阿里云、華為云們的算力革命

時間：2022-09-19 09:44:21

關鍵字：人工智能算力云計算

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[導讀]隨著人工智能、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛、大數(shù)據(jù)等前端科技的不斷延伸和發(fā)展，作為數(shù)字經濟底座的算力資源，正日漸發(fā)展成為衡量國家生產力的新晉指標。據(jù)中國信息通信研究院測算，截至2021年底，中國算力核心產業(yè)規(guī)模超過1.5萬億元，關聯(lián)產業(yè)規(guī)模超過8萬億元。其中，云計算市場規(guī)模超過3000億元，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（服務器）市場規(guī)模超過1500億元，AI 核心產業(yè)規(guī)模超過4000億元。

隨著人工智能、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛、大數(shù)據(jù)等前端科技的不斷延伸和發(fā)展，作為數(shù)字經濟底座的算力資源，正日漸發(fā)展成為衡量國家生產力的新晉指標。據(jù)中國信息通信研究院測算，截至2021年底，中國算力核心產業(yè)規(guī)模超過1.5萬億元，關聯(lián)產業(yè)規(guī)模超過8萬億元。其中，云計算市場規(guī)模超過3000億元，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（服務器）市場規(guī)模超過1500億元，AI 核心產業(yè)規(guī)模超過4000億元。

據(jù)工信部在中國首屆算力大會上披露的數(shù)據(jù)顯示，國內算力產業(yè)近五年平均增速超過30%，算力規(guī)模超過150EFlops（每秒15000京次浮點運算次數(shù)），排名全球第二，第一是美國。實際上作為國內算力建設的重要參與方，包括阿里云、騰訊云、百度云、浪潮云等在內的各路云巨頭，早已經圍繞算力市場展開了競賽。

云巨頭開啟算力競賽

作為云計算產業(yè)的底層核心基礎設施，數(shù)據(jù)中心也是云計算廠商布局的重要抓手。近年來伴隨著數(shù)字新基建浪潮的來臨，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)中心建設將成為今后數(shù)年的重點投資領域。

早在2020年各云巨頭對外公布的數(shù)據(jù)中心投資計劃中，阿里宣布未來三年再投2000億元，用于云操作系統(tǒng)、服務器、芯片、網(wǎng)絡等重大核心技術研究和面向未來的數(shù)據(jù)中心建設；同一時期，騰訊也宣布未來五年再投入5000億元，用于云計算、超算中心、人工智能、網(wǎng)絡安全、量子計算和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)等方面；百度計劃未來十年將繼續(xù)加大在人工智能、芯片、云計算、數(shù)據(jù)中心等新基建領域的投入，并預計到2030年，百度智能云服務器臺數(shù)將超過500萬臺。

除了BAT之外包括華為、中國移動等在內的ICT、通訊運營商等企業(yè)，也紛紛參與到數(shù)據(jù)中心的建設中來。比如，華為云已經先后在烏蘭察布、蘇州、廊坊、貴安等地，建立了多個數(shù)據(jù)樞紐中心，這些地方也有中國移動、聯(lián)通等通訊運營商企業(yè)的身影。

除了國內之外，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)中心已經有數(shù)百個，基本覆蓋超過200多個國家；騰訊云、華為云也分別在各自的海外市場如東南亞、北美、歐洲、中東等地修建本地數(shù)據(jù)中心……不難發(fā)現(xiàn)，在多重因素推動下一場云巨頭的算力競賽已經拉開了帷幕。

從產業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀來看，最近十年行業(yè)算力的增長，嚴重滯后于數(shù)據(jù)的增長的局面亟待改變。半個世紀之前，人類第一次將阿波羅11號飛船送上太空時所搭載的電腦，CPU主頻只有0.043MHz，今天一部智能機的主頻都在2500MHz，是五十年前的5萬倍，如今在物聯(lián)網(wǎng)的作用下，數(shù)以千億計的聯(lián)網(wǎng)設備疊加復雜的場景正在引發(fā)產業(yè)數(shù)據(jù)大爆炸。在此背景下，算力滯后的問題將變得愈加尖銳，因此云巨頭投身算力基礎設施建設無非是未雨綢繆，為其接下來的云服務、AI等數(shù)據(jù)應用做鋪墊。

從政策方面來看，國家關于數(shù)字新基建的政策不斷出臺，正在推動數(shù)字基建進入全新的發(fā)展階段。近年來國家陸續(xù)推出了包括“東數(shù)西算”等在內的一系列數(shù)字新基建建設計劃，大力推動國家算力網(wǎng)絡的建設，為算力基礎設施的建設提供了外部助力。

從算力產業(yè)本身的產業(yè)鏈情況來看，它具有規(guī)模大、技術密集、覆蓋范圍廣等特點，成為當下國內經濟轉型背景下重要的推動型產業(yè)。如今，小到芯片、手機、PC，大到汽車、互聯(lián)網(wǎng)、超算中心、區(qū)塊鏈、超級計算機、元宇宙等產業(yè)，都離不開算力的加持。據(jù)中國信通院預計，每1元的算力投入，可以帶動3-4元的GDP經濟產出。

據(jù)預計，今年國家將開工25個國家數(shù)據(jù)中心項目，帶動各方面投資將在1900億元，預計在“十四五”期間該項投資還將以年均20%的增速增長，累計帶動投資達到3萬億元?？傊?，基于種種有利因素，各路云巨頭紛紛按下算力競賽加速鍵。

安全、低碳成競逐方向

不過，隨著數(shù)據(jù)中心等基礎設施的逐步擴大，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，未及時告知工信部而被罰暫停合作6個月，此事曾一度引發(fā)外界對于算力安全的關注；另外，數(shù)據(jù)中心高功耗的行業(yè)特性，使其一直面臨越來越多的低碳環(huán)保質疑。不難看出，在數(shù)據(jù)大規(guī)模上云、低碳經濟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，各個巨頭都在圍繞著云安全、算力安全做布局，以較強的產品安全設計來獲取用戶對品牌的信賴。

比如，騰訊云為了推動安全算力落地，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，由此構建起了一個實時識別、分析、預警安全威脅的統(tǒng)一安全管理系統(tǒng)，通過防篡改、防勒索、防病毒、鏡像安全掃描等安全能力，實現(xiàn)從檢測掃描、響應、溯源的自動化安全運營閉環(huán)，保護云上資產和本地服務器安全；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”的特征。

另一方面，基于降低能耗實現(xiàn)低碳運營的考慮，降低功耗成了各個云巨頭推動產業(yè)發(fā)展的核心指向。

以電能利用效率（PUE）的指標來看，目前國內的頭部云服務巨頭，阿里云、騰訊云、百度云均已滿足國家標準。按照國家規(guī)定來算，2021年底新建數(shù)據(jù)中心電能利用效率要達到1.35以下，2023年要達到1.3以下，寒冷地區(qū)達到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，均已經達到了1.3的指標，最低值甚至可以達到1.06，已經遠遠超越現(xiàn)行國家標準了。

總的來看，未來隨著技術的發(fā)展和碳中和的推進，圍繞安全、低碳等要素的新算力中心建設將會是核心指標，并將成為云巨頭未來在算力市場競爭的關鍵點。服務器、芯片成關鍵強化環(huán)節(jié)

作為數(shù)據(jù)中心中的重要組成部分，服務器中的CPU、GPU決定了服務器的算力。據(jù)信通院數(shù)據(jù)顯示，服務器在數(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（動態(tài)隨機存取處理器）三個模塊中的芯片成本在基礎型服務器中占比約30%，在更高性能的服務器中占比高達50%-80%。正因為如此，服務器、芯片逐漸成了巨頭們選擇重點強化的領域。

一方面，巨頭紛紛通過自研來提升自身服務器產品的性價比，優(yōu)化其產品體驗。目前，阿里云的五大超級數(shù)據(jù)中心已經部署了其自研架構的神龍云服務器，并應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體有限公司于2021年10月發(fā)布了首顆ARM服務器芯片倚天710，也已經在阿里云數(shù)據(jù)中心部署使用。

與此同時，騰訊云面向云計算數(shù)據(jù)中心場景發(fā)布了星星海自研服務器，并分別發(fā)布了AI推理芯片“紫霄”、視頻轉碼芯片“滄?！焙椭悄芫W(wǎng)卡芯片“玄靈”等三款自研芯片，并已經取得進展。百度的昆侖芯片一代、二代，也都已經應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服務器。

據(jù)公開數(shù)據(jù)來看，這些新推出的芯片、服務器均實現(xiàn)了穩(wěn)步的降本增效?？傊?，通過推動自研服務器、芯片，目前國產云巨頭們都已經開始在降功耗、降成本、提升用戶體驗方面，邁出了重要一步。

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

過去數(shù)十年，全球算力基本上是CPU一家獨大，然而近年來隨著半導體工藝制程逼近極限，CPU算力愈加陷入瓶頸。隨著人工智能時代的到來，具有更低成本更高效率的GPU，逐漸成為了首選。不過，從行業(yè)來看，GPU并不是唯一選擇，但它代表了大數(shù)據(jù)、云服務時代，廠商對于高效、低功耗、低成本的專用芯片的追求。在外部場景日益復雜的背景下，非X86的算力架構百花齊放，日益承擔起更大算力場景的“重任”。

以FPGA和ASIC兩個專業(yè)芯片來說，它們沒有傳統(tǒng)CPU的指令集，無需共享內存，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，當然代價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)算力場景之中，廣泛的數(shù)據(jù)處理需求與追求效率的“KPI”使其專業(yè)價值更被看重，大量的廠商研發(fā)、使用這些專用芯片就證明了這一點。比如，如今微軟在自家一半以上的數(shù)據(jù)中心的服務器中，使用了FPGA加速卡；谷歌更是基于ASIC架構，開發(fā)了專用于加速神經網(wǎng)絡計算的TPU芯片，亞馬遜、IBM等業(yè)界大佬也都紛紛跟進。

從長遠來看，異構、安全、綠色、集約化等特征，將成為未來算力發(fā)展的核心指標，也將是各路巨頭強化自身實力所要補足的核心環(huán)節(jié)。

算力革命下的新機遇與新挑戰(zhàn)

如前文所述，作為支持數(shù)字經濟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，正在催生出前所未有的新機遇，同時也將帶來一些不可避免的現(xiàn)實挑戰(zhàn)。

從機遇來說，目前國內四大云巨頭雖然目標不同、生態(tài)不同，但都在以推動算力投資為抓手打開自己的新邊界。

以騰訊和華為為例，騰訊正在通過算力基礎設施投資，為其推動空間從平面向立體、實景網(wǎng)絡與虛擬網(wǎng)絡的數(shù)字孿生、三維視覺網(wǎng)絡提供算力支持，加速一體化的數(shù)字技術與真實世界融合的全真互聯(lián)網(wǎng)時代的到來；身為ICT通訊技術大佬的華為則聚焦數(shù)字基建，推動全光終端（全場景）、全光錨點（就近接入）、全光網(wǎng)關（無縫銜接）、全光調度（低時延）的全鏈條算力聯(lián)通，努力做數(shù)字基建的“擺渡人”。

不過，目前國內搭建算力網(wǎng)絡也依舊面臨諸多挑戰(zhàn)，其具體體現(xiàn)在以下2個方面：一是網(wǎng)絡方面仍面臨較多的問題，如實時性缺乏保障、寬帶太小，互聯(lián)互通不足等；二是算力產業(yè)鏈“關鍵環(huán)節(jié)”的國產化依舊比較低，包括服務器整機、操作系統(tǒng)、算力數(shù)據(jù)庫等領域，依舊較多受外部因素制約。

網(wǎng)絡方面以寶鋼為例，其內部提到的云化問題就包括：存在大量非云化設備、協(xié)議不開放、工業(yè)連接不豐富、多網(wǎng)并存網(wǎng)絡安全無法保障等，就很直觀地體現(xiàn)了當下算力網(wǎng)絡發(fā)展應用所面臨的窘境。另外，諸如實時性差，對于產業(yè)數(shù)字化帶來的挑戰(zhàn)也很大。比如，生產中因為網(wǎng)絡慢了一秒，就有可能導致整個生產的連續(xù)性遭到破壞，進而引發(fā)大規(guī)模返工造成企業(yè)巨大虧損。

國產化方面，目前服務器、操作系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)庫等關鍵環(huán)節(jié)，仍然為國外巨頭所壟斷。近年來國內巨頭雖然都在研究自己的服務器和專屬芯片，但業(yè)內人士認為互聯(lián)網(wǎng)“造芯”（多為滿足自用），很難從根本上解決國內服務器依賴芯片進口的現(xiàn)狀。

因此從長遠來看，要想保持國內算力網(wǎng)絡建設的持續(xù)健康發(fā)展，還需要繼續(xù)加大力度補齊短板，通過產學研并舉掌握核心技術，在高端芯片、核心算法等關鍵領域取得突破，才有望在未來實現(xiàn)國內算力網(wǎng)絡資源的自主可控，進而避免算力網(wǎng)絡陷入被“卡脖子”的風險之中。
文/劉曠公眾號，ID：liukuang110