绿色计算产业发展白皮书

绿色计算 产业发展白皮书 （2023版） 绿色计算产业联盟 指导委员会： 梅宏、肖然、刘仁辰、陈大纪、窦强、何征宇 编写组成员： 任翔、赵鑫、钟伟军、李雪莲、李卫忠、胡晓晶、周嘉颖、周绍梁、祝秀秀、王骏超、张伟、何义、曾审聪、赵明惠、王枫、赵世凯、刘魁、陈祖欢、杨统凯、夏俊鸾、徐明灼、郭雅琳、崔安颀、杜伟、杜玉平、朱敏健、罗云、周庆飞、邓学明、曹力、夏天宇、李洋、付佳琪、黄耿、吴灵熙、詹年科、刘一飞、刘玉杰、杨敦峰、白玥、孙烨、季福胜、王鑫、鲍全宇、张楠、徐爽、吕磊、张凯迪、姚秉、周杰、张宇、隋成龙、许刚、任彤、吴平、王丽华、张善伟、陈争胜、张定春、陈新、宋康华、谢津、白岩、戴权、宋梦、戴俊杰、刘宽、李昆、区俊彦、李鸿雁、鞠可一 指导单位： 中国电子技术标准化研究院华为技术有限公司 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 编写单位： 百信信息技术有限公司麒麟软件有限公司 云宏信息科技股份有限公司中国长城科技集团股份有限公司 NVIDIA技术服务（北京）有限公司阿里巴巴集团控股有限公司 百度（中国）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北京海量数据技术股份有限公司北京神州数码云计算有限公司 北京神州数码云科信息技术有限公司北京万里开源软件有限公司 北京星辰天合科技股份有限公司此芯科技(上海)有限公司 杭州鸿钧微电子科技有限公司华云数据控股集团有限公司 昆仑太科（北京）技术股份有限公司南京百敖软件有限公司 深圳市杉岩数据技术有限公司深圳市遇贤微电子有限公司 四川华鲲振宇智能科技有限责任公司苏州超集信息科技有限公司 统信软件技术有限公司武汉长江计算科技有限公司 星环信息科技（上海）股份有限公司 版权声明 本白皮书版权属于绿色计算产业联盟。 使用说明：未经绿色计算产业联盟事先的书面授权，不得以任何方式复制、抄袭、影印、翻泽本文档的任何部分。凡转载或引用本文的观点、数据，请注明“来源:绿色计算产业联盟”。 序 FOREWORD 绿色经济、低碳经济是全球共同追求的发展方向。习近平主席在联合国大会庄严宣布，中国将力争在2030年实现碳达峰，努力争取在2060年实现碳中和，为推动全球绿色低碳发展作出了重要的承诺。为实现这一战略目标，我国政府出台了一系列有力措施，工业和信息化部也通过制定相关政策、标准和指南，促进绿色数据中心行业的可持续发展，推动行业转型升级，提高数据中心的能效和环境表现。 绿色计算产业联盟自2016年成立伊始，就明确提出为世界提供绿色算力的选项，在梅宏院士带领下，成员单位的共同努力下，顺应软件开源与硬件开放的发展趋势，立足中国，面向全球，搭建开放共享的平台，在绿色计算产业研究、标准建设、测试认证、人才培养、国际合作、产业推广等方面的工作取得了积极进展，彰显了我国信息技术产业正在融入全球主流产业链和生态链，逐步走向底层技术，发力核心关键领域。 绿色计算产业联盟继成功发布《绿色计算产业发展白皮书》2021、2022版之后，此次发布的2023版白皮书融合了数十家核心会员单位的集体智慧，聚焦当今绿色计算的产业新趋势，总结绿色计算的技术新成果，梳理绿色计算的发展新空间，汇集从处理器、固件、整机、基础软件和行业应用等产业链伙伴的优秀解决方案，尤其是及时归纳总结出自去年“东数西算”工程全面启动和今年人工智能领域掀起“百模大战”大背景下，绿色计算产业发展的最新八大核心趋势，为行业和用户提供了重要的参考和指引。 当前，绿色计算产业发展已经驶入快车道，不断涌现出新技术、新业态、新模式，产业实现新突破正当时。绿色计算产业联盟以开放共享为核心理念，继续充分调研和分析当前绿色计算产业的标准化需求，进一步构建完善标准体系；坚持以应用为导向构建产业生态，促进软硬结合、产用融合；持续提升产业创新能力，推动绿色计算成果标准化和产业化，为全球绿色低碳转型作出更大的贡献。 陈大纪 中国电子技术标准化研究院副院长 目录 CONTENTS 引言1 第一章绿色计算产业发展趋势11 1.1产业空间12 1.2产业趋势13 1.3技术趋势14 第二章绿色计算处理器和固件生态22 2.1综述23 2.2处理器代表企业23 2.3固件代表企业35 第三章绿色计算整机生态39 3.1综述40 3.2代表企业40 第四章绿色计算软件生态47 4.1综述48 4.2操作系统48 4.3数据库51 4.4虚拟化和容器59 4.5分布式存储62 4.6大数据65 4.7中间件70 4.8高性能计算75 展望78 引言 INTRODUCTION 《绿色计算产业发展白皮书》2023版是绿色计算产业联盟（GCC）继《绿色计算产业发展白皮书》2021、2022版之后，第三次发布的绿色计算产业发展白皮书。2023版白皮书聚焦今年绿色计算产业的新发展新变化，梳理了绿色计算的最新产业空间、数据中心的最新需求以及处理器技术新的发展趋势，并汇集了处理器、固件、整机、基础软件和行业应用等软硬件生态的优秀应用案例，为行业和用户提供参考和指引。 当前，绿色算力产业发展已驶入快车道，不断涌现出新技术、新业态、新模式，产业实现新突破正当时。白皮书2023版总结归纳了以下八大核心趋势： 趋势1： 落实“双碳”战略，绿色计算从可选项走向必选项 习近平主席在2020年向世界庄严承诺：“我们愿承担与中国发展水平相称的国际责任，为全球环境治理贡献力量。力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。” 2023年2月27日，中共中央、国务院印发了《数字中国建设整体布局规划》，按照“2522”的整体框架进行布局，在数字中国建设这场伟大的变革中，算力是核心的驱动力，算力规模年均增长率保持在30%左右，预计到2025年，我国数据中心耗电量预将增长至4000亿千瓦时，占全国用电量比重高达5.8%，在当前碳中和目标下，数据中心能耗转型迫在眉睫。各部委纷纷出台多项政策落实“双碳”战略，其中就包括对数据中心绿色、低碳、集约、高效提出具体要求，持续推进绿色数字中心建设，加快推进数据中心节能改造。 自2022年2月，“东数西算”工程正式全面启动以来，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地逐步布局建设国家算力枢纽节点，并规划设立10个国家数据中心集群，加快构建我国新型绿色算力网络体系。 2023年3月，新一代AI语言大模型GPT-4发布，全球巨头纷纷入局，中国市场也掀起“百模大战”，海量数据集、千亿级参数的AI大模型分布式训练，对绿色算力提出更高的需求。加快建设绿色数据中心，正成为保障资源及环境可持续发展的基本要求，打造绿色智算数字化底座，已从可选项变为必选项。 趋势2：Arm架构能效比优势显著，为世界提供绿色选项 目前，Arm架构处理器的性能已经赶上甚至在某些领域超越x86架构处理器，同时依然能保持较低的功耗，能效比优势十分显著，综合成本较传统服务器有着明显的降低，为数据中心带来绿色新选择。 今年2月，国际学术期刊NucleicAcidsResearch一篇被评价为“突破性进展”的论文：华中农业大学动物科技学院农业动物遗传育种与繁殖教育部重点实验室主任赵书红教授团队开发的基因组育种大数据计算新工具HIBLUP（天权），首创基于V矩阵的“HE+PCG”策略，并针对鲲鹏算力底座链接了鲲鹏数学库KML，实现了在1小时完成方差组分估计及育种值求解，而其他软件需要长达数周甚至数月的时间。 阿里云g6r是基于AmpereAltra云原生处理器，面向容器、微服务、DevOps等云原生场景的云实例产品。7月，智臾科技宣布完成DolphinDB系统在g6r云实例上的部署，性价比相对传统架构高40%以上。 图表1云实例对比 Arm架构在应用中的能效比的优势，赢得市场越来越多的正向反馈，第三方调研公司给出了整体的数据。Counterpoint今年2月发布的2022年全球服务器CPU市场报告显示，英特尔数据中心CPU部门收入与2021年相比下滑16%，AMD的数据中心产品组合虽然同比增长62%，但主要侵蚀的是英特尔的份额，两家合计份额下降至90.6%。而基于Arm的CPU收入首次超过10亿美元，其中亚马逊云科技（AWS）市场份额为3.16%，相比2021年的1.82%提升了近一倍，紧随其后的AmpereComputing市场份额为1.52%。 图表2全球数据中心CPU市场份额 除了在Counterpoint统计中重点提及的亚马逊云科技和Ampere以外，绿色计算产业联盟会员单位英伟达、华为、飞腾、阿里巴巴、百度、遇贤微电子、鸿钧微电子等在Arm架构产品方面的布局也群星闪耀，实力不容小觑，可以预见，Arm架构服务器芯片市占率的持续增长已经成为大趋势。今年一季度，Gartner数据显示全球Arm服务器出货量占比达到了约7%，IDC数据则显示同期全球Arm服务器出货量占比约为10%。Arm架构正以能效比的显著优势，为世界提供绿色选项。 趋势3： 算力应用环节的计算绿色化，将成为未来行业发展的重要一环 我国高度重视算力基础设施建设，工信部发布《新型数据中心发展三年行动计划（2021—2023年）》，积极推动数据中心向集约化、规模化、绿色化方向发展。但目前，行业内对于绿色数据中心的研究和实践多停留在电力生产/能源使用、算力供给环节，强调从能源使用效率角度优化数据中心的选址、设计、采购、管理，从计算资源角度优化IT基础设施的设计、建设、使用和回收过程，从而减少对于环境的影响。 当前行业重点关注数据中心电能利用效率PUE等指标，并积极应用高效IT设备、高效制冷方案、高效供配电系统、先进储能装置等技术解决方案，但伴随着产业蓬勃发展，PUE值优化空间在逐渐缩小。 与此同时，行业对于通过数据中心所产生算力的利用效率的关注度尚且不够，存在较大优化空间。麦肯锡早期曾做过一个调研，商用和企业数据中心的服务器很少超过6%的利用率，而高达30%的服务器处于“昏睡”状态，一直在耗费电力但没有提供有用的信息服务。面向算力应用环节的计算，起到将硬件算力有效转换成业务价值，直接赋能于上层场景的作用，因此，实现该环节的高效与节能，是实现端到端绿色算力的重要一环，也是下一阶段产学研应共同探索的潜在蓝海。 趋势4： 算力多样性特征广为显现，一云多芯成为云服务标配 当前，数据和应用的多样性驱动不同计算架构齐头并进。Arm、RISC-V等通用计算技术路线全面迸发，GPU、NPU、DPU等异构智算平台繁荣发展，算力的多样性特征已广为显现。 今年4月，为推动多样性算力技术和产业发展，中国移动、华为、清华大学、中国电信、中国联通等11家初创成员共同发起成立多样性算力产业及标准推进委员会，汇聚算力产业上下游组织涵盖了芯片IP，运营商，设备商，整机、部件，基础软件厂家和科研院所。 7月，一云多芯应用创新生态社区宣布成立。中移信息、浪潮云、天翼云、阿里云、中国电子云、联通云、华为云、云轴科技ZStack、华夏银行、农业银行等首批成员参与了启动仪式。 阿里云自研的飞天云计算操作系统可同时支持x86、Arm、RISC-V等多种芯片架构，用一套云端操作系统来管理不同架构的服务器硬件，可将不同架构处理器的运算能力标准化，从根本上解决不同类型处理器共存所带来的多云管理问题;云轴科技ZStack信创云平台作为唯一兼容x86、Arm、LoongArch和Alpha四种架构、八类平台环境的云平台，是首评云平台中支持架构和平台类别最全的云平台；天翼云一云多芯分布式云操作系统主要面向国产化CPU芯片架构，针对超 大规模资源池进行管理与调度，具备高性能分布式云存储、高性能大规模云网络、高性能计算异构算力管理能力，目前已应用于政务、制造、金融等多个行业，落地规模应用600余个，取得了显著的经济和社会效益；浪潮云海OS完成了业界首个“一云多芯”SPECCloud基准测试，以X86、Arm、Power等不同架构处理器为基础的产业生态框架已经就绪；易