全球计算产业发展白皮书（2023版）

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 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 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；易捷行云EasyStack“一云多芯”产品级云产品，支持但不限于X86、Arm等不同CPU架构服务器在一个云内混合部署,解决行业客户对多元算力的需求，同时控制行业公有云运营成本。 很显然，在算力供给侧，旨在纳管不同技术路线、不同技术栈，满足应用多样性需求，一云多芯已成为主流云服务商的标配。 趋势5： 从2+8到更广泛商业领域，绿色计算越来越受到市场青睐 从能用到好用，从2+8核心行业到更广泛的商业领域，基于Arm架构的绿色计算产品在需求侧正越来越受到行业用户的欢迎。尤其是2023年8月，中信银行通用基础设施集成商入围采购项目 《入围通知书》发布，根据招标公告，该项目采购的服务器产品预估采购金额为44.21亿元人民币，其中Arm芯片服务器为34.01亿元，占比高达76.9%，表明Arm芯片服务器综合能力不断赢得市场与客户的信赖，市场竞争力持续提升。 鲲鹏处理器已呈现“2+8+N”的发展态势，目前已有11家合作伙伴推出基于鲲鹏主板的服务器产品，2022年整机伙伴发货占比达95%，已有4500多个合作伙伴，13500多个解决方案通过鲲鹏兼容性测试认证，在金融、电力、政府、电信等行业全面落地。 事实上，飞腾在金融、电信、电力等各个行业所取得的成绩与鲲鹏相比也不逞多让。在金融领域，飞腾CPU已支撑某国有银行OA办公系统上线运行，基于飞腾平台的服务器类、终端类和金融机具类产品成功入围六大行，同时也在金融主管机构实现全入围，终端入围160多家金融机构，服务器入围80多家金融机构。飞腾产品实现了金融信创单位全覆盖，包含政策性银行、股份制银行、城商银行、保险、证券等其它金融机构。 飞腾还积极布局电信市场，与三大运营商建立了全面的合作通道并实现规模化应用。搭载飞腾CPU的服务器在3大运营商的云资源池中得到广泛部署，服务了大量国产化项目；基于飞腾CPU的终端也在不同运营商的多个地市营业厅陆续落地；基于飞腾CPU，已有多家生态伙伴推出了“云电脑”产品，正在与运营商开展相关的适配测试工作。5G方面，飞腾已联合京信等头部生态伙伴推出满足运营商技术标准和设备资质的5G云小站、5G核心网和边缘计算三大系列产品，飞腾5G云小站更是通过中国移动测试的唯一信创方案。 在发电、输电、变电、配电等领域，基于飞腾CPU的联合解决方案已全面落地应用或具备应用条件。飞腾CPU已经助力50余家电厂实现自主可控，覆盖火力发电、风力发电、水力发电以及特高压变电站。 在京东618购物节期间，飞腾CPU成功提供了核心算力支撑并顺利通过技术考验，继关键基础领域获得大规模应用之后，在电商平台等消费级市场也实现了规模化应用。 趋势6： 评测标准化与认证服务，牵引绿色计算全栈解决方案性能提升 一直以来，Arm持续不断引领着行业最佳实践标准和认证的推动。ArmSystemReady计划于2020年正式推出，旨在促进行业内协作，实现无差异化软件开发，助力基于Arm架构的生态系统实现跨操作系统的快速部署(操作系统包括Linux、Windows、BSD和VMware)。过去三年里，SystemReady计划取得了重大突破，为计算奠定了通用软件基础，也为海量应用提供了支持。截至2023年上半年ArmSystemReady计划累计突破100张认证，新的里程碑彰显出该计划强劲的发展势头，也成为推进软件“开机即用（JustWorks）”愿景的重要一步。 绿色计算产业联盟自成立之初就把标准化工作视为绿色计算产业发展的重要抓手，持续汇聚各方资源、理顺创新链条、优化商业模型，加快构建具有先进性、创新性和国际性的绿色计算生态体系，打造高效率、低成本、低能耗的绿色计算产品。截至目前，绿色计算产业联盟已累计发布19项绿色计算体系标准规范，提升了底层架构的兼容性，促进了Arm服