每經(jing)記(ji)者｜淡忠奎    每經(jing)編(bian)輯｜劉艷(yan)美    

“2021年(nian)全國(guo)(guo)數(shu)據中(zhong)心的(de)能耗已(yi)經達到全社會用電量的(de)2.6%，而且還在快(kuai)速增長。”在11月24日(ri)上(shang)(shang)(shang)午舉行(xing)的(de)2022天府數(shu)字經濟峰會上(shang)(shang)(shang)，中(zhong)國(guo)(guo)科(ke)學院(yuan)院(yuan)士(shi)、北(bei)京航(hang)空(kong)航(hang)天大學教授(shou)錢(qian)德沛(pei)以《從網格到東數(shu)西算(suan)(suan)：構建國(guo)(guo)家計(ji)算(suan)(suan)基礎設施》為題(ti)作了(le)主旨發(fa)言，談及東數(shu)西算(suan)(suan)背景(jing)下算(suan)(suan)力需求不斷上(shang)(shang)(shang)升(sheng)、計(ji)算(suan)(suan)機異構化及算(suan)(suan)力中(zhong)心多(duo)樣化等最(zui)新趨勢。

他認為，在“雙碳(tan)”背景下，如何降(jiang)低IT設備(bei)的(de)能(neng)(neng)耗是一個非常緊迫(po)的(de)任(ren)務，因(yin)此我們要約束數(shu)據(ju)中(zhong)心(xin)的(de)能(neng)(neng)耗。2021年，全(quan)國數(shu)據(ju)中(zhong)心(xin)能(neng)(neng)源消耗2166億千瓦時，較(jiao)2020年增長44%，占全(quan)社(she)會用電(dian)量的(de)2.6%左右；二(er)氧化(hua)(hua)碳(tan)排放量約1.35億噸(dun)，較(jiao)2020年增加3915萬噸(dun)，占全(quan)國二(er)氧化(hua)(hua)碳(tan)排放量的(de)1.14%左右。

2022天府數(shu)字(zi)經濟峰會上，中國(guo)科(ke)學院(yuan)院(yuan)士錢(qian)德(de)沛線上作主旨發言 主辦方供圖

算力中心正朝多樣化方向發展

錢德沛表(biao)示，東(dong)(dong)部地區的(de)電(dian)能已非常緊張，而西部地區的(de)水電(dian)、太陽能、風電(dian)等資源比(bi)(bi)(bi)較多。但是(shi)新能源電(dian)力入網(wang)比(bi)(bi)(bi)較困難，西電(dian)東(dong)(dong)送(song)投資巨大(da)、輸電(dian)損耗也很大(da)。相比(bi)(bi)(bi)輸電(dian)，傳輸數據是(shi)比(bi)(bi)(bi)較劃算(suan)的(de)一種方式。

這也(ye)(ye)是“東數(shu)(shu)西(xi)算”工(gong)程的(de)重要(yao)背景。在他看來(lai)，在“東數(shu)(shu)西(xi)算”驅動下，我國的(de)算力需(xu)(xu)求(qiu)已經(jing)出現新(xin)的(de)趨勢。第一(yi)，算力需(xu)(xu)求(qiu)不斷(duan)上(shang)升。一(yi)方面(mian)，傳統的(de)科學(xue)研究(jiu)、產業升級(ji)轉型對算力的(de)需(xu)(xu)求(qiu)越(yue)來(lai)越(yue)大(da)，比(bi)(bi)如數(shu)(shu)字(zi)模(mo)擬(ni)、數(shu)(shu)字(zi)孿生、產品優化設計；另一(yi)方面(mian)，新(xin)興的(de)人工(gong)智能(neng)應用和(he)大(da)數(shu)(shu)據(ju)應用對算力的(de)需(xu)(xu)求(qiu)也(ye)(ye)不斷(duan)上(shang)升，比(bi)(bi)如像(xiang)大(da)模(mo)型訓(xun)練，訓(xun)練一(yi)次(ci)就需(xu)(xu)要(yao)很大(da)的(de)算力。

與(yu)此同時，云計算(suan)、大數據已經成(cheng)為行(xing)業技術進步的(de)手段(duan)，越來越多的(de)用戶把網站、業務平(ping)臺和(he)信息(xi)系(xi)統牽引(yin)托管到云數據中心，也造成(cheng)了算(suan)力(li)持續上升。

為了高效處理(li)多(duo)樣化應用，計算(suan)機體(ti)系(xi)結構(gou)異(yi)構(gou)化，這是第二(er)個趨勢。錢德沛(pei)指出，在(zai)世界TOP500前十的計算(suan)機當中只有(you)1臺日本的同構(gou)系(xi)統(tong)，其他都是異(yi)構(gou)系(xi)統(tong)。面(mian)向人工智能應用，異(yi)構(gou)結構(gou)也不斷發展，CPU+深(shen)度學習處理(li)器/加速器結構(gou)被智算(suan)中心(xin)廣泛(fan)采用，比(bi)如CPU+Google TPU，CPU+寒武(wu)紀等(deng)。

簡言之，同(tong)構(gou)計(ji)算(suan)是使用相同(tong)類型指令(ling)集和體系(xi)(xi)架構(gou)的(de)計(ji)算(suan)單元(yuan)組(zu)成系(xi)(xi)統的(de)計(ji)算(suan)方式(shi)，而異構(gou)計(ji)算(suan)主要是指使用不同(tong)類型指令(ling)集和體系(xi)(xi)架構(gou)的(de)計(ji)算(suan)單元(yuan)組(zu)成系(xi)(xi)統的(de)計(ji)算(suan)方式(shi)。

第三個趨勢是算力(li)中心多樣(yang)化。為了應對應用(yong)(yong)多樣(yang)化，算力(li)中心也(ye)朝著多樣(yang)化的(de)方向發展，傳統的(de)超(chao)算面(mian)向科學和(he)工程計(ji)算，而(er)智(zhi)(zhi)算中心面(mian)向人(ren)工智(zhi)(zhi)能應用(yong)(yong)，需要配置深度學習處理器。多樣(yang)化算力(li)中心的(de)業務(wu)存在(zai)交叉，比如超(chao)算中心在(zai)努力(li)支(zhi)持人(ren)工智(zhi)(zhi)能和(he)大(da)數據(ju)應用(yong)(yong)，而(er)云(yun)服(fu)務(wu)商除了傳統主機托管外，也(ye)開始(shi)支(zhi)持新興的(de)業務(wu)服(fu)務(wu)，像AI、大(da)數據(ju)等。

算力需求變化亟待運行模式創新

在錢德沛看來(lai)，算力需(xu)求不斷上升(sheng)、計(ji)算機體系(xi)結構(gou)異構(gou)化和算力中心(xin)多(duo)樣(yang)化趨勢，給算力發展(zhan)帶來(lai)三個亟待破解(jie)的(de)(de)問(wen)題。首先要(yao)解(jie)決(jue)的(de)(de)問(wen)題就(jiu)是異構(gou)算力中心(xin)的(de)(de)透明(ming)調度問(wen)題。在多(duo)種體系(xi)結構(gou)、多(duo)種算力形(xing)態、不同部(bu)門(men)算力發展(zhan)的(de)(de)前提下，如何把它們互聯(lian)和調動起來(lai)。

這(zhe)需(xu)要(yao)根據任務類(lei)型確定所需(xu)要(yao)的計算(suan)機資(zi)源(yuan)(yuan)，然后(hou)根據各(ge)種算(suan)力(li)中心的軟硬(ying)件配置，將任務合(he)理(li)分配和(he)調度。不僅要(yao)考(kao)慮(lv)中心的硬(ying)件資(zi)源(yuan)(yuan)，還要(yao)考(kao)慮(lv)中心是否(fou)具備軟件資(zi)源(yuan)(yuan)、用戶服務質量和(he)計費需(xu)求，比如限定完成時(shi)間、資(zi)費水平(ping)等。

除此之(zhi)外，異構(gou)體系結構(gou)顯(xian)(xian)著增加了并行(xing)編(bian)程(cheng)的(de)(de)復(fu)雜性，這(zhe)(zhe)在(zai)多樣化算力(li)中心場景下更為(wei)明顯(xian)(xian)。雖然(ran)廠商推出了編(bian)程(cheng)語(yu)(yu)言/接口(kou)，但這(zhe)(zhe)些編(bian)程(cheng)語(yu)(yu)言和接口(kou)仍然(ran)只能支持他們(men)自己的(de)(de)平臺(tai)(tai)(tai)，異構(gou)平臺(tai)(tai)(tai)編(bian)程(cheng)的(de)(de)程(cheng)序(xu)通常(chang)難(nan)以不(bu)加修改就(jiu)可以在(zai)其他平臺(tai)(tai)(tai)運行(xing)。這(zhe)(zhe)就(jiu)需要在(zai)軟件(jian)編(bian)程(cheng)模(mo)式和語(yu)(yu)言方面(mian)做更多的(de)(de)工作(zuo)，支持并行(xing)程(cheng)序(xu)在(zai)多樣化算力(li)中心的(de)(de)透明調度和運行(xing)。

錢德(de)沛認為，分(fen)布(bu)環境(jing)下(xia)的數(shu)(shu)據放(fang)置也(ye)是(shi)一(yi)個(ge)亟待解決(jue)的問(wen)題。如(ru)科學/工程計算和(he)大數(shu)(shu)據應用(yong)等多數(shu)(shu)計算應用(yong)的數(shu)(shu)據規(gui)模都(dou)較大，在分(fen)布(bu)式算力中心環境(jing)下(xia)，數(shu)(shu)據的放(fang)置對(dui)應用(yong)性能和(he)能耗(hao)影(ying)響很大，計算任(ren)務(wu)調度和(he)遷(qian)移時要(yao)考慮數(shu)(shu)據傳輸(shu)和(he)訪問(wen)的開銷。

這(zhe)些都(dou)是亟(ji)待突破的(de)技術性問(wen)題。與此同時，算(suan)力需求的(de)變化也亟(ji)待運(yun)行模式創新(xin)。根據他(ta)的(de)設想(xiang)，下一(yi)步要基于國家(jia)超算(suan)基礎設施(shi)建設和運(yun)營(ying)超算(suan)應用網(wang)，類似于現在的(de)網(wang)絡銷售(shou)平臺，“要在超算(suan)運(yun)營(ying)網(wang)上建設和運(yun)營(ying)‘計(ji)算(suan)淘(tao)寶網(wang)’‘計(ji)算(suan)京東(dong)網(wang)’。”

他認(ren)為，在這種環境下領(ling)域用(yong)戶面(mian)對的(de)是(shi)他們所(suo)需(xu)要(yao)的(de)應(ying)用(yong)軟件(jian)、應(ying)用(yong)流程、問題解決方(fang)案，而不是(shi)超級計(ji)算機，不以獲(huo)取機時為主(zhu)要(yao)目的(de)。領(ling)域應(ying)用(yong)可以按(an)量付(fu)費、按(an)需(xu)使用(yong)，改變傳統的(de)購(gou)買許(xu)可證的(de)方(fang)式，從機時提供(gong)向應(ying)用(yong)服務轉變。

此外，應(ying)用(yong)軟件和應(ying)用(yong)解決(jue)方案應(ying)該是計算商店出售的(de)按(an)用(yong)收(shou)費的(de)商品，因此要發(fa)(fa)展與應(ying)用(yong)模(mo)式相匹配的(de)新開(kai)發(fa)(fa)機(ji)制。比(bi)如(ru)，采用(yong)類APP無商店的(de)模(mo)式和機(ji)制，鼓勵更多的(de)開(kai)發(fa)(fa)者進入(ru)這個領域開(kai)發(fa)(fa)各種應(ying)用(yong)軟件。

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