计算机行业算力市场分析

计算机行业算力市场分析一、算力需求高速增长、算力供给陷入困局，算力网络应运而生1.1、算力需求指数型增长，需求多样性凸显全球、中国算力需求或将快速提升，需求多元化驱动算力多样化。随着我们走进数字时代，计算场景愈加丰富，人工智能、物联网等技术飞速发展、数据高速增长，在中国乃至全球范围内算力需求也随之提高到了前所未有的高度。据中国信息通信研究院，2021年全球计算设备算力总规模达到615EFlops,增速为44%；预计到2030年，全球算力总规模将实现56ZFlops，平均年增速将达到65%。作为总规模位居全球第二的国家，我国算力需求同样处高速增长态势，工信部数据显示，2020年我国算力总规模达到135EFlops，占全球总规模的31%，截至2022年6月底，我国算力总规模超过150EFlops，年均增速超过35%。除了需求量的提升，随着多样化智能场景的出现，需求的多元化也对算力的多样化提出要求。1.1.1、AI性能突破、数据价值挖掘需求提升，驱动算力需求高速增长数据、算法、算力三者已经成为推动数字经济发展的关键驱动力，三者相互促进。其中，算力是支撑数字化时代发展的基础与核心。随着我们走入数字经济时代，数据、算法、算力已经成为推动数字经济发展的关键驱动力。数据、算法、算力缺一不可，相互驱动。近日，ChatGPT的诞生重新让大家看到了AI算法的力量，而国家大力发展数据要素，也凸显了数据作为新时代石油的价值。算法的技术突破、数据的增长以及对数据价值挖掘的需求，极大驱动了社会对算力的需求。未来已来，算力正是支撑数字化时代发展的基础与核心。通用大模型的性能依赖于大量参数和数据的训练，需要大算力支撑。以ChatGPT为代表的AI算法的突破将极大驱动算力需求。ChatGPT近日引爆市场，人工智能取得重大突破。GPT模型的发展印证了通用大模型性能的提升依赖于大量参数和数据的训练，需要大量算力支撑。GPT系列模型经历了多次迭代：GPT-1、GPT-2和GPT-3，ChatGPT是由GPT-3微调得到的一个聚焦于对话交互的过渡版本。目前，ChatGPT的训练参数1750亿、训练数据45TB，每天生成45亿字的内容，支撑其算力至少需要上万颗英伟达的GPUA100，单次模型训练成本超过1200万美元。另外，人工智能的算法呈指数增长的发展趋势，未来对算力的需求将随着AI算法的发展持续增长。数据量的高速增长、以及对数据价值需求的增长将驱动对算力的进一步需求。数字时代到来，数据是生产要素，而算力则是生产力，数据价值的挖掘依赖于算力的支撑。近年来，5G网络、区块链、物联网、VR/AR等新兴技术的发展促进了数据的指数型增长。据Statista统计,2020年，全球产生、采集或复制的数据量达到64.2zettabytes（1zettabyte=1021bytes）。同时，Statista预测未来数据将持续高速增长，预计到2025年，全球数据产量将达到181zettabytes。其中，中国在数据量以及相关技术上均保持领先。据IDC预测，到2025年，中国将产生全球最多的数据量，近全球数据产量的三分之一。同时，我国越来越重视数据要素发展，从理论到实践做了一系列探索，发布多项重要文件支持数据要素发展。我国数据量的指数增长及对数据价值挖掘需求的增长将持续驱动对算力的需求。1.1.2、计算场景愈加丰富，需求多元化对算力多样化提出新要求计算场景愈发丰富，不同应用对算力精度、延迟、带宽等提出不同需求。技术的发展催生了丰富的计算场景，不同的行业、应用场景对算力提出的需求不同。例如，天体物理、气象研究、航空航天等高精尖科研领域需要能够支持复杂运算、性能高的双精度算力，即超算算力。而无人驾驶、智慧交通等AI主要用于处理语音、图片或视频等，单精度、半精度、甚至整型的计算即可满足应用需要。而一些产业数字化的场景对精度要求不高，通用算力（基础算力）即可满足需求。除了算力精度，不同的应用场景对带宽和延时也提出了不同的需求。例如，需要实时渲染的游戏、自动驾驶决策、远程手术、工业控制等领域对延迟的要求非常高，而模型训练等场景则对延迟没有很高要求。同时，基于AR、VR等渲染场景，模型训练、超算类等场景对大带宽的需求较高，工控、物联网采集等则对带宽要求不高。1.2、算力供给众多问题亟待解决1.2.1、芯片性能受限，算力网络化是必经之路从技术发展角度来看，摩尔定律走向尽头，算力向网络化成为趋势。随着摩尔定律逐渐走向尽头，各界对MoreMoore和MorethanMoore两类技术路线争论不休。不可否认的是，单核硅基芯片的算力以及多核堆叠带来的算力提升逐渐走向尽头。当单点算力无法持续倍增，通过网络将算力资源整合到一起为算力不足提供了很好的解决方案。从国际争端角度看，美国对中国进行先进计算全产业链封锁。芯片产业链壁垒较高，自主打造先进计算芯片需要时间沉淀，算力网络是打造我国数字基石的另一重要方法。2022年10月，美国对华制裁政策进一步升级，对华禁售应用在超算领域及人工智能领域的各类高性能集成电路，并且开启了相关产业链的全面打压。先进计算是军工、生物等多行业高科技发展的关键，是我国建设“数字基石”最重要的环节之一。美国斩断我国获取先进计算相关芯片的途径，除了自主打造先进计算芯片，打造算力网络也是我国建设数字基石的另一重要手段。1.2.2、算力成本高，目前无法普惠大众，依然是“奢侈品”当前算力成本高，无法普惠个人及中小企业，制约科学研究发展。在数字经济时代，算力将成为水电一样的，能够普惠大众的新型公共资源。然而，昂贵的算力导致普罗大众无法受益于人工智能发展和数字化转型，同时，算力因其高额成本也无法很好的支撑科学研发及暂时无法商业化的企业研发。华为集群计算总经理朱照群曾举例：“在计算流体力学领域中，一个发动机叶片的仿真需要1000核计算1周的时间”，当前，很多机构是无法承受如此高额的算力成本。算力贵的主要在于高昂的电力及土地成本。电力成本以及土地成本在数据中心建设运营支出中占比较高。电力成本占数据中心运营成本的60%-70%。数据中心需7x24小时全天候运营，需要充足的电力供给保障IT设备及散热设备运营，因此数据中心的耗电量积极庞大。据中国信通院，数据中心的电力成本占其运营总成本的60%-70%。而全国数据中心的能耗规模约等于两个三峡电站的发电量。截至2020年底，中国数据中心的耗电量占全国总用电量的2.7%，预计2030年将占全国用电总量的4%。因此，电价对算力成本的多少起到决定性作用。数据中心占地面积大，土地成本高。数据中心占地面积大，需要部署各类IT硬件、供配电系统、降温散热设备、安全监控设备等。据华为，单个数据中心的面积达到了60个足球场的面积。例如在贵州枢纽中，腾讯投产的贵安七星数据中心，总占地面积约为47万平方米。因此，土地价格对算力成本的影响非常大。供需存在错配：东部算力需求大，西部算力供给便宜。我国上海等东部地区信息产业高度发达，是计算需求最旺盛的地区，然而其较高的电费和土地价格导致东部地区算力成本高昂。贵州、内蒙等中西部算力需求较低，但其较低的电力成本和土地价格更适合算力基础设施的建设。1.2.3、制冷散热耗能高，不利于实现碳排放目标数据中心耗能高，不利于“双碳”目标的实现。数据中心的用电量不断增长，不利于碳排放目标的实现。数据中心运转会产生大量的热量，制冷和散热是保障数据中心平稳运行的关键，这个过程会消耗大量的能量。据华为，数据中心在降温过程中所消耗的能量占数据中心总耗能的40%左右。采取清洁能源供电、自然降温等方法是数据中心减少碳排放的关键。从供给侧来说，数据中心可以通过采用节能技术，使用清洁能源等方式改善碳排放过量等问题。另一方面，用自然方式降温辅助制冷能够有效减少数据中心耗能。各大云厂商为了服务器降温也各显神通，如腾讯在贵安的隧洞内建立了一个绿色高效的灾备数据中心，微软曾在将数据中心投放到苏格兰附近的北海中。供需存在错配：东部算力需求大，西部建设数据中心更利于减少碳排放。我国东部信息产业发达，算力需求大。而我国中西部地区具备丰富的风电、光伏、水电等清洁能源，显著减少碳排放。同时，西部地区适宜的气候与地理条件还为散热、制冷等环节提供了天然环境，以乌兰察布市为例，只有4.3摄氏度的年平均气温意味着每年有近10个月可以不使用设备，而是利用环境实现自然冷却，更加适合数据中心的建设，利于达成“双碳”目标。1.2.4、计算资源利用率有待提升高时延、窄带宽等问题制约网络传输效率。以目前的传输速度，中长距离传输仍会产生较大时延，网络难以承载如电子交易、高清视频直播、虚拟现实、云支付等对低时延要求较高的业务。此外，面对复杂多样、要求不一的计算任务，网络对于高带宽的需求也不断增加，如气象预测就需要超大带宽。当网络负载超过网络容量上限时，就会产生网络拥塞，出现丢包等问题。网络互联效率成为算力提升瓶颈。在算力供给侧，数据中心存在“1+1远小于2”的业界难题。由于大规模服务器集群依赖于网络实现互联，因此，当多台服务器向一台服务器同时发送大量报文时，会导致报文数量超过交换机的缓存承受能力而产生丢包。而丢包造成的数据重传，又将极大地影响计算和存储的效率。在近些年备受业界青睐的RoCE（RDMAoverConvergedEthernet）网络中，0.1%的丢包率就会导致50%的算力下降，造成服务器CPU资源的严重浪费，成为算力提升的瓶颈。1.3、算力网络的建设赋能算力作为基础资源普惠大众算力应该是水、电一样普惠大众、随取随用的公共基础资源。早在1961年，美国教授JohnMcCarthy就将算力类比为电话服务，可以随取随用。到了1990年，美国IanFoster教授将算力与电力类比，提出算力是一种公共服务。今天，我们来到了数字经济时代，算力将成为水、电一样普惠大众、随取随用的公共基础资源，为社会高效发展赋能，最终实现“网络无所不达、算力无所不在、智能无所不及”的社会愿景。算力网络是提供普惠算力的最优解，或将成为智能时代的标志性基础设施。目前，算力对大部分公司、科研院所、个人来说都是奢侈品，没有成为普惠大众的基础资源。像上述所讨论的那样，我国算力存在着供需失衡、成本较高、鲁棒性不足等问题。急剧增长的全行业计算需求与相对较慢的迭代发展速度造成了算力供需失衡；同时，地理位置上聚集于东部、行业上大量存在于互联网企业等分布特点也对算力资源的合理分配构成阻碍，算力流动进而导致成本不能有效满足普惠发展需求；此外，数据中心的建设带来了更加复杂的算力应用场景，随之带来的偶发性算力需求激增和隐私数据安全保护诉求对各节点的鲁棒性、安全性提出了更高的要求。为解决以上难点，实现跨地域与跨行业共享、弹性按需调动，算力网络应运而生，成为算力资源健康发展的最优解。在不久的将来，算力网络将成为这个数字经济时代、智能时代的标志性基础设施。算力网络：云边端节点全连接，动态感知、灵活调度。算力网络是通过新型网络技术将云、边、端等分散的算力节点连接起来，动态实时感知算力资源状态，根据业务需求进行统筹分配和调度。不同的业务需要的算力种类、带宽、延时不同，然而在算力网络中用户无需关心网络中计算资源的位置和部署状态。算力网络可以实时感知客户的算力需求，并根据算力资源池的情况，给客户自动调配符合其需求的最优算力，获取算力将像获取水、电一样便捷、价低。二、确定性网络、算力调度、安全是算网建设的关键2.1、算、网、脑协同，共同构建高效算力网络算、网、脑共筑算力网络。算力网络的概念提出后，科研院所、三大运营商、华为等各方纷纷对算力网络做出探索和实践，目前还没有形成统一的定义以及标准架构。据华为对算力网络的构成的讨论，算力网络主要由算、网以及脑三部分组成。其中，计算、网络属于基础设施，基础计算设施负责提供计算资源，基础网络设施负责连接网络，而脑负责全域动态感知、跨域协调调度、多域融合编排以及智能计算出最优协同方案。高效算力需要专业、弹性、以及协同。《中国联通算力网络白皮书》中对高效算力的三个关键因素作出解释。第一，聚焦专用场景，用更低的成本和功耗完成计算。第二，网络为算力的需求和供给间提供敏捷的连接和灵活调整能力。第三，应该进行资源的充分利用。处理器内部核之间的协作，到数据中心里多个服务器见的协同，到网络边缘的随选算力。算力协作可以使算力资源充分被使用。2.2、超大带宽、超低时延的确定性网络是算力调度的基础目前网络时延较高，应用场景仍受限。目前，由于时延问题，中长距离算力调度如“东数西算”中的应用场景仍以网络时效性较低的场景如游戏影音制作、人工智能模型训练等冷、温数据为主。网络连接延迟主要由光纤延迟和路由、转发延迟造成。其中光纤延迟是因为光纤内玻璃折射而降速为真空中光速的1/3，约5ns/m，即每200公里传输距离产生1ms时延。国家发改委的制定《全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案》中提出，枢纽节点数据中心端到端单向网络时延原则上在20毫秒范围内，而城区内的数据中心作为算力“边缘”端，数据中心端到端单向网络时延原则上在10毫秒范围内。网络时延的下降需要网络架构、技术升级等多方面共同发力。针对目前网络时延问题，运营商运营商们正在推进“网络骨干直连”建设，通过加密枢纽之间光缆连接，建设直达光缆等手段，降低跨区域间的流量绕转，实现流量就地交换，从而降低时延。另一方面，业界也在对未来网络进行研发与测试，目前已通过RDMA等通信协议替代TCP协议的确定性网络方案大幅提升网络带宽利用率等方式，降低传输时延。确定性网络提供低延迟、高稳定性，满足新兴业务网络需求。许多新兴业务如智能驾驶、远程医疗、智能农业、工业控制等，需要将端到端的延时控制在1-10ms、时延抖动控制在微秒级，同时将可靠性控制在99.9999%以上。在此背景下，业界迫切需要建立一种可提供“准时、准确”数据传输服务质量的新一代网络，这就是确定性网络。确定性网络是相对于传统的尽力而为网络而言的，尽力而为网络的问题在于数据传输的稳定性不够，比如带宽时高时低、时延时长时短。以互联网为例，浏览网页、看视频等应用对传输的确定性要求并不高。确定性网络通过时钟同步、频率同步、流量整形、资源预留、时敏流调度、灵活切片等技术，实现了低时延、低抖动、低丢包率、高带宽、高可靠的网络服务。确定性网络的技术关键在于实现确定性时延、抖动、丢包率、带宽和可靠性等。确定性时延主要通过时钟同步、频率同步、调度整形、资源预留等机制实现；确定性抖动和丢包率通过优先级划分、抖动消减、缓冲吸收等机制实现；确定性带宽通过网络切片和边缘计算等技术实现；确定性可靠性通过多路复用、包复制与消除、冗余备份等技术实现。确定性网络技术目前主要包括灵活以太网（FlexE），时间敏感网（TSN），确定网（DetNet），DIP（DeterministicIP）技术，确定性WiFi，以及5G确定性网络等技术。确定性网络通过各类技术实现相应性能目标。FlexE通过接口技术在物理层和链路层之间插入中间层，实现业务速率和物理通道速率的解耦，构建智能端到端链路，实现网络切片，支撑带宽资源弹性灵活的分配和保障，从而提供确定性带宽保障；TSN和DetNet则把数据分为“时延敏感流”和“尽力而为流”并将其隔开，从而确保时间敏感型数据传输的高效；而确定性Wifi和5G确定性网络则过网络切片实现确定性带宽保证，借助低延迟技术和边缘计算等实现端到端确定性控制。目前各项技术均处于研发、试点或商业化阶段，为将来的确定性网络建设与升级打下良好基础。确定性网络在多地多领域展开实践性探索。目前，各地正针对全新的网络架构对未来网络实验设施（CENI）展开成果验证。如山东已建成并运行覆盖16个地市、5600公里的全球首张确定性网络，其核心节点时延抖动控制在20微秒以内，主要性能指标达到国际领先水平。如在南京到贵阳途中进行了确定性网络和非确定网络对比实验，结果表明，在2450公里的100G试验网络中，非确定性网络存在大量拥塞，带宽利用率不足10%，难以满足数据中心跨广域的无损数据传输需求，而在确定性网络下，峰值传输速率可提升至88%，达到数据中心内部无损网络传输水平。如远程医疗领域，通过确定性网络实现远程手术控制。2022年2月，青岛大学附属医院副院长牛海涛团队，在济南操控一台机器人，为远在青岛动物实验室的动物猪进行了肾脏摘除术，整个过程网络时延不到6毫秒。在能源互联网方面，确定性网络可精准同步电力信息，最高可降低企业10-20%的能耗。2.3、感知调度成算网建设关键，国重实验室积极牵头试验我们前面说的“脑”，就是在算力网络中起到感知全局、统筹弹性调度全网资源的作用。当前，算网建设在全网的感知和调度上还有一定的困难。一方面，不同业务对算力精度、带宽、延迟等关键能力有差异化需求。另一方面，数据中心等算力提供方所在的区域、算力成本、能够提供的资源类型均不相同。如何将适合的计算资源分配给需求方成为关键。另外，算力的多样性、芯片和指令系统的异构对节点的直联通信、算力的统一调度提出挑战。“算脑”需要全域感知、跨域协同、多域融合编排以及智能辅助决策的能力。“脑”需要对算力资源和算力服务的部署位置、实时状态以及负载信息、业务需求具有全面感知，形成全域感知地图。其次，要可以实现跨域协同调度、多域融合编排。同时，能够根据资源池分布、网络整体堵在、不同业务的需求，进行智能辅助决策。算网的感知调度涉及算力度量、算力标识、算力感知、算力建模、算力编排调度等多个环节及相关技术难点。目前，我国多家科研机构牵头进行算力网络感知调度的试验。华为、三大运营商等公司也积极参与部署。2.3.1、中科院计算所牵头、众多企业参与，共同打造全国“信息高铁”中科院计算技术研究所所长、计算机体系结构国家重点实验室主任孙凝辉院士是我国高性能计算机领域的主要学科带头人，开辟了中国用机群架构研制高性能计算机的新方向。孙院士提出了一种指向IT3.0的新兴基础信息基础设施——“信息高铁”，也就是“算力网络”。信息高铁由云、网、端的新型设备和一个控制中枢组成。而这个控制中枢起到的就是“算脑”的作用，可以全局测调的作用。2.3.2、鹏城实验室领头、华为助力，打造“中国算力网”鹏城实验室打造“中国算力网（ChinaComputingNET,C²NET）”，已接入全国多个算力节点。早在2019年，鹏城实验室就在发改委的部署下开始了中国智算网建设预研项目，研发了兼容多种异构AI芯片的核心软件栈与分布式调度平台。集合的算力总量为超过2.3E半浮点精度的运算能力，算力资源包括华为的NPU、寒武纪的MLU、英伟达的GPU等，该预研项目已经于2022年6月完成验收。2022年5月29日，鹏城实验室主任高文院士公布“中国算力网（ChinaComputingNET,C²NET）”研究计划，其目标是像建设电网一样建设国家算力网，像运营互联网一样运营算力网，让用户像用电一样方便地使用算力。2022年6月15日，鹏城实验室联合华为共同打造的“中国算力网-智算网络一期”正式上线。目前，已有鹏城云脑、西安、武汉、青岛、济南、沈阳、广州、重庆、昆明、福州、长沙、河北（廊坊）等20多个节点接入中国算力网，包括人工智能计算中心、超算中心、一体化大数据中心等。未来，中国算力网计划接入更多节点，建立全国一体化算力网络。华为发布跨区域算力调度IP网络解决方案，智能云图算法可将算力运输效率提高30%以上。经过三十年的技术积累，华为依托于自主研发的智能无损算法和智能云图算法，发布了业界领先的跨区域算力调度IP网络解决方案。华为开发了智能云图算法（智能云图Edge-DisjointKSP算法）以解决传统广域网采用的最短路径调度造成的链路利用率不均衡、多路负载分担的业务对网络的差异化需求问题以及过往对云池因素（如算力负载、成本、存储）的忽视等问题。该算法基于云因子与网因子的一体化调度，可根据企业的需求选择最佳云池，实现多源到多宿的云网资源平衡，提高算力运输效率30%以上。2022年12月，面向分布式云场景下的新一代云原生产品华为云UCS正式商用。UCS基于华为云贡献至CNCF的开源项目Karmada，结合分布式调度器可实现算力跨云跨地域统一调度。2.3.3、未来网络研究院携手浪潮，助力算网资源协同调度浪潮携手山东未来网络研究院，实现算网统一调度。在浪潮和山东未来网络研究院的共同助力之下，云网数协同联合实验室应运而生，在数字政府建设引领的数字化转型时代呼唤下，依托浪潮在分布式云计算领域区块链、数据分发、资源调配等技术积累，建设一体化大数据平台并研发浪潮云洲算网一体机，实现算力、数据、技术、系统等资源的一体化管理和协同调度。一体化大数据平台对闲散算力、超算资源和智算资源三种类型的算力均有高度兼容性，算力以私有云、公有云和边缘云三种可选方式接入平台后，通过算力纳管、算力调度和算力应用三种算网一体机设备实现快速部署和算网资源高效调度，在网络控制层次实现资源协同，进行“云-边-端”间的算力合理调配，从根本上打通了当前算力与网络之间难以融合的痛点堵点，针对工业生产企业提供性能、安全、成本兼备的算力服务。浪潮深耕算网发展领域多年，秉持分布式云概念来建设算网产业，目前已成功构建了覆盖全国的算力网络生态体系，满足政府和不同领域的企业的计算需求，催化中国数字经济的高速发展。2.3.4、电信在甘肃节点打造一体化算力平台，“东数西渲”成功落地“东数西渲”创新尝试，甘肃电信争做算网建设排头兵。响应国家“东数西算”工程号召，甘肃于2021年底拉开了全国一体化算力网络国家枢纽节点建设的帷幕，中国电信云网融合的发展思路与国家政策不谋而合，于甘肃打造云网融合、绿色低碳的一体化算力调度平台，通过建设新型智慧城市来上承“数字甘肃”，下连“数字乡村”，目前甘肃算力网络建设依照“2+14+X”的规划布局，已建成2个省级、14个市州大数据中心和52个县级IDC数据中心，云资源能力提高至45万VCPU，存储量达到30PB。甘肃电信使用天翼云4.0技术底座，集成5G+、行业云和A等先进技术，实现算力、存储量、传输效率等多方面性能提升。不仅如此，作为算力网络建设的试点地，甘肃电信目前已完成“东数西渲”的落地与验证。“东数西渲”着眼三维重建业务，将东部采集的图像音频数据传输到西部节点，利用甘肃清洁廉价的高质量算力进行计算与模型渲染，目前已经覆盖600多个商业综合体、30多个景区与博物馆，作为“东数西算”的创新尝试探索，“东数西渲”的成功充分验证了算力网络落地的技术可行性。2.4、筑牢安全底座，打造可靠算力网络算网被攻击的风险明显增大，攻击手段也在升级。当前，网络空间已经成为继陆、海、空、天之后的第5大国家主权领域空间，算力是转换数据价值的生产要素，算力网络能够为产业创新提供高质量、低时延、低成本的算力，算网信息基础设施及其衍生数据的价值大幅提升。但是，算网终端的泛在接入导致的攻击暴露面增加、算网全网安全的高效闭环管控复杂度提升、因数据交易新商业引入的端到端数据安全风险和管理复杂度双提升等等都增大了算网被破坏的风险。网络安全问题危及国家安全。2022年初的俄乌战争中，乌克兰的外交部、教育部、农业部、国防部等网站遭到了严重的攻击，很多重要信息遭到泄露，俄罗斯的新闻网站也无法访问，这种大规模的DDoS攻击严重破坏了国家安全。东数西算作为我国的战略性工程，需要构建数据中心、云计算、大数据一体化的新型算力网络体系。奇安信的韩永刚指出，东数西算工程面临三大挑战：首先，八大枢纽、十大集群是算力和数据汇聚点，会成为网络攻击的重点对象，面临定向勒索攻击、DDoS攻击、数据窃取与数据破坏的风险激增；第二，在云网一体化过程中，各类针对混合云计算环境、应用API的安全问题会持续出现；第三，在整个算力工程中，无论是面向业务、算力调度，还是基础设施，都面临着不同的安全威胁，需要重视。因此，网络安全建设刻不容缓。2.4.1、用可信计算筑牢网络安全防线沈昌祥院士提出构建网络安全主动免疫新系统。主动免疫可信计算是一种运算同时进行安全保护的新计算模式，以密码为基因抗体实施身份识别、状态度量、保密存储等功能，及时识别“自己”和“非己”成分，从而破坏与排斥进入机体的有害物质。左边的计算部件是典型冯·诺依曼的体系结构；右边是防护部件；下面的可信密码模块相当于基因，TPCM控制模块是抗体，产生白细胞循环相当于可信软件基，保证左边的计算部件、应用软件能准确按照原定设计的计算目标工作，这样的系统才是主动免疫的。此外，还要保证人机可信交互和基础设施体系架构的安全，对人的操作进行识别和控制，用可信密码的技术检查基础设施，确保各环节安全可信。2.4.2、可信计算体系技术创新仍在继续可信计算密码技术创新。首创用对称和非对称密码相结合可信计算密码混合体制，使得可信密码机制更为科学合理，提升了系统的安全性能。同时采用双证书的平台证书认证系统，用加密证书保护密钥，并且将加密功能和认证功能分离管理，简化了证书管理，增强了安全性。可信平台控制模块的创新。可信平台控制模块作为可信根连接主机的计算部件，TPCM在连接TCM模块的基础上增添对计算部件和外设的总线级控制功能。同时通过密码机制与控制机制相结合，保证系统初始启动过程的可信性，主机启动后继续对系统软硬件执行过程进行动态控制，达到全方位平行可信的验证控制。可信软件基的创新。在原宿主软件系统不变的条件下，构建基TPCM对宿主系统进行动态可信验证的可信软件基，形成双软件架构，通过可信软件基对系统运行环境实施可信保障。可信软件基在TPCM的支撑下解释可信策略，通过在宿主操作系统代理主动拦截获取的有关参数进行度量验证，实现判定和执行等安全机制。可信网络连接的创新。针对集中控管的网络环境安全需求提出三元三层对等可信网络连接架构，通过安全管理中心集中管理，对网络通信连接的双方资源实施可信度量和判决，有效防范内外合谋攻击。三、全国一张网，算力网络迎来黄金时代3.1、国家政策持续推动，全国一体化算力网络利好政策助力算力网络高速发展。算力网络已成为国家重点发展领域之一，利好政策持续出台，未来行业发展前景广阔。2020年12月，《关于加快构建全国一体化大数据中心协同创新体系的指导意见》首次提出全国范围内数据中心形成布局合理、绿色集约的一体化格局。2021年7月，工信部发布《新型数据中心发展三年行动计划（2021-2023年）》，计划建设全国一体化算力网络。2022年2月，发改委发布《国家发展改革委等部门关于同意京津冀地区启动建设全国一体化算力网络国家枢纽节点的复函》，标志着“东数西算”工程正式启动，我国算力网络发展扬帆起航。3.2、“东数西算”拉开全国一体化算力网络序幕2022年2月，“东数西算”正式启动。2022年2月17日，国家发改委、中央网信办、工业和信息化部、国家能源局联合印发通知，同意在京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝、内蒙古、贵州、甘肃、宁夏等8地启动建设国家算力枢纽节点，并规划了10个国家数据中心集群。至此，全国一体化大数据中心体系完成总体布局设计，“东数西算”工程正式全面启动。“东数西算”工程主要利用西部地区的资源优势提供算力支撑。从资源潜力和需求分布的角度，“东数西算”工程与“南水北调”、“西电东送”、“西气东输”等国家重大工程类似。如第一章所论述，数字经济发展和数据资源的产生主要集聚在我国的东部地区，而西部地区则有着较为充沛的土地、能源资源，通过“东数西算”工程的实施，可以将东部地区算力需求有序引导到西部，优化数据中心建设布局、推动区域协调发展，同时也是扩大有效投资的手段。8大算力枢纽、10大数据中心集群构成“东数西算”整体构架。按照全国一体化大数据中心体系布局，8个国家算力枢纽节点将作为我国算力网络的骨干连接点，开展数据中心与网络、云计算、大数据之间的协同建设，并作为国家“东数西算”工程的战略支点。每个枢纽节点将发展1-2个数据中心集群，算力枢纽和集群的关系，类似于交通枢纽和客运车站，数据中心集群将汇聚大型、超大型数据中心，具体承接数据流量。同时，为了避免数据中心的盲目发展，国家对8个算力枢纽、10个数据中心集群的物理边界进行划定，同时要求集群内数据中心的平均上架率至少要达到65%以上，该限制措施可以有效提升算力设备的利用率，减少设备与能源的浪费，顺应国家对产业绿色化发展的要求。截至目前，“东数西算”工程稳步推进，8大算力枢纽中新开工数据中心项目60余个，新建数据中心规模超110万标准机架，项目总投资超4000亿元。作为链接“贵州-粤港澳”与“贵州-长三角”两线需求的数据中心走廊，贵州具备承接全国算力服务建设的基础。贵州于2017年建成国家级互联网骨干直联点，2019年成为国家根服务器镜像节点和国家顶级域名节点，2020年建成国际互联网数据专用通道，数据中心和算力枢纽的超前规划赋予贵州在“东数西算”工程中的“先行者”身份。同时，贵州拥有数量位居全国榜首的超大型数据中心，是处理、计算冷数据和温数据的适宜沃土，适宜气候和绿色电力优势也为降低能耗和减少运行成本提供良好条件。秉持着适度超前布局有利于国家发展和引领产业升级的算力设施的理念，近期发布的《贵州省新型基础设施建设三年行动方案（2022-2024年）》中提出，贵州将加快推进“东数西算”工程，到2024年基本建成面向全国的算力保障基地，计划在2025年全省数据中心标准机架达到80万架、服务器达到400万台，累计建成5G基站16万个以上，云服务产业规模达700亿元以上。成都千万级“算力券”提供配置资源新解法。成都近日印发《成都市围绕超算智算加快算力产业发展的政策措施》，推动成都算力产业高质量发展。作为全国首个算力产业专项政策，致力建设算力调度平台与超低时延算力网络、创新提出从完善算力要素保障向全产业链要素集聚的发展路径、算力招商、算力引才等举措。“算力券”的提出则是这项政策最大亮点所在。为解决中小微企业算力匹配难、应用少的痛点问题，成都市推出每年发放总额不超过1000万元的、针对算力资源消费免费发放的权益凭证，即“算力券”，可以“随取随用”地使用算力资源，使用政府补贴的方式帮助中小微企业。同时为算力供给方通过建立备用金制度将市场交易转换为财政补贴，提供资金保障的同时也可为供给方拓展企业客户。立足国内，放眼国际，上海探索建设构建“1+1+N”算力供给体系。上海市发布的《新型数据中心“算力浦江”行动计划（2022-2024年）》中提出，将致力于建设支撑上海市构建公共服务、政务支撑、商业服务“1+1+N”的算力供给体系，探索建设全国首个算力交易集中平台，将上海建设为国际数字经济标杆城市。计划确定了三个重点任务：首先，加快信息数据中心集群建设，提升存量数据中心平均利用率，同时要求数据中心单体机柜功率不低于6kw，意味着低功率密度机柜开始彻底退出算力网络建设，预示后续几年间功率密度将保持更大幅度提升，数据中心单机柜朝着高密度发展方向持续推进，从而有效降低PUE，推动数据中心绿色化进程；其次，布局边缘数据中心，规划布局3个以上数据中心，构建边缘算力供给体系；最后，探索布局国际数据中心，建设临港国际数据港绿色数智枢纽。绿色低碳和快速发展并重，青海着眼算力网络合理布局。与贵州相同，青海同样对未来算力产业进行了超前布局。《青海绿色零碳算力网络建设行动计划(2023-2025年)》中，明确了未来三年间的算力网络建设目标与任务，因地制宜发挥地域优势来实现绿色零碳，推进“西北数谷”建设。政策设定了算力网络建设目标：到2025年，青海算力规模与数字经济增长相适应的算力网络发展格局基本形成，大数据中心机架规模超过10万架,总算力超过2.06EFlops。青海将数据中心高速扩张与注重绿色节能、致力实现可持续发展并重，严格规定新建数据中心PUE值(能源使用效率)严格控制在1.2以下，同时通过打造1个算力资源调度核心和1个存储资源调度核心、严格要求整体投运后利用率不低于65%来减少资源浪费、避免数据中心的无序扩张，体现了布局合理、绿色低碳、集约高效的建设理念。算力网络发展长坡厚雪，相关设施建设如火如荼。目前全国各地正积极推动相关算力网络建设，从而让数据中心发挥更强大的功效。整体看，工信部在《新型数据中心发展三年行动计划（2021-2023）》中提出，到2023年底，全国数据中心机架规模增速应保持在20%左右，平均利用率提升至60%以上，总算力超过200EFLOPS。国家枢纽节点数据中心端到端网络时延降低至20毫秒以下。从各省来看，以山东省为例，目前山东已开通建成5G基站超16万个，物联网终端超1.53亿户；枣庄、济宁、威海等12个城市入选国家“千兆城市”，将全省数据中心跨网时延降低到50ms以下；并建成首张5600公里确定性网络，完成2.0版建设升级，将时延、抖动性能提升至国际先进水平。未来，山东计划用3年时间建成45万个5G基站，并加快新型数据中心建设，推动算力应用于更广泛的生产生活场景。3.3、“东数西算”只是开端，算力网络建设将持续推进算力网络的发展进程划分为初步协同、共同调度和融合一体三个阶段。在初步协同阶段，算力和网络仍然各自为战，编排调度并不融通，但开始向协同运营发展转变，算力基础设施布局由集中式走向分布式，逐渐实现资源按需调配、宽地域多行业协同的网络布局。紧接着进行的是算力和网络的共同调度，虽然算力和网络仍然为独立的个体，但共享的调度中心实现算网资源的统一管理、灵活编排，大大提高所有时空下的算力资源利用率。最后进行的融合一体阶段同时也是整个算网发展的最终愿景，即建成算网一体化基础设施，用户在完全无感的情况下使用最佳调度分配的低成本算力。“东数西算”是我国建设算力网络的初步探索，节点互联与算力统筹调度是接下来的关键。当前“东数西算”工程正有条不紊地持续推进，数据中心犹如雨后春笋般在全国各地快速建立。然而部署算力只完成工程的第一步，随着基础设施建设进度不断推进，接下来要进行的是各节点之间的互联互通、实现算力统筹调度，将全国算力资源纳入总体布局，实现需求供给间的精准对接。实现算力一体化，完成各节点之间的互联互通成为接下来工作的难点与重点。各地尝试打造区域性算力网络、东西部互联网络，争先实现高效互联与算力调度。甘肃、宁夏等多个枢纽节点发布文件，旨在建成省内统一的算力供给体系，建立算力调度平台，实现省内算力资源的统一调配，同时，这些地区也对与长三角、京津冀等地的互联互通做出探索。另外，清华大学计算机系高性能计算研究所与东数西算（贵州）产业有限公司成立“东数西算”算力实验室，旨在共同建设枢纽节点间的算力网络、新型算力中心及算力调度服务平台，建设贵州枢纽与长三角枢纽间东西部互联的算力网络与新型算力中心试验示范工程，实现东西部算力的高效互联与调度。2023年2月，国内首个一体化算力交易调度平台——东数西算一体化算力服务平台正式上线，首先在宁夏实现零散算力资源整合，并为包含智算、超算、通用等多种算力提供包括供需匹配、调度使用在内的丰富综合服务，助力实现东西部算力自由流动，有效环节算力地域供需不平衡问题。在可预见的未来中，在算力调度中心建设的推动作用下，八大枢纽节点与重点城市的算力高速传输即将实现，打通不同行业、地域、层次间存在的算力壁垒，推动全国一体化算力建设。另外，网络建设如火如荼。目前，山东已开通建成5G基站超16万个，物联网终端超1.53亿户；枣庄、济宁、威海等12个城市入选国家“千兆城市”，将全省数据中心跨网时延降低到50ms以下；并建成首张5600公里确定性网络，完成2.0版建设升级，将时延、抖动性能提升至国际先进水平。近日，广东电信与华为携手打造粤港澳大湾区首张400G全光运力网络，部署先进的全光交叉OXC、超高速400G等解决方案，为韶关、广州以及深圳提供“超低时延、超大带宽、超高可靠”的运力网络。3.4、企业积极推动建立算力网络标准，打造健康生态运营商、设备商积极推动国内外算力网络相关标准建立，明确算力网络发展路线。为进一步明确算力网络技术发展路线，确定算网发展方向，相关运营商、设备商持续在国际与行业标准组织中推动算力网络技术标准落地。国际方面，国际电信联盟（ITU-T）发布了中国运营商牵头制定的算力网络架构标准Y.2501；同时中国运营商牵头立项了Y.IMT2020-CNC-req、Y.ARA-CPN、Y.NGNe-O-CPN-reqts、Y.CSO、Y.SASO等11项算力网络标准；在IETF（国际互联网工程任务组），华为及三大运营商开展了ComputingFirstNetwork（CFN）架构研究，并在IETF第113次会议上牵头发起了算力感知网络（CAN）的BoF，推动算力感知和算力路由在需求、场景等方面达成共识。国内方面，中国通信标准化协会（CCSA）网络与业务能力技术工作委员会（TC3）中，三大运营商牵头开展了算力网络总体技术要求、标识解析技术要求、算力网关设备技术要求等10余项算力网络标准制定，现已初步建立算力网络标准技术体系。技术沉淀奠定坚实基础，三大运营商成为算网生态建设先行者。作为一个庞大的基础工程，算力网