每經(jīng)記者 淡忠奎    每經(jīng)編輯 劉艷美    

“2021年全國數(shù)據(jù)中心的能耗已經(jīng)達(dá)到全社會(huì)用電量的2.6%，而且還在快速增長。”在11月24日上午舉行的2022天府?dāng)?shù)字經(jīng)濟(jì)峰會(huì)上，中國科學(xué)院院士、北京航空航天大學(xué)教授錢德沛以《從網(wǎng)格到東數(shù)西算：構(gòu)建國家計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)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(jì)算機(jī)異構(gòu)化及算力中心多樣化等最新趨勢(shì)。

他認(rèn)為，在“雙碳”背景下，如何降低IT設(shè)備的能耗是一個(gè)非常緊迫的任務(wù)，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(shí)，較2020年增長44%，占全社會(huì)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。

2022天府?dāng)?shù)字經(jīng)濟(jì)峰會(huì)上，中國科學(xué)院院士錢德沛線上作主旨發(fā)言 主辦方供圖

算力中心正朝多樣化方向發(fā)展

錢德沛表示，東部地區(qū)的電能已非常緊張，而西部地區(qū)的水電、太陽能、風(fēng)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(dòng)下，我國的算力需求已經(jīng)出現(xiàn)新的趨勢(shì)。第一，算力需求不斷上升。一方面，傳統(tǒng)的科學(xué)研究、產(chǎn)業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型對(duì)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(shè)計(jì)；另一方面，新興的人工智能應(yīng)用和大數(shù)據(jù)應(yīng)用對(duì)算力的需求也不斷上升，比如像大模型訓(xùn)練，訓(xùn)練一次就需要很大的算力。

與此同時(shí)，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)已經(jīng)成為行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的手段，越來越多的用戶把網(wǎng)站、業(yè)務(wù)平臺(tái)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(yīng)用，計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)異構(gòu)化，這是第二個(gè)趨勢(shì)。錢德沛指出，在世界TOP500前十的計(jì)算機(jī)當(dāng)中只有1臺(tái)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(yīng)用，異構(gòu)結(jié)構(gòu)也不斷發(fā)展，CPU+深度學(xué)習(xí)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(jì)等。

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

第三個(gè)趨勢(shì)是算力中心多樣化。為了應(yīng)對(duì)應(yīng)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(xué)和工程計(jì)算，而智算中心面向人工智能應(yīng)用，需要配置深度學(xué)習(xí)處理器。多樣化算力中心的業(yè)務(wù)存在交叉，比如超算中心在努力支持人工智能和大數(shù)據(jù)應(yīng)用，而云服務(wù)商除了傳統(tǒng)主機(jī)托管外，也開始支持新興的業(yè)務(wù)服務(wù)，像AI、大數(shù)據(jù)等。

算力需求變化亟待運(yùn)行模式創(chuàng)新

在錢德沛看來，算力需求不斷上升、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)異構(gòu)化和算力中心多樣化趨勢(shì)，給算力發(fā)展帶來三個(gè)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(dòng)起來。

這需要根據(jù)任務(wù)類型確定所需要的計(jì)算機(jī)資源，然后根據(jù)各種算力中心的軟硬件配置，將任務(wù)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(wù)質(zhì)量和計(jì)費(fèi)需求，比如限定完成時(shí)間、資費(fèi)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(fù)雜性，這在多樣化算力中心場(chǎng)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(tái)，異構(gòu)平臺(tái)編程的程序通常難以不加修改就可以在其他平臺(tái)運(yùn)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(yùn)行。

錢德沛認(rèn)為，分布環(huán)境下的數(shù)據(jù)放置也是一個(gè)亟待解決的問題。如科學(xué)/工程計(jì)算和大數(shù)據(jù)應(yīng)用等多數(shù)計(jì)算應(yīng)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(duì)應(yīng)用性能和能耗影響很大，計(jì)算任務(wù)調(diào)度和遷移時(shí)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(shí)，算力需求的變化也亟待運(yùn)行模式創(chuàng)新。根據(jù)他的設(shè)想，下一步要基于國家超算基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和運(yùn)營超算應(yīng)用網(wǎng)，類似于現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)銷售平臺(tái)，“要在超算運(yùn)營網(wǎng)上建設(shè)和運(yùn)營‘計(jì)算淘寶網(wǎng)’‘計(jì)算京東網(wǎng)’。”

他認(rèn)為，在這種環(huán)境下領(lǐng)域用戶面對(duì)的是他們所需要的應(yīng)用軟件、應(yīng)用流程、問題解決方案，而不是超級(jí)計(jì)算機(jī)，不以獲取機(jī)時(shí)為主要目的。領(lǐng)域應(yīng)用可以按量付費(fèi)、按需使用，改變傳統(tǒng)的購買許可證的方式，從機(jī)時(shí)提供向應(yīng)用服務(wù)轉(zhuǎn)變。

此外，應(yīng)用軟件和應(yīng)用解決方案應(yīng)該是計(jì)算商店出售的按用收費(fèi)的商品，因此要發(fā)展與應(yīng)用模式相匹配的新開發(fā)機(jī)制。比如，采用類APP無商店的模式和機(jī)制，鼓勵(lì)更多的開發(fā)者進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域開發(fā)各種應(yīng)用軟件。

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