算力设施产业图谱研究报告

[编号ODCC-2024-05001] 算力设施产业图谱研究报告 开放数据中心标准推进委员会2024.0�发布 算力设施产业图谱研究报告ODCC-2024-05001 版权声明 ODCC（开放数据中心委员会）发布的各项成果，受《著作权法》保护，编制单位共同享有著作权。 转载、摘编或利用其它方式使用ODCC成果中的文字或者观点的，应注明来源：“开放数据中心委员会ODCC”。 对于未经著作权人书面同意而实施的剽窃、复制、修改、销售、改编、汇编和翻译出版等侵权行为，ODCC及有关单位将追究其法律责任，感谢各单位的配合与支持。 I 算力设施产业图谱研究报告ODCC-2024-05001 编制说明 本报告由中国信息通信研究院云计算与大数据研究所牵头撰写，在撰写过程中得到了多家单位的大力支持，在此特别感谢以下参编单位和参编人员： 参编单位（排名不分先后）：中国信息通信研究院 参编人员（排名不分先后）： 项目经理：王月wangyue2@caict.ac.cn 张佳琪zhangjiaqi1@caict.ac.cn II 算力设施产业图谱研究报告ODCC-2024-05001 前言 算力是集信息计算力、网络运载力、数据存储力于一体的新型生产力，对助推产业转型升级、赋能我国科技创新、满足人民美好生活具有重要意义。作为新一轮科技革命和产业变革重要的基础支撑，算力已成为大国博弈的核心和关键。我国在算力相关的技术研发、基础设施建设和产业发展方面拥有独特的优势，已形成体系较完整、规模体量庞大、创新活跃的计算产业，在全球产业分工体系中的重要性日益提升。 2022年至今，中国信通院已连续发布《数据中心产业图谱研究报告》，出版《算力设施产业图谱》书籍等，旨在结合“算力强基行动”，进一步推进算力设施产品标准化建设，构建高水平的中国算力设施建设与服务生态圈，持续洞察算力设施产业链生态变化，映射算力设施发展的现状、趋势和未来，推动算力高效支撑业务应用，高质量赋能数字经济。因时间和能力所限，报告内容有所疏漏在所难免，烦请各界不吝指正。如有意见或建议请联系dceco@caict.ac.cn。 III 算力设施产业图谱研究报告ODCC-2024-05001 目录 版权声明I 编制说明II 前言III 一、算力产业总体发展态势1 （一）算力是推动经济社会高质量发展的强大引擎1 （二）全球算力发展进入活跃期1 （三）我国算力产业发展态势良好2 二、2023年算力设施产业图谱3 （一）基础设施4 （二）算力资源16 （三）算力平台26 （四）算力供给35 （五）算力应用38 三、趋势与展望43 （一）技术从单点突破向全生命周期技术优化43 （二）算力平台软件从数字化向智能化演进44 （三）算力应用由局部探索向全产业多元发展44 IV 算力设施产业图谱研究报告ODCC-2024-05001 一、算力产业总体发展态势 （一）算力是推动经济社会高质量发展的强大引擎 算力是对数据信息进行处理的能力，贯穿数据的产生、存储、传输、计算、使用等全生命周期，主要由数据中心、智能计算中心等新型基础设施向全社会规模化供给。随着数字经济与实体经济融合程度不断提升，数字技术在各行各业的应用持续深化，生产生活活动中产生的数据量呈现爆发式增长，算力在经济社会高质量发展中的重要地位和赋能作用日益凸显。 算力是做强做优做大数字经济的核心生产力。数字经济以数据作为关键要素，以算力作为核心生产力，是推动数字产业化、产业数字化的关键引擎，可以实现对经济发展的放大、叠加、倍增作用。作为数字经济最重要的生产工具之一，算力的发展水平将成为判断社会生产力发展水平的重要标志。 算力是实现高水平科技自立自强的关键支撑。作为先进生产力的代表，算力本身是科技创新的前沿阵地。随着后摩尔时代的来临，面对全社会急速增长的算力需求，以及对算力的高性能、低成本、低功耗、实时在线等多样化需求，计算技术进入新一轮高速创新期，在体系架构、软硬件、数据交互技术、算力部署模式以及算法应用等方面快速演进升级，不断孕育可能影响未来数字技术发展的颠覆式创新。 算力是满足高品质生活需求和实现高效能治理的重要手段。算力在民生服务、社会治理领域的广泛应用正在促进在线教育、远程医疗等数字公共服务的蓬勃发展，有力支撑数字社会、数字政府建设，驱动社会治理方式从经验驱动转向数据驱动、决策过程从事后解决转向事先预测，显著提升公共服务水平和社会治理效能。 （二）全球算力发展进入活跃期 各国积极通过国家战略部署算力发展。2015年起，美国政府开始推行国家战略计算计划（NSCI），并持续迭代更新，不断完善指导算力发展的战略部署。 1 算力设施产业图谱研究报告ODCC-2024-05001 欧盟实施“欧洲高性能计算共同计划”，发展下一代超级计算技术。日本将先进计算纳入重点支持的高新科技领域，加大算力科研方面的资金投入。截至2022年底，全球算力总规模达到650EFLOPS（每秒百亿亿次计算），增速超过 25%，美国与中国算力规模位列全球前两名，占全球近60%。 发达国家引领技术创新掌握发展主动权。据TechInsights在2023年11月发布的报告显示，目前全球按销售量排名前10位的芯片制造商中5家来自美国，呈现以美国企业为主导的市场竞争格局。在制作工艺上，AMD已率先实现5nm先进制程量产；在云计算、数据库等基础技术方面美国也处于领先水平，全球大量云计算业务都基于其开源技术进行二次开发。 国际巨头全面发力竞相推动新兴应用进程。随着规模化算力的使用程度不断提升，龙头企业推出突破性、创新性产品，如谷歌旗下公司开发的人工智能程序率先预测出了98.5%的人类蛋白质结构；微软聊天机器人（ChatGPT）可以实现智能写文章、编程序、创作小说等；Meta推出AR/VR、元宇宙等个性化、商业化服务。 （三）我国算力产业发展态势良好 算力资源布局不断优化。工业和信息化部印发《新型数据中心发展三年行动计划（2021-2023年）》、《算力基础设施高质量发展行动计划》，并联合发展改革委等部门印发《全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案》、《深入实施“东数西算”工程加快构建全国一体化算力网的实施意见》，批复8个国家算力枢纽节点，启动130余条“东数西算”干线光缆建设，引导枢纽以外地区打造具有地方特色、服务本地、规模适度的算力服务，支持万国数据等企业布局海外算力设施，构建梯次化算力供给体系。 算力技术水平逐步攀升。龙头企业加快技术标准研究，以海光、鲲鹏为代表的国产化芯片技术研发不断提速，先进产品按照7nm工艺设计，达到国际主流产品同等水平。阿里云自主研发的云操作系统开始大规模商用，已在全球上百个数据中心部署，为全球提供云计算服务。液冷、预制化等新技术新产品已 2 算力设施产业图谱研究报告ODCC-2024-05001 部分应用于大型互联网企业数据中心，最优PUE实现1.08，达到国际领先水平，全国已有近130个数据中心绿色低碳等级达到4A级以上。 算力赋能成效逐渐显现。算力应用领域已经逐步从互联网行业向政务、金融、制造等行业拓展，贵州、新疆等地围绕云服务、影视动漫渲染等打造一批具有地方特色的算力应用，进一步凝聚产业共识，推动算力广泛应用。例如，目前基于强大的算力，人工智能已广泛应用于医学研究、影像诊断、药物研发、智能诊疗、生活方式管理与监督、急救与医院管理等多个方面，不断拓展医疗服务空间和内容，实现普惠医疗，大大改善人们的医疗体验。 二、2023年算力设施产业图谱 万物智联时代，单一形态的计算实体难以高效应对全场景、复杂的算力挑战，需要多形态、多种类、多数量算力之间汇聚融通，按需智能化管理与调用。相对于数据中心，算力设施强调算力的赋能，满足高效、灵活的算力应用需求。2023年算力设施产业图谱在既有2022年数据中心产业图谱的技术与产业迭代中，展示了算力设施基础设施层、算力资源层、算力平台层、算力供给层、算力应用层五层架构的工具/体系的部分代表性企业，详见图1。 图1算力设施产业图谱 3 算力设施产业图谱研究报告ODCC-2024-05001 （一）基础设施 1.供电系统 供电系统是为算力设施内所有需要动力电源的设备提供稳定、可靠的动力电源支持的系统，是整个算力设施的动力来源。 16000 18% 14000 16% 12000 14% 12% 10000 10% 8000 8% 6000 6% 4000 4% 2000 2% 0 0% 2020202120222023E2024E2025E2026E 营收 增长率 营收（$m) 年增长率(%) 2022年，全球数据中心不间断电源（UninterruptiblePowerSupply，简称UPS）市场呈现出快速发展的态势。根据Omdia的数据显示，2022年全球数据中心UPS市场规模突破100亿美元，受全球经济下行的影响，增速较2021年有所回落，全球的UPS市场规模及增速发展情况见图2。预计到2025年全球UPS市场规模将超过130亿美元，增速也保持稳定增长。从区域角度来看，亚太地区是全球最大的数据中心UPS市场。 来源：Omdia，2023 图2全球UPS市场营收预测 我国UPS市场将持续保持高增长率。我国数据中心UPS市场在2022年展现出了强劲的增长势头，据ODCC调研数据显示，预测到2025年我国UPS市场 4 算力设施产业图谱研究报告ODCC-2024-05001 规模将达到近200亿元。市场竞争方面，我国UPS市场集中度较高。华为、维谛、科华、山特和科士达五家企业的市场份额占比超过50%。 高压直流输电（HVDC）在互联网和通信行业的部分数据中心得到广泛应用。目前，HVDC依靠节省投资的优势，已在互联网和通信行业的数据中心得以应用，在不断提升可靠性的过程中将与UPS技术长期共存以满足不同应用场景下的需求。 互联网企业作为算力设施建设的参与者，对新技术更为敏感，对业务创新要求较高，在算力设施供电环节中扮演创新领跑的角色。事实上，出于极致的成本与效率考量，互联网企业在算力设施供电建设中如预制化等很多前沿理念和实践，率先迎接了产品化浪潮，在业内也得到了广泛应用。以阿里为代表的互联网企业联合电信运营商及设计厂商在ODCC联合发起的巴拿马项目为例，该技术方案核心思想是在保证高可靠直流供电的基础上简化系统，采用移相变压器取代工频变压器，从10kV到240V整个供电链路优化集成，将降压和整流为直流这两个环节合二为一，同时减少了设备的占地面积及低压侧电缆损耗，提升了系统效率。 未来十年，数据中心供电模式将持续优化，通过走向一体化、预制化和智能化来满足业务数字化、在线化、零中断的迫切需求。当前，数据中心供电设备的节能潜力较为充分挖掘，PLF（PowerLoadFactor，供电负载系数）下降值接近天花板，供电系统的节能设备集中于变压器、不间断电源等。对于智算中心或新建数据中心，采用1路市电+1路UPS或2路UPS，PLF可降至0.03以下，供电关键技术及相关供电方案详见图3。 5 算力设施产业图谱研究报告ODCC-2024-05001 图3数据中心供电关键技术及对PUE的影响 交流不间断电源仍是主流供电方案，根据技术路线不同，数据中心所用的不间断电源主要有UPS和HVDC两种，企业分类见表1，产业图谱见图4。 表1供电设备企业分类 企业类型 UPS HVDC 在线双变换 在线互动式 技术特点 市电不直接给设备供电，逆变器始终处于工作状态，由于数据中心对稳定电源的高度依赖性，目前在线式UPS是市场主流选择 市电正常时，直接由市电向负载供电；当市电异常或停电时，会如在线式UPS通过转换开关转为电池逆变供电 省略了传统UPS的逆变环节，占地面积更小，HVDC架构简化，压缩初始投资成本，且整流模块可由数据中心工作人员进行热插拔维护，降低后期运营成本 代表企业 华为、科士达、易事特、施耐德、山特、维谛