先進計算是面向從量變到質(zhì)變的信息需求，在計算方式、位置、算法或機理等方面產(chǎn)生進步和革新的新興計算技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的統(tǒng)稱，其內(nèi)涵可由算力、算據(jù)、算法三大要素來表征。先進計算對于促進信息產(chǎn)業(yè)能級躍升、提高經(jīng)濟社會發(fā)展質(zhì)量和效益具有至關(guān)重要的意義。當前，我國已具備發(fā)展先進計算的市場條件和產(chǎn)業(yè)基礎。我國已基于X86架構(gòu)自主研發(fā)CPU核、IP核、整機等系列產(chǎn)品，基于ARM架構(gòu)的應用推廣和生態(tài)布局呈“軍團式”興起態(tài)勢，先進計算產(chǎn)業(yè)正蓄勢待發(fā)。展望2021年，器件、架構(gòu)、軟件呈現(xiàn)多路演進，自主演進架構(gòu)生態(tài)加速形成，巨頭爭先搶灘布局，產(chǎn)業(yè)蘊含巨大市場潛力。與此同時，我國先進計算產(chǎn)業(yè)在開源、融合、適配、生態(tài)、技術(shù)短板等方面仍面臨問題與挑戰(zhàn)，有待盡快明確目標市場預期，強化生態(tài)遷移和適配，加速應用落地進程，與區(qū)域共同謀劃推進部署。

一、對2021年形勢的基本判斷

（一）從技術(shù)創(chuàng)新看，器件、架構(gòu)、軟件等多路演進并行

展望2021年，先進計算將從體系結(jié)構(gòu)上進行創(chuàng)新，從器件、架構(gòu)、軟件等方向多路徑演進。器件方面，隨著數(shù)據(jù)量的激增和計算模型的復雜化，計算密度與儲能密度升級將成為算力器件部署重點。擁有高算力密度的計算系統(tǒng)將提升峰值算力及存量算力利用率；創(chuàng)新存儲架構(gòu)、強化國產(chǎn)生態(tài)適配，成為抬升存儲靈活度和生態(tài)可靠度的有效路徑。架構(gòu)方面，傳統(tǒng)以CPU為中心的架構(gòu)現(xiàn)已難以滿足海量數(shù)據(jù)處理的要求，系統(tǒng)架構(gòu)將向以內(nèi)存為中心演進。存內(nèi)計算技術(shù)已經(jīng)歷分布式緩存、內(nèi)存數(shù)據(jù)網(wǎng)格、分布式內(nèi)存數(shù)據(jù)庫和高性能、集成化、分布式內(nèi)存平臺等四大發(fā)展階段，并將持續(xù)迭代升級?；A計算模式將圍繞多核并行、異構(gòu)并行、邊緣計算等體系架構(gòu)創(chuàng)新而演進。軟件布局方面，軟硬系統(tǒng)垂直整合將成為未來主流廠商布局焦點，通過軟件硬件的協(xié)同，提升系統(tǒng)應用性能。

（二）從生態(tài)構(gòu)建看，自主演進架構(gòu)生態(tài)加速形成

在國內(nèi)計算產(chǎn)業(yè)中，市場上主流的芯片架構(gòu)有X86、ARM、RISC-V和MIPS等，并將在市場條件成熟前提下，形成適度收斂。X86架構(gòu)在技術(shù)性能和應用生態(tài)上具有顯著優(yōu)勢，基于X86處理器市場份額已達96%，其臺式機、筆記本電腦、服務器市場份額分別為82%、84%、96%。展望2021年，我國海光、兆芯等企業(yè)將基于X86架構(gòu)推動CPU核、IP核、整機等系列產(chǎn)品自主研發(fā)體系的完善，并構(gòu)建相應技術(shù)標準。ARM架構(gòu)在移動端和低功耗領域性能突出，IP授權(quán)模式已經(jīng)趨于完善，市場應用規(guī)模持續(xù)壯大。當前我國基于ARM架構(gòu)的主流生態(tài)包括鯤鵬和PK生態(tài)，并形成了系列區(qū)域性面向諸多行業(yè)領域的服務器、PC整機品牌，應用推廣密集落地，生態(tài)布局方興未艾，將在明年呈“軍團式”興起態(tài)勢。RISC-V架構(gòu)具有模塊化的特點和強大的擴展能力，能夠根據(jù)應用需求選擇合適的功能指令集，主要應用于智能穿戴設備。國內(nèi)中科院計算所、阿里平頭哥、君正、大魚半導體等企業(yè)已經(jīng)針對RISC-V進行戰(zhàn)略布局，有望推動RISC-V產(chǎn)業(yè)生態(tài)快速發(fā)展。

（三）從產(chǎn)業(yè)規(guī)?？矗冗M計算產(chǎn)業(yè)增長潛力巨大

據(jù)測算，到2025年，我國先進計算產(chǎn)業(yè)將形成16.6萬億元的整體市場規(guī)模，其中包括直接產(chǎn)業(yè)規(guī)模與輻射帶動規(guī)模［1］。先進計算直接產(chǎn)業(yè)規(guī)模包括算力、算據(jù)、算法三大維度，細分領域囊括電子信息制造業(yè)中的計算機制造和電子器件制造，軟件和信息服務業(yè)中的軟件產(chǎn)品、信息技術(shù)服務、嵌入式系統(tǒng)軟件、信息安全，以及互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)服務等。據(jù)測算，2019年，先進計算直接產(chǎn)業(yè)規(guī)模是5.9萬億元，到2025年將達到8.1萬億。先進計算輻射帶動規(guī)模選取對計算依賴程度較高的重點行業(yè)，包括智慧城市、工業(yè)制造、自動駕駛、智慧醫(yī)療、金融科技。2019年，輻射帶動規(guī)模為3.9萬億元，預計到2025年達到8.5萬億，實現(xiàn)翻倍增長。若擴大到更多行業(yè)，將產(chǎn)生更大的輻射規(guī)模。隨著先進計算產(chǎn)業(yè)在政府決策、技術(shù)研發(fā)及各個行業(yè)的應用漸趨深化，其輻射帶動規(guī)模將持續(xù)擴大，為社會經(jīng)濟發(fā)展注入全新動能。

（四）從競爭態(tài)勢看，跨國巨頭爭相加大投入搶灘布局

各國科技巨頭持續(xù)加大以算力、算法、算據(jù)為核心的先進計算領域研發(fā)投入與前瞻布局。先進計算產(chǎn)業(yè)以應用為導向，邊緣計算等高通量計算技術(shù)方興未艾?？萍季揞^、設備制造商等紛紛推出邊緣計算解決方案，英特爾宣稱將加大布局從云、網(wǎng)絡到邊緣的智能技術(shù)；BlackBerry和AWS聯(lián)手創(chuàng)建邊緣到云平臺，將重點布局自動駕駛汽車領域的邊緣計算功能。巨頭通過制程迭代、AI加速技術(shù)助推算力崛起。英特爾宣布明年將推出Tiger Lake-H處理器支撐高性能計算需求；AMD宣布明年將推出下一代基于RDNA的高端手機GPU，擁有更高的帶寬內(nèi)存設計和計算能力?？萍季揞^進軍自動駕駛，通過AI計算實現(xiàn)云端控制。高通首發(fā)Snapdragon Ride，該平臺通過云端AI計算，實現(xiàn)車道保持、交通標志識別、高速公路自動駕駛等云端控制功能，將在2023年投入市場。量子計算等非馮架構(gòu)有望延展更多應用場景。量子通信、量子隨機數(shù)發(fā)生器、量子產(chǎn)率、量子比特數(shù)等量子科技集群式涌現(xiàn)，將成為創(chuàng)新探索焦點。谷歌宣布將在明年實現(xiàn)200個量子比特；IBM宣布擴張Q Network以推進量子計算，計劃安裝首批IBM Q System One商業(yè)通用量子計算機，以推動量子計算在多領域的應用落地，明年計劃突破100個量子比特。

二、需要關(guān)注的幾個問題

（一）發(fā)展阻力一：“開源乏力”，解決開源芯片存在“碎片化”和回報模式欠缺等發(fā)展障礙

一是碎片化問題。目前先進計算市場產(chǎn)品種類繁多，各有優(yōu)勢，企業(yè)競爭優(yōu)勢不愿開發(fā)共享，互相之間標準不一，難以實現(xiàn)兼容和互操作，開源生態(tài)將難以體系化發(fā)展。二是開源回報模式不清晰。國外成熟的開源模式，大多是將開源社區(qū)和商業(yè)版本、咨詢服務相結(jié)合，同時成立各類開源基金會組織、引導市場形成開源規(guī)范。目前國內(nèi)開源軟件不能收費，也不能反饋到投入者，市場主體對開源的積極性得不到激發(fā)。三是開源社區(qū)維護面臨難以為繼的后續(xù)風險。開源可持續(xù)性層面，目前華為歐拉社區(qū)以開放源代碼的形式提供深度，麒麟、普華、中標等操作系統(tǒng)領軍企業(yè)和研究機構(gòu)進行商業(yè)發(fā)行版開發(fā)，但免費開源模式能否長期延續(xù)目前存疑，且華為能否逐步將歐拉代碼的優(yōu)化、涉及權(quán)限釋放給下游合作伙伴等問題。出口管制風險層面，由于歐拉OS操作系統(tǒng)是基于Linux系統(tǒng)內(nèi)核開發(fā)的，但Linux源代碼托管平臺尚在國外，構(gòu)成開源的潛在巨大隱患，針對此問題鯤鵬已就源代碼托管服務器放置地問題與我國包括原子基金會在內(nèi)的機構(gòu)進行磋商，但磋商結(jié)果尚未明確。

（二）發(fā)展阻力二：“轉(zhuǎn)化緩慢”，行業(yè)方法論與計算技術(shù)亟需緊密結(jié)合以推動應用落地

先進計算產(chǎn)業(yè)技術(shù)落地面臨五大問題。一是行業(yè)機理屏障，計算技術(shù)與應用場景結(jié)合過程中需要一定的行業(yè)或業(yè)務經(jīng)驗，這一方面對于程序開發(fā)者來說屬于知識空白領域。二是行業(yè)經(jīng)驗轉(zhuǎn)化能力不強，如何將行業(yè)場景和行業(yè)經(jīng)驗轉(zhuǎn)化為數(shù)學模型，涉及大量的專業(yè)與計算領域的綜合知識。三是數(shù)據(jù)匱乏，部分行業(yè)數(shù)據(jù)量有限，且存在數(shù)據(jù)源正確性和數(shù)據(jù)準確性的問題；四是計算模型泛化，針對不同場景在模型選型和算法采用上大多依靠經(jīng)驗決定。五是企業(yè)缺乏認知與信任，企業(yè)對計算技術(shù)認知不足導致對技術(shù)缺乏信任。計算技術(shù)與行業(yè)場景的深度融合，亟需從方法論的學習和實際場景實踐兩個方面并行推進。

（三）發(fā)展阻力三：“適配困難”，新型計算架構(gòu)在基礎軟件、工具軟件和應用軟件上短板凸顯

相較Wintel聯(lián)盟強大軟件生態(tài)，ARM、RISC-V和MIPS等新型計算架構(gòu)生態(tài)無論是在工具軟件還是在應用軟件方面均相去甚遠?；A軟件方面，相對于操作系統(tǒng)領域的WINDOWS、LINUX、NETWARE、UNIX等，支持其他架構(gòu)的操作系統(tǒng)，無論從研發(fā)人員數(shù)量、資金實力、長期迭代下形成的產(chǎn)品族群，差距較大。例如，僅oracle一家公司基礎軟件投入，已超過中國所有基礎軟件投入從業(yè)人員。工具軟件方面，其他計算架構(gòu)生態(tài)必備的代碼遷移工具、性能優(yōu)化工具、編譯器、JDK、加速庫等工具鏈缺失，加速庫不完善，不能高效支撐開發(fā)者進行代碼遷移和系統(tǒng)性能優(yōu)化。應用軟件方面，大量應用軟件在向新型計算架構(gòu)平臺遷移時需要將服務進行某種形式的“重構(gòu)”［2］，需耗費大量時間、人力、物力資源和成本，且此額外成本支出與所帶來的市場收入不成比例，造成諸多軟件廠商進入市場、參與生態(tài)建設遲疑。

（四）發(fā)展阻力四：“生態(tài)偏弱”，尚未形成以核心路徑為主導、國內(nèi)軟硬件適配的生態(tài)體系

一是先進計算產(chǎn)業(yè)生態(tài)分散。我國先進計算產(chǎn)業(yè)亟需聚焦主流生態(tài)，當前產(chǎn)業(yè)面臨發(fā)展路徑過多，容易導致資源分散、浪費的問題，難以形成合力，事倍功半。二是生態(tài)均衡性差，大型企業(yè)在技術(shù)研發(fā)、應用推廣方面的話語權(quán)強勢，牢牢掌握生態(tài)進入門檻和技術(shù)認證權(quán)，中小企業(yè)基本淪為附屬，或缺乏對產(chǎn)業(yè)生態(tài)目標的理解和支撐能力，或受到華為等龍頭企業(yè)技術(shù)路線限制，最終可能導致諸多中小企業(yè)潛在利益受損的風險。三是規(guī)劃布局同質(zhì)化嚴重，以鯤鵬計算生態(tài)為例，當前鯤鵬生態(tài)中地方性整機廠商已達數(shù)十家，發(fā)展戰(zhàn)略雷同和戰(zhàn)略跟風的現(xiàn)象已開始呈現(xiàn)。與此同時，鯤鵬未來市場份額達到30%的目標僅停留在愿景階段，在相對有限的市場空間中聚集大量整機品牌，必然導致產(chǎn)能過剩和同質(zhì)化、低附加值競爭的問題。四是缺乏政產(chǎn)學研資協(xié)同模式，當前各省市現(xiàn)金計算基礎設施建設和日常運營尚未形成有效的政產(chǎn)學研資一體化的運轉(zhuǎn)機制，缺乏清晰的投資回報模式，及互利共贏、補位協(xié)同的發(fā)展路徑；地方政府對于現(xiàn)金計算對當?shù)仉娮有畔a(chǎn)業(yè)本身以及對傳統(tǒng)主導型產(chǎn)業(yè)輻射、提質(zhì)、帶動的作用和意義仍存在疑惑。

（五）發(fā)展阻力五：“斷供風險”，供應鏈斷供風險可能長期伴隨先進計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展

當前美對華為等國內(nèi)企業(yè)的封鎖圍堵持續(xù)升級，高端芯片研發(fā)設計制造、智能手機、PC等領域的技術(shù)管制大面積收緊。以鯤鵬生態(tài)為例，鯤鵬生態(tài)以服務器產(chǎn)品為戰(zhàn)略重點的主要原因是PC芯片的儲備有限，但即使是服務器的物料儲備，如背板和光模塊等核心元器件庫存，也難以長期維持鯤鵬、昇騰系列產(chǎn)品供給，在相關(guān)物料消耗殆盡后，生態(tài)建設仍將面臨夭折風險。當前美國大選落定，后續(xù)政策變化存在較大變數(shù)，但對中國的科技制裁仍會長期存在。

三、應采取的對策建議

（一）加強頂層設計，盡快明確先進計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展市場預期

一是在《先進計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書報告》和《先進計算項目需求指南》的基礎上，編制先進計算未來突破路線路，盡快研究出臺關(guān)于先進計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導意見，形成合力，明確產(chǎn)業(yè)技術(shù)、產(chǎn)品、服務和產(chǎn)業(yè)化方向，引導目標市場預期。二是將計算生態(tài)發(fā)展納入信息產(chǎn)業(yè)“十四五”等相關(guān)國家戰(zhàn)略中，從發(fā)展目標、財政安排、具體實施等方面予以合理、明確要求，以此向公開、非公開市場釋放強烈政策信號，推動多路徑計算架構(gòu)生態(tài)合作企業(yè)凝聚共識、豎立信心、統(tǒng)一步調(diào)、協(xié)同行動，使計算生態(tài)在未來工作推進中更有依據(jù)、更有針對性、更有力度。

（二）強化技術(shù)創(chuàng)新，加快軟件向多路徑演進的計算生態(tài)遷移和適配

一是加快建立計算產(chǎn)業(yè)共性技術(shù)體系，瞄準計算架構(gòu)與芯片、器件、算法軟件等難點、堵點集中力量攻關(guān)。支持企業(yè)開放掃描工具、代碼遷移工具、性能優(yōu)化工具和編譯器等系列關(guān)鍵工具，明確支持模式，推動應用軟件開發(fā)者將行業(yè)應用解決方案向信創(chuàng)計算平臺遷移。二是建立解決方案實驗室、開放實驗室和公共云等服務載體，為先進計算應用的驗證和規(guī)模商用提供開發(fā)、測試、驗證等支撐性環(huán)境。三是進一步擴大國內(nèi)開原生態(tài)的開源程度，通過開放調(diào)優(yōu)后的處理器驅(qū)動代碼、編譯器、JDK、軟件庫等基礎工具，推動企業(yè)縮短基于自有計算生態(tài)商業(yè)發(fā)行版的開發(fā)周期。

（三）推進應用落地，加速先進計算應用軟件落地進程

一是底層架構(gòu)演進方面，深化核心基礎架構(gòu)的生態(tài)型示范應用，加快多路徑演進的計算生態(tài)培育及其平行分叉的后續(xù)演進生態(tài)構(gòu)建。二是應用軟件生態(tài)上，圍繞能源、電力、金融、電信、互聯(lián)網(wǎng)等重點領域應用場景，發(fā)揮產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、開源社區(qū)、開放實驗室、行業(yè)標準組織等載體效用，開放掃描工具、代碼遷移工具、性能優(yōu)化工具和編譯器等開發(fā)套件，協(xié)助應用軟件開發(fā)者將行業(yè)應用解決方案向安全可控計算平臺遷移。

（四）共同謀劃推進，加強對區(qū)域發(fā)展規(guī)劃布局的窗口指導

一是引導地方創(chuàng)新中心構(gòu)建差異化的發(fā)展目標，鼓勵地方政府設計對創(chuàng)新中心的考核評價體系和考核辦法，并與國家整體先進計算發(fā)展規(guī)劃布局相契合。二是建立國內(nèi)先進計算生態(tài)在各垂直行業(yè)應用的標準，按照“培養(yǎng)一批、成熟一批、使用一批”的發(fā)展模式，分批次推進重點行業(yè)解決方案遷移、生態(tài)體系構(gòu)建?？偨Y(jié)成熟的建設模式、方案、流程方法形成標桿型案例，并進行復制推廣。三是在黨政市場、信創(chuàng)工程等國產(chǎn)化采購項目實施過程中，加強對包括鯤鵬在內(nèi)的信創(chuàng)產(chǎn)品測試版和商業(yè)版技術(shù)參數(shù)指標的一致性管理，避免出現(xiàn)測試樣品與產(chǎn)品實際使用情況不符問題，為鯤鵬生態(tài)的持續(xù)發(fā)展構(gòu)筑健康有序競爭環(huán)境。
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