算力时代 一场新的产业革命 ”东数西算“工程全面解读 中国移动研究院官方出品

1.谁掌握了先进算力，谁就掌握了开启未来世界的钥匙 
数字化时代，数据是新的生产资料，算力是新的生产力。未来算力可以像热力和电力一样成为赋能社会数智化转型的基础能源。从云计算、边缘计算、大数据、人工智能四大场景到6G、“摩天”算力、量子计算，从当下的喜人发展到未来的宏伟蓝图，从理论框架到实践案例，从社会变革到企业战略，算力时代呼啸而来，市场大幕已拉开，一场不容错过的新技术革命已开启。
2.算力大发展引发的产业变革，是国家、组织、个人无法回避的时代话题 
“算力”是智能的基础平台，“算力”也成为智能化时代的“基础能源”关乎整个社会的生存与发展。中国正在数字化发展的潮头浪尖。如何在关键窗口期理解趋势乘势而上？如何在算力时代获得技术优势赋能行业？如何在不断变化的智能发展中寻找个人的方向？算力大发展引发的变革是每个国家、组织、个人无法回避的时代话题。
3.各大企业倾心解读，专家学者力赞
中国移动联合ARM、华为、飞腾、浪潮、中兴通讯、腾讯等各个行业的企业，深度解读算力时代，具体而生动地讲述算力业务、趋势研判及多样性算力产品的布局，让算力的未来和发展可观、可感、可落地。中国移动通信集团有限公司董事长杨杰，国际电信联盟秘书长赵厚麟，中国工程院院士王恩东倾心作序。

瓦特改良蒸汽机引发了次工业革命，人类从农耕文明迈向工业文明；电磁感应原理激发了第二次工业革命，人类社会由此进入电气时代；以信息技术为标志的第三次工业革命和以人工智能为特征的第四次工业革命迸发出的强大力量深刻影响着我们的经济和社会。
在数字化时代，数据是新的生产资料，算力是新的生产力，新的产业革命席卷而来，网络无所不达、算力无所不在、智能无所不及，谁拥有了强大的算力，谁就拥有了决胜未来的密码，站在算力时代的新起点，中国正在数字经济新赛道上加速狂奔，人类已经进入智慧时代的拐点。
在这本书中，作者大胆畅想了算力未来的演进，一幅算力时代的宏伟蓝图徐徐展开。从算筹、算盘到晶体管计算机、超大规模集成电路计算机，从通用计算、异构计算的奥秘，到云计算、边缘计算、大数据、AI的应用场景，从水网、电网到算网，小到纳米级别的芯片，大到星辰大海中的星云，从计算到智算，5G产业方兴未艾，6G的国际竞赛已经展开……如何推动算力科学从量变到质变，如何在算力时代实现跨越式发展已经成为国家、企业、个人不可避免的重大命题。
正如本书所说，只有打好基础才能行稳致远，只有厚积薄发才能进而有为。算力时代来临，你准备好了吗？

王晓云
中国移动通信集团公司技术部总经理。长期从事移动通信发展策略、体制标准研究和技术研发工作以及云计算、边缘计算等相关工作，是自主知识产权TD-SCDMA和TD-LTE领域学科带头人之一，首批“新世纪百千万人才工程”人选，荣获第十二届中国青年科技奖、中央企业优秀共产党员称号等，享受国务院政府特殊津贴。 先后担任IMT-Advanced(4G）及IMT-2020（5G）推进组副组长、新一代移动通信网技术应用国家工程实验室负责人、国家科技重大专项“新一代宽带无线通信网”副总师。国家科学技术进步奖特等奖“第四代移动通信系统（TD-LTE）关键技术与应用”及一等奖“TD-SCDMA关键工程技术研究及产业化应用”的主要完成人，为我国数字移动通信（GSM）的技术创新、自主知识产权技术TD-SCDMA的成功运营、TD-LTE标准、产业创新和国际推广等做出重要贡献，在中国移动通信发展进程中发挥了突出作用。
段晓东
中国移动研究院副院长，教授级高级工程师，享受国务院特殊津贴专家，“新世纪百千万人才工程”人选，被授予“有突出贡献中青年专家”“中央企业劳动模范”等荣誉。长期从事科技创新和网络技术推动工作，是第四代（TD-LTE）/第五代移动通信的网络架构、云化网络转型（SDN/NFV）、下一代互联网（IPv6）、承载网络与网络IP化等领域技术带头人之一并做出重要贡献。先后担任工信部通信科技委信息通信专家组专家、中国互联网协会学术工作委员会副主任委员、IMT-2030（6G）推进组网络组组长、多样性算力产业及标准推进委员会副主席等职务。获3项国家科技进步奖及专利奖、标准创新贡献一等奖等20余项省部级及以上奖励。目前主要从事6G架构设计和网络技术、算力网络、未来IP网络、5G专网、区块链等攻关工作。
张昊
中国移动研究院网络与IT技术研究所所长。长期从事移动通信发展策略、体制标准研究与技术研发工作，作为公司级重大项目负责人，先后推动4G/5G网络技术体制、基于NFV/SDN技术的网络转型、边缘计算等重大技术攻关。目前重点牵头5G行业专网、边缘计算、算力网络等领域的研发工作。担任中国通信学会信息通信网络技术委员会第七届委员、中国通信标准化协会网络与业务委员会新型网络技术工作组副组长、SDN/NFV/AI标准与产业推进委员会NFV部署规范与推进组组长。曾获三项省部级科技进步一等奖。 

推荐序一 杨杰VII
推荐序二 赵厚麟XI
推荐序三 王恩东XV
前言XIX

篇  从原始算力到现代算力——算力的前世今生

章 原始算力，那些伟大的发明
手动式计算，算力工具的起源003
机械作嫁衣，提升算力效率006
第二章 从机械到电子，算力大飞跃
机电驱动，算力走向自动化009
电子计算机，现代计算机的雏形011
第三章 算力进入千家万户
算力换“芯”，电子计算机走进日常生活013
算力摆在桌上，握在手中015
算力穿在身上，嵌在身边020

第二篇  多样的现代算力——探索算力奥秘

第四章 通用计算——架构多样
算力之“芯”，未来之心025
指令集之争042
RISC-V异军突起050
第五章 异构计算——平台多样
异构计算的出现057
GPU/AI加速卡063
FPGA 071
ASIC和SoC 081
DPU 087
算力走向何方091

第三篇  算力就是生产力——新基建之心

第六章 云计算，看不见、摸不着的算力服务
计算之争，谁能笑到后099
云计算大发展，技术与经济共振103
开源，为云计算引航的灯塔112
“一虚多”，云计算的关键技术117
IaaS、PaaS、SaaS，云计算的三种基本服务120
云计算服务的大家族123
多样的云服务129
云计算路在何方133
第七章 边缘计算，算力在你身边
边缘计算，有多边缘135
与云计算一脉相承的边缘计算145
边缘计算的赛场153
揭开边缘计算的神秘面纱164
前程似锦，锦绣画卷177
第八章 大数据，挖掘存算新价值
数据海量爆发的原动力207
相互促进的算力与大数据212
大数据平台放大存算价值215
大数据安全与隐私计算223
第九章 AI，以算力换人力
AI的发展227
算力——AI发展的强心剂 230
AI服务——智能社会的核心引擎 232
AI的使能要素235

第四篇  算力网络，算网一体共生——从水网、电网到算网

第十章 算力网络，继往开来辟新局
算力网络为何而生247
什么是算力网络249
算力网络的愿景253
算力网络的体系架构258
如何构建算力网络260
应用畅想，无限可能266
第十一章 东数西算，算力网络的个目标
“东数西算”国家政策引导271
“东数西算”数据中心布局273
“东数”如何“西算”275

第五篇  突破极限——算力的未来

第十二章 冯·诺伊曼架构是永恒的吗？
“讨厌”的墙279
AI的“细脖子”282
加速翻墙——向“大脑”要答案283
揭开存算一体的神秘面纱285
存算一体研究的先行者289
第十三章 6G与在网计算
6G需求及愿景295
6G架构及展望296
6G和算力网络299
在网计算300
第十四章 “摩天”算力，天上那些事
星辰大海中的新成员305
天地一家亲311
星云作算力316
第十五章 量子计算
量子是什么323
量子也能计算328
量子计算应用探索337

第六篇  新时代、新战略、新行动——算力时代，百家争鸣

第十六章 信息社会的战略高地
从网络大国到网络强国343
从网络强国到数字中国、智慧社会345
新型基础设施建设346
算力网络——东数西算347
第十七章 各行各业在行动
运营商云化转型，提供多样性算力服务——中国移动351
芯片架构升级，推动高性能计算变革——ARM 361
自研处理器、开发云服务，构建自主创新的算力产业体系——华为366
自研芯片，建设生态，提供全系列算力解决方案——飞腾374
从计算到智算，积极布局多元计算，推动智算中心建设——浪潮379
引入异构算力，提供多样、安全、高效的算力产品——中兴通讯388
构建云网边端一体化算力基础设施——腾讯398

致谢411
缩略语415
注释421

前言

18世纪，瓦特改良了蒸汽机，引发了人类历史上的次工业革命。热力的出现解放了人类的双手，推动人类社会从农耕文明迈向了工业文明。19世纪，法拉第发现的电磁感应原理，激发了人类历史上的第二次工业革命。电力的出现极大地提升了生产效率，推动人类社会从机械时代迈入电气时代。20世纪以来，在以IT为标志的第三次工业革命和以AI为标志的第四次工业革命中，算力，作为生产力之源，正发挥着举足轻重的作用。算力也被称为计算力，在数字化时代，是衡量生产工具对数据处理能力的统称，它广泛存在于人类生产、生活的各种设备中，我们生活中常见的手机、平板电脑、PC（个人计算机），以及数据中心的服务器、交换机、路由器等各种设备都蕴藏着或大或小的算力。可以说，随着新一轮科技革命和产业变革的交会，以算力为核心生产力的数字经济时代已经加速到来。2020年我国发布了新基建战略，在这一战略中5G、AI、大数据中心、工业互联网等多个领域的发展都离不开算力技术，算力作为新基建之“心”，将直接影响数字经济的发展速度，直接决定社会智能的发展高度。
算力的早形态可以追溯到我国古代的算筹。古人将算筹随身携带，在需要进行计算的时候，古人就把算筹取出摆弄。随着社会的发展，算筹的计算能力越来越不能满足生产需求，算盘应运而生。然而算盘的计算能力仍然有限，当人类面临更加复杂的计算问题时，电子计算机登上了历史舞台。1946年，世界上台电子计算机ENIAC诞生。为追求更强大算力，人类随后又陆续发明了晶体管计算机、集成电路计算机，以及现如今的大规模、超大规模集成电路计算机。1981年，IBM（国际商业机器公司）台PC的面世开启了PC时代，算力作为人们生活的必需品开始走入千家万户。21世纪，伴随着移动通信的发展和芯片制造工艺的提升，智能手机逐渐发展为人类手中的移动算力，并带动整个经济社会进入移动互联网时代。伴随着移动互联网的大发展，云计算也开始迅速发展壮大，为人类数字经济的发展提供了更为坚实的算力支撑。
当今世界，算力已成为数字化、智能化时代的“基础能源”，谁掌握了先进的算力，谁就掌握了开启未来世界的钥匙，算力已成为全球科技竞争的战略制高点。随着算力科学、算力服务、芯片制造工艺的不断发展和突破，算力的演进也迎来了重要的转折期：（1）从算力指令集的角度，以x86架构为主的算力已经迈入包括x86、ARM、RISC-V（基于精简指令集原则的开源指令集架构）等在内的多样算力生态时代，如何利用多样性算力生态构筑安全可靠的算力基础设施已成为各个国家关注的重点；（2）从算力服务的角度，云计算正在从核心向边缘延伸，以满足用户实时性、安全性的算力服务需求，但如何像热力、电力一样做到随用随取，如何打造“云网边端”超融合的泛在算力服务，正日益成为算力提供商关注的重要方向；（3）从算力演进的角度，基于冯·诺伊曼架构体系的摩尔定律面临失效的风险，如何推动算力科学从量变到质变，实现算力跨越式发展，成为算力科研领域研究的重点。
中国移动作为全球的移动通信运营商，顺应云计算发展大势，积极落实“云改”战略，从2018年起推动移动通信网络功能虚拟化，以NFV/SDN（网络功能虚拟化/软件定义网络）技术为基础，建成了全球技术、规模的网络云，实现5G网络全面云化。面向公有云市场，中国移动积极打造“移动云”品牌，截至2021年6月，已发布200余款产品，面向公共客户提供了丰富多样的算力服务。笔者在中国移动长期从事移动通信、云计算、边缘计算等方面的工作，结合自身对算力演进、算力服务、算力科学等方面的深刻理解，剖析算力的前世今生，并大胆畅想算力的未来演进，向读者描绘一幅算力时代的画卷。
本书分为6篇。篇的主题为从原始算力到现代算力。本篇包含三章，主要描绘算力的“前世”，从算盘等人脑计算开始，简述算力从机械计算、机电计算到电子计算的全过程，并描述了算力从走进人们生活到摆在桌上、握在手中，再到穿在身上、嵌在身边的全过程。
第二篇的主题为多样的现代算力。本篇分为两章，重点从通用计算、异构计算两个方向介绍算力之“芯”的发展历程与产业情况。在通用计算方面，简述了从x86、ARM到RISC-V等多种指令集架构的发展历程，并点明了构建安全可靠的算力基础设施的重要性。在异构计算方面，介绍了GPU、FPGA、DPU（数据处理单元）等异构芯片的原理、分类和应用。
第三篇的主题是算力就是生产力。本篇分为四章，主要从算力服务的角度讲述算力在云计算、边缘计算、大数据、AI四大场景的发展过程和典型案例，重在描述算力的“今生”。
第四篇的主题是算力网络，算网一体共生。本篇分为两章，从未来着眼，重点介绍算力网络和“东数西算”等算力服务的发展趋势，大胆预测了未来算力可以像热力与电力一样，成为赋能社会数智化转型的基础能源，并由此阐述了算力网络的理念、原理框架、关键技术和应用场景等。
第五篇的主题为突破极限。本篇畅想未来算力的演进之路，分为存算一体、在网计算与6G（第六代移动通信技术）、“摩天”算力、量子计算四章，阐述了笔者对未来算力发展演进的观点，以期唤起读者的思考与共鸣。
第六篇的主题为新时代、新战略、新行动。本篇从算力政策和产业发展的角度，介绍了中国移动、ARM公司、华为和飞腾等算力龙头企业对算力发展趋势的研判和多样性算力产品的布局。
尽管算力的发展给人们带来了丰富的想象空间，也因为大国科技竞争而收获了社会的广泛关注，但中国算力技术的追赶甚至超越不是一朝一夕的事，需要非常深厚的技术沉淀。我们没有捷径可循，需要做好艰苦奋斗的准备，只有打好基础才能行稳致远，只有厚积薄发才能进而有为。我们也借此呼吁业界同人和社会各界加强行业协作，一同推动中国算力技术的日益成熟和产业的持续繁荣，让算力自主可控早日成为现实。