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    “東數西算”力推全體系化產業升級

    2025China.cn   2022年04月28日

      “東數西算”工程背后不僅僅是投資規模及其帶來的產業發展機遇,更重要的是,統籌優化數據中心的能源使用效率,提高算力基礎設施的有效利用率,以及通過架構創新來大幅提高系統性能,最終,實現產業互聯網驅動之下的“算力普惠”。

      今年,“東數西算”工程已經成為熱點議題。簡單來說,“東數西算”就是把東部的算力需求調到西部來處理,和著名的南水北調、西電東送、西氣東輸是同一個系列的系統工程,分別解決水、電、氣和算力的全國統一資源調配。尤其是今年1月,國家發展改革委、中央網信辦、工業和信息化部、國家能源局四部委聯合復函同意京津冀、長三角、粵港澳大灣區、成渝、貴州、甘肅、內蒙古和寧夏啟動建設國家算力樞紐節點,被外界視作啟動“東數西算”工程的標志性事件。甚至國內資本市場也開始針對大數據、云計算、算力建設、數據安全等細分領域展開布局。

      現今數字經濟的創新發展正在進入一個至關重要的時間窗口,5G、物聯網、人工智能,以及集成電路、移動電子設備、自動駕駛汽車等核心產業,正在經歷新一輪的高增長?!丁笆奈濉睌底纸洕l展規劃》指出,數字經濟核心產業增加值占GDP的比重要從2020年的7.8%增長到2025年的10%?;谶@一宏觀產業背景,“東數西算”的系統性布局、推動進度和創新加速,將力推中國全體系化產業升級。

      未來幾年,“東數西算”驅動之下的數字經濟將會是這個時代的最大增量。各行各業將會與之深度融合,成為繼過去10年的網絡化、信息化時代的下一個典型新經濟業態。

    產業互聯網是第一驅動

      “東數西算”絕對不是被突然構想出來的,而是有非常廣泛甚至緊迫的產業需求推動,產業互聯網則是“東數西算”的第一個驅動因素,產業互聯網主要瞄準企業級服務。

      早在2016年,國內就出現一個觀點——“中國的互聯網進入下半場”。中國互聯網的上半場是消費互聯網(面向個人),下半場是產業互聯網(面向企業)。當時已經出現了兩個發展瓶頸:一是移動電子產品(主要是手機和可穿戴設備)的普及程度已經接近人口總量,To C 數字經濟已經接近了產業發展的天花板;二是 C 端個人用戶的線上停留時間(人均接近 6 個小時)也已經接近極限,數據和流量的增長空間非常有限。

      所以,全球主要科技公司主動開始轉型,利潤來源已經開始轉向 To B 業務,比如原本主營 To C 的微軟、亞馬遜目前一半以上的利潤來源是企業級服務,騰訊、百度、阿里巴巴等國內科技公司也在花更大的力氣,在技術層面去推自己的企業級服務優勢。既然產業互聯網代表整個“下半場”的共識已經形成,就必須跟進,不能被甩出時代。

      消費互聯網的核心邏輯是沉淀用戶,穩定的流量和用戶規模就是一切,但是產業互聯網更強調費用、效率。有人把產業互聯網的商業模式總結為:提效、降費、定價權。產業互聯網的核心價值是幫助整個產業鏈的某個環節提升效率或是降低費用,比如,亞馬遜的云計算服務幫助許多家歐美企業節省了IT設備費用。而定價權就是你在企業客戶提升的效率里能夠分到的利益。

      產業互聯網的創新進取需要堅實的數字化基礎設施,參考國內外的具體經驗,企業的參與當然也非常重要,但國家引導更不可或缺。

      消費互聯網或者 To C 數字經濟的規?;l展有國家引導的作用。數據顯示,截至2021年6月,我國移動數據流量平均資費降至3.22元/GB,用戶月均移動數據使用量為12.62GB。根據第三方數據分析機構 Speedtest 公布的數據,中國固定寬帶速率位居全球第8,移動寬帶上網速率排名全球第9。不可否認,我們每個人都可以使用穩定、可靠、廉價的高速寬帶移動通信,政府部門在其中起了非常重要的作用。進入產業互聯網時代,在面對企業客戶多樣化的具體需求時,現有的基礎設施能力還有很多欠缺,包括數字化連接成本,與通信網絡、云計算能力的融合,乃至基礎設施與應用的集成等方面,迫切需要對數字化基礎設施進行產業升級。這也是推進“東數西算”戰略工程面臨的實際挑戰。

    背后的算力革命

      “東數西算”當中的“數”是數據,“算”是算力。具體而言,數字經濟時代的三大核心要素就是數據、算力、算法。其中,數據是新的生產資料,算力是新的生產力,而算法是新的生產關系。三者相互促進——算法迭代需要海量數據的喂養,而處理爆炸式增長的數據需要算力的快速提升,算力的進步又能夠促進更多的新應用、新算法。

      目前,三大要素中最緊張的,是算力。中國移動董事長楊杰說:“算力是繼熱力、電力之后,新的關鍵生產力?!庇脟彝度氘a出比模型來計算,在算力產業上每投入1元錢,可以帶動3~4元的經濟產出;算力規模每增長1%,可以撬動GDP增長0.2%。中國現在處于什么“算力水平”?《中國算力發展指數白皮書》指出,各國的算力規模和GDP水平強相關,美國占全球總算力的36%,中國占31%,日本占6%,歐洲作為一個整體占11%。算力規模排名前三的國家和GDP排名前三的國家是一致的。而且,目前全球算力處于加速增長的階段。2016年至2020年,全球算力規模平均每年增長30%;而2020年至2025年,預計全球算力規模增速會再上一個臺階,達到每年增長50%。全球主要經濟體都已經投入巨資加快算力布局,為了掌握未來的發展主動權,必須掌握先進算力。

      那么,從微觀層面看,算力的需求端、供給端是怎樣一個格局?

      算力需求端:產業(工業)互聯網是主要需求來源

      比如,為什么現在的天氣預報比原來準多了?過去只能告訴你“局部地區有雨”,現在你可以隨時在手機上查看未來兩小時精準的降雨云圖。再比如,生物醫藥的研究上,為什么新藥研發鑒定的周期可以從5000天縮短到100 天?這主要是算力提升的結果。

      真正的自動駕駛,沒有算力的巨大進步完全不可能實現。因為一輛自動駕駛汽車的攝像頭、雷達、導航和各種傳感器每個小時產生的數據多達40TB(大概相當于500部智能手機的存儲量),要用這些數據對自動駕駛的神經網絡進行訓練,僅僅是數據處理就需要巨大的算力支持。加上車路協同的計算需求,對算力的要求更是極其嚴苛。為什么近年特斯拉發布了自己研發的超級計算機?根本上就是在拼傳感器和算法,還有拼算力。

      算力供給端:與碳中和規劃要求艱難平衡

      算力如此重要,那么,算力產生的成本大不大?不得不說,構建算力場地和數據中心的成本是非常昂貴的,“計算”一直是一項高耗能的工作,尤其消耗電力。

      一個數據中心的運營成本中,電力成本往往占到50%以上。2020年,國內的數據中心用電量已經占到全社會總用電量的2.7%,總能耗超過2000億千瓦時,相當于燃燒6000萬噸煤排放1.6億噸的二氧化碳的發電量。而《“十四五”數字經濟發展規劃》明確要求,發展數字經濟需要的基礎設施要符合同為國家戰略的“碳中和”規劃要求,不能因為自身的發展而破壞中國對世界的承諾。而且電力的傳輸問題也很多,以當前的技術水平,2000公里長距離輸電的損耗是6%左右,這已經比較樂觀了,且特高壓輸電線的建設成本十分驚人。

      此外,給數據中心服務器冷卻降溫,也需要消耗大量電力。微軟、亞馬遜、Facebook等都曾為了“物理降溫”走了彎路,比如微軟將“北方群島”數據中心沉入海底,Facebook在瑞典北部靠近北極圈邊緣的地方興建數據中心,國內的阿里云、騰訊云、百度、華為等也在將數據中心向貴州、甘肅等整體氣溫偏低的地區遷移。綜合以上因素,如何解決算力和數據中心的場地、能耗、分布問題,要做出很多艱難的平衡。哪怕沒有“東數西算”工程,算力和數據中心“向低成本區域遷移”的趨勢也難以阻擋。

    探索最優算力結構

      如果說是國內不均衡的電力資源分布催生了“東數西算”工程,或者說是“東數西算”工程要破解這一輪次數字經濟發展遇到的一大難題——如何在節能減排的約束框架下建設數字化基礎設施,可能都不算理解“東數西算”布局背后的深謀遠慮。其實,將大型和超大型數據中心布局到可再生能源等資源相對豐富的西部地區,統籌調度東西部數據中心算力需求與供給,是要實現全國算力、網絡、數據、能源的協同聯動。

      綜合來看,未來數字經濟的創新發展確實需要史無前例的算力支持,但更重要的,是算力結構的統籌優化?;谖覈鴶底纸洕L遠發展所需要的算力結構而言,可以將算力做出以下分類:

      一是基礎算力,就是由基于CPU芯片的服務器提供的算力,主要用于基礎通用計算,包括云計算、邊緣計算等,都屬于基礎算力。二是智能算力,就是由基于GPU、FPGA、ASIC等AI芯片的加速計算平臺提供的算力,主要用于人工智能的訓練和推理計算,比如語音、圖像和視頻的處理。三是超算算力,就是由超級計算機提供的算力,主要用于尖端科學領域的計算,比如行星模擬、藥物分子設計、基因分析等。

      現今的全球總算力當中,基礎算力占73%,智能算力占25%,超算算力占2%。具體到中國算力資源,我們在基礎算力和超算算力上分別位于全球第二和第三,而在智能算力上保持絕對領先優勢,獨占全球52%的份額。僅僅去年一年,全國就有20多個城市在建智算中心。顯然,國內這個算力結構不算是“統籌優化”的,缺乏總體布局,信息孤島的狀態是傷害中國數字經濟整體效率的。

      與此同時,國內的算力資源分布也很不均衡,整體利用效率并不理想。截至2022年初,國內已建成的數據中心為500萬標準機架,整體算力達到130EFLOPS,并將以20%以上的速度持續增長。僅從數字上看,算力規模的增長非常樂觀,但是北京、廣東、上海的算力規模位列前三,浙江、廣東、江蘇等東部省份的算力增速超過60%,而內蒙古、貴州、甘肅等省份在算力規模和增速上比較有限。而且,目前國內數據中心平均利用率約為55%,地區需求的不均衡導致算力利用率的低下,算力需求大戶(包括新能源車企、AI企業、互聯網企業等)主要集中在東部沿海一線城市和準一線城市。扭轉和改變這種需求不均衡導致的低效狀況,無疑是一個循序漸進的系統性工程,“東數西算”本質上是一項長期規劃。

      《全國一體化大數據中心協同創新體系算力樞紐實施方案》中明確提出,布局建設全國一體化算力網絡國家樞紐節點,加快實施“東數西算”工程,國家樞紐節點之間進一步打通網絡傳輸通道,加強云算力服務、數據流通、數據應用、安全保障等方面的探索實踐。因此,“東數西算”工程最重要的實施原則,就是“加強統籌”,強調“加強數據中心統籌規劃和規范管理,開展數據中心、網絡、土地、用能、水、電等方面的政策協同,促進全國范圍數據中心合理布局、有序發展?!?/FONT>

      所以,“東數西算”工程背后不僅僅是多大量級的投資規模,及其帶來的產業發展機遇,更重要的是,統籌優化數據中心的能源使用效率,提高算力基礎設施的有效利用率,以及通過架構創新來大幅提高系統性能,最終,實現產業互聯網驅動之下的“算力普惠”。

    數字化產業鏈變革

      “東數西算”無疑會帶來數字化產業鏈的巨大變革,可以從資源分布、技術架構、前瞻創新三個角度來進行理解。

      資源分布:基于“數據的溫度”來配置算力資源

      根據“東數西算”工程的具體規劃,國家將在京津冀、長三角、粵港澳大灣區、成渝、內蒙古、貴州、甘肅、寧夏等8地啟動建設國家算力樞紐節點,并在張家口、蕪湖、韶關等地建設10個國家數據中心集群。其中,8個樞紐節點定位不同:京津冀地區、長三角地區、粵港澳大灣區、成渝地區作為經濟最發達的核心城市群,地區用戶規模較大、應用需求強烈,屬于“服務內部”的一類;而內蒙古、貴州、甘肅、寧夏都在西部欠發達地區,當地的算力需求不大,作為樞紐節點“對外輸出算力”。

      而且基于通信原理的常識判斷,物理距離一定會帶來通信時延,西部數據中心向東部輸送算力,最大的問題就在于時延。因此,中國工程院院士鄔賀銓認為:“受限于網絡長距離傳輸造成的時延,以及相關配套設施等因素影響,一些后臺加工、離線分析、存儲備份等對網絡要求不高的業務,可率先向西部轉移。一些對網絡要求較高的業務,比如工業互聯網、災害預警、遠程醫療、人工智能推理等,可以在京津冀、長三角、粵港澳大灣區等東部樞紐布局,樞紐內部要重點推動數據中心從一線城市向周邊轉移?!?/FONT>

      依據網絡時延和訪問頻率不同,可將不同算力要求的數據處理分為兩類:一類是訪問頻率低的冷數據,這類數據西部數據中心會承接得更多,諸如后臺加工、離線分析、冷數據存儲備份等對時延不敏感的網絡應用。比較典型的就是軟件系統中的日志分析、每日每月報表分析、用戶千人千面算法分析、視頻渲染等應用。盡管增加了數據傳輸的成本,但西部地區便宜的電價、地價等優勢,足可以抵消數據傳輸增加的硬性成本。

      另一類是訪問頻率高的熱數據,這類數據東部數據中心會承接得更多,諸如自動駕駛(車聯網)、工業制造(機器人)、遠程醫療、金融證券、災害預警等對時延非常敏感的網絡應用,一定會在所在地或距離所在地最近的數據中心完成。上述應用的價值已經不能只從性價比上考慮,而是產業數字化轉型的主要方向和可以預見的經濟增長動力,相關的產業帶動效應和擴散效應不可低估。

      技術架構:推動分布式IT架構創新發展

      “東數西算”具體的算力資源配置和運用,可以很大程度上刺激國內軟硬件企業的技術創新。有人認為,數據中心的一些利潤較高的軟件和硬件掌握在國外企業手中,參與其中的很多國內企業沒有那么高的利潤率。這可能是一個誤解?!皷|數西算”非常有利于分布式IT架構的創新發展。

      比如,目前所有的傳統行業中,銀行業的數字化程度是最高的。銀行時刻要處理大量數字,巨大的數據量和吞吐量需要銀行業的IT架構由集中式轉向分布式。具體而言,就是把一臺集中式服務器替換為多臺中小型服務器,每一臺服務器不負責全部功能,而是只負責一個模塊,聯合起來的多臺服務器總體支撐整個系統。

      銀行業務的系統架構從集中式轉向分布式,數據結構、算力分配、資源調度的方式都要改,相當于代碼的底層邏輯變了。例如,一個簡單業務場景轉賬,集中式架構中,賬戶、轉賬、賬單等模塊都在同一個系統后臺,全程數據也都存在同一個數據庫里。但在分布式架構中,一個系統被拆分為多個后臺系統,數據庫也被拆分為多個數據庫,同樣的業務要調用更多的模塊,就需要通過更改底層代碼邏輯來實現。由此帶來的產業機會是,上層的各個業務系統,比如核心交易系統、信貸管理系統都要進行相應的改造。

      前瞻創新:產業規劃牽引技術發展

      可以看到,“東數西算”的相關政策性文件中,非常強調對技術的高標準和特殊要求,尤其在時延方面,提出數據中心集群端到端單向網絡時延原則上在20毫秒范圍內;城市內部數據中心端到端單向網絡時延原則上在10毫秒范圍內。

      理論上看,只有基礎設施具備提供超低時延的能力(數據的快速獲取、算法的快速生成、及時響應變化等),才敢把數據中心放在遠端??墒?,眼下的成熟技術和傳統的建設方式確實難以達到這些指標的要求。超遠距離傳輸會有時延,跨網絡、跨運營主體的使用場景還會造成更大的時延,比如,數據從深圳的華為云數據中心傳動到位于甘肅的阿里云數據中心,中間是電信運營商提供的傳輸網絡,端到端時延的達標如何保證?

      然而,產業規劃必定是具有前瞻性的,技術進步的因素需要被預先考慮,更要通過產業規劃來牽引技術的創新突破。況且,規劃中的指標是基于數據中心使用者的需求反推形成的,如果相關技術障礙不能得到解決,未來產業(工業)互聯網更大范圍的商用,甚至 To B 數字經濟多個核心產業的平穩發展,都會遇到不小阻力。

      長遠看來,“東數西算”工程將是一個更大時間尺度的整體性系統化工程,期間還有很多的現實問題需要解決,不能太過在意短期的產業紅利。但是,可以肯定的是,“東數西算”將會力推中國全體系化產業升級,統籌優化國內經濟結構和算力布局,推動產業數字化和數字產業化的轉型,催生出新技術、新產業、新業態和新模式。

      周倩 本刊特約撰稿人

      本文發表于《中國工業和信息化》雜志2022年4月刊總第44期

    (文章來源:中國工業和信息化)

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