中国信通院-互联网行业：云原生加速数字创新的新质生产力

云原生加速数字创新的新质生产力中国信息通信研究院云计算与大数据研究所2023年12月1日数字经济保持高位增长16.2%3.4%2021年，数字经济增速是数字经济保持高位增长16.2%3.4%2021年，数字经济增速是GDP的4倍多，数字经济为推动国民经济持续增长发挥了重要作用。数字经济高速发展，在国民经济中的地位进一步凸显。2021年我国数字经济总量达到45.5万亿元，占GDP比重达到39.8%我国数字经济规模（单位：万亿元）数字经济占GDP比重20202019201820172014201120084.814.819.499.4916.1616.1627.127.1731.29731.2935.8435.8439.238.6%36.2%34.8%32.9%26.1%20.3%15.2%数据来源：中国信通院新格局：云原生将软件开发从“农耕时代”推升至“工业时代”传统软件开发大多数单体应用具有强依赖性大多数单体应用具有强依赖性需要停机更新手动本地交付依赖系统环境甚至是硬件职能分工界限明显存在沟通障碍集装箱的发明开启了以现代运输体系为标志的全球化时代集装箱的发明加速了造船设计即走向标准化，集装箱化作业容许船货更快速装卸，在航运的生产力上引进了十倍速的改变，逆转了节节升高的成本趋势，开启了全球化的现代运输体系，引发了全世界货运港口的重新洗牌。云原生的出现开启了软件行业全球分工协作、标准化流水作业的工业时代到了数字经济时代，计算机产业发展得如火如荼，人们迫切需要探索出一种新的信息资源运输方式，而云原生，就是计算机领域的集装箱。模块化架构，通过标准模块化架构，通过标准可进行持续的地待更新、集成和交付可进行持续的地待更新、集成和交付标准化自动化标准化自动化全球化交付无地域限制具有良好的可移植性跨职能沟通与合作顺畅，应变能力强架构：更解耦内聚更新：更高频稳定运维：更自动化交付：更灵活简单依赖：更标准统一组织：更扁平化政策：云原生逐步向地方/行业渗透，加速全产业赋能•国务院《关于促进云计算创新发展培育信息产业新业态的意见（国发〔2015〕5号）》指出发展云计算，有利于分享信息知识和创新资源，降低全社会创业成本，培育形成新产业和新消费热点，对稳增长、调结构、惠民生和建设创新型国家具有重要意义。•国务院《国家创新驱动发展战略纲要》建设超算中心和云计算平台等数字化基础设施，形成基于大数据的先进信息网络支撑体系。•工信部《云计算发展三年行动计划（2017-2019年）》到2019年，我国云计算产业规模达到4300亿元，突破一批核心关键技术，云计算服务能力达到国际先进水平。•发改委《推动企业上云实施指南（2018-2020）》2020年，云计算在企业生产、经营、管理中的应用广泛普及，全国新增上云企业100万家。•发改委、网信办印发《关于推进“上云用数赋智”行动培育新经济发展实施方案》提出支持在具备条件的行业领域和企业范围探索大数据、人工智能、云计算、数字孪生、5G、物联网和区块链等新一代数字技术应用和集成创新。•工信部印发《新型数据中心发展三年行动计划（2021-2023年）》提出加快新型数据中心运营管理等软件层，以及云原生和云网边融合等平台层的关键技术和产品创新，提升软硬件协同能力。•南京市《加快开源软件发展三年行动计划（2023-2025年）》指出，面向云原生、大数据、人工智能、操作系统、区块链等重点领域，推动骨干软件企业布局培育一批具有技术先进性和生态竞争优势的开源项目。•上海市《数字经济发展“十四五”规划》大力发展云原生产业，支持打造“网络+平台+应用”灵活弹性、智敏安全的云开放平台，满足新型业务应用需求。加快突破容器、微服务、服务网络等云原生核心分支技术，夯实通用组件和低代码开发应用，提高企业业务云原生化转型效率。•山东省《关于加快构建山东省一体化大数据中心协同创新体系》着力发展云原生技术能力及应用实践，以混合云为重点培育行业解决方案、系统集成、运维管理等云服务产业，培育一批高层次云服务供应商。•证券协会《证券公司网络和信息安全三年提升计划(2023-2025)》，企业级应用上加强业务一体化服务平台建设，核心系统的技术架构向分布式、低时延、开放技术架构转型，向分布式云、云原生架构升级。关注点上移，云原生简化应用构建模式价值：云原生重塑软硬件架构，拓展数字技术的融合边界关注点上移，云原生简化应用构建模式云原生技术自身不断创新演进，同时也不断突破影响域，持续为软件、硬件、数智算领域创造价值。••函数即服务•serverless微服务应用•Serverless容器新型云原生应用构建模式，使用户聚焦于价值密度更高的业务逻辑业内首个函数计算产品AWSLambda函数计算服务的调用频率在2021年初达到2019年2021年，微服务+serverless的需求爆发，腾讯云发布弹性微服务TEM，华为云发布云应用引擎CAE。云原生×芯片服务器操作系统云原生向下定义硬件与操作系统，建设全新的软硬协同体系2021年10月，阿里发布了基于ARM架构的倚天710云原生处理器芯片以及搭载倚天710的磐久云原生服务器。2021年11月，腾讯云发布全域治理的云原生操作系统遨驰。向向上向向下向云生加速赋能，云原生技术与各领域融合发展加速赋能，云原生技术与各领域融合发展云数融合，改变数据“仓储”、流通方式传统架构•数据来源广，难管理•搭建、部署、运维成本高云原生•云原生湖仓一体化方案存算分离，极致弹性，具备异构数据的存储挖掘能力传云算融合，改变超高算力的获取、分配方式统传统架构•HPC计算任务存在明显的波峰•对算力的调度效率低云原生•云原生HPC根据负载情况动态调整云上资源，高效调度混合资源异构算力卡、云智融合，改变AI应用和算法的开发、优化方式传统架构•AI算法模型对底层资源的消耗大算力供给不足•技术门槛过高，AI应用场景难下沉云原生•算力层面，提供面向AI场景的弹性高性能异构算力•应用开发层面，提供面向AI应用场景的低门槛开发平台分水岭：云原生颠覆式技术创新趋于平稳，规模化应用赋能成为趋势过去十年，云原生发展在经历短暂的萌芽期和发展期后迅速进入爆发期。云原生技术全线爆发，对传统技术栈产生颠覆性变化，重塑了企业的技术架构、软件架构、设计理念、组织结构实现了云计算技术的换代升级。未来，云原生作为数字基础设施，其技术变革已经趋于稳定，云原生进入规模化应用的新时期，技术融合、行业赋能成为主要发力点技术创新期：云原生技术爆炸，对传统技术栈产生颠覆性变化技术架构、软件架构、设计理念、组织结构重塑 特点：基于云的软件架构和管理理念发展期：底层核心技术成熟特点：以容器、K8S为中心的交付技术 爆发期：上层技术生态的爆炸性发展特点：面向应用,更高级的抽象，更丰富的场景;2013-20142015-20172018-2022年2013-20142015-20172013年，Pivotal的工程师MattStine在推特推广云原生理念，它是一个思想的集合，包括DevOps、持续交付、微服务、敏捷基础设施、康威定律等，以及根据商业能力对公司进行重组。2015年容器及容器镜像的发展在一致性部署方面带来颠覆性体验，云原生技术开始广受关注。2017年Kubernetes击败众多容器编排项目，容器及其编排技术的统一，为上层技术生态的繁荣奠定了基础。2018年ServiceMesh取得广泛共识，Istio开启服务网格元年，微服务2019年Serverless爆发，函数计算、Serverless服务形态显著增多。2020年边缘计算需求攀升，云原生集群部署扩展至边缘，云边协同相2021年稳定性成为热点，业务系统复杂性提升带来稳定运行风险，加速可观测性、混沌工程、全链路压测等技术突破。2022年多云管理、云原生中间件、云原生数据服务…….技术赋能期：云原生基础设施成为共识云原生技术的创新赋能作用凸显技术融合、能力聚合、行业结合2023-?2023-?云原生安全云原生系统稳定性分布式云原生技术萌芽期技术迸发期商用探索期应用拓展期1979-20122013-20172017-20182019-至今•Chroot•Jail•技术萌芽期技术迸发期商用探索期应用拓展期1979-20122013-20172017-20182019-至今•Chroot•Jail•Openvz•cGroup•AWSECS/EKS•GoogleGKE•MicrosoftGKE•AlibabaACK/ASK•HuaweiCCI/CCE•Docker•LMCTFY•Containerd•OCI/CRI/CNI容器技术本质上为应用解决了两个核心问题：•应用的资源隔离限制•应用的可移植性KataContainersTencentTKE技术萌芽期：•1979年，UNIX引入了chroot，他被认为是最早的容器技术之一，这是文件系统级别进程隔离的开始。•2000年，FreeBSD4.0版本中引入了Jail，为chroot文件隔离提供了额外的进程和网络资源隔离。•2006年，Google推出ProcessContainers，并第二年就进入了Linux内核主干，并正式更名为Cgroups•2008年，通过将Cgroups的资源管理能力和Namespace的视图隔离能力组合在一起，一项完整的容器技术LXC出现在了Linux内核中技术迸发期：•2013年，dotCloud公司开源其容器项目Docker，创新性的定义了分层镜像格式•2014年，Google基于Borg系统创建了开源项目Kubernetes用于解决大规模集群的容器部署、运行、管理。•2015年，Docker牵头发起OCI，旨在制定并维护容器镜像格式和容器运行时的正式规范，其核心产出是容器运行时规范，镜像格式规范，和镜像分发规范。商用探索期：•经过5年的技术发展，容器技术基本成熟，云原生体系也具雏型。从2017年开始，各大云厂商均已具备提供较为完善的商业化容器解决方案的能力。••firecracker-containerd•GoogleCloudSandbox•AlibabaCloudSandbox•MicrosoftWSL2•HuaweiStratoVirt容器：技术热潮推动容器技术探索新领域本地与云上协作更紧密本地与云上协作更紧密Docker致力于通过一系列工具将本地开发的响应能力和便利性与云的按需资源、连接性和协作结合起来•DockerBuild：之前的DockerBuild通常在本地机器完成，开发团队成员日均要花一个小时来等待容器镜像构建完成；下一代DockerBuild利用云端来加速构建，构建速度提高了39倍。本地与云上协作更紧密本地与云上协作更紧密•DockerAI的目标帮助开发人员在其应用程序中快速、安全地利用AI/ML的强大功能•DockerAI在开发者编辑Dockerfile或DockerCompose文件、调试本地dockerbuild或在本地运行测试时，为开发者提供特定上下文的自动指导，使开发者能够更多地专注于他们的应用程序，而不是工具和基础架构。•Docker容器已经成为几乎所有训练和推理的生成式AI应用最主流的部署方法，进一步降低生成式AI应用的开发门槛。•通过将Docker与Neo4j图数据库、LangChain模型链接技术和用于运行大语言模型（LLM）的Ollama相集成，新一代GenAIStack能够显著简化整个AI训练和推理流程Serverless（聚焦业务价值，将基础设施剥离下沉）容器云（焦点是标准化的应用部署环境，不同状态的应用的自动化编排调谐）IaaS/PaaS（焦点是虚拟资源管理调度）虚拟化（焦点是资源汇聚）Serverless物理机容器虚拟化关心业务逻辑不关心Serverless（聚焦业务价值，将基础设施剥离下沉）容器云（焦点是标准化的应用部署环境，不同状态的应用的自动化编排调谐）IaaS/PaaS（焦点是虚拟资源管理调度）虚拟化（焦点是资源汇聚）Serverless物理机容器虚拟化关心业务逻辑不关心高人力成本计算形态的演进趋势低资源成本高l根据Gaterner在2021年的预测，容器服务的未来演进方向是分布式云和ServerlesslServerless是云计算发展的必然结果，代表着生产力的解放，极大的提升了用户使用云的效率。服务器无感知（Serverless）架构是云原生技术体系的核心组成部分，这是一种将基础设施资源抽象成按需使用的服务，用户只需关注应用逻辑，而无需管理复杂的基础设施运维工作的应用设计模式。lll面向应用面向基础设施从组成来看，Serverless架构由FaaS（应用的服务端逻辑由开发者完成、被事件驱动、完全由第三方管理）和BaaS（以API的方式提供应用依赖的后端服务）共同组成。从行为来看，Serverless架构描述了一种更细粒度的部署模型，其将应用程序打包为一个或多个功能，上传到平台，然后执行、扩展和计费，以响应当时确切的需求。从特性来看，Serverless服务必须具备具备弹性伸缩和按量付费的特点2000200520102015202020259Serverless：企业数字化转型凸显核心价值从用户的角度看，Serverless基于大量成熟的云服务能力构建应用，客户的技术决策点更少，实施复杂度更低。从云服务商的角度看，Serverless有助于云服务商建立更宽广的差异化竞争优势；提高资源利用率，加速硬件创新；形成良好的用户结构。敏捷敏捷满足初期的快速研发需求弹性弹性承载后期的用户规模降低构建成本事件f(X) f(X)f(X) f(X)突发事件 f(X)f事件f(X) f(X)f(X) f(X)突发事件 f(X)f(X)f(X) f(X) f(X)事件事件总线事件生产者事件消费者聚焦代码逻辑聚焦代码逻辑只需关系核心业务代码，无需管理底层基础设施极致弹性极致弹性事件驱动，可根据业务需求调整资源，几乎可无限扩容细粒度按需计费细粒度按需计费计费粒度最小可到毫秒级别，不使用不计费降低多方成本•从资源角度，按需使用避免闲置，提升资源利•从开销角度，无前期建设成本，后期按量付费，启动成本低•从人员角度，开发量减小，几乎无需运维提高社会生产力•聚焦主要矛盾，关注上层业务逻辑，把有限的精力放到最重要的环节•复用成熟能力，平台提供完善的底层实现方案，提高生产效率•加速价值实现，以最快速度实现敏捷迭代，加速生产力跃升供给“无限”算力•算力资源集约化，平台集中算力资源，构建庞大的资源池•算力调配自动化，平台通过对资源池的再规划，自动化分配最优算力•算力获取极速化，根据使用需求快速获取，用户层面几乎无算力瓶颈启动成本低，快速试错有利于创新发展加快应用上线速度提升商业敏捷度优势按需使用，按量付费无需提前规划容量，无需管理基自动弹性伸缩，快速实现扩容以应对峰值压力专注业务逻辑，引导用户构建天然的云原生应用开源社区生态繁荣云原生边缘多云多集群管理跨云跨集群容器网络分布式云原生管理分布式云原生：云原生加速分布式云一体化，开启分布式云原生新时代开源社区生态繁荣云原生边缘多云多集群管理跨云跨集群容器网络分布式云原生管理需求、技术、市场多方驱动，分布式云是云时代的必然选择需求、技术、市场多方驱动，分布式云是云时代的必然选择驱动因素：越来越多的企业在上云过程中采用多个云提供商，管理成本大大增加建设目标：解决多云多集群场景下的管理复杂性与差异性问题核心价值：打破资源和业务边界，释放全域生产力产业界全面发力EKSAnywhere〔-〕阿里云ACKAnywhere容器服务Anthos分布式云原生服务UCSArc分布式云原生操作系统遨驰AI大模型媒体、制造搜索办公重塑应用服务模式，加速孵化创新应用新场景AI大模型颠覆算法模型构建方式，强化模型的易用性AI基础算法库AI工程框架改良算力资源调度方式，多元异构算力的灵活调度异构算力加速AI大模型媒体、制造搜索办公重塑应用服务模式，加速孵化创新应用新场景AI大模型颠覆算法模型构建方式，强化模型的易用性AI基础算法库AI工程框架改良算力资源调度方式，多元异构算力的灵活调度异构算力加速异构算力资源CPUGPUTPUNPU••在已有的IaaS/PaaS/SaaS三个层面上，新增了MaaS层(ModelasaService)，推动云计算的整体架构体系的演进升级。•向上重塑应用服务模式，广泛应用于聊天机器人、虚拟助手、文本生产、文本摘要、语音识别等多个领域，加速孵化创•向下颠覆算法模型构建与异构算力调度的方式，以TensorFlow、PyTorch等为代表的AI开发框架，能够通过云计算平台API服务，提升AI大模型的训练效率、降低算力成本。集成GPU、TPU、NPU等不同架构的芯片，能够更高效的支撑AI大模型进行各类复杂任务的训练及应用国内外云服务商强化智能云服务国内外云服务商强化智能云服务重点服务AI大模型•微软推出AzureML平台云服务，助力OpenAI大规模纵向扩展和横向扩展能力•亚马逊AWS推出SageMaker，助力OpenAI对大规模部署能力和ML平台管理能力•阿里云PAI服务平台为智能应用提供灵活、安全的一站式的模型训练服务•腾讯云TI平台构建AI应用开发的产业落地全流程链路•浪潮云AIStation为智能云服务中的海量数据进行全生命周期管〔〕阿里云_AzureAzure对AI的深度支持显著提升用户对云服务的支出AI带动头部云服务商新一轮高增长云原生AI：Azure对AI的深度支持显著提升用户对云服务的支出AI带动头部云服务商新一轮高增长•云计算能够推动客户终身价值，提高净收益留存率，并减少用户流失。这能够有效控制用户获取成本，并推动客户终身价值（LTV）/客户获取成本（CAC）比率达到4倍以上。过去三个季度中，生成式AI对云计算增长率的影响效果显著，大幅超过整体IT支出速度。•服务商基于AI重塑云计算技术和服务体系，开辟出全新服务场景和服务内容，带动云服务新一轮高速增长。AI支出增幅云计算支出增幅图1中的N是指超过1,700名信息技术决策者或ITDM。Y轴是某个部门的净得分或支出速度，X轴是该部门在数据集中的普遍性。通过波浪线显示AI在2022年10月（ChatGPT宣布前一个月）从低点反弹。•2022年10月（ChatGPT宣布前一个月）企业用户对AI的支出从低点反弹，保持高速增长。•过去10个月云计算的预算变化也呈现出高度正相关性，呈现出快速增长现象。AI带动用户云计算预算保持高增长图2显示的是净得分或支出速度(纵轴)，X轴显示的是在该领域的存在。该数据筛选了ETR数据集中的1,165个云计算帐户。然后，它通过买家部署的ML/AI平台削减数据。40%的红色虚线表示平台上的消费速度很高。•OpenAI的行业领先地位和Azure大胆的战略使这两家公司处在绝对领先地位。•Google在大模型领域的积累，加速GoogleCloud平台用户的预算支出，但是模型成熟度限制所需处理数据的量级，平台用户支出不及OpenAI和Azure。•得益于人工智能应用的超大算力需求，大规模云平台的增长速度继续超过企业私有化部署增长速度的4-5倍。•美国的三家云巨头围绕AI都开启了云计算领域的优化，AI对云服务的影响已经出现在损益表上。微软在AI方面的领先优势已经体现在数据上，由于采用AI技术，Azure的收益上升了3%。•阿里云在大模型领域的布局相对三大云巨头较晚，AI带动效应尚未显现，与巨头的增长差距明显。数据来源：Statista国内品牌以云计算+AI稳健根基，赋能业务，占据全球领先地位软件及服务(SaaS)公司＋AIü上市两分钟即熔断，收盘飙升11%，市值达到707亿美元ü创软件公司史上最大规模IPO纪录人工智能科研公司＋云计算ü发布两个月获得1亿用户ü国内品牌以云计算+AI稳健根基，赋能业务，占据全球领先地位软件及服务(SaaS)公司＋AIü上市两分钟即熔断，收盘飙升11%，市值达到707亿美元ü创软件公司史上最大规模IPO纪录人工智能科研公司＋云计算ü发布两个月获得1亿用户ü2023年4月，获得103亿美元新融资ü公司估值达到290亿美元40%AlreadyoncloudThisyear西方公司计划将AI应用和基础设施迁移至云中占比云计算+AI合力催生创新型公司，收益成效斐然，引领产业智能化发展•云计算+AI的组合带来非凡收益，云服务成为企业应用AI技术的一大入口，OpenAI基于云计算构建AI能力、Snowflake将云服务与AI能力结合获市场积极响应；100%的西方企业计划将AI应用和基础设施迁移至云中•国内品牌同样受益于云计算与AI的组合力引领企业发展成为世界级品牌。海外品牌利用云计算+海外品牌利用云