每經(jīng)記者 淡忠奎    每經(jīng)編輯 劉艷美

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“2021年全國數(shù)據(jù)中心的能耗已經(jīng)達到全社會用電量的2.6%，而且還在快速增長。”今天（11月24日）上午舉行的2022年天府數(shù)字經(jīng)濟峰會上，中國科學院院士、北京航空航天大學教授錢德沛以《從網(wǎng)格到東數(shù)西算：構(gòu)建國家計算基礎設施》為題作了主旨發(fā)言，談及東數(shù)西算背景下算力需求不斷上升、計算機異構(gòu)化及算力中心多樣化等最新趨勢。

他認為，在“雙碳”背景下，如何降低IT設備的能耗是一個非常緊迫的任務，因此我們要約束數(shù)據(jù)中心的能耗。2021年，全國數(shù)據(jù)中心能源消耗2166億千瓦時，較2020年增長44%，占全社會用電量的2.6%左右；二氧化碳排放量約1.35億噸，較2020年增加3915萬噸，占全國二氧化碳排放量的1.14%左右。

算力中心正朝多樣化方向發(fā)展

錢德沛表示，東部地區(qū)的電能已經(jīng)非常緊張，而西部地區(qū)的水電、太陽能、風電等資源比較多。但是新能源電力入網(wǎng)比較困難，西電東送投資巨大、輸電損耗也很大。相比輸電，傳輸數(shù)據(jù)是比較劃算的一種方式。

這也是“東數(shù)西算”工程的重要背景。在他看來，在“東數(shù)西算”驅(qū)動下，我國的算力需求已經(jīng)出現(xiàn)新的趨勢。第一，算力需求不斷上升。一方面，傳統(tǒng)的科學研究、產(chǎn)業(yè)升級轉(zhuǎn)型對算力的需求越來越大，比如數(shù)字模擬、數(shù)字孿生、產(chǎn)品優(yōu)化設計；另一方面，新興的人工智能應用和大數(shù)據(jù)應用對算力的需求也不斷上升，比如像大模型訓練，訓練一次就需要很大的算力。

與此同時，云計算、大數(shù)據(jù)已經(jīng)成為行業(yè)技術(shù)進步的手段，越來越多的用戶把網(wǎng)站、業(yè)務平臺和信息系統(tǒng)牽引托管到云數(shù)據(jù)中心，也造成了算力持續(xù)上升。

為了高效處理多樣化應用，計算機體系結(jié)構(gòu)異構(gòu)化，這是第二個趨勢。錢德沛指出，在世界TOP500前十的計算機當中只有1臺日本的同構(gòu)系統(tǒng)，其他都是異構(gòu)系統(tǒng)。面向人工智能應用，異構(gòu)結(jié)構(gòu)也不斷發(fā)展，CPU+深度學習處理器/加速器結(jié)構(gòu)被智算中心廣泛采用，比如CPU+Google TPU，CPU+寒武紀等。

簡言之，同構(gòu)計算是使用相同類型指令集和體系架構(gòu)的計算單元組成系統(tǒng)的計算方式，而異構(gòu)計算主要是指使用不同類型指令集和體系架構(gòu)的計算單元組成系統(tǒng)的計算方式。

第三個趨勢是算力中心多樣化。為了應對應用多樣化，算力中心也朝著多樣化的方向發(fā)展，傳統(tǒng)的超算面向科學和工程計算，而智算中心面向人工智能應用，需要配置深度學習處理器。多樣化算力中心的業(yè)務較在交叉，比如超算中心在努力支持人工智能和大數(shù)據(jù)應用，而云服務商除了傳統(tǒng)主機托管外，也開始支持新興的業(yè)務服務，像AI、大數(shù)據(jù)等。

算力需求變化亟待運行模式創(chuàng)新

在錢德沛看來，算力需求不斷上升、計算機體系結(jié)構(gòu)異構(gòu)化和算力中心多樣化趨勢，給算力發(fā)展帶來三個亟待破解的問題。首先要解決的問題就是異構(gòu)算力中心的透明調(diào)度問題。在多種體系結(jié)構(gòu)、多種算力形態(tài)、不同部門算力發(fā)展的前提下，如何把它們互聯(lián)和調(diào)動起來。

這需要根據(jù)任務類型確定所需要的計算機資源，然后根據(jù)各種算力中心的軟硬件配置，將任務合理分配和調(diào)度。不僅要考慮中心的硬件資源，還要考慮中心是否具備軟件資源、用戶服務質(zhì)量和計費需求，比如限定完成時間、資費水平等。

除此之外，異構(gòu)體系結(jié)構(gòu)顯著增加了并行編程的復雜性，這在多樣化算力中心場景下更為明顯。雖然廠商推出了編程語言/接口，但這些編程語言和接口仍然只能支持他們自己的平臺，異構(gòu)平臺編程的程序通常難以不加修改就可以在其他平行運行。這就需要在軟件編程模式和語言方面做更多的工作，支持并行程序在多樣化算力中心的透明調(diào)度和運行。

錢德沛認為，分布環(huán)境下的數(shù)據(jù)放置也是一個亟待解決的問題。如科學/工程計算和大數(shù)據(jù)應用等多數(shù)計算應用的數(shù)據(jù)規(guī)模都較大，在分布式算力中心環(huán)境下，數(shù)據(jù)的放置對應用性能和能耗影響很大，計算任務調(diào)度和遷移時要考慮數(shù)據(jù)傳輸和訪問的開銷。

這些都是亟待突破的技術(shù)性問題。與此同時，算力需求的變化也亟待運行模式創(chuàng)新。根據(jù)他的設想，下一步要基于國家超算基礎設施建設和運營超算應用網(wǎng)，類似于現(xiàn)在的網(wǎng)絡銷售平臺，“要在超算運營網(wǎng)上建設和運營‘計算淘寶網(wǎng)’‘計算京東網(wǎng)’。”

他認為，在這種環(huán)境下領域用戶面對的是他們所需要的應用軟件、應用流程、問題解決方案，而不是超級計算機，不以獲取機時為主要目的。領域應用可以按量付費、按需使用，改變傳統(tǒng)的購買許可證的方式，從機時提供向應用服務轉(zhuǎn)變。

此外，應用軟件和應用解決方案應該是計算商店出售的按用收費的商品，因此要發(fā)展與應用模式相匹配的新開發(fā)機制。比如，采用類APP無商店的模式和機制，鼓勵更多的開發(fā)者進入這個領域開發(fā)各種應用軟件。