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

一、對2021年形勢的基本判斷

（一）從技術創新看，器件、架構、軟件等多路演進并行

展望2021年，先進計算將從體系結構上進行創新，從器件、架構、軟件等方向多路徑演進。器件方面，隨著數據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將提升峰值算力及存量算力利用率；創新存儲架構、強化國產生態適配，成為抬升存儲靈活度和生態可靠度的有效路徑。架構方面，傳統以CPU為中心的架構現已難以滿足海量數據處理的要求，系統架構將向以內存為中心演進。存內計算技術已經歷分布式緩存、內存數據網格、分布式內存數據庫和高性能、集成化、分布式內存平臺等四大發展階段，并將持續迭代升級。基礎計算模式將圍繞多核并行、異構并行、邊緣計算等體系架構創新而演進。軟件布局方面，軟硬系統垂直整合將成為未來主流廠商布局焦點，通過軟件硬件的協同，提升系統應用性能。

（二）從生態構建看，自主演進架構生態加速形成

在國內計算產業中，市場上主流的芯片架構有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架構在技術性能和應用生態上具有顯著優勢，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、兆芯等企業將基于X86架構推動CPU核、IP核、整機等系列產品自主研發體系的完善，并構建相應技術標準。ARM架構在移動端和低功耗領域性能突出，IP授權模式已經趨于完善，市場應用規模持續壯大。當前我國基于ARM架構的主流生態包括鯤鵬和PK生態，并形成了系列區域性面向諸多行業領域的服務器、PC整機品牌，應用推廣密集落地，生態布局方興未艾，將在明年呈“軍團式”興起態勢。RISC-V架構具有模塊化的特點和強大的擴展能力，能夠根據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。國內中科院計算所、阿里平頭哥、君正、大魚半導體等企業已經針對RISC-V進行戰略布局，有望推動RISC-V產業生態快速發展。

（三）從產業規模看，先進計算產業增長潛力巨大

據測算，到2025年，我國先進計算產業將形成16.6萬億元的整體市場規模，其中包括直接產業規模與輻射帶動規模［1］。先進計算直接產業規模包括算力、算據、算法三大維度，細分領域囊括電子信息制造業中的計算機制造和電子器件制造，軟件和信息服務業中的軟件產品、信息技術服務、嵌入式系統軟件、信息安全，以及互聯網相關服務等。據測算，2019年，先進計算直接產業規模是5.9萬億元，到2025年將達到8.1萬億。先進計算輻射帶動規模選取對計算依賴程度較高的重點行業，包括智慧城市、工業制造、自動駕駛、智慧醫療、金融科技。2019年，輻射帶動規模為3.9萬億元，預計到2025年達到8.5萬億，實現翻倍增長。若擴大到更多行業，將產生更大的輻射規模。隨著先進計算產業在政府決策、技術研發及各個行業的應用漸趨深化，其輻射帶動規模將持續擴大，為社會經濟發展注入全新動能。

（四）從競爭態勢看，跨國巨頭爭相加大投入搶灘布局

各國科技巨頭持續加大以算力、算法、算據為核心的先進計算領域研發投入與前瞻布局。先進計算產業以應用為導向，邊緣計算等高通量計算技術方興未艾。科技巨頭、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、網絡到邊緣的智能技術；BlackBerry和AWS聯手創建邊緣到云平臺，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，擁有更高的帶寬內存設計和計算能力。科技巨頭進軍自動駕駛，通過AI計算實現云端控制。高通首發Snapdragon Ride，該平臺通過云端AI計算，實現車道保持、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有望延展更多應用場景。量子通信、量子隨機數發生器、量子產率、量子比特數等量子科技集群式涌現，將成為創新探索焦點。谷歌宣布將在明年實現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、需要關注的幾個問題

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

一是碎片化問題。目前先進計算市場產品種類繁多，各有優勢，企業競爭優勢不愿開發共享，互相之間標準不一，難以實現兼容和互操作，開源生態將難以體系化發展。二是開源回報模式不清晰。國外成熟的開源模式，大多是將開源社區和商業版本、咨詢服務相結合，同時成立各類開源基金會組織、引導市場形成開源規范。目前國內開源軟件不能收費，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。三是開源社區維護面臨難以為繼的后續風險。開源可持續性層面，目前華為歐拉社區以開放源代碼的形式提供深度，麒麟、普華、中標等操作系統領軍企業和研究機構進行商業發行版開發，但免費開源模式能否長期延續目前存疑，且華為能否逐步將歐拉代碼的優化、涉及權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操作系統是基于Linux系統內核開發的，但Linux源代碼托管平臺尚在國外，構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的機構進行磋商，但磋商結果尚未明確。

（二）發展阻力二：“轉化緩慢”，行業方法論與計算技術亟需緊密結合以推動應用落地

先進計算產業技術落地面臨五大問題。一是行業機理屏障，計算技術與應用場景結合過程中需要一定的行業或業務經驗，這一方面對于程序開發者來說屬于知識空白領域。二是行業經驗轉化能力不強，如何將行業場景和行業經驗轉化為數學模型，涉及大量的專業與計算領域的綜合知識。三是數據匱乏，部分行業數據量有限，且存在數據源正確性和數據準確性的問題；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驗決定。五是企業缺乏認知與信任，企業對計算技術認知不足導致對技術缺乏信任。計算技術與行業場景的深度融合，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）發展阻力三：“適配困難”，新型計算架構在基礎軟件、工具軟件和應用軟件上短板凸顯

相較Wintel聯盟強大軟件生態，ARM、RISC-V和MIPS等新型計算架構生態無論是在工具軟件還是在應用軟件方面均相去甚遠。基礎軟件方面，相對于操作系統領域的WINDOWS、LINUX、NETWARE、UNIX等，支持其他架構的操作系統，無論從研發人員數量、資金實力、長期迭代下形成的產品族群，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人員。工具軟件方面，其他計算架構生態必備的代碼遷移工具、性能優化工具、編譯器、JDK、加速庫等工具鏈缺失，加速庫不完善，不能高效支撐開發者進行代碼遷移和系統性能優化。應用軟件方面，大量應用軟件在向新型計算架構平臺遷移時需要將服務進行某種形式的“重構”［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、參與生態建設遲疑。

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

一是先進計算產業生態分散。我國先進計算產業亟需聚焦主流生態，當前產業面臨發展路徑過多，容易導致資源分散、浪費的問題，難以形成合力，事倍功半。二是生態均衡性差，大型企業在技術研發、應用推廣方面的話語權強勢，牢牢掌握生態進入門檻和技術認證權，中小企業基本淪為附屬，或缺乏對產業生態目標的理解和支撐能力，或受到華為等龍頭企業技術路線限制，最終可能導致諸多中小企業潛在利益受損的風險。三是規劃布局同質化嚴重，以鯤鵬計算生態為例，當前鯤鵬生態中地方性整機廠商已達數十家，發展戰略雷同和戰略跟風的現象已開始呈現。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，必然導致產能過剩和同質化、低附加值競爭的問題。四是缺乏政產學研資協同模式，當前各省市現金計算基礎設施建設和日常運營尚未形成有效的政產學研資一體化的運轉機制，缺乏清晰的投資回報模式，及互利共贏、補位協同的發展路徑；地方政府對于現金計算對當地電子信息產業本身以及對傳統主導型產業輻射、提質、帶動的作用和意義仍存在疑惑。

（五）發展阻力五：“斷供風險”，供應鏈斷供風險可能長期伴隨先進計算產業發展

當前美對華為等國內企業的封鎖圍堵持續升級，高端芯片研發設計制造、智能手機、PC等領域的技術管制大面積收緊。以鯤鵬生態為例，鯤鵬生態以服務器產品為戰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、昇騰系列產品供給，在相關物料消耗殆盡后，生態建設仍將面臨夭折風險。當前美國大選落定，后續政策變化存在較大變數，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業發展市場預期

一是在《先進計算產業發展白皮書報告》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，盡快研究出臺關于先進計算產業發展的指導意見，形成合力，明確產業技術、產品、服務和產業化方向，引導目標市場預期。二是將計算生態發展納入信息產業“十四五”等相關國家戰略中，從發展目標、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生態合作企業凝聚共識、豎立信心、統一步調、協同行動，使計算生態在未來工作推進中更有依據、更有針對性、更有力度。

（二）強化技術創新，加快軟件向多路徑演進的計算生態遷移和適配

一是加快建立計算產業共性技術體系，瞄準計算架構與芯片、器件、算法軟件等難點、堵點集中力量攻關。支持企業開放掃描工具、代碼遷移工具、性能優化工具和編譯器等系列關鍵工具，明確支持模式，推動應用軟件開發者將行業應用解決方案向信創計算平臺遷移。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模商用提供開發、測試、驗證等支撐性環境。三是進一步擴大國內開原生態的開源程度，通過開放調優后的處理器驅動代碼、編譯器、JDK、軟件庫等基礎工具，推動企業縮短基于自有計算生態商業發行版的開發周期。

（三）推進應用落地，加速先進計算應用軟件落地進程

一是底層架構演進方面，深化核心基礎架構的生態型示范應用，加快多路徑演進的計算生態培育及其平行分叉的后續演進生態構建。二是應用軟件生態上，圍繞能源、電力、金融、電信、互聯網等重點領域應用場景，發揮產業聯盟、開源社區、開放實驗室、行業標準組織等載體效用，開放掃描工具、代碼遷移工具、性能優化工具和編譯器等開發套件，協助應用軟件開發者將行業應用解決方案向安全可控計算平臺遷移。

（四）共同謀劃推進，加強對區域發展規劃布局的窗口指導

一是引導地方創新中心構建差異化的發展目標，鼓勵地方政府設計對創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展規劃布局相契合。二是建立國內先進計算生態在各垂直行業應用的標準，按照“培養一批、成熟一批、使用一批”的發展模式，分批次推進重點行業解決方案遷移、生態體系構建。總結成熟的建設模式、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、信創工程等國產化采購項目實施過程中，加強對包括鯤鵬在內的信創產品測試版和商業版技術參數指標的一致性管理，避免出現測試樣品與產品實際使用情況不符問題，為鯤鵬生態的持續發展構筑健康有序競爭環境。
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