU主頻只有0.043MHz，今天一部智能機(jī)的主頻都在2500MHz，是五十年前的5萬(wàn)倍，如今在物聯(lián)網(wǎng)的作用下，數(shù)以千億計(jì)的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備疊加復(fù)雜的場(chǎng)景正在引發(fā)產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)大爆炸。在此背景下，算力滯后的問(wèn)題將變得愈加尖銳，因此云巨頭投身算力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)無(wú)非是未雨綢繆，為其接下來(lái)的云服務(wù)、AI等數(shù)據(jù)應(yīng)用做鋪墊。

　　從政策方面來(lái)看，國(guó)家關(guān)于數(shù)字新基建的政策不斷出臺(tái)，正在推動(dòng)數(shù)字基建進(jìn)入全新的發(fā)展階段。近年來(lái)國(guó)家陸續(xù)推出了包括“東數(shù)西算”等在內(nèi)的一系列數(shù)字新基建建設(shè)計(jì)劃，大力推動(dòng)國(guó)家算力網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，為算力基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)提供了外部助力。

　　從算力產(chǎn)業(yè)本身的產(chǎn)業(yè)鏈情況來(lái)看，它具有規(guī)模大、技術(shù)密集、覆蓋范圍廣等特點(diǎn)，成為當(dāng)下國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型背景下重要的推動(dòng)型產(chǎn)業(yè)。如今，小到芯片、手機(jī)、PC，大到汽車(chē)、互聯(lián)網(wǎng)、超算中心、區(qū)塊鏈、超級(jí)計(jì)算機(jī)、元宇宙等產(chǎn)業(yè)，都離不開(kāi)算力的加持。據(jù)中國(guó)信通院預(yù)計(jì)，每1元的算力投入，可以帶動(dòng)3-4元的GDP經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出。

　　據(jù)預(yù)計(jì)，今年國(guó)家將開(kāi)工25個(gè)國(guó)家數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目，帶動(dòng)各方面投資將在1900億元，預(yù)計(jì)在“十四五”期間該項(xiàng)投資還將以年均20%的增速增長(zhǎng)，累計(jì)帶動(dòng)投資達(dá)到3萬(wàn)億元。總之，基于種種有利因素，各路云巨頭紛紛按下算力競(jìng)賽加速鍵。

　　安全、低碳成競(jìng)逐方向

　　不過(guò)，隨著數(shù)據(jù)中心等基礎(chǔ)設(shè)施的逐步擴(kuò)大，其面臨的挑戰(zhàn)也越發(fā)顯著。此前，阿里云因發(fā)現(xiàn)阿帕奇log4j2組件安全漏洞，未及時(shí)告知工信部而被罰暫停合作6個(gè)月，此事曾一度引發(fā)外界對(duì)于算力安全的關(guān)注;另外，數(shù)據(jù)中心高功耗的行業(yè)特性，使其一直面臨越來(lái)越多的低碳環(huán)保質(zhì)疑。不難看出，在數(shù)據(jù)大規(guī)模上云、低碳經(jīng)濟(jì)加速推行的大背景下，低碳、安全等因素日益成為影響算力行業(yè)發(fā)展的重要因素。

　　一方面，各個(gè)巨頭都在圍繞著云安全、算力安全做布局，以較強(qiáng)的產(chǎn)品安全設(shè)計(jì)來(lái)獲取用戶對(duì)品牌的信賴。

　　比如，騰訊云為了推動(dòng)安全算力落地，推出了自研的基于安全算力的算法，以及全局威脅檢測(cè)與全網(wǎng)全出口攔截的防御解決方案—騰訊天幕;阿里云也推出了阿里云原生安全SOC，由此構(gòu)建起了一個(gè)實(shí)時(shí)識(shí)別、分析、預(yù)警安全威脅的統(tǒng)一安全管理系統(tǒng)，通過(guò)防篡改、防勒索、防病毒、鏡像安全掃描等安全能力，實(shí)現(xiàn)從檢測(cè)掃描、響應(yīng)、溯源的自動(dòng)化安全運(yùn)營(yíng)閉環(huán)，保護(hù)云上資產(chǎn)和本地服務(wù)器安全;華為云則圍繞云安全提出了“正向建、反向查、云邊端網(wǎng)一體防御”的云安全理念，并在今年提出了全新的HiSec3.0安全解決方案，該方案具有“全流程安全可信、全智能威脅分析、全云網(wǎng)邊端協(xié)同、全新安全云服務(wù)”的特征。

　　另一方面，基于降低能耗實(shí)現(xiàn)低碳運(yùn)營(yíng)的考慮，降低功耗成了各個(gè)云巨頭推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心指向。

　　以電能利用效率(PUE)的指標(biāo)來(lái)看，目前國(guó)內(nèi)的頭部云服務(wù)巨頭，阿里云、騰訊云、百度云均已滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。按照國(guó)家規(guī)定來(lái)算，2021年底新建數(shù)據(jù)中心電能利用效率要達(dá)到1.35以下，2023年要達(dá)到1.3以下，寒冷地區(qū)達(dá)到1.25以下。而截止2021年，百度云、阿里云、騰訊云等的電能利用效率，均已經(jīng)達(dá)到了1.3的指標(biāo)，*值甚至可以達(dá)到1.06，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)了。

　　總的來(lái)看，未來(lái)隨著技術(shù)的發(fā)展和碳中和的推進(jìn)，圍繞安全、低碳等要素的新算力中心建設(shè)將會(huì)是核心指標(biāo)，并將成為云巨頭未來(lái)在算力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵點(diǎn)。

　　服務(wù)器、芯片成關(guān)鍵強(qiáng)化環(huán)節(jié)

　　作為數(shù)據(jù)中心中的重要組成部分，服務(wù)器中的CPU、GPU決定了服務(wù)器的算力。據(jù)信通院數(shù)據(jù)顯示，服務(wù)器在數(shù)據(jù)中心中的硬件成本占到了70%左右，而芯片成本則占據(jù)服務(wù)器成本的絕大部分。根據(jù)IDC的研究數(shù)據(jù)顯示，CPU(中央處理器)、GPU(圖像處理器)、DRAM(動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取處理器)三個(gè)模塊中的芯片成本在基礎(chǔ)型服務(wù)器中占比約30%，在更高性能的服務(wù)器中占比高達(dá)50%-80%。正因?yàn)槿绱�，服�?wù)器、芯片逐漸成了巨頭們選擇重點(diǎn)強(qiáng)化的領(lǐng)域。

　　一方面，巨頭紛紛通過(guò)自研來(lái)提升自身服務(wù)器產(chǎn)品的性價(jià)比，優(yōu)化其產(chǎn)品體驗(yàn)。目前，阿里云的五大超級(jí)數(shù)據(jù)中心已經(jīng)部署了其自研架構(gòu)的神龍?jiān)品��?wù)器，并應(yīng)用了阿里巴巴自研的AI芯片含光800。此外，阿里巴巴旗下平頭哥半導(dǎo)體有限公司于2021年10月發(fā)布了首顆ARM服務(wù)器芯片倚天710，也已經(jīng)在阿里云數(shù)據(jù)中心部署使用。

　　與此同時(shí)，騰訊云面向云計(jì)算數(shù)據(jù)中心場(chǎng)景發(fā)布了星星海自研服務(wù)器，并分別發(fā)布了AI推理芯片“紫霄”、視頻轉(zhuǎn)碼芯片“滄海”和智能網(wǎng)卡芯片“玄靈”等三款自研芯片，并已經(jīng)取得進(jìn)展。百度的昆侖芯片一代、二代，也都已經(jīng)應(yīng)用于自己的人工智能算力中心之中了;在研發(fā)方面一向用心的華為，也發(fā)布了自己的鯤鵬處理器，適用于自己的TaiShan服務(wù)器。

　　據(jù)公開(kāi)數(shù)據(jù)來(lái)看，這些新推出的芯片、服務(wù)器均實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)步的降本增效。總之，通過(guò)推動(dòng)自研服務(wù)器、芯片，目前國(guó)產(chǎn)云巨頭們都已經(jīng)開(kāi)始在降功耗、降成本、提升用戶體驗(yàn)方面，邁出了重要一步。

　　另一方面，在數(shù)據(jù)大爆發(fā)的背景下，各大巨頭紛紛轉(zhuǎn)向以ARM、FPGA、ASIC等為核心的低功耗計(jì)算架構(gòu)，避免對(duì)單一架構(gòu)的過(guò)度依賴。

　　過(guò)去數(shù)十年，全球算力基本上是CPU一家獨(dú)大，然而近年來(lái)隨著半導(dǎo)體工藝制程逼近極限，CPU算力愈加陷入瓶頸。隨著人工智能時(shí)代的到來(lái)，具有更低成本更高效率的GPU，逐漸成為了*。不過(guò)，從行業(yè)來(lái)看，GPU并不是*選擇，但它代表了大數(shù)據(jù)、云服務(wù)時(shí)代，廠商對(duì)于高效、低功耗、低成本的專(zhuān)用芯片的追求。在外部場(chǎng)景日益復(fù)雜的背景下，非X86的算力架構(gòu)百花齊放，日益承擔(dān)起更大算力場(chǎng)景的“重任”。

　　以FPGA和ASIC兩個(gè)專(zhuān)業(yè)芯片來(lái)說(shuō)，它們沒(méi)有傳統(tǒng)CPU的指令集，無(wú)需共享內(nèi)存，而是直接以流水線的方式處理數(shù)據(jù)，不僅速度快而且功耗低的驚人，當(dāng)然代價(jià)是它僅用于特定目的，基本只能走定制或者半定制路線。

　　但在大數(shù)據(jù)算力場(chǎng)景之中，廣泛的數(shù)據(jù)處理需求與追求效率的“KPI”使其專(zhuān)業(yè)價(jià)值更被看重，大量的廠商研發(fā)、使用這些專(zhuān)用芯片就證明了這一點(diǎn)。比如，如今微軟在自家一半以上的數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器中，使用了FPGA加速卡;谷歌更是基于ASIC架構(gòu)，開(kāi)發(fā)了專(zhuān)用于加速神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的TPU芯片，亞馬遜、IBM等業(yè)界大佬也都紛紛跟進(jìn)。

　　從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，異構(gòu)、安全、綠色、集約化等特征，將成為未來(lái)算力發(fā)展的核心指標(biāo)，也將是各路巨頭強(qiáng)化自身實(shí)力所要補(bǔ)足的核心環(huán)節(jié)。

　　算力革命下的新機(jī)遇與新挑戰(zhàn)

　　如前文所述，作為支持?jǐn)?shù)字經(jīng)濟(jì)以及智能化的核心基座，以數(shù)字新基建為代表的算力革命，正在催生出*的新機(jī)遇，同時(shí)也將帶來(lái)一些不可避免的現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)。

　　從機(jī)遇來(lái)說(shuō)，目前國(guó)內(nèi)四大云巨頭雖然目標(biāo)不同、生態(tài)不同，但都在以推動(dòng)算力投資為抓手打開(kāi)自己的新邊界。

　　以騰訊和華為為例，騰訊正在通過(guò)算力基礎(chǔ)設(shè)施投資，為其推動(dòng)空間從平面向立體、實(shí)景網(wǎng)絡(luò)與虛擬網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字孿生、三維視覺(jué)網(wǎng)絡(luò)提供算力支持，加速一體化的數(shù)字技術(shù)與真實(shí)世界融合的全真互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái);身為ICT通訊技術(shù)大佬的華為則聚焦數(shù)字基建，推動(dòng)全光終端(全場(chǎng)景)、全光錨點(diǎn)(就近接入)、全光網(wǎng)關(guān)(無(wú)縫銜接)、全光調(diào)度(低時(shí)延)的全鏈條算力聯(lián)通，努力做數(shù)字基建的“擺渡人”。

　　不過(guò)，目前國(guó)內(nèi)搭建算力網(wǎng)絡(luò)也依舊面臨諸多挑戰(zhàn)，其具體體現(xiàn)在以下2個(gè)方面：一是網(wǎng)絡(luò)方面仍面臨較多的問(wèn)題，如實(shí)時(shí)性缺乏保障、寬帶太小，互聯(lián)互通不足等;二是算力產(chǎn)業(yè)鏈“關(guān)鍵環(huán)節(jié)”的國(guó)產(chǎn)化依舊比較低，包括服務(wù)器整機(jī)、操作系統(tǒng)、算力數(shù)據(jù)庫(kù)等領(lǐng)域，依舊較多受外部因素制約。

　　網(wǎng)絡(luò)方面以寶鋼為例，其內(nèi)部提到的云化問(wèn)題就包括：存在大量非云化設(shè)備、協(xié)議不開(kāi)放、工業(yè)連接不豐富、多網(wǎng)并存網(wǎng)絡(luò)安全無(wú)法保障等，就很直觀地體現(xiàn)了當(dāng)下算力網(wǎng)絡(luò)發(fā)展應(yīng)用所面臨的窘境。另外，諸如實(shí)時(shí)性差，對(duì)于產(chǎn)業(yè)數(shù)字化帶來(lái)的挑戰(zhàn)也很大。比如，生產(chǎn)中因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)慢了一秒，就有可能導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)的連續(xù)性遭到破壞，進(jìn)而引發(fā)大規(guī)模返工造成企業(yè)巨大虧損。

　　國(guó)產(chǎn)化方面，目前服務(wù)器、操作系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)庫(kù)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，仍然為國(guó)外巨頭所壟斷。近年來(lái)國(guó)內(nèi)巨頭雖然都在研究自己的服務(wù)器和專(zhuān)屬芯片，但業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為互聯(lián)網(wǎng)“造芯”(多為滿足自用)，很難從根本上解決國(guó)內(nèi)服務(wù)器依賴芯片進(jìn)口的現(xiàn)狀。

　　因此從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，要想保持國(guó)內(nèi)算力網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的持續(xù)健康發(fā)展，還需要繼續(xù)加大力度補(bǔ)齊短板，通過(guò)產(chǎn)學(xué)研并舉掌握核心技術(shù)，在高端芯片、核心算法等關(guān)鍵領(lǐng)域取得突破，才有望在未來(lái)實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)算力網(wǎng)絡(luò)資源的自主可控，進(jìn)而避免算力網(wǎng)絡(luò)陷入被“卡脖子”的風(fēng)險(xiǎn)之中。