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算力成数字经济新引擎和战略竞争新焦点 我国市场迎来重大战略机遇期

一、行业基本概述

从狭义上看,算力是设备通过处理数据,实现特定结果输出的计算能力。2018年诺贝尔经济学奖获得者William D. Nordhaus在《计算过程》一文中提出:“算力是设备根据内部状态的改变,每秒可处理的信息数据量”。算力实现的核心是CPU、GPU、FPGA、ASIC等各类计算芯片,并由计算机、服务器、高性能计算集群和各类智能终端等承载,海量数据处理和各种数字化应用都离不开算力的加工和计算。算力数值越大代表综合计算能力越强,常用的计量单位是每秒执行的浮点数运算次数(Flops,1 EFlops=10^18 Flops)。据测算,1EFlops 约为5台天河2A超级计算机,或者25万台主流双路服务器,或者200万台主流笔记本的算力输出。

从广义上看,算力是数字经济时代新生产力,是支撑数字经济发展的坚实基础。数字经济时代的关键资源是数据、算力和算法,其中数据是新生产资料,算力是新生产力,算法是新生产关系,构成数字经济时代最基本的生产基石。现阶段5G、云计算、大数据、物联网、人工智能等技术的高速发展,推动数据的爆炸式增长和算法的复杂程度不断提高,带来了对算力规模、算力能力等需求的快速提升,算力的进步又反向支撑了应用的创新,从而实现了技术的升级换代、应用的创新发展、产业规模的不断壮大和经济社会的持续进步。随着5G商用步伐的加快,物与物之间的连接不断深化,算力在自动驾驶、智慧安防、智慧城市等领域的应用不断扩大,边缘计算以及雾计算的需求日益增加,算力范畴和边界仍在不断扩展。

结合算力的内涵和特点,我国算力发展的总体框架可以从算力规模、算力环境和算力应用三个维度进行构建。在数字经济时代,算力规模是国家和地区数字化生产力发展水平的重要指标,算力环境是我国新生产力发展的重要条件,算力应用反映了我国新生产力的需求状况。算力环境为算力规模发展提供坚实支撑,算力应用拉动算力规模的增长,三者相互促进、协同发展。

算力规模在现阶段重点包括基础算力、智能算力和超算算力三部分,分别提供基础通用计算、人工智能计算和科学工程计算。基础通用算力主要基于CPU芯片的服务器所提供的计算能力;智能算力主要是基于GPU、FPGA、ASIC等芯片的加速计算平台提供人工智能训练和推理的计算能力;超算算力主要是基于超级计算机等高性能计算集群所提供的计算能力。

算力环境主要包括网络环境和算力投入等因素,持续优化的网络环境为算力发展提供坚实支撑,大规模算力投入将会对算力增长产生直接和间接的推动作用。

根据观研报告网发布的《中国算力成数字经济行业发展现状分析与未来前景预测报告(2022-2029年)》显示,算力应用主要包括消费应用和行业应用,消费和行业应用带来了对算力规模、算力能力等需求的快速提升,算力的进步又反向推动了应用的发展。

算力应用主要包括消费应用和行业应用,消费和行业应用带来了对算力规模、算力能力等需求的快速提升,算力的进步又反向推动了应用的发展。

资料来源:中国信息通信研究院,观研天下数据中心整理

二、市场发展现状

算力行业是一个典型的依赖人才驱动的行业,对于计算机等相关人才的需求量较大,良好的社会学习氛围能有效提升行业的人才基础储备。

在数字经济时代,算力正成为新生产力。当前5G、物联网、云计算、大数据、人工智能、区块链等新一代信息通信技术加速创新突破,数据的爆炸式增长、算法复杂度的不断提高,以及应用场景的日益多元化,推动算力需求和要求不断升级,全球算力多样化态势日益凸显,创新步伐进一步加快,算力成为数字经济新引擎和战略竞争新焦点。

1、全球市场

近年来随着全球范围内芯片、服务器、超级计算机等行业的发展,全球算力规模得以快速增长,同时受益于行业信息化建设的推进,全球算力的需求量不断增长,推动全球算力市场规模从 2017年的329.11亿美元增长到 2021年的958.09亿美元,CAGR为30.62%。

近年来随着全球范围内芯片、服务器、超级计算机等行业的发展,全球算力规模得以快速增长,同时受益于行业信息化建设的推进,全球算力的需求量不断增长,推动全球算力市场规模从 2017年的329.11亿美元增长到 2021年的958.09亿美元,CAGR为30.62%。

资料来源:观研天下数据中心整理

根据《2021-2022全球计算力指数评估报告》,中国和美国同处于算力领跑者阵营,在全球经济下 行的情况,中国经济仍然保持了稳健增长,伴随着数字经济和实体经济的加速融合,中国服务器保持了快速健康的增长态势。

因此,从全球算力区域市场规模的总体分布情况来看,2021年世界算力需求最多的地区为亚洲地区,该地区市场规模约占全球总体市场规模的40%;其次是北美地区,其市场规模约占全球总体市场规模的38%;欧洲市场规模占比约为12%;其他地区占比约为10%。

因此,从全球算力区域市场规模的总体分布情况来看,2021年世界算力需求最多的地区为亚洲地区,该地区市场规模约占全球总体市场规模的40%;其次是北美地区,其市场规模约占全球总体市场规模的38%;欧洲市场规模占比约为12%;其他地区占比约为10%。

资料来源:观研天下数据中心整理

而总体看,中国、美国、日本和欧盟在全球算力竞争中占有优势,这些国家的互联网和 ICT 企业是算力竞争的主要参与者。

作为世界高性能计算领域规模最大的权威会议之一,国际高性能计算大会每半年公布一次全球超级计算机 TOP500 榜单。在 2021 年 6 月公布的最新榜单中,从系统上榜数量来看,联想、浪潮、HPE 排名前三,市场占比分别为 36.8%、11.6%、9%。从算力来看,Fujitsu、联想、HPE 排名前三,总算力市场份额分别为 19.8%、15.1%、11.1%。

2、中国市场

2020年,新冠肺炎疫情席卷全球,对我国经济造成较大冲击,叠加周期性经济波动,对经济增长带来较大下行压力。在复杂严峻的发展环境下,我国算力规模依然保持强劲增长,算力结构持续演化,创新水平、发展环境和应用需求不断提升,成为支撑我国经济高质量发展的坚实基础。

2021年,我国算力产业市场规模达到2055.1亿元,同比增长11.47%,保持较高的增长速度。

2021年,我国算力产业市场规模达到2055.1亿元,同比增长11.47%,保持较高的增长速度。

资料来源:观研天下数据中心整理

其中智能计算中心是人工智能算力发展的重要方向。过去10年中,用于人工智能的训练模型的计算资源激增,AI训练的计算复杂度每年猛增10倍,人工智能计算已成为主流的计算形态。截止2021年,算力行业在人工智能领域市场规模约为431.6亿元。

其中智能计算中心是人工智能算力发展的重要方向。过去10年中,用于人工智能的训练模型的计算资源激增,AI训练的计算复杂度每年猛增10倍,人工智能计算已成为主流的计算形态。截止2021年,算力行业在人工智能领域市场规模约为431.6亿元。

资料来源:观研天下数据中心整理

同时随着5G网络、边缘计算的规模建设,新兴应用将加速驱动数据处理由云端向边侧、端侧的扩散,边端计算能力持续增长,算力泛在化已成趋势,带动各种计算设备的巨大需求。未来随着边端设备种类的丰富,个人PC甚至家庭网关都将可能作为算力的节点,手机、智能汽车等智能终端的普及形成了数据就近处理和泛在计算处理的场景,由此也将促进用户周边信息化空间内,不同距离、不同规模的算力相互协同和联动,呈现“云-边-端”三级计算架构。目前5G泛终端已达20类,涵盖VR/AR头显、CPE、工业级路由器/网关、无人机、机器人、车辆OBU等众多品类,将率先在工业、医疗等非成本敏感领域率先普及并迭代演进,并对文化教育、休闲娱乐方式等产生颠覆性变革。

海量的数据基础也使得大数据产业在算力的加持下有望得到加速发展。截止2021年,算力行业在大数据领域的应用规模约为411亿元。

海量的数据基础也使得大数据产业在算力的加持下有望得到加速发展。截止2021年,算力行业在大数据领域的应用规模约为411亿元。

资料来源:观研天下数据中心整理

二、行业供需规模

1、供应情况

随着疫情结束后市场需求回暖以及国家将加快5G、大数据中心、工业互联网、人工智能等七大领域新型基础设施的建设进度,以及云计算、人工智能、边缘计算和5G等新兴技术在行业的深度应用,中国服务器市场需求旺盛,服务器出货量也随之不断增长。2021年中国X86服务器出货量为391万台,同比增长约11.7%。

随着疫情结束后市场需求回暖以及国家将加快5G、大数据中心、工业互联网、人工智能等七大领域新型基础设施的建设进度,以及云计算、人工智能、边缘计算和5G等新兴技术在行业的深度应用,中国服务器市场需求旺盛,服务器出货量也随之不断增长。2021年中国X86服务器出货量为391万台,同比增长约11.7%。

资料来源:IDC,观研天下数据中心整理

截止2021年,我国算力供给规模大约为215Eflops。

截止2021年,我国算力供给规模大约为215Eflops。

资料来源:观研天下数据中心整理

预计未来相当长的一段时期,CPU的性能还将保持持续提升,新的功能、特性不断增加。根据目前主流CPU研发企业的公开数据,CPU的性能增长和功能增加主要依靠处理器体系结构和微结构的改进、SoC集成创新、先进制造工艺及先进封装水平提升、面向典型行业应用的设计优化等技术手段来实现。

2、需求情况

中国是全球重要的CPU消费市场,计算机用户基数庞大。在科技领域竞争加剧的大背景下,我国政府对国产CPU的支持力度逐步加大,在电子政务、能源、交通、金融、通信等关键信息基础设施领域,国产CPU应用已在全国逐步铺开。随着国产CPU性能的不断提高和软件生态的不断完善,基于国产CPU的信息产品已经得到批量应用。对信息安全、供应链安全要求相对较高的领域,均是国产CPU的优势市场,伴随着未来信息化的加速,桌面、服务器CPU的需求量将大幅增加。

据统计,截止2021年,我国IT行业数据总量约为17.29ZB,保持较高的增长速度。

据统计,截止2021年,我国IT行业数据总量约为17.29ZB,保持较高的增长速度。

资料来源:观研天下数据中心整理

对于大部分传统企业和中小型企业而言,当前企业数字化建设主要面临技术复杂、使用门槛高、研发投入高以及现有IT系统的制约等障碍和挑战。云计算可以让用户通过互联网的方式从云端获得强大的计算能力和充足的存储空间。随着云计算技术的逐渐成熟以及相关应用的快速落地,国内企业可以通过“企业上云”快速完成数字化转型,进而驱动企业的流程创新和业务创新,有效降低经营成本,提升核心竞争力。随着云计算规模的快速扩大,未来搭载高端处理器的服务器数量将快速增长,高端处理器将持续保持旺盛的市场需求。

伴随着5G网络覆盖范围的逐步扩大,其高带宽、广连接和低延时的特性将助力“万物互联”时代的加速到来。工业互联网、车联网、智慧城市、智能家居等场景的需求已经日益显现,物联网产业将迎来快速扩展阶段。根据中商产业研究的数据,2020年中国物联网产业规模超过2.2万亿元,同比增长25%,产业开始进入快速发展期。在这个过程中,需要高端CPU提供强大的算力和精准的任务调度,以实现海量设备间的数据处理和数据传输。5G网络和物联网技术的进一步发展将继续拓展CPU的应用场景。

随着信息化社会的飞速发展,互联网、大数据分析、深度学习等新技术的不断涌现,人们对信息处理能力的要求越来越高,大数据处理不仅应用在石油勘探、天气预报等传统领域,互联网、金融、数据挖掘、教育等领域对算力的需求也呈现高速增长的趋势。

3、供需平衡分析

根据中国信通院公布的信息显示,长期以来,我国数据中心的算力水平都难以满足数据量猛增带来的巨大计算需求。其中一个重要原因便是数据中心市场存在供需失衡、发展失序等问题,这主要体现在供需地域分布不均这一方面。

近些年,我国数据量爆增,东部地区应用需求大,但能耗指标紧张、电力成本高,数据中心大规模发展难度大;而西部一些地区可再生能源丰富,气候适宜,但由于跨省数据传输费用高等原因,无法有效承接东部需求。整体来看,我国东部数据算力供不应求,而西部地区算力供大于求。

三、行业发展趋势

“十四五”时期是我国算力实现跨越式发展的重大战略机遇期。我们应以供给侧结构性改革为主线,以实施扩大内需为战略基点,夯实基础、优化产业、应用牵引、开放合作,形成供给创造需求、需求牵引供给的更高水平动态平衡,加快培育新动能,全面支撑“双循环”新发展格局。

一是加快建设算力基础设施。围绕强化数字转型、智能升级、融合创新支撑,加快布局数据中心、智能计算中心、超级计算中心等算力基础设施建设,增强数据运算能力。加快构建全国一体化大数据中心体系,强化算力统筹智能调度,建设若干国家枢纽节点和大数据中心集群,建设E级和10E级超级计算中心。持续引导各区域算力供需对接,提升应用水平。

二是营造良好算力发展环境。提升新型算力网络支撑能力,优化区域算力互联能力。持续推进互联网骨干网、城域网结构优化和关键环节扩容,稳步推进5G网络建设。引导社会资本参与算力基础设施建设,鼓励金融机构等对算力基础设施加大支持力度。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。

三是提升产业链供应链竞争力。注重锻造计算产业链供应链长板,不断强化计算系统整机能力,加速软硬融合与异构协同创新,满足海量数据、多元场景的计算需求。着力补齐产业链供应链短板,推进产学研合作,加大重要产品和关键核心技术攻关力度,加快提升算力算效水平,推进算力供应多元化。加强基础研究和多路径探索,加快推进存算一体、量子计算、类脑计算等前沿计算体系创新,增强原始创新能力。

四是强化算力应用需求牵引。强化需求牵引和供需对接,挖掘数字化消费算力需求,提高算力的消费应用水平,加快发展教育培训、医疗养老、交通出行等线上线下融合的新型消费,将推动消费结构优化升级。深入推进传统行业数字化转型,加强算力在各行各业中的应用,推动企业深度上云用云,全面深化行业各环节的数字化应用,培育新业态,打造“云”上产业链,培育数据驱动型企业,提升产业数字化转型能力。推动公共算力泛在应用,满足政务服务和民生需求,完善公共算力资源供给,优化算力服务体系,降低算力使用成本,增强算力服务调度和应用赋能支撑水平。

五是持续扩大国际合作。紧抓数字经济与实体经济融合发展机遇,强化“一带一路”合作,加强在算力基础设施、算力技术产业、数字化转型等领域的合作,打造互信互利、包容、创新、共贏的合作伙伴关系,拓展数字贸易广阔发展空间,构建沿线国家网络空间命运共同体。(WWTQ)

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