一文解读算力：定义、应用与优化

在以万物感知、万物互联、万物智能为特征的数字经济时代，以数据、算法等为新生产要素的算力，正以前所未有的广度和深度向社会各领域渗透融合，将生产力的内涵由物理空间拓展到数字空间，成为激活新质生产力的关键引擎，为越来越多的行业数字化转型注入新动能。

算力的“前世今生”

算力，顾名思义，就是计算能力，即设备根据内部状态的改变，每秒可处理的信息数据量。计算能力，取决于算力工具。算力的发展史，也是算力工具的演进史。人类历史上第一代算力工具可追溯至算筹、算盘、纳皮尔筹等手动式计算工具。随着生产力的不断升级，帕斯卡加法器、莱布尼茨乘法器、巴贝奇差分机等机械式计算工具先后出现，算力工具的计算效率得以提高。20世纪40年代诞生的机电式计算机，标志着算力工具迈入自动化时代。1946年，世界第一台通用计算机“ENIAC”的出现，标志着人类算力进入数字电子时代；同年，晶体管半导体技术的出现标志着芯片成为算力的重要载体工具。发展至今，各类计算芯片已成为算力实现的核心。

目前的算力主要包括通用算力、智能算力和超级算力三类。其中，通用算力主要基于CPU芯片的服务器所提供的基础通用计算；智能算力主要基于FPGA等加速芯片在面向人工智能训练和推理场景下所提供的快速计算；超级算力主要基于超级计算机等高性能计算集群所提供的科学工程计算。2023年11月发布的第62期超级计算机TOP500显示，中国超算“神威·太湖之光”和“天河二号”榜上有名。从公开的数据看，“神威·太湖之光”的峰值性能为12.5亿亿次/秒，它1分钟的计算能力，相当于全球72亿人同时用计算器不间断计算32年。

那么，为什么我们要追求如此强大的算力？随着经济的发展以及人类社会生产生活水平的提高，无论是我们身处的信息时代的运行还是科技的进一步发展，都需要越来越强大的计算能力作为支撑。以我国为例，每人对于互联网的一次访问带来的就是数以百亿计的运算任务量。再比如，天气预报需要将大气层离散成网络进行数值模拟，对于预测未来15天的天气状况，我们可能需要1011次浮点运算的任务量，如果采用一台每秒一亿次运算速度的计算机计算仍将耗费100天，等得到了预报数据，已经过去半年了，但如果换成每秒万亿级运算速度的计算机，只需要10分钟就可以算完。

算力的“举足轻重”

在数字经济时代，数据成为关键生产要素，算力通过对数据的分析、加工、处理，成为新质生产力和推动经济高质量发展的新引擎。据中国信息通信研究院测算，在算力产业中每投入1元，平均将带动3—4元的经济产出。

算力是数字产业化发展的“发动机”。数据的高效处理决定数字经济的高质量发展。以人工智能为例，OpenAI于2024年2月15日正式对外发布文生视频大模型Sora，它能够仅仅根据提示词生成60s的连贯视频，其视频生成长度、画面精细度及流畅度均“碾压”以往的文生视频模型。2024年3月，国产大模型Kimi智能助手在长上下文窗口技术上再次取得突破，无损上下文长度提升至200万字，过去人类要10000小时才能成为专家的领域，现在只需要10分钟，Kimi就能接近任何一个新领域的初级专家水平。Sora、Kimi背后人工智能等新一代信息通信技术的高速发展带来数据的爆炸式增长和算法复杂度的不断提高，推动算力需求快速提升，而算力的升级又反向支撑信息通信技术行业实现技术的突破、应用的创新，带动新质生产力加快发展。

算力是产业数字化转型的“催化剂”。从供给端看，传统产业发展依靠更多的资源要素投入和渐进的技术进步，原有技术路线上的突破受阻，增长接近“天花板”。而算力可以改变传统产业的发展路径，促进一些产业突破原有发展道路上的瓶颈。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，依托算力构建高度协同的智能制造生态体系，实现补料速度提高50%，空间效率提高40%，生产力提高20%。算力加速推进制造、交通、教育、传媒等传统产业数字化转型升级，并在商业模式创新、用户体验优化等方面发挥巨大作用。伴随芯片制造工艺的提升，电脑、手机、可穿戴设备、智能家居、物联网汽车等算力工具的性能不断增强，算力也走入我们的日常生活。

算力成为全球战略竞争的“新焦点”。研究显示，全球各国的算力规模与经济发展水平呈现显著的正相关。2022年算力规模前20名的国家中有17个是全球排名前20的经济体，且前5名排名一致，美国和中国分列前两位，同处于领跑者位置。算力已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算力布局。美国将先进计算生态系统作为国家战略性资产，日本从国家层面制定量子计算技术和数据中心发展战略，欧盟发布《2023-2024年数字欧洲工作计划》，提出投入1.13亿欧元提升数据与计算能力。2023年10月工业和信息化部等六部门联合印发了《算力基础设施高质量发展行动计划》，提出到2025年，我国算力规模超过300EFLOPS（EFLOPS是指每秒百亿亿次浮点运算次数），智能算力占比达到35%，东西部算力平衡协调发展。

算力的“如水流动”

我国西部地区资源充裕，特别是可再生能源丰富，具备发展数据中心、承接东部算力需求的潜力。我国于2021年全面启动“东数西算”工程，提出“国家枢纽节点+数据中心集群+城市内部数据中心”的架构，即在京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝、贵州、内蒙古、甘肃、宁夏等8地布局建设国家枢纽节点，并规划设立10个数据中心集群。枢纽节点和数据中心集群的关系，类似于交通枢纽和客运车站。每个枢纽节点内，都规划设立了1-2个数据中心集群，每个集群是一片物理连续的行政区域，具体承载算力枢纽内的大型、超大型数据中心建设。类似“南水北调”“西电东送”“西气东输”工程，“东数西算”是算力关联要素的跨域调配，通过构建数据中心、云计算、大数据一体化的新型算力网络体系，将东部算力需求有序引导到西部，织就一张东西互补、南北贯通的全国算力网。在具体布局上，东部枢纽主要处理工业互联网、金融证券、灾害预警、远程医疗、视频通话、人工智能推理等抵近一线、高频实时交互型的业务；西部枢纽处理后台加工、离线分析、存储备份等非实时业务。

让算力成为像电一样即取即用，这是计算机界已经奋斗了半个多世纪的宏伟目标。“东数西算”正全力助推“算力成为公共服务”在我国实现的进程。未来，网络推动算力更灵活，算力结合网络更强大，泛在的算力和网络，与AI、大数据、区块链、安全等技术深度融合，形成“算力网络”。算力网络将基于业务需求、网络实时性能、计算资源实时状况等多维因素，通过无处不在的网络连接，动态精准地调配多源异构、海量泛在的计算资源，实现算力的可流动，为千行百业提供像自来水一样的计算服务。

来源：《群众·大众学堂》杂志2024年第5期，原题为《算力：激活新质生产力的关键引擎》

作者：应媚（作者单位：江苏省科学技术发展战略研究院）

责任编辑：王昆鹏