1、我國算力行業(yè)相關定義及總體框架
從狹義上看，算力是設備通過處理數(shù)據(jù)，實現(xiàn)特定結果輸出的計算能力。2018年諾貝爾經(jīng)濟學獎獲得者William D. Nordhaus在《計算過程》一文中提出：“算力是設備根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)的改變，每秒可處理的信息數(shù)據(jù)量”。算力實現(xiàn)的核心是CPU、GPU、FPGA、ASIC等各類計算芯片，并由計算機、服務器、高性能計算集群和各類智能終端等承載，海量數(shù)據(jù)處理和各種數(shù)字化應用都離不開算力的加工和計算。算力數(shù)值越大代表綜合計算能力越強，常用的計量單位是每秒執(zhí)行的浮點數(shù)運算次數(shù)(Flops，1 EFlops=10^18 Flops)。據(jù)測算，1EFlops 約為5臺天河2A超級計算機，或者25萬臺主流雙路服務器，或者200萬臺主流筆記本的算力輸出。
從廣義上看，算力是數(shù)字經(jīng)濟時代新生產(chǎn)力，是支撐數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展的堅實基礎。數(shù)字經(jīng)濟時代的關鍵資源是數(shù)據(jù)、算力和算法，其中數(shù)據(jù)是新生產(chǎn)資料，算力是新生產(chǎn)力，算法是新生產(chǎn)關系，構成數(shù)字經(jīng)濟時代最基本的生產(chǎn)基石。現(xiàn)階段5G、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術的高速發(fā)展，推動數(shù)據(jù)的爆炸式增長和算法的復雜程度不斷提高，帶來了對算力規(guī)模、算力能力等需求的快速提升，算力的進步又反向支撐了應用的創(chuàng)新，從而實現(xiàn)了技術的升級換代、應用的創(chuàng)新發(fā)展、產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷壯大和經(jīng)濟社會的持續(xù)進步。隨著5G商用步伐的加快，物與物之間的連接不斷深化，算力在自動駕駛、智慧安防、智慧城市等領域的應用不斷擴大，邊緣計算以及霧計算的需求日益增加，算力范疇和邊界仍在不斷擴展。
根據(jù)觀研報告網(wǎng)發(fā)布的《中國???????????算力行業(yè)發(fā)展趨勢研究與未來投資分析報告（2024-2031年）》顯示，結合算力的內(nèi)涵和特點，我國算力發(fā)展的總體框架可以從算力規(guī)模、算力環(huán)境和算力應用三個維度進行構建。在數(shù)字經(jīng)濟時代，算力規(guī)模是國家和地區(qū)數(shù)字化生產(chǎn)力發(fā)展水平的重要指標，算力環(huán)境是我國新生產(chǎn)力發(fā)展的重要條件，算力應用反映了我國新生產(chǎn)力的需求狀況。算力環(huán)境為算力規(guī)模發(fā)展提供堅實支撐，算力應用拉動算力規(guī)模的增長，三者相互促進、協(xié)同發(fā)展。
算力規(guī)模在現(xiàn)階段重點包括基礎算力、智能算力和超算算力三部分，分別提供基礎通用計算、人工智能計算和科學工程計算?；A通用算力主要基于CPU芯片的服務器所提供的計算能力；智能算力主要是基于GPU、FPGA、ASIC等芯片的加速計算平臺提供人工智能訓練和推理的計算能力；超算算力主要是基于超級計算機等高性能計算集群所提供的計算能力。
算力環(huán)境主要包括網(wǎng)絡環(huán)境和算力投入等因素，持續(xù)優(yōu)化的網(wǎng)絡環(huán)境為算力發(fā)展提供堅實支撐，大規(guī)模算力投入將會對算力增長產(chǎn)生直接和間接的推動作用。
算力應用主要包括消費應用和行業(yè)應用，消費和行業(yè)應用帶來了對算力規(guī)模、算力能力等需求的快速提升，算力的進步又反向推動了應用的發(fā)展。
資料來源：中國信息通信研究院，觀研天下數(shù)據(jù)中心整理
2、算力已成我國當前最具活力信息基礎設施，其市場正持續(xù)擴容
伴隨著新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革持續(xù)推進，疊加疫情因素影響,算力成為推動數(shù)字經(jīng)濟、國民經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定增長的關鍵動力，對奪取疫情防控和經(jīng)濟社會發(fā)展雙勝利發(fā)揮了重要作用。算力已成為我國當前最具活力、最具創(chuàng)新力、輻射最廣泛的信息基礎設施，算力成為衡量數(shù)字經(jīng)濟活力的關鍵指標。2023年我國算力行業(yè)市場規(guī)模為2336.1億元，同比增長5.06%。2024年上半年，我國算力行業(yè)市場規(guī)模初步估計為1245.1億元，具體如下：
數(shù)據(jù)來源：觀研天下數(shù)據(jù)中心整理
3、集群正在形成，區(qū)域市場集中于華東、華南和華北
2022年2月16日，國家發(fā)改委、中央網(wǎng)信辦、工信部、國家能源局聯(lián)合印發(fā)通知，正式全面啟動全國一體化大數(shù)據(jù)中心體系總體布局設計——東數(shù)西算工程。東數(shù)西算是指通過構建數(shù)據(jù)中心、云計算、大數(shù)據(jù)一體化的新型算力網(wǎng)絡體系，將東部算力需求有序引導到西部，優(yōu)化數(shù)據(jù)中心建設布局，促進東西部協(xié)同聯(lián)動。東數(shù)西算將在京津冀、長三角、粵港澳大灣區(qū)、成渝、內(nèi)蒙古、貴州、甘肅、寧夏8地啟動建設國家算力樞紐節(jié)點，并規(guī)劃了10個國家數(shù)據(jù)中心集群。
資料來源：國家發(fā)改委
基礎設施向西布局，帶動西部數(shù)字經(jīng)濟和產(chǎn)業(yè)投資。目前我國數(shù)據(jù)中心布局仍主要集中在東部地區(qū)。據(jù)CDCC數(shù)據(jù)統(tǒng)計，華東、華北、華南等地的IDC存量機架占比可達70%以上。西部地區(qū)擁有豐富的土地資源和相對廉價的能源，氣候適宜，可成為對于東部算力緊張供需的良好補充，也可帶動西部地區(qū)的數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展，促進政企上云。同時，數(shù)據(jù)中心建設投資規(guī)模大，可帶動相關產(chǎn)業(yè)鏈的投資。
從區(qū)域市場來看，受我國數(shù)據(jù)中心建設投資的影響，我國算力行業(yè)區(qū)域市場主要集中在華東、華南和華北地區(qū)。2024年上半年我國算力行業(yè)區(qū)域市場規(guī)模分布華東地區(qū)占比37.63%，華中占比9.18%，華南占比16.81%，華北地區(qū)占比18.53%，東北地區(qū)占比2.56%，西南地區(qū)占比11.67%，西北地區(qū)占比3.62%。
數(shù)據(jù)來源：觀研天下數(shù)據(jù)中心整理
4、互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)挖掘等領域?qū)λ懔π枨?/strong>將呈高速增長
對于大部分傳統(tǒng)企業(yè)和中小型企業(yè)而言，當前企業(yè)數(shù)字化建設主要面臨技術復雜、使用門檻高、研發(fā)投入高以及現(xiàn)有IT系統(tǒng)的制約等障礙和挑戰(zhàn)。云計算可以讓用戶通過互聯(lián)網(wǎng)的方式從云端獲得強大的計算能力和充足的存儲空間。隨著云計算技術的逐漸成熟以及相關應用的快速落地，國內(nèi)企業(yè)可以通過“企業(yè)上云”快速完成數(shù)字化轉(zhuǎn)型，進而驅(qū)動企業(yè)的流程創(chuàng)新和業(yè)務創(chuàng)新，有效降低經(jīng)營成本，提升核心競爭力。隨著云計算規(guī)模的快速擴大，未來搭載高端處理器的服務器數(shù)量將快速增長，高端處理器將持續(xù)保持旺盛的市場需求。
5G網(wǎng)絡和物聯(lián)網(wǎng)技術的進一步發(fā)展將繼續(xù)拓展CPU的應用場景。伴隨著5G網(wǎng)絡覆蓋范圍的逐步擴大，其高帶寬、廣連接和低延時的特性將助力“萬物互聯(lián)”時代的加速到來，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、智慧城市、智能家居等場景的需求已經(jīng)日益顯現(xiàn)，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)將迎來快速擴展階段，而在這個過程中，需要高端CPU提供強大的算力和精準的任務調(diào)度，以實現(xiàn)海量設備間的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳輸。
隨著信息化社會的飛速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析、深度學習等新技術的不斷涌現(xiàn)，人們對信息處理能力的要求越來越高，大數(shù)據(jù)處理不僅應用在石油勘探、天氣預報等傳統(tǒng)領域，互聯(lián)網(wǎng)、金融、數(shù)據(jù)挖掘、教育等領域?qū)λ懔Φ男枨笠渤尸F(xiàn)高速增長的趨勢。
5、長期看我國算力行業(yè)規(guī)模高增速將逐漸放緩
隨著6G研發(fā)步伐的加快，物與物之間的連接不斷深化,算力在自動駕駛、智慧安防、智慧城市等領域的應用不斷擴大，邊緣計算以及云計算的需求日益增加,算力范疇和邊界仍在不斷擴展。從我國算力市場規(guī)模預測來看，隨著算力規(guī)模增速將漸漸放緩，主要原因和技術有關，隨著行業(yè)的發(fā)展總會遇到技術瓶頸。因此當算力規(guī)模增長到一定數(shù)值后，規(guī)模增速將出現(xiàn)一定下滑，需要企業(yè)關鍵技術的突破。具體如下：
資料來源：觀研天下數(shù)據(jù)中心整理
6、行業(yè)供需兩端匹配度提升空間仍較大
算力產(chǎn)業(yè)加速壯大升級。經(jīng)過多年發(fā)展，我國已形成體系較完整、規(guī)模體量龐大、創(chuàng)新活躍的計算產(chǎn)業(yè)，在全球產(chǎn)業(yè)分工體系中的重要性日益提升。當前，我國計算產(chǎn)業(yè)規(guī)模約占電子信息制造業(yè)的20%，規(guī)模以以上企業(yè)2300余家，“創(chuàng)新突破、兼容并蓄”的產(chǎn)業(yè)發(fā)展新格局正加快構建。隨著經(jīng)濟建設的發(fā)展，人工智能行業(yè)等行業(yè)對算力需求不斷增加，我國服務器的出貨量也在增加，預計到2031年我國服務器出貨量為756.99萬臺。
資料來源：觀研天下數(shù)據(jù)中心整理
我國超算系統(tǒng)占有量與制造商總裝機量均保持全球領先，產(chǎn)業(yè)生態(tài)規(guī)模也在不斷完善，國產(chǎn)芯片也初具規(guī)模。我國互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)是算力需求最大的行業(yè)，占整體算力的50%，而政府、服務、電信、金融、制造、教育、運輸?shù)刃袠I(yè)分列三到八位。盡管算力對各個行業(yè)數(shù)字化智能化升級的支撐賦能作用日益顯著，但目前來看垂直行業(yè)的算力需求匹配度依然不足。
此外，算力應用存在標準缺失、數(shù)據(jù)共享不夠、資源接口不統(tǒng)一等壁壘，多元化普惠性的算力設施建設尚不完善。需求側大部分行業(yè)缺少對數(shù)字技術、計算技術的理解，無法結合業(yè)務需求有效抽象應用場景，也缺乏與供給側的溝通渠道。
雖然我國大力推廣“東數(shù)西算”建設，切實提高算力供給，但我國算力行業(yè)未來依然要加強頂層規(guī)劃，規(guī)范產(chǎn)業(yè)發(fā)展，避免一哄而上、低水平重復的問題，否則我國算力行業(yè)未來會面臨供需不足的問題。
7、細分市場中大數(shù)據(jù)市場數(shù)據(jù)量爆發(fā)式增長，價值有待挖掘
我國算力在創(chuàng)新發(fā)展的同時，算力需求潛力不斷釋放。隨著新技術和新應用的快速發(fā)展，算力作為經(jīng)濟社會運行不可或缺的數(shù)字底座，有效支撐我國數(shù)字經(jīng)濟蓬勃發(fā)展，推動各行業(yè)各領域數(shù)字化轉(zhuǎn)型。從目前來看，2024年上半年我國算力行業(yè)主要細分市場有人工智能和大數(shù)據(jù)領域，其中人工智能占比為28.90%，大數(shù)據(jù)占比為24.34%。
數(shù)據(jù)來源：觀研天下數(shù)據(jù)中心整理
1、人工智能：智能計算快速興起
智能計算中心是人工智能算力發(fā)展的重要方向。過去10年中，用于人工智能的訓練模型的計算資源激增，AI訓練的計算復雜度每年猛增10倍，人工智能計算已成為主流的計算形態(tài)，2020年中國總算力規(guī)模中智能算力占比達到41%，預計到2023年智能算力的占比將提升至70%。AI復雜模型、復雜場景的計算需求進一步催生面向AI的算力基礎設施的需求，目前智能計算中心是發(fā)展重點。智能計算中心主要是指基于最新人工智能理論，采用先進的人工智能芯片，針對人工智能多樣場景的海量數(shù)據(jù)處理、智能算法加速、高速訓練推理等計算需求，提供共性的算力、算數(shù)、算法服務的新型算力基礎設施，正受到政府、企業(yè)和研究機構的廣泛關注。2020年4月，國家發(fā)改委首次將智能計算中心納入算力基礎設施范疇，并提出在全國布局10個左右區(qū)域級數(shù)據(jù)中心集群和智能計算中心。
隨著 AI 技術的廣泛使用，CPU 的串行處理架構已經(jīng)不能滿足 AI 時代的算力需求，而 GPU、FPGA 等采用并行計算的芯片更加適合密集型的計算，AI 服務器應運而生。AI 服務器主要是異構形式的服務器，可以為 CPU＋GPU、CPU＋FPGA、CPU＋TPU、CPU＋ASIC 或 CPU＋多種加速卡，但目前廣泛采用的是 CPU＋GPU 架構。AI 服務器在組成部件上與普通服務器差異不大，主要提升在以下幾個方面：1）更大容量內(nèi)存，滿足大數(shù)據(jù)實時負載增加的需求；2）提供更多外置硬盤插槽，并廣泛支持 NVME／PCIE 等 SSD，滿足大數(shù)據(jù)或模型參數(shù)的快速存儲需求；3）需要帶寬更高的網(wǎng)絡模塊，滿足 AI 服務器之間、與終端用戶的數(shù)據(jù)高速傳輸需求。隨著 AI 在各行各業(yè)得到廣泛使用，算力需求將會呈指數(shù)級增長，AI 服務器的需求將會高速增長。
2、大數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)量爆發(fā)式增長，價值有待挖掘
隨著物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計算等智能終端設備不斷普及，受到來自物聯(lián)網(wǎng)設備信號、元數(shù)據(jù)、娛樂相關數(shù)據(jù)、云計算和邊緣計算的數(shù)據(jù)增長的驅(qū)動，全球數(shù)據(jù)量呈現(xiàn)加速增長。根據(jù)IDC分布的《數(shù)據(jù)時代2025》預測，全球數(shù)據(jù)量將從2018年的33ZB增至2025年的175ZB，增長超過5倍；中國平均增速快于全球3%，預計到2025年將增至48.6ZB，占全球數(shù)據(jù)圈的比例由23.4%提升至27.8%。其中，中國企業(yè)級數(shù)據(jù)量將從2015年占中國數(shù)據(jù)量的49％增長到2025年的69％。
而隨著數(shù)據(jù)量的增加，市場對數(shù)據(jù)的運算能力也更高的要求，算法的復雜程度不斷提高，帶來了對算力規(guī)模、算力能力等需求的快速提升，算力的進步又反向支撐了應用的創(chuàng)新，從而實現(xiàn)了技術的升級換代、應用的創(chuàng)新發(fā)展、產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷壯大和經(jīng)濟社會的持續(xù)進步。
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