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王曉明 張越 侯雲仙 鹿文亮 鞏在祥
「全國一台計算機」指面向未來社會需求謀劃布局的「新型算力服務系統」，將算力基礎設施、算力供給、算力運營模式和算力生態培育一體化考慮，建立安全可控、靈活高效、開放互動、智能友好、綠色低碳算力服務能力。當前，人工智慧大模型訓練亟須超高計算密度、超大規模算力和超快訓練速度的智能算力平台支撐，在「大算力+大模型」發展背景下，模型快速疊代、算力需求倍增。2023年2月，中共中央、國務院印發的《數字中國建設整體布局規劃》提出，「系統優化算力基礎設施布局，促進東西部算力高效互補和協同聯動，引導通用數據中心、超算中心、智能計算中心、邊緣數據中心等合理梯次布局」，為新時代布局新型算力服務系統指明了方向。2023年10月，工信部等六部門聯合印發《算力基礎設施高質量發展行動計劃》，提出到2025年智能算力占比達到35%的發展目標。因此，面向以智能算力為代表的海量計算需求，加快布局新型算力服務系統，是建立「全國一台計算機」發展新格局、建設打通數字基礎設施大動脈、夯實數字中國建設基礎的必然選擇。
發展新型算力服務系統，
服務我國多元化算力需求
近年來，隨著人工智慧、數字孿生、元宇宙等新興技術的迅速發展，全球算力需求規模呈爆髮式增長，而原有分散式布局的數據中心難以滿足新興領域海量高性能計算需求，迫切需要布局新型算力服務系統。
第一，發展新型算力服務系統是將中國打造為全球算力成本窪地，搶占全球算力競爭制高點的關鍵抓手。算力是數字經濟時代集信息計算力、數據存儲力、網絡運載力於一體的新型生產力。當前，人工智慧撬動了新一輪科研範式變革，帶來海量智能算力需求。建成全球算力成本窪地對於激發數據要素創新活力，加速數字產業化和產業數字化進程，催生新技術、新產業、新業態、新模式，支撐經濟高質量發展有著重要作用。我國亟須探索通過降低算力建設運營成本、創新算力模式提供多樣化的算力供給方式，降低算力成本，提供屬性多元、服務模式多元、網絡系統多元、技術場景多元、運營模式多元的體系化算力系統，形成我國產業發展和經濟發展的優勢基礎，形成全球企業和機構在我國發展的磁吸力。
第二，發展新型算力服務系統是將中國建設成為全球創新高地，形成全球算力長板的重要支撐。依託新型算力服務系統建設，以可負擔的價格對外提供算力服務，用低成本的普遍算力服務激發社會各主體的創新能力，發揮數據的要素價值。數據作為新型生產要素，依託大數據、大算力、大模型為人類認識世界引入了新範式，增強了科學發現能力。人工智慧大模型需要依託智能算力大集群的長期訓練，依託「全國一台計算機」發展知識計算引擎與知識服務技術，形成廣泛的智能推理能力，促進建立新的知識圖譜，研究效能得到極大提升，吸引全球創新資源向中國匯聚。
第三，發展新型算力服務系統是全面提升我國信息通信產業創新能力，形成我國體系化能力的重要契機。現階段我國亟須探索「以網強算、算網融合」的體系化中國方案，充分發揮我國在通信領域的領先優勢，「以網強算」帶動算力領域由被動跟隨轉向主動引領，全面提升信息通信產業的自主創新能力和國際競爭力。通過算力網絡布局，算力網絡發展催生出的新動能將促進我國新型信息基礎設施升級，提升全社會算力及其之間連接的使用效能，以此形成的新優勢將進一步促進人工智慧、大數據等信息通信技術相關產業發展，實現到2035年我國數字化發展水平進入世界前列，數字中國建設取得重大成就的目標。
新型算力服務系統發展的主要挑戰
近年來，我國算力網絡規模發展迅速，然而仍然面臨缺乏整體統籌、技術標準體系不完善、多元化算力需求尚未有效滿足等多方面制約，主要表現在以下幾個方面。
第一，算力供給中缺乏對「多元主體、算網融合、數算匹配」的有效統籌。我國算力供給側市場內部競爭激烈，阿里雲、華為雲、騰訊雲、百度雲、天翼雲、移動雲、聯通雲等國內相關廠商為爭奪市場份額，不斷降低價格及收益，致使國內企業利潤水平普遍遠低於國外企業，甚至出現虧損的情況。由於全球算力網絡尚處於技術研發與產業布局初期，低價競爭導致的盈利不足可能進一步影響企業對可持續研發投入的能力和意願。
第二，我國智能算力底層技術能力亟待提升。全球競爭的背景下，智能數據中心主流計算晶片等核心元器件多數被國外企業壟斷,我國在智能算力規模和算力核心技術方面與國外仍存在差距。人工智慧技術體系包含晶片、框架、工具包、應用大模型等多層。絕大多數網際網路公司和公共部門的數據中心底層基礎設施依賴於國外供應，我國自主人工智慧晶片、框架等難以滿足我國快速增長的智能算力需求，亟須建立智能算力晶片、軟體、終端、服務的全棧能力。
第三，我國算力體系結構和標準亟待優化。我國算力布局仍存在結構性失衡問題。例如，我國已經建立的國家超級計算中心商業化應用門檻較高，而大量中小型數據中心在運算能力、算法工具、軟體支持等方面無法完全滿足企業需求。在「東數西算」建設過程中，算法架構、軟硬體與接口標準缺乏，目前，不同廠商建設的數據中心包含不同類型指令集、不同體系架構的異構硬體，算力網絡支持多樣化算力需要適配不同廠商的基礎設施硬體架構，導致算力網絡對於數據與計算資源的協同和統籌能力不足。
第四，低成本、多元化、異構算力需求未被有效挖掘。當前，算力逐步從中心側向邊緣側、端側擴展，形成了雲-邊-端三級算力架構，以支撐工業、製造、金融、能源、安防、遊戲、視頻等多樣化智能應用場景的不斷落地。但是，我國尚未建立面向不同行業與個人用戶需求的可持續的運營模式，供需錯位問題突出。因而，亟須在國家層面、省市級層面、企業層面、業務層面進行算力設施供需匹配，開展面向性能、面向價格、面向效益的多方面測算。例如，「東數西算」亟須向時延要求高的應用場景拓展。然而，雖然已有部分網際網路巨頭公司在我國西部地區布局建立了數據中心，但主營業務仍以數據容災備份、離線數據存儲為主，這種「東數西存」模式的產業輻射能力較弱，不利於我國數據中心相關產業生態長遠發展。
多舉措推動我國新型算力服務系統發展
為有效應對我國新型算力服務系統建設面臨的挑戰，我國亟須進一步加強頂層設計，推動新型算力服務系統建設運營主體形成合力，建立我國算力網絡發展優勢。
第一，發揮新型舉國體制優勢，將政府力量和市場機制有機結合。在總算力規模和全球領先的通信網絡基礎上，建設超大規模高速廣域計算集群（「大集群」），提升國家綜合算力能力（「大算力」）是現實選擇的中國落地方案。在創新機制上，應充分發揮新型舉國體制優勢和基礎設施優勢，有效市場和有為政府有機結合，尊重市場規律，避免強制性算力調度主導制度造成的投資浪費、市場和經濟效益低下、限制市場主體創新意願的弊端。在運營服務上，政府應當採取靈活模式，建設新型算力服務系統基礎設施、算力底層核心技術（晶片、作業系統等）等安全保障，同時加大對普遍服務公用事業性質算力設施建設和運營主體的政策支持，引導搭建和完善城市公共資料庫、行業資料庫、知識庫等，加快公共算力服務的發展，支撐我國在全球高科技競爭中贏得主動權。
第二，加強關鍵核心技術攻關，系統構築我國智能算力發展的優勢地位。提升我國人工智慧底層技術與共性技術對新型算力服務系統的支撐能力。首先，發揮我國體系優勢和基礎設施建設優勢，國家層面引導和扶持智能計算關鍵共性技術攻關，降低人工智慧晶片等核心元器件技術劣勢帶來的不利影響。其次，加快以人工智慧技術底層關鍵為引擎、以工程化產業化為導向的技術創新體系建設。推進「政產學研金服用」合作，提供技術創新關鍵要素供給，在科技領軍企業牽頭下，組織國家實驗室、國家研究機構等國家戰略科技力量組建創新聯合體、新型研發機構，突破處理器等重要環節的共性關鍵技術。借鑑美國國家人工智慧研究資源（NAIRR）基礎設施建設路線圖計劃聯合美國主要企業與研究機構雲平台，提供包含數據、算力、測試床、軟體工具等服務和資源模式，在人工智慧晶片、算力、算法、雲服務提供商等多方面構建算力體系化的競爭優勢。
第三，構建我國新型算力服務系統軟硬體標準與安全體系。構建自主開放的新型算力服務系統國際化技術與互聯標準體系。推動全國新型算力服務系統一體化標準建立，形成包括新型算力服務系統架構、節點互聯標準、應用接口標準、人工智慧數據集接口標準等在內的標準體系，兼容多樣化算力和開發框架等軟硬體平台。系統識別算力產業新興核心技術環節，確定重點核心標準突破口，聯合政府、行業協會和企業力量，構建開放完善的計算技術、架構類標準體系。
第四，探索麵向政府等公共事業部門的城市基本算力保障，提供低使用成本、高安全性算力服務。首先，在管理體制創新方面，可以對公用事業型和行業領域的新型算力系統建設，在資金、項目上給予配套政策，以及制定特定領域特許經營的特定辦法。其次，在低使用成本方面，政府向公共事業機構補貼計算資源費用、算力基礎設施建設運營補貼等，降低公共事業機構算力建設運營成本，促進其在算力服務上的應用和創新。此外，在高安全性方面，一方面採取各種安全措施來保護客戶數據，包括數據加密、訪問控制、身份驗證等，另一方面，算力網絡基礎設施採用零信任、區塊鏈、隱私計算等新型安全技術，從而在數據安全、應用安全、網絡安全等維度構建新型技術設施安全架構。
第五，加強算力網絡布局，提升對智慧城市、科教、公共事業等重點行業的帶動作用。推動算力網絡建設優化。加快布局基礎電信運營企業網絡資源，推進網絡架構優化，持續提升網絡容量、優化流量疏導路徑。優化接入網絡，支持算力資源的高速接入和高效調度。加快進行確定性網絡等未來網絡部署。在算力調度層面，通過分布式算網大腦統籌考慮可用算力容量、成本、網絡傳輸效率等多維屬性，為重點行業提供確定性有保障的服務。建立應用場景，應深入挖掘算力網絡在新型信息消費、智慧城市、智能製造、工業網際網路、車聯網等場景的融合需求，強化算力應用推廣，充分發揮算力對製造、金融、教育、醫療等各行各業的賦能作用，加強殺手鐧應用探索。
（作者單位：中國科學院科技戰略諮詢研究院）
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