绿色计算产业联盟-计算机行业：绿色计算产业发展白皮书2022版

绿色计算产业发展白皮书指导委员会指导委员会黄莹程春平窦强编写组成员(排名不分先后)编写组成员(排名不分先后)任翔王骏超杜伟于伟余雪松俞立平赵鑫柯冠岩张鲁峰张鹏曹金龙付佳琪李卫忠钟伟军刘泳华谢贵超谢津罗大勇唐佳伟苗福友李雪莲任建昀黄俊张晓晴区俊彦胡晓晶王亚平王丽华张旸詹年科宋淑杰周绍梁崔文卢青霞吴涛邹鹏刘媛媛包振忠鲁水锋王子敖祁金华宋康华戴权编写单位编写单位参与编写单位(排名不分先后):华为技术有限公司安谋科技(中国)有限公司飞腾信息技术有限公司蚂蚁科技集团股份有限公司百信信息技术有限公司中国长城科技集团股份有限公司麒麟软件有限公司统信软件技术有限公司深信服科技股份有限公司北京海量数据技术股份有限公司北京星辰天合科技股份有限公司北京神州数码云科信息技术有限公司北京永洪商智科技有限公司北京百度网讯科技有限公司北京宝兰德软件股份有限公司北京东方通科技股份有限公司华云数据控股集团有限公司江苏北弓智能科技有限公司NVIDIA技术服务(北京)有限公司平凯星辰(北京)科技有限公司上海天数智芯半导体有限公司苏州超集信息科技有限公司深圳市杉岩数据技术有限公司武汉长江计算科技有限公司第章绿色计算产业发展趋势023.2绿色计算性能评测和认证16第五章绿色计算服务器生态27绿色计算产业发展白皮书(2022版)绿色计算产业发展白皮书(2022版)绿色计算产业发展白皮书(2022版)场30%的份额。绿色计算产业发展白皮书(2022版)2.1数据中心技术趋势绿色计算产业发展白皮书(2022版)绿色计算产业发展白皮书(2022版)45%~55%,空调设备占35%~45%,电源及其他设备占10%~15%。当前大型互联网公司的电力支出占到低噪声。全液冷方案(冷板+液冷门)免行级空调部署，制冷PUE可达到1.05,散热将由冷却液体100%Neon模式。应用所需的性能无法通过纯粹以CPU为中心的解决方案实现服务器架构，而是需要基于高效异构的解决方案。包括各类加速器，例如图形处理单元、FPGA、智能网卡/DPU和许多其他特定域的可编程设数据中心的建设者发现计算性能越来越高的同时，系统间互连的挑战越来越大，CMN-700是一个可扩展的网状网络，可以支持多芯片、内存扩展和加速器的下一代用例，CMN-700可以支持多达256个内核和40个双通道内存控制器、128个以上的PCle5/CCIX/CXL通道，以及多达40个通用IO节点，其用于同通过Arm的非一致性网络互连NI-700连接的外设进行通信。与多样化的加速器，如Al加速器，进行互连，对于未来市场非常关键。Arm开发了新的电源管理和低延迟工具，使系统软件能够在TDP限制定义的预定义电源和热包线内进行电源性能权衡。这些低延迟工具完全可编程，以扩展动态电压频率缩放(DVFS)的典型功能。其中包括最大功耗缓解机制(MPMM),它是一个可调的电源管理系统，允许客户以尽可能高的频率运行高核数处理器，而调度限制(DT)系统可以在某些工作负载和高IPC时降低功耗，比如矢量化工作。最大功耗缓解机制(MPMM)MPMM的功耗上限机制允许将工作频率作为一个性能杠杆，可以在不超过功耗或热预算的情况下，安全地达到SoC中某些CPU的峰值频率工作模式。NeoverseV1实现了3种不同的MPMM齿轮或封顶点，抑制功耗“病毒”(在SoC中消耗最大功率的有害工作负载),抑制大带宽的矢量工作负载，再到完全抑制矢量/浮点工作负载，实现对整数负载影响最小。NeoverseV1中引入的另一种机制是调度限制，它在IPC高活动期间叠加额外的限制。由于调度限制增加，性能损失非常小，从而相应地节省了更大的功安全在基础设施中的重要性怎么强调都不为过，多年来云服务提供商已经提供加密服务来对在存储以及在传输过程中的数据进行保护，机密计算通过保护正在使用的数据(在处理或运行中的数据),从能更好满足机密计算所需的更高隔离和内存动态分配要求。Arm也提供了许多新安全功能来帮助解决基础设施的安全需求：1)指针身份验证(PAC)和分支目标指令(BTI)防止面向返回的编程跳转的代码重用攻击，提供使恶意参与者可以利用的可用小工具最小化的机制。在GLIBC上，启用PAC和BTI将可用小工具的数量减少了97%以上，而代码大小的损失仅为1%到-2%。2)内存标记扩展(MTE)内存安全问题占安全漏洞的70%以上，MTE提供了一种检测内存安全冲突的机制。MTE通过提高测试和模糊化的有效性，帮助在部署之前检测潜在的漏洞。MTE还可以帮助在部署后检测大规模的漏洞，易于部署的内存安全违规检测和缓解措施可以防止一大类安全漏洞被利用。多个供应商提供的多个可信应用都运行在安全世界中，将这些应用相互隔离变得越来越重要。SecureEL2扩展增加了对安全世界中虚拟化的支持，并启用安全分区管理器。安全分区管理器支持安全的空间分区，为分区提供所需的安全访问，同时将它们彼此隔离。4)Armv9CCA机密计算架构为了解决保护数据的技术挑战，Armv9架构引入了Arm机密计算架构(CCA)。机密计算通过在基于硬件的安全环境中执行计算，使部分代码和数据在使用时不受非法访问或修改，甚至不受特权软件的影响。Armv8架构基于TrustZoneTEE实现机密计算面临两个方面挑战，一是无法隔离安全世界TEE,使得可信应用必须信任设备，二是不支持动态分配安全内存。Armv9CCA将引入动态创建域的概念，所有应用程序都可以使用这个概念，这个域与安全世界和非安全世界都是隔离的，而且可以动态分配域使用的内存。例如，在业务应用程序中，域可以在使用、静态和传输过程中保护商业敏感数据和代码不受系统其他部分的影响。Arm在整个基础设施市场中正快速迭代创新，其路线图包括应用于云、高性能计算(HPC)和人工智能(Al)领域的追求极致性能、优异的总拥有成本V系列；应用于云、5G、网络和边缘领域，注重平衡性、能效比N系列；以及应用于5G、网络和基础设施边缘领域，主攻高能效的E系列。绿色计算产业发展白皮书(2022版)绿色计算产业发展白皮书(2022版)绿色计算产业发展白皮书(2022版)标准对计算产品生命周期内的能耗进行评价和测试。2012年中国国家标准化管理委员会发布《GB绿色计算产业发展白皮书(2022版) 类别标准号标准名称能力《绿色计算服务器基本输入输出系统(BIOS)技术要求》《绿色计算服务器输入输入输出系统(BIOS)测式方法》《基于典型服务器应用场景的固态盘性能测式方法》安全能力《绿色计算服务器可信赖技术要求》《绿色计算服务器可信赖则试方法》《绿色计算解决方案基础安全能力要求》《服务器机密计算参考架构及通用要求》能力《绿色计算服务器基板管理控制器(BMC)技术要求》《绿色计算服务器基板管理控制器(BMC)测式方法》《绿色计算服务器管理北向接口技术要求》典型场景《服务器应用场景性能测式方法大数据》《服务器应用场是性能测过方法分布式存储》《服务器应用场是性能测过方法高性能计算》《服务器应用场景性能测式方法Web应用》《服务器应用场景性能测过方法虚拟化》《服务器应用场是性能测式方法集中式关系型数据库》《服务器应用场是性能测试方法Arm原生》绿色计算产业发展白皮书(2022版)绿色计算产业发展白皮书(2022版)绿色计算产业发展白皮书(2022版)绿色计算产业发展白皮书(2022版)AmpereAltra系列性能对比绿色计算产业发展白皮书(2022版)绿色计算产业发展白皮书(2022版)AmpereAltra系列功耗对比每秒1太字节(TB/s)的内存带宽。NVIDIAGraceCPU超级芯片710,针对云计算特点做了大量优化，性能超过业界标杆20%,能效比提升50%以上，顺利支撑2021年绿色计算产业发展白皮书(2022版)绿色计算产业发展白皮书(2022版)计算方面，单容器虚拟化消耗减少50%,虚拟化容器启动速度快350%。主流通用计算场景下，景训练性能提升30%,Spark计算性能提升30%。同时，神龙计算平台可以提前预测80%的硬件故障，绿色计算产业发展白皮书(2022版)银行总行办公系统全国产化替换项目，于2018年12月上线，总体目标为实现总行办公系统全国产5.1服务器产业趋势在全球市场占比25.3%,是全球服务器主要需求市场。预计到2025年服务器市场销售额每年还会保持高于10%的增长。公开数据获得，以中国电信为例，2022-2023年服务器集中采购项目为20万台，国产芯片采购规模占比服务器的需求将快速增加。根据IDC报告，2020年我国边缘计算服务器的市场规模达到26.55亿美元，同比增长16.3%,预计2020-2025年复合增长率达到22%。在智慧金融建设的推动下，金融机构从2020年第四季度开始的旺盛需求持续到了2021年上半年。政务云市场预期有望突破千亿元，到2023年整体市场规模可达到1,114亿元，2020-2023年间年复合增长率为21.7%。故障不影响集群运行等特性。同时长城为各实施主体单位提供适配(迁移)环境配套服务，协同各主体目前项目已经完成3期交付，系统稳定运行，使用人数超30万人，应用效果显著，项目总体测试效果满足数据查询操作可以控制在2s以内，复合查询小于10s;工作时间系统可用率达到中国长城绿色计算产业发展白皮书(2022版)绿色计算产业发展白皮书(2022版)升15%+藉开放创新亚势A银行分布式核心系统方案5.2.4超集信息绿色计算产业发展白皮书(2022版)绿色计算产业发展白皮书(2022版)绿色计算产业发展白皮书(2022版)绿色计算产业发展白皮书(2022版)绿色计算产业发展白皮书(2022版)银河麒解高级服务器银河麒麟桌面操作系统V10操作系统DCS核心控制系统架构图统信软件能替尽替、真替真用，分批替代、由易到难。绿色计算产业发展白皮书(2022版)能替尽替、真替真用，分批替代、由易到难。绿色计算产业发展白皮书(2022版)盟统信桌面操作系统迁移方案锋奖"。新系统新系统原系统统信服务器操作系统迁移方案6.3.2代表企业绿色计算产业发展白皮书(2022版)绿色计算产业发展白皮书(2022版)绿色计算产业发展白皮书(2022版)绿色计算产业发展白皮书(2022版)更新写入风控数据基于TiDB的实时数据中台/实时数仓架构绿色计算产业发展白皮书(2022版)绿色计算产业发展白皮书(2022版)云计算平台云计算平台绿色计算产业发展白皮书(2022版)绿色计算产业发展白皮书(2022版)复杂业务升级挑战：关键业务系统数量多、底层复杂，包括自动化、产品生命周期管理(绿色计算产业发展白皮书(2022版)绿色计算产业发展白皮书(2022版)否类某农信整体方案图绿色计算产业发展白皮书(2022版)绿色计算产业发展白皮书(2022版)6.6.1产业趋势衡"效果"与“碳排放”,最大化算法的碳效(即单位二氧化碳排放所产生的业务价值)。当前业界绿智能分布式训练服务-超大规模数据和模型自动分布一，为了减少数据拷贝以及传输的性能损耗，Yak会和存储引擎部署在同一台机器上通过Shared2、标杆案例：蚂蚁灯火系统(基于支付宝平台下的广告底层标签接入的不断增多以及人群创建数的增长，原先基于ODPS离线链路的LOOKALIKE扩展以将标签间的交并计算转化为了BITMAP交并集计算，提升了整体计算效率。为了解决灯火系统源表过多灯火DMP某些标签可能包含上10亿用户(例如性别男、女),生成的RoaringBitmap大小可能会超搭建了人群画像服务，通过分段抽样与提前物化人群的方式，将整体性能优化到了1秒左右，实现了秒搭建了人群画像服务，通过分段抽样与提前物化人群的方式，将整体性能优化到了1秒左右，实现了秒神州数码等国产数据库中间件适配；已完成SM2、SM3、SM4等国产加密算法集成，保障在全国产化的软硬件环的“神州鲲泰”服务器，搭建“助贫补贴资金管理系统”,将扶贫资金的交易数据上链留痕，可追溯，在200毫秒左右，异步查询交易平均完成时间在3s左右；采用分布式架构，解决海量数据在线服务问题，稳定性提高至原来的300%、处理效率提高了186%;同时通过系统构建自动检测、容错和适配机制，免运维率达99.99%,降低几百万运维及人力成本投入。现、协作等，让用户可以在一个平台上完成全流程数据分析任务，极大降低了实施、集成、培训的成化”,让零基础的业务人员也可以实现数据洞察，让Al真正走进业务。某大型石化公司运用了永洪科技的Bl+Al进行库存的智能预测与优化。整个方案分为库存优化和库存管理两个部分。库存优化的分析报表主要分为三大类：1)优化性能健康报告，主要用于监控整个优化模型的性能；2)库存绩效监控报告，用于监控追踪供应链网络各个环节的库存性能；3)优化情景分析报告，生成优化情景分析的对比报表。基于鲲鹏服务器搭建永洪BI+Al,构建了库存需求量的预测分析模型，以月度为单位进行预测，首先进行资源配置的优化，然后进行补货优化、调度优化，最后形成调整调度的完整计划。6.7.1产业趋势未来几年我国中间件市场规模将继续保持稳定的增长态势。我国已进入数字经济时代，数字经济、数字社会、数字政府建设掀起新型基础设施建设热潮，作为不可或缺的基础软件中间件也随之焕发新的活力。各行各业数字化转型不断深化，各项新兴数字化技术高速发展，促使业务模式、业务形态不断推陈出新，催生出大量新的应用需求，各类新兴中间件产品的需求也极大地促进了市场规模持续增长。我国中间件市场已迈入新的发展阶段，竞争格局将发生重大变化。计世资讯研究表明，受当前内外环境影响，行业用户在数字化转型过程中更倾向于选择国内较为领先的厂商。目前虽然国外品牌在中间件产品市场中依然占据优势，但市场份额逐年下降。而随着国产中间件厂商的快速成熟，中间件产品范围的扩大，以及近年来云和大数据基础设施产品需求的快速增长，国产品牌份额也将继续保持增长。2、技术发展趋势未来中间件产品将持续向云化方向发展。随着云计算技术的成熟和普及应用，各行业为满足数字化转型需要，加速对技术架构进行升级改造，资源极致弹性、应用敏捷开发迭代正在发展成为云服务的新常态。为适应分布式技术架构和云原生应用特点，一方面，传统的中间件产品通过架构升级等方式向着云化方向发展，如容器云版应用服务器、云原生的消息中间件等；另一方面，涌现出了一批新的针对云计算应用场景的中间件产品，如分布式服务框架、分布式链路跟踪中间件等。未来中间件产品将持续向平台化方向发展。随着用户数字化转型的不断深入，信息系统已成为用户的核心能力，大规模的应用系统建设使得中间件的个性化、多样化需求愈发明显，单一的中间件产品已无法满足用户的需求。行业用户正在积极寻求能够灵活支持其实现业务以及面向未来的完整解决方案，需要多种中间件产品组合的一体化平台来适应其特定需求，并能够持续获得中间件厂商提供的全面统一且深入专业的技术支持服务。6.7.2代表企业1、新产品介绍：应用服务器中间件TongWeb容器云版及嵌入式版东方通针对容器化、云原生架构、微服务架构开发的应用，推出应用服务器中间件TongWeb容器云版及嵌入式版。TongWeb容器云版不仅可以在KVM虚拟机中运行，还适配各种容器云环境，支持在Docker容器中部署，在Kubernetes(K8S)集群环境中运行，具有支持国密算法、支持开放标准、统一配置、轻量等优势。TongWeb嵌入式版为企业级微服务应用、云原生架构提供安全、稳定、可靠的支持，具有集成方便、启动快速、体积小(约5-10MB)、支持国密双向认证、应用简单等优势。2、标杆案例：某国有大型银行创新中间件应用项目用户需求该银行的信创云是采用容器及容器调度为核心技术的PaaS平台。容器Docker、容器编排调度Ku-bernetes和容器网络插件等整体运行于银河麒麟或者CentOS8操作系统之上；服务器则采用基于海光X86和鲲鹏Arm芯片的国产硬件服务器。银行的信创云要实现两个主要目标：一个是基础软硬件的可管可控；另一个是行里运用的信息技术朝着主流技术方向发展，从而实现运维自动化、快速部署应用、弹性伸缩和动态调整应用环境资源，提高整体运营效率。解决方案在安全创新中间件应用项目实施过程中，对所有参与升级改造的业务应用系统，经过各个业务系统综合组的评估，一部分系统改造工作量较小，决定迁移到信创云中的TongWeb容器云版上。该银行的信创云的云平台软件采用华为CCE(CloudContainerEngine,云容器引擎),总体架构如下：容器云部署的基础软硬件为：Arm服务器+麒麟V10+华为CCE容器云绿色计算产业发展白皮书(2022版)绿色计算产业发展白皮书(2022版)面离可动体可角程绿色计算产业发展白皮书(2022版)绿色计算产业发展白皮书(2022版)算时代。高能效比动机”转型的选择。1.5倍，提高硬件资源利用率。降低运营成本，提高客户投资收益。度、离并发、高算力的业务需求。教育电商金融新零售餐饮旅游已测试系统2监控平台ARM标准服务器竞争优势(1)同时支持GPU、CPU、VPU进行混合编码，提升整机密度。(2)广泛兼容主流测试工具及框架。(3)开放的平台，支持容器、云平台、串流协议等多层次、多维度的系统对接，支持Android9、11、12等多个版本。2、解决方案：基于北弓云手机的远程双录系统基于北弓云手机的远程双录产品，提供音视频、远程实时投屏服务，解决消费者客户与销售代理人的远程语音、视频以及实时屏幕画面同步协作需求。云手机与远程双录系统集成后，保险销售人员通过远程双录APP向客户发送微信小程序链接，即可建立视频会议及屏幕共享连接，从而远程进行保险销售的双录操作。双方在进行远程视频会议的同时，进行单证的实时投屏互动、讲解、标注以及双向签字操作，基本还原了客户及销售人员现场双录的操作场景，大幅提升了用户体验，增强符合监管合规性。应用成效以及推广价值基于北弓云手机的远程双录产品，大大降低了保险销售人员与客户之间的沟通成本，更加直观、高效、便捷的展示证件、保单等销售过程材料，并通过远程实时互动及批注讲解功能，整体缩短了保险双录时长(节约40%时间)。同时远程展示客户签字轨迹的方式，更加真实的展示了销售确认环节，对过程监管留存提供更充分支撑。该产品方案通过与行业服务商合作，已在数十家保险公司推广应用，目前正进一步运营推广中。6.9.1产业趋势作为国家高科技和经济发展的基石，高性能计算产业已成为大国必须竞争的战略要点。基于IDC的研究报告，计算力指数平均每提高1点，全球各国算力规模与经济发展水平呈现出显著的正相关关系，数字经济和GDP将分别增长3.5‰和1.8‰。算力支撑数字经济高性能计算正在从高精尖的科研领域迈向更广阔的千行百业，用算力为区域产业升级和数字经济发展注入新动能。各地政府加大高性能计算的布局与建设，前形成了多类算力中心并行发展的局面，主要分为超级计算中心、智能计算中心、一体化大数据中心和城市云脑/边缘数据中心。计算资源多样化超算正从过去主要以科学计算为主，逐渐往新兴的大数据、人工智能以及深度学习等方向演进。没有一个单一的计算架构能够满足所有场景、所有数据类型的处理，应用变化使数据发生根本性变化，数据种类不同，处理和分析数据的算力不也不同，从异构计算到支撑Al高速发展的暴力计算、从泛在计算，到数据在流动中并行高效联动的端边云协同计算，要整合这几股力量、充分发挥计算价值，需要一个能够支持全场景计算的新架构。节能环保很重要对于超算行业而言，数据几何级地增长，算力在持续的增加，那么硬件部分的耗电就无法主观地加以限制。基于这种情况之下，如何提高能源的使用效率，则变得意义重大。超算中心需要从多个方面进行节能减碳，其中，制冷系统耗能巨大，仅次于IT设备，提升指令效率成为降低PUE、实现节能减碳的重要手段。液冷技术被公认为是降低数据中心能耗的最可靠与可行的方案。液冷技术使用液体取代空气作为冷媒，为发热部件进行换热，不仅散热效率高，运行时噪音更新，可节省电力30%~50%,还能节省大量空间，容纳更多服务器。越来越多的超算中心都选择了液冷服务器机柜。6.9.2代表企业由超集信息自主研发的PlatforMax是一款面向HPC计算集群的管理平台，可快速启动运行集群并有效地进行管理，为硬件、操作系统、HPC软件和用户提供统一管理窗口，为使用者提供清晰的管理界面、简单的使用操作，安全可靠的监控管理、灵活方便的维护方案等，可实现速部署和高效管理。绿色计算产业发展白皮书(2022版)绿色计算产业发展白皮书(2022版)资源合理分配，液冷高效升级客户一直以来都从事着大数据方向的专题研究，为实现技术的进一步创新，其需导入更大量数据以进一步优化数据模型，但目前的后端算力基础设施已无法支撑进一步扩展的数据。并且，由于客户仍沿用着较早期建设的非标准化机房，机房整体空间、散热、降噪能力均有限，超集信息从客户实际环境出