“凡算之法，先識(shí)其位。一縱十橫，百立千僵，千十相望，萬百相當(dāng)?！背蓵诩s一千五百年前的數(shù)學(xué)著作《孫子算經(jīng)》，以歌訣的方式介紹了算籌的記數(shù)法則。作為人類社會(huì)最早的算力工具，算籌的出現(xiàn)解決了當(dāng)時(shí)土地開墾、糧食置換等實(shí)際需求。人類探索的腳步不斷向前，算力也在持續(xù)創(chuàng)新升級(jí)。在數(shù)字經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展的今天，算力如同電力、熱力、水一樣，正成為經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展的重要支撐。

近幾年，“算力”一詞越來越頻繁地出現(xiàn)在人們的視野中，隨著數(shù)字化與智能化進(jìn)程的加快，對(duì)于算力的要求越發(fā)迫切，特別是在大模型飛速發(fā)展的背景下，算力需求迎來井噴式增長(zhǎng)。

據(jù)畢馬威與聯(lián)想集團(tuán)聯(lián)合發(fā)布的《普慧算力開啟新計(jì)算時(shí)代》報(bào)告顯示，深度學(xué)習(xí)出現(xiàn)之前，用于AI訓(xùn)練的算力增長(zhǎng)大約每20個(gè)月翻一番;之后，用于AI訓(xùn)練的算力大約每6個(gè)月翻一番;2012年后，全球頭部AI模型訓(xùn)練算力需求更是加速到每3-4個(gè)月翻一番，即平均每年算力增長(zhǎng)幅度達(dá)到驚人的10倍;目前大模型發(fā)展如火如荼，訓(xùn)練算力需求有望擴(kuò)張到原來的10到100倍，算力需求的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)曲線將更加陡峭。

什么是算力?

那么，什么是算力?它到底有什么用途呢?

算力即計(jì)算能力，從狹義的定義來看，算力是一臺(tái)計(jì)算機(jī)具備的理論上最大的每秒浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)(FLOPS)。但是，計(jì)算機(jī)不光具有運(yùn)算能力，還有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與訪問能力、與外界的數(shù)據(jù)交換能力、數(shù)據(jù)顯示能力等。而從廣義的定義來看，算力是計(jì)算機(jī)設(shè)備或計(jì)算/數(shù)據(jù)中心處理信息的能力，是計(jì)算機(jī)硬件和軟件配合共同執(zhí)行某種計(jì)算需求的能力。

當(dāng)前，算力以各種設(shè)備形態(tài)出現(xiàn)在人們的生活和工作中，小到手機(jī)、電腦等微型設(shè)備，大到數(shù)據(jù)中心，而作為算力的載體，芯片直接決定著數(shù)據(jù)處理速度和產(chǎn)品性能表現(xiàn)。

1、中央處理機(jī)(CPU)

CPU是計(jì)算機(jī)或電子設(shè)備的大腦，處理計(jì)算機(jī)執(zhí)行的所有計(jì)算，從簡(jiǎn)單的算術(shù)函數(shù)到復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理操作。

CPU負(fù)責(zé)從內(nèi)存或存儲(chǔ)器中獲取數(shù)據(jù)、解碼指令、執(zhí)行命令，然后將結(jié)果寫回內(nèi)存。每個(gè)軟件或應(yīng)用程序最終都被轉(zhuǎn)換成機(jī)器代碼，然后在CPU上運(yùn)行。CPU解釋這些代碼并將其轉(zhuǎn)化為動(dòng)作或結(jié)果。

CPU接收來自各種來源的輸入，如鍵盤、鼠標(biāo)和其他輸入設(shè)備。然后，它通過各種算法處理這些輸入，以提供所需的輸出。CPU還控制系統(tǒng)資源，如內(nèi)存、存儲(chǔ)和其他硬件組件，如顯卡和聲卡。它確保所有這些組件無縫地工作，以提供所需的用戶體驗(yàn)。

2、圖形處理單元(GPU)

GPU是一種通過執(zhí)行快速數(shù)學(xué)計(jì)算來呈現(xiàn)圖形和圖像的計(jì)算機(jī)芯片。GPU用于專業(yè)和個(gè)人計(jì)算。傳統(tǒng)上，GPU負(fù)責(zé)2D和3D圖像、動(dòng)畫和視頻的渲染，盡管現(xiàn)在它們有了更廣泛的使用范圍。

在計(jì)算的早期，中央處理單元(CPU)執(zhí)行這些計(jì)算。然而，隨著越來越多的圖形密集型應(yīng)用程序的開發(fā)，它們的需求給CPU帶來了壓力，并降低了性能，GPU的開發(fā)是為了替代CPU執(zhí)行這些任務(wù)，并改善3D圖形的渲染。GPU使用一種稱為并行處理的方法工作，其中多個(gè)處理器處理同一任務(wù)的不同部分。

GPU在PC游戲中是眾所周知的，它允許流暢、高質(zhì)量的圖形渲染。同時(shí)，開發(fā)人員也使用GPU來加速人工智能等領(lǐng)域的工作負(fù)載。

3、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)

FPGA是可編程邏輯器件，可以重新編程以執(zhí)行各種計(jì)算任務(wù)，使其在數(shù)字信號(hào)處理和密碼學(xué)等領(lǐng)域非常有用。此外，F(xiàn)PGA是一種集成電路(IC)，有助于快速原型和最終系統(tǒng)設(shè)計(jì)的自定義邏輯創(chuàng)建。

FPGA由于其固有的靈活性而不同于其他定制或半定制IC，這使它們能夠通過軟件下載進(jìn)行編程和重新編程，以適應(yīng)設(shè)計(jì)它們的大型系統(tǒng)不斷變化的需求。

FPGA通常用于邊緣計(jì)算、人工智能、系統(tǒng)安全、5G、工廠自動(dòng)化和機(jī)器人技術(shù)等領(lǐng)域。

4、量子計(jì)算

量子計(jì)算是一種遵循量子力學(xué)規(guī)律調(diào)控量子信息單元進(jìn)行計(jì)算的新型計(jì)算模式。從可計(jì)算的問題來看，量子計(jì)算機(jī)只能解決傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)所能解決的問題，但是從計(jì)算的效率上，由于量子力學(xué)疊加性的存在，某些已知的量子算法在處理問題時(shí)速度要快于傳統(tǒng)的通用計(jì)算機(jī)。當(dāng)應(yīng)用于特定問題時(shí)，量子計(jì)算機(jī)可能比經(jīng)典計(jì)算機(jī)更快地找到答案。

當(dāng)然，每種芯片都有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，其類型的選擇取決于任務(wù)的需要。例如，如果執(zhí)行復(fù)雜的科學(xué)模擬或機(jī)器學(xué)習(xí)算法，可能會(huì)使用GPU或FPGA，因?yàn)樗鼈兎浅＿m合此類任務(wù)。

算力的作用

近年來，伴隨數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，數(shù)據(jù)逐漸成為了新的生產(chǎn)要素，算力則成為了核心生產(chǎn)力，在經(jīng)濟(jì)社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域和層面實(shí)現(xiàn)了廣泛應(yīng)用，舉例來看：

• 智慧醫(yī)療：算力的進(jìn)步將推動(dòng)醫(yī)療行業(yè)智能化和標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，極大提高醫(yī)療服務(wù)的效率和質(zhì)量。其中，在醫(yī)療數(shù)據(jù)處理方面，算力可以提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，幫助醫(yī)療機(jī)構(gòu)處理龐大的醫(yī)療數(shù)據(jù)，提升醫(yī)學(xué)研究和診斷效率。在圖像處理方面，強(qiáng)大的算力可以提供更快的圖像處理速度，提高診斷的準(zhǔn)確性和效率。在遠(yuǎn)程醫(yī)療方面，算力可以支持更高效的視頻通話和數(shù)據(jù)傳輸，帶來更好的遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)。
• 智慧城市：算力可幫助城市實(shí)現(xiàn)智能化管理和運(yùn)營，提高城市的公共品質(zhì)和舒適度。其中，在智慧交通領(lǐng)域，算力可以幫助交通管理部門快速處理和分析各類交通數(shù)據(jù)，如車輛、行人、交通信號(hào)燈等，從而作出更有效的交通規(guī)劃和調(diào)度決策;在公共安全領(lǐng)域，算力可以用于實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控和智能分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理各種公共安全問題。
• 智能制造：算力可以幫助制造企業(yè)快速處理和分析包括生產(chǎn)數(shù)據(jù)、質(zhì)量數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)在內(nèi)的各類工業(yè)數(shù)據(jù)，從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本和資源浪費(fèi)。其中，在智能質(zhì)量控制方面，算力通過分析質(zhì)量數(shù)據(jù)，可以對(duì)生產(chǎn)過程中的缺陷進(jìn)行精準(zhǔn)識(shí)別和預(yù)防;在智能供應(yīng)鏈管理方面，算力可以幫助制造企業(yè)實(shí)現(xiàn)更智能的供應(yīng)鏈管理，從而提升供應(yīng)鏈的靈活性和響應(yīng)速度。

由此可見，作為數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代的重要底座支撐，算力所發(fā)揮的作用將日益凸顯，賦能千行百業(yè)必將逐漸擴(kuò)大和深化。

寫在最后：

現(xiàn)如今，算力正以前所未有的速度發(fā)展。據(jù)中國信通院公布的數(shù)據(jù)，2020年全球算力規(guī)模達(dá)到429EFlops，增速達(dá)39%，預(yù)估未來5年全球算力規(guī)模將以超過50%的速度增長(zhǎng)，到2025年整體規(guī)模將達(dá)到3300EFlops。

可以肯定的是，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，算力水平將得到進(jìn)一步提升和優(yōu)化，在塑造未來幾年的技術(shù)和創(chuàng)新方面發(fā)揮至關(guān)重要的作用。