刘睿 李宁东 于美泽 谢丽娜

(1. 中国信息通信研究院国际合作部,北京 100191;2.中国信息通信研究院云计算与大数据研究所,北京 100191)

0 引言

2022年底,以大模型为主的智算爆发引领了新一波算力发展浪潮。新的科技进步为全球数字经济发展助力,从而加速带动算力产业高速发展,但受到国际复杂形势影响,算力产业发展也面临诸多现实阻力。本文基于全球发展视角,从算力产业的背景和现状出发,分析了技术封锁、贸易紧张局势、碳中和要求、国家安全等复杂形势对算力产业上中下游造成的影响。未来算力产业将继续面临机遇和挑战并存、全球合作与竞争并举的局面。随着算力成为各国数字基础设施的核心竞争力,保证算力产业链安全高质量发展具有战略性意义。

1 算力及算力产业发展现状

1.1 算力概述

算力是信息产业的重要组成部分,作为一门综合学科,主要包括基于计算技术的“算力”、基于数据储存技术的“存力”和基于网络通信技术的“运力”。从计算能力角度来看,算力分为通用算力、智能算力、超算算力、边缘算力等多个维度;从算力基础设施角度来看,主要包括数据中心、智算中心、超算中心等设施,以及通信网络基础设施。

1.2 全球算力规模

随着数字化成为全球各行各业的发展共识,数字产业化、产业数字化已成为世界各国和地区提高经济发展效率和韧性的重要手段。截至2022年底,全球算力总规模达到650 EFLOPS(FP32),同比增长24.8%。其中,通用算力为498 EFLOPS(FP32),智能算力为142 EFLOPS(FP32),超算算力为10 EFLOPS(FP32)[1]。未来,大模型、元宇宙、生成式人工智能(Artificial Intelligence,AI)等应用场景将对算力的发展提出更高要求,算力基础设施需求也将继续呈现增长态势。

1.3 算力与数字经济

算力作为一种新的生产力,会改变生产方式本身,其发展对数字经济有直接促进作用。在数字经济链条中,数据是生产要素,数据分析能力是竞争壁垒,而算力是支撑数据分析的重要动能,直接影响数据转化为经济成果的效率[2]。通过对中国、美国、日本等15个重点国家和地区的国家计算指数(包含算力、算效、基础设施及应用水平)与经济指标进行回归分析,结果表明,国家计算指数与GDP/数字经济之间存在显著的正相关关系[3],即算力产业的高速发展对经济增长的拉动作用凸显。

1.4 算力与国家竞争

各国之间的算力竞争格局已经初步形成,美国和中国在全球计算领域保持领先地位。截至2022年底,美国算力总规模为200 EFLOPS,排名全球第一(占比31%),中国算力总规模为180 EFLOPS,排名第二(占比28%),紧接着是日本(5%)、德国(4%)和英国(3%),前五名国家已经占据了全球70%的算力规模[1]。美国和中国作为领先国家,与其他国家和地区之间的差距正在扩大,其在全球算力领域的领先地位还在持续加强。以超级计算机为例,通过简单分析近几年超级计算机TOP 500榜单发现,大多数上榜的系统为美国和中国所有[4],由此可见,算力已成为大国核心竞争生产要素。

2 全球算力产业发展背景与现状

算力产业链上游为各类基础硬件(CPU、GPU、FPGA、存储器等)、基础软件(数据库、操作系统、中间件等)及各类IT设备(服务器、交换机、路由器、光模块等),主要为算力提供运算、存储、网络等基础能力;中游包含各类算力中心、计算平台及云端服务;下游包含电信、金融、工业等各行业各类算力应用开发场景。

在算力产业体系和产业链中,各国和地区发展态势各有不同。中美均在全产业链进行布局,美国在核心芯片、算法、软件平台等领域优势突出,而中国在设备制造、设施建设和应用环节优势突出。日本在产业链的各个环节、产业体系的各个领域都具有较强竞争力。欧洲国家和地区掌握个别核心工艺和关键设备,应用创新能力强,但实际应用较弱。在下游应用领域,得益于中美的高速数字化转型步伐,新兴算力技术往往最先在中美实现落地[5]。

未来,我国、欧盟、美国在内的许多国家和地区都将把算力产业纳入国家战略的优先位置。我国在“十四五”规划中提出将高端芯片、AI、量子计算和脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic Acid,DNA)存储定义为国家战略重要技术。欧盟《2030数字罗盘:数字十年的欧洲之路》提出计划,到2030年,75%的欧盟企业将充分利用云、AI和大数据[6]。美国重新推出《无尽前沿法案》,授权政府立法并拨款促进美国在AI、高性能计算、半导体、量子计算、数据存储和数据管理技术等领域的研究。

3 复杂国际形势对算力产业发展的影响

3.1 技术封锁造成核心技术垄断

算力的获得呈现出高投入、高风险、垄断性和强外部依赖等特征,使得算力的发展和巩固与国家政策息息相关(如图1所示)。全球算力竞争下,不同国家和地区通过技术封锁手段实现对算力发展的控制尤为明显,例如在半导体技术研发方面,美国具有绝对的垄断性优势,韩国、日本、欧洲也各有所长。随着中美在半导体领域的竞争日益激烈,美国不断升级技术封锁措施,如颁发《芯片与科学法案》,对于关注国家展开针对性的竞争和压制,加剧了全球半导体产业的竞争,对全球算力产业的创新增长构成阻碍。

图1 对算力产业发展产生影响的几大因素

国际上的技术封锁拉大了制造工艺和国际水平之间的鸿沟,给全球算力产业发展蒙上“阴霾”。美国在半导体行业的上下游分别实施断供和打压,产业链上游更易因技术基础薄弱而受到打击。中游产业的技术相比之下已经具有一定基础,产能受到限制让中游制造难以达到国际领先水平[7]。近年来,美国政府针对中国人工智能和半导体行业颁布了一系列新的出口管制法规,尽管我国投入巨资在奋力追赶,但因长期依赖国外芯片还是处于竞争劣势。

3.2 贸易紧张局势带来巨大不确定性

自2020年新冠肺炎疫情以来,世贸组织每年发布的贸易监测报告显示,近年来贸易限制越来越多,各国陆续实施提高进出口关税、增加数量限制、更严格的海关程序等新的贸易限制措施[8]。尽管世界贸易不确定性指数似乎已恢复至2020年第二季度以来的较低水平,但潜在的风险仍凸显了在贸易政策讨论中考虑不确定性的重要性。

在贸易冲突背景下,算力产业也遭受到了一定程度的冲击。以半导体行业为例,Gartner数据显示,2022年全球半导体收入增长仅1.1%,内存市场作为其中表现最差的细分市场,预计2023年将下降10%[9]。在地域方面,欧盟率先推出了碳边境调节机制,旨在倒逼新兴经济体(如中国、俄罗斯等)的电力行业加快脱碳技术改造和产能退出,为这些国家电力相关的出口产业带来限制,从而也会将负面影响传导向算力产业。

3.3 碳中和要求加剧全球不平衡发展

近年来,由于全球变暖给人类带来不可逆转的灾难,气候变化这一人类主题日渐受到关注。无论是联合国的可持续发展目标(Sustainable Development Goals,SDGs)倡议,还是《巴黎协定》目标,都为减少产业碳排放提出了更高要求。碳排放要求日渐严苛,为算力中心等基础设施建设带来了更加严峻的挑战。

为了降低算力中心的能源消耗,各国加速制定关于算力中心的低碳发展的细分要求,如更低的电能利用效率(Power Usage Effectiveness,PUE)和水资源利用效率(Water Usage Effectiveness,WUE)等,形成了日渐严苛的碳排放标准。然而,并非所有地区都有发展绿色算力基础设施的能力,这是由于信息与通信技术(Information and Communications Technology,ICT)产品和服务的碳足迹在很大程度上取决于能源的产生方式(是由化石燃料还是可再生能源产生)和地点,而可再生能源的获取情况可能因国家区域位置的不同而有很大差异。不断细化的减排目标将拉大不同国家算力产业链的“绿色级差”,将欠发达国家限制在“数字化鸿沟”中,并排斥其进入算力产业国际生产体系,使其后发赶超道路受阻,从而加剧全球算力产业链的发展不平衡。

3.4 国家安全问题阻碍了应用全球化推广

数字应用中收集到的用户数据,都受到各国信息隐私条例的监管,包含但不限于对数据的使用、收集、保留和共享的方式。随着国家网络安全问题的日渐敏感化,不同的国家监管体系之间的信息安全要求使得各国在新兴技术领域发展日趋保守,技术带来的安全问题使各国陷入了“不安全”的困境,为算力产业下游的应用服务推广带来障碍。

安全问题掣肘了算力科技企业的全球化进程,使其寻求合规的解决方案。例如,西方立法者和监管机构认为TikTok及其母公司字节跳动可能会将位置信息等敏感用户数据扩散,印度等国全面禁止TikTok服务,美国、英国、澳大利亚、欧盟等国家和地区下达部分禁用令。TikTok为满足合规及监管要求,推出Project Texas和Project Clover等计划,为各国提供本地化数据管理解决方案[10]。

4 复杂形势下算力产业发展趋势

4.1 加强合作消除技术壁垒

技术壁垒是影响全球算力产业发展的一个重要因素,针对技术脱钩问题,各国间应加强合作减少对产业发展的负面影响,坚持求同存异,加大力度探索良性竞争与合作的新模式;加强技术、产业和安全合作,积极扩大算力产业联结面,深化利益关联程度,促进新兴技术高质量发展。全球高校和科研机构应积极增强国际学术交流,形成以技术发展为导向的合作,鼓励产学研一体的生态合作机制建设,鼓励研究人员参与全球区域的研究机构、高校、政府发起的学术研究项目,建设公共的算力基础设施和平台,共同制定算力产业国际标准,推动全球算力产业健康发展。

4.2 加强自主研发破除贸易壁垒

针对贸易壁垒,应通过加强自主研发优化算力产业链完整性。各国需加大算力相关产业的自主性建设,从产业发展战略、技术研发、生产制造3个方面加强自主创新,实现完善的产业布局和生态构建,用优质国产设备和材料替代国外设备和材料,减少对进口产品的依赖,提高技术自给自足以推动全产业发展,助力产业链各个环节的各相关方之间建立联系。重点鼓励传统芯片和芯片制造设备自主研发来满足国内需求和供应,加大CPU、GPU、服务器等关键产品的研发力度[11]。

4.3 推动绿色低碳发展应对气候变化

算力在各行业的应用越来越广泛,同时也带来了较大的能耗和碳排放,导致气候和生态问题。针对气候变化问题优化算力中心布局,推动算力低碳发展尤为重要。在推动碳中和的过程中,不同国家和区域依据各自的资源禀赋和发展现状,推进数据中心向能源资源和计算需求较高的地区迁移,规划构建更大地理范围内的计算架构。通过计算网络平衡绿色能源、延迟和成本的需求,实现最佳的全球PUE并减少碳排放。探索全球化算力应用资源跨区域调度,高效利用好各类算力资源,优化全球算力布局。

4.4 加强国际合作消除安全隐患

尽管各个司法管辖区的法律有所不同,技术发展的潜在影响和风险超越国界。针对算力领域安全问题,多边组织、政府、公司、学术机构和民间社会组织需密切国际合作以应对带来的挑战,从而在全球范围内获得新的安全政策和技术解决方案。例如,目前在人工智能安全方面,经济合作与发展组织、美洲开发银行、全球人工智能协会、IEEE标准协会和联合国教科文组织等国际组织已经进行联手,推动形成生成式人工智能安全方面的全球合作机制[12]。未来,在算力领域也可加强促进跨国及多边合作对安全风险加以控制,推动技术向有利于全人类发展的方向持续演进。

5 结束语

算力产业支撑了数字经济的高速发展,成为数字时代经济社会进步的引擎。随着各国之间在算力方面的竞争日趋激烈,未来算力产业发展将继续推动经济增长。为应对全球复杂的局势为算力产业发展带来的障碍,算力产业链上的各利益相关方应推动算力产业协同发展,加强国际及区域产业合作,促进全球良性竞争,加强自主创新研发,协同优化全球算力布局,共同应对复杂国际形势下的算力产业发展挑战。