计算设备算力行业分类 按照应用场景的不同,算力可分为通用算力、智能算力和超算算力。通用算力主要基于CPU芯片的服务器所 提供的计算能力,主要用于基础通用计算和对精度要求不高的数字化场景。智能算力是基于AI芯片的加速计算平台,提供人工智能训练和推理的计算能力,主要应用于AI模型的训练和推理计算,比如语音、图像和视频的处 理。超算算力主要是基于超级计算机等高性能计算集群所提供的计算能力,主要用于天体物理、气象研究、航天航空等高精尖科研领域根据计算设备算力所基于的服务器类型进行分类,可以将计算设备算力行业分为基础算 力、智能算力、超算算力。根据中国信通院,计算设备算力反映各地区基于通用服务器、AI服务器、超级计算机所提供的基础算力,由基础算力、智能算力、超算算力组成。其中,基础算力反映各地区基于CPU芯片的服务器 所提供的计算能力,智能算力反映各地区基于GPU、FPGA、ASIC等加速芯片的AI服务器提供人工智能训练和推 理的计算能力,超算算力反映各地区基于超级计算机等高性能的计算集群所提供的计算能力。 计算设备算力行业分类 计算设备算 的计算能力。 在经济中的重要性凸显 基础设备算力成为经济发展的重要推动力,是数字经济、人工智能发展的基础资源 基础设备算力对中国经济的推动作用越来越显著。根据中国信通院,算力规模平均增长1%,将撬动数字经 济增长0.4%、GDP增长0.2%;算力产业每投入1元,带动经济产出3至4元。中国智能计算产业联盟秘书长安静则更直接地表示,算力正在成为影响国家综合治理和国际话语权的关键要素,国与国的核心竞争力正 在聚焦于以计算速度,计算方法,通信能力,存储能力为代表的算力,未来先进的算力将成为国家的重要竞争力。 行业规模持续扩张 下游需求旺盛,政策刺激,推动计算设备算力行业规模快速扩张 受下游需求和政策刺激两重因素推动,中国算力近年来大规模增长。根据2023中国算力大会,近年来,围 绕加快算力基础设施建设应用,中国出台一系列重要政策举措,实施一大批重大工程项目。根据中国人大 网,截至目前,中国算力总规模位居全球第二,近五年年均增速近30%。截至今年6月底,全国在用数据中心机架总规模超过760万标准机架,算力总规模达到197百亿亿次/秒(EFLOPS),存力总规模超过1080 艾字节(EB)。围绕算力枢纽节点建设130条干线光缆,数据传输性能大幅改善。算力赋能,融合应用加速涌现,算力助力数字政府、工业互联网、自动驾驶、智慧医疗等新兴行业。随着算力加速向政务、工 业、交通、医疗等各行业、各领域延伸拓展,物联网、大数据、人工智能等与实体经济进一步融合发展,不断催生新技术、新模式、新业态,助力各行各业加快数字化、智能化转型。 萌芽期 (1)2006年,亚马逊正式推出S3(Simple Storage Service)和EC2(Elastic Cloud Computer, 弹性云计算),面向企业提供IT基础架构服务。彼时,云计算服务作为一种新的商业模式,首次登上 历史舞台。 (2)2009年,阿里巴巴的工程师敲出了国产云计算操作系统“飞天”的第一行代码,这正是中国云 计算产业发展的开端。 计算设备算力行业处于探索阶段,主要以学术研究和技术探索为主。由于当时的计算硬件、算法和数 据集等都不够成熟,因此计算设备算力技术的应用范围比较有限,主要应用于学术研究和一些小规模的商业场景。 启动期 2011~2019 (1)2011年,IBM的Watson计算机在Jeopardy游戏中战胜了人类选手,人工智能技术逐渐应用于 智能算力领域; (2)2015年,谷歌大脑开放了一个名为“TensorFlow”的研究项目,这款产品迅速流行起来,成 为人工智能业界的主流深度学习框架,塑造了现代机器学习的生态系统; (3)2017年,实现核心部件全部国产的中国超算“神威·太湖之光”,一年前以每秒9.3亿亿次的浮 点运算速度首次夺冠,速度可达每秒3.39亿亿次的中国超算“天河二号”由此排名第二,瑞士的代恩特峰排名第三; (4)2017年6月15日,美国能源部长里克·佩里宣布,将从能源部的Exascale级超级计算机项目 (ECP)拨款2.58亿美元(约合20亿人民币)给6家领先的科技公司,加速部署美国首例Exascale超 级计算机,这6家公司分别是AMD、CRAY、惠普公司、IBM、英特尔公司和英伟达,这也是美国 PathForward计划的一部分。 计算设备算力技术逐渐成熟,开始应用于一些大规模商业应用中,智能算力行业开始迎来快速发展。 在此阶段内,计算设备算力的技术逐渐被突破,领域内开始出现一些重大的发展成果,同时随着行业增长,新进入厂商也开始逐渐增多。 高速发展期 (1)2020年8月,本源量子成功搭建中国首台基于超导体系的量子计算原型机和中国首台基于半导 体系的量子计算原型机,成为中国量子计算发展的里程碑; (2)2021年11月12日,第三届中国超级算力大会(ChinaSC 2021)顺利召开,会上发布的2021 年中国高性能计算机T0P100排行榜,被视为中国高性能计算机技术水平的一次集中展示; (3)2021年6月28日全球高性能计算机评比组织TOP500.ORG公布的榜单数据,中国共有186台高 性能计算机入围全球500强,上榜数量连续第8次位居全球第一; (4)在2022中国算力大会上,工信部方面披露,当前中国算力产业规模快速增长,近五年平均增速 超过30%,排名全球第二。 计算设备算力迎来高速发展期,技术逐渐成熟,领域内出现大量新进入者,行业竞争进一步加剧。随 着云计算、大数据、物联网等技术的不断成熟,计算设备算力技术得到了广泛应用。下游需求、技术进步、政策鼓励的那个多重因素共同推动计算设备算力行业高速发展。 产业链上游:上游产业链中芯片的供应是核心环节。随着智能算力需求的大幅增加,AI服务器、AI芯片和光 模块等需求将持续提升,市场增量空间广阔,相关厂商将因此获益。服务器是算力的基础设施之一,大模型数据 的处理会推动服务器的需求大幅增长。 产业链中游:当前中国已经形成体系较为完整、规模体量庞大、创新活跃的计算设备算力产业。根据中国信通院数据,中国计算产业规模占电子信息制造业的20%,规模以上企业2300余家,整体市场的规模也在不断攀 升。根据工信部,截至2021年底,全国在用超大型、大型数据中心已超过450个,智算中心超过20个。产业链中游一些具有实力的算力企业开始将计算芯片、计算系统、计算平台、计算软件等环节融合发展,加速前沿计算技 术多点突破。从未来的发展趋势来看,智能化和绿色化是未来计算设备算力行业发展的方向。在国家战略的引导 下,中国计算设备领域头部厂商已经在绿色算力领域进行布局。 产业链下游:下游的面向数字化转型的各垂直行业的政务、工业、教育等行业应用等。产业链下游和其上游 联系日渐密切,算力作为数字经济时代的重要生产力,对于推动下游产业数字化转型起到重要作用,算力赋能行业效应更加明显。同时,基于算力催生的新业态和模式也在倒推算力行业发展。下游云计算、人工智能、物联网 等产业的发展,提升了对计算设备算力行业的需求,尤其是智能算力和超级算力领域。下游应用场景的多样化使 [10] 得其上游的计算设备算力行业格局呈现较为分散的局面。 上 产业链上游 生产制造端 CPU、GPU、超级计算机等计算设备供应商、智能算法及芯片供应商 上游厂商 华为技术有限公司 科大讯飞股份有限公司 中科寒武纪科技股份有限公司 查看全部 产业链上游说明 计算设备算力行业的产业链上游主要是计算设备供应商、算法及智能芯片供应商。上游计算芯片代表 企业有联发科、紫光国微、景嘉微、瑞芯微、海光信息等,ICT基础设施提供商主要有华为、中兴通讯、鸿海等,底层智能算法供应商主要有海康威视、地平线、旷视科技等。 (1)上游产业链中芯片的供应是核心环节。芯片是计算机负责执行计算任务的核心部件,是实现算力的物理基础。算力芯片是算力的具体载体,而高算力芯片则能够提供超算算力、通用算力、智能算 力和边缘算力。搭载率最高的GPU芯片多用于图形图像处理、复杂的数学计算等场景,可较好支持高 度并行的工作负载,经常用于数据中心的模型训练,或用于边缘侧和端侧的推理工作负载。而搭载率较低的NPU芯片,设计逻辑则更为简单,常用于边侧和端侧的模型推理,并生成结果,在处理推理工 作负载时,具有显著的能耗节约优势。随着人工智能产业的高速发展,为了满足不断增长的算力需求,智能芯片的市场需求将持续上升。因此,采用CPU与AI芯片(GPU/FPGA/ASIC)组成的异构计算方案成为当前及未来智能计算的主流解决方案。目前中国芯片已经实现量产的企业主要有例如百度 的昆仑芯片、华为的昇腾芯片、寒武纪的思元芯片等。 (2)服务器是算力的基础设施之一。服务器的逻辑架构和普通计算机类似,但是由于需要提供高性 能计算,因此在处理能力、稳定性、可靠性、安全性、可扩展性、可管理性等方面要求较高。在服务器领域,大模型数据的处理会推动服务器的需求大幅增长。以ChatGPT为例,假设日活用户达到1亿 人,平均每人提出1,000字左右的问题,如果采用英伟达DGX A100服务器的话,预计需要投入4,630台服务器。每台服务器价格约为20万美元,那么总投资需要9.26亿美元,折合人民币60亿元。如果 ChatGPT日活用户增至10亿人,每人平均提出1,000字左右的问题,预计将带动4.63万台服务器的需求,投资总额将达到600亿元人民币。假设未来中国有5家以上的企业推出与ChatGPT类似的大模 型,那么所需要的算力资源就是5倍级别的提升。相应的服务器需求量也是5倍级别的增长,从而可以拉动约3,000亿元人民币服务器市场规模的增长。 (3)光模块作为上游算力基础设施建设的关键环节之一,将在算力产业快速发展中直接受益。第 一,AI大模型的训练及推理直接驱动AI服务器的升级与市场需求,光模块作为服务器配套算力设施将直接受益;第二,中国光模块厂商市场份额占比在50%以上。2021年,中国光模块厂商全球前十中 占据六席,国产化程度高,本行业厂商供应链位置稳定;第三,中国光模块厂商的产品及技术储备位于行业前沿地位,相较其他产业链条有望率先突破产品及技术方向。光模块作为智能算力环节中国产 化程度高,技术储备前沿的核心产品,在智能算力持续升级及需求大幅增长等因素的驱动下,将迎来快速增长。 中 产业链中游 品牌端 计算设备算力供应与服务商 中游厂商 华为技术有限公司 阿里巴巴(中国)有限公司 美团科技有限公司 查看全部 产业链中游说明 (1)从行业整体来看,中国计算设备算力规模,尤其是其中的智能算力规模,正在高速增长。据浪潮信息发布的《2022-2023 中国人工智能计算力发展评估报告》统计,2021年中国智能算力规模达 155.2每秒百亿亿次浮点运算(EFLOPS),2022年智能算力规模将达到268.0EFLOPS。 从功能上看,算力中心能够提供大规模数据处理和高性能智能计算支撑,将经济、社会、产业中各种 模型、经验固化下来,形成新的生产力,并支撑智能化的产业、服务和治理。智算中心是具有强公共 属性的开放服务平台,能够实现对大区域的数字化辐射带动,成为经济发展的新动力引擎。随着“东数西算”工程、新型基础设施等国家政策规划出台,中国算力中心掀起落地热潮。根据中国信通院,截至2022年3月,中国已投运的人工智能计算中心有近20个,在建设的人工智能计算中心超20个,整 体布局以东部地区为主,并逐渐向中西部地区拓展。智算中心一方面为中小企业提供普惠算力,支撑科研创新和人才培养,另一方面结合企业业务特色,加快人工智能应用创新,聚合人工智能产业生 态,例如武汉人工智能计算中心孵化出“紫东太初”等大模型。 (2)从