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我国算力网络产业分析:ChatGPT引爆算力需求 2023年总算力将超200EFLOPS

1、算力网络产业概述、分类、及特点

作为我国信息通信领域历经多年积累提出的原创性概念,算力网络可被定义为融合算力和网络资源的新型信息基础设施。算力网络产业由算力产业和通信产业融合衍生而成。当前,算力产业主要包含云计算、IDC、人工智能等细分产业;通信产业主要包括基站、接入网和核心网等细分产业。

根据观研报告网发布的《中国算力网络市场运营现状调研与投资战略预测报告(2023-2030年)》显示,按照规模,算力可分为基础算力(基于CPU芯片)、智能算力(基于GPU和NPU芯片)和超算算力。简单来说,满足网购、打游戏这类基础需求,基础算力就能够完成;智能算力,主要用于人工智能的训练和推理计算,常见如语音、图像和视频的处理;超算算力,通俗理解即超级计算机所提供的算力,一般用于行星模拟、基因分析等高科技研究领域。

根据观研报告网发布的《》显示,按照规模,算力可分为基础算力(基于CPU芯片)、智能算力(基于GPU和NPU芯片)和超算算力。简单来说,满足网购、打游戏这类基础需求,基础算力就能够完成;智能算力,主要用于人工智能的训练和推理计算,常见如语音、图像和视频的处理;超算算力,通俗理解即超级计算机所提供的算力,一般用于行星模拟、基因分析等高科技研究领域。

资料来源:观研天下整理

算力网络产业链当前呈现四大特征。一是算力网络当前尚处于产业格局建立初期,仅基础设施领域已有相对成熟的业务积累,其他产业环节仍有极大竞争空间与合作机遇。二是算力、算网服务还未形成市场共识,满足个性化、多样化需求的产品或将是用户端的发展关键。三是核心技术研发与统一标准制定亟待加速推进。四是算网产业的绿色、高效运营模式仍待探索建立。

从产业地位来看,算力网络是数字经济高质量发展的有效推动力,是数字产业化和产业数字化的重要生产力。目前,算力已经成为拉动中国经济增长核心引擎之一。据信通院数据显示,算力投入能显著提升经济价值:每1元的算力投入,可以带动3-4元的GDP(国内生产总值)经济产出,实现经济增长的倍增效应。计算力指数越高对经济的拉动作用越显著。

从产业地位来看,算力网络是数字经济高质量发展的有效推动力,是数字产业化和产业数字化的重要生产力。目前,算力已经成为拉动中国经济增长核心引擎之一。据信通院数据显示,算力投入能显著提升经济价值:每1元的算力投入,可以带动3-4元的GDP(国内生产总值)经济产出,实现经济增长的倍增效应。计算力指数越高对经济的拉动作用越显著。

资料来源:观研天下整理

2、整体算力网络市场规模稳步增长,国产化占比持续提升

截至2022年6月底,我国算力总规模超过150EFlops(每秒15000京次浮点运算次数),位居全球第二,算力核心产业规模达到1.8万亿元。受益于政策驱动、全国一体化算力网络国家枢纽节点的部署和“东数西算”工程的推进等利好因素影响,中国算力网络市场高速增长,预计到2023年底,总算力规模将超过200EFLOPS,高性能算力占比达到10%。

截至2022年6月底,我国算力总规模超过150EFlops(每秒15000京次浮点运算次数),位居全球第二,算力核心产业规模达到1.8万亿元。受益于政策驱动、全国一体化算力网络国家枢纽节点的部署和“东数西算”工程的推进等利好因素影响,中国算力网络市场高速增长,预计到2023年底,总算力规模将超过200EFLOPS,高性能算力占比达到10%。

资料来源:观研天下整理

作为算力网络的重要组成部分,算力基础设施市场亦得到长足发展,包括高性能芯片、数据中心、网络等基础设施建设也为算力、应用以及产业发展提供可持续发展的保障。当前,我国已建成全球最大规模光纤和移动通信网络,截至2022年6月底,我国5G基站数达到185.4万个,5G移动电话用户数超过4.5亿户,所有地级市全面建成光网城市,千兆光纤用户数突破6100万户,启动建设多条东数西算干线光缆,在用数据中心机架总规模超过500万标准机架,服务器规模约2000万台,算力规模超过150EFlops。

此外,近年来接连不断的国际制裁导致围绕算力的软硬件国产替代全面提速,加上近期ChatGPT的火热,人工智能行业再度引发市场关注,而因大模型训练和应用的庞大算力需求,市场将目光聚焦到了AI芯片之上,国产化算力芯片的大规模应用逐步进入加速期,预计CPU和MPU两类芯片的市场占比将大幅提升,并在2025年达到70%的自给率。

观研天下分析师观点:众多利好因素首先给产业链上游和中游带来利好。从人口规模和需求来看,我国的数据中心建设仍有很大缺口。全社会对算力需求预计每年仍将以20%以上的速度快速增长。特别是绿色、低能耗的数据中心基建设备、边缘计算等环节将有更大增长机会。例如,绿色、高端、模块化温控系统装备将获得更大市场。

3、国内厂商逐步超越,算力产业格局有望重构重塑

算力网络的构建需要产业链各方参与者鼎力合作,在各领域、各环节和各层级优势互补,通过技术与场景的渗透融合,共同推进算力网络建设落地。整体上看,在算力网络构建中运营商以提供顶层设计指导和基础资源为主,而在资源纳管、调度、安全、运维等软件层面,以及算力交易商业模式和具体业务场景应用等领域均需要与各方参与者展开深度合作。从市场格局来看,当前中国整体算力网络行业格局较为分散,CR5集中度不到50%。

整机方面,数据显示,2023年国内服务器规模将达到294亿美元。中兴通讯、浪潮、超聚变、HPE/新华三、紫光华山排名市场前五位,市场份额分别为25.6%、17.2%、15.57%、9.6%和7.3%。同时,清华同方、曙光信息、宝德计算、湘江鲲鹏、虹信软件、宁畅信息等供应商也入围相关项目。2023年初,随着第四代英特尔强可扩展处理器的发布,主要制造商积极跟进相关服务器产品的发布,未来行业竞争态势将愈演愈烈。

整机方面,数据显示,2023年国内服务器规模将达到294亿美元。中兴通讯、浪潮、超聚变、HPE/新华三、紫光华山排名市场前五位,市场份额分别为25.6%、17.2%、15.57%、9.6%和7.3%。同时,清华同方、曙光信息、宝德计算、湘江鲲鹏、虹信软件、宁畅信息等供应商也入围相关项目。2023年初,随着第四代英特尔强可扩展处理器的发布,主要制造商积极跟进相关服务器产品的发布,未来行业竞争态势将愈演愈烈。

资料来源:观研天下整理

芯片方面,仍然以X86架构为主,英特尔和AMD两家市场份额合计占比超过95%。ARM服务器芯片产品因为具备较低的成本和功耗,在经历了多年的推动后,在性能方面上面有了大幅度的提升。同时,数据中心市场扩大的背景,也为ARM架构进军服务器市场提供了机会,目前已经成为市场的新秀。英伟达、亚马逊、华为、阿里等国内外巨头已陆续推出自研ARM服务器CPU,2022年第二季度ARM处理器约占服务器市场的7.1%,预计ARM处理器市场份额仍将不断提升,到2024年接近10%。

X86、ARM、MIPS和Alpha架构的特点比较

项目

复杂指令集(CISC

精简指令集(RISC

主要架构

X86

ARM

MIPS

Alpha

架构特征

1、指令系统庞大,功能复杂,寻址方式多,且长度可变,有多种格式

2.各种指令均可访问内存数据

3.一部分指令需多个机器周期完成

4、复杂指令采用微程序实现

5、系统兼容能力较强

1、指令长度固定,易于译码执行

2、大部分指令可以条件式地执行,降低在分支时产生的开销,弥补分支预测器的不足

3、算数指令只会在要求时更改条件编码

1、采用32位寄存器

2、大多数指令在一个周期内执行

3、所有指令都是32位,且采用定长编码的指令集和流水线模式执行指令

4、具有高性能高速缓存能力,且内存管理方案相对灵活

1、采用32位定长指令集,使用低字节寄存器占用低内存地址线

2、分支指令无延迟槽,使用无条件分支码寄存器

架构优势

x86架构兼容性强,配套软件及开发工具相对成熟,且x86架构功能强大,高效使用主存储器,因此在处理复杂指令和商业计算的运用方面有较大优势

ARM结构具有低功耗、小体积的特点,聚焦移动端市场,在消费类电子产品中具有优势

MIPS结构设计简单、功耗较低,在嵌入式应用场景具有优势

AIpha结构简单,易于实现超标量和高主频计算

资料来源:观研天下数据中心整理

Al芯片方面,英伟达、英特尔、AMD等传统芯片厂商凭借在芯片领域多年的技术积累,在人工智能领域积极布局,处于产业领先地位。而我国当前在AI芯片发展上仍处于起步阶段,自主研发能力较弱。值得注意的是,近年来国家高度关注AI芯片产业的发展,发布系列产业支持政策,同时随着AI技术的大规模落地应用,推动了人工智能芯片的发展,国内芯片厂商、整机系统厂商、互联网厂商纷纷加速AI芯片的研发和产业化,算力产业格局有望重构重塑。

4、互联网行业算力需求最大,ChatGPT引爆算力需求

从需求端来看,互联网行业算力需求最大,占整体算力近50%的份额,以阿里、腾讯、百度、字节跳动为代表的互联网巨头对算力的需求更加迫切,同时算力的集中部署也使互联网行业成为先进生产力的代表。算力需求旺盛的行业其次是电信、金融,这两个行业信息化和数字化起步较早,是我国算力应用较大的传统行业,对算力的应用处于行业领先水平;制造业数字化转型仍处于初期,需要更多规模化、普惠型的公共算力基础设施的支持。

从需求端来看,互联网行业算力需求最大,占整体算力近50%的份额,以阿里、腾讯、百度、字节跳动为代表的互联网巨头对算力的需求更加迫切,同时算力的集中部署也使互联网行业成为先进生产力的代表。算力需求旺盛的行业其次是电信、金融,这两个行业信息化和数字化起步较早,是我国算力应用较大的传统行业,对算力的应用处于行业领先水平;制造业数字化转型仍处于初期,需要更多规模化、普惠型的公共算力基础设施的支持。

资料来源:观研天下整理

值得一提的是,随着无人驾驶、机器人、AR/VR、ChatGPT等Al应用产业化发展,未来所需要的算力将会成倍增长,同时也将对计算设备的运算能力提出了前所未有的需求。虽然AI芯片、GPU、CPU+FPGA等芯片已经对现有模型构成底层算力支撑,但面对未来潜在的算力指数增长,短期使用CHIPLET异构技术加速各类应用算法落地,长期来看打造存算一体芯片(减少芯片内外的数据搬运) ,或将成为未来算力升级的潜在方式。

观研天下分析师观点:从需求端来看,未来要坚持把AI算力发展作为算力产业的着力点,一方面,AI算力对于提升国家、区域经济核心竞争力的重要作用已经成为业界共识;另一方面,AI 算力需求是目前制约人工智能发展的主要瓶颈,唯有在算力问题上实现突破,人工智能的发展才可能有根本保障。

5、产业处于发展初期,未来四大方向值得关注

当前,我国算力产业链条相对完善,具有国际竞争力的算力产业生态初步形成,然而,我国算力产业实现高质量发展仍面临一定挑战。一方面,当前计算与网络融合还面临技术标准不统一和产业协同困难的问题,算力资源的感知、度量与开放共享还存在技术难题,算网一体的服务模式和商业模式还有待更多研究探索;另一方面,目前算力网络的发展还处于起步阶段,虽然多方协力探索,但尚未形成统一的解决方案,还需引导产业界各方在算力网络的演进路线上达成共识。

未来算力网络产业发展或将重点关注四大方向。1)加强计算和网络领域核心技术创新。推动高端芯片、计算系统、软件工具等领域关键技术攻关和重要产品研发,着重弥补短板薄弱环节;2)营造算力产业发展环境。引导社会资本参与算力基础设施建设和算力技术产业发展,引导金融机构加大对算力重点领域和薄弱环节的支持力度,鼓励符合条件的金融机构和企业发行绿色债券,支持符合条件的企业上市融资;3)加快推动配套产业成熟。构建大中小企业融通发展、产业链上下游协同创新的发展新格局。实施算力网络“专精特新”培育工程,对于拥有算网大脑等关键细分领域专业优势的行业“配套专家”“单打冠军”和“科技小巨人”,持续加大扶持力度;4)培育壮大算力网络应用生态。加大普惠性算力基础设施建设力度,加强对算力资源普及率、经济社会价值转化率等关键指标的动态监测,引导各类市场主体按照适度超前、绿色集约的原则,持续完善普惠性算网资源布局,为应用创新繁荣提供高质量支撑。

观研天下分析师观点:除了要加强服务器、高端芯片、计算系统等领域的创新,还要进一步加大算力产业支持政策和加强算力人才培养。

6、算力革命迫在眉睫,集约化、绿色化、智能化已成趋势

从算力网络的发展历程来看,早期注重规模化、以传统计算集群为主的传统算力发展模式,已经不能满足算力新时代日益多元的数字化创新需求。一场“由集中到泛在”,“以能源消耗为边界”,“云、边、端一体化”的算力革命已经迫在眉睫。具体而言,“算力革命”爆发的根本原因在于“供需失衡”,供给方面主要受到CPU发展极限、流量成本、碳排放等因素制约,集中式算力的边际性价比正在减弱。需求方面,受到车联网、AI等同时需要“海量数据处理”+“低延时”的行业带动,算力需求将在未来呈现指数型爆发式增长,集约化、绿色化、智能化将成为算力革命的新趋势。

观研天下分析师观点:要想将算力转化为生产力,还需要政策以及行业方面共同发力,行业端要降门槛,门槛降下来,政策端监管就要跟上,“降门槛”不是为降而降,而是要让算力更简单、降低算力使用门槛的趋势,从而让算力在各行各业得到充分应用。(LZC

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