算力，即計(jì)算能力，是信息時(shí)代的核心動(dòng)力。從古代的結(jié)繩記事、算籌、算盤，到如今云計(jì)算每秒百億億次的超凡計(jì)算能力，算力大小直接影響著數(shù)據(jù)處理的速度和效率。從智能手機(jī)的每一次觸屏響應(yīng)，到人工智能的顛覆性突破；從氣象預(yù)測(cè)的精準(zhǔn)模擬，到智慧城市的高效運(yùn)轉(zhuǎn)——算力，如同工業(yè)時(shí)代的電力，滲透到社會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)的每一個(gè)角落。截至2025年6月底，我國算力總規(guī)模位于全球第二，已經(jīng)建設(shè)高質(zhì)量數(shù)據(jù)集超過3.5萬個(gè)，總體量超過了400PB。那么，算力如何推動(dòng)千行百業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型？又如何重塑國家競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力？

算力的跨越式發(fā)展：從實(shí)驗(yàn)室到基礎(chǔ)設(shè)施

人類第一臺(tái)通用電子計(jì)算機(jī)ENIAC誕生于1946年的美國，這臺(tái)使用了17468個(gè)真空電子管、占地170平方米、耗電174千瓦的“龐然大物”，每秒僅能完成5000次加法運(yùn)算。而如今，美國E級(jí)超算“酋長(zhǎng)巖”（ElCapitan）的運(yùn)算速度已達(dá)每秒270億億次浮點(diǎn)運(yùn)算。不到80年，算力增長(zhǎng)超500萬億倍，遠(yuǎn)超摩爾定律的預(yù)測(cè)。從全球超級(jí)計(jì)算機(jī)性能發(fā)展數(shù)據(jù)來看，計(jì)算機(jī)的性能每10—11年提升1000倍，如今最快的計(jì)算機(jī)已跨越百億億次門檻。一塊小小的芯片，算力便能超越過去占據(jù)數(shù)百平方米機(jī)房的巨型計(jì)算機(jī)的水平，堪稱人類科技史上的奇跡。

更重要的是，算力已成為社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施，如同人們熟悉的運(yùn)力（火車、汽車等交通能力）和電力（衡量發(fā)電量與消耗量的能源能力），其發(fā)展經(jīng)歷了幾個(gè)階段：20世紀(jì)50—60年代的主機(jī)時(shí)代，僅少數(shù)大機(jī)構(gòu)能用，因機(jī)器昂貴需“人圍著機(jī)器轉(zhuǎn)”避免浪費(fèi)；70年代的小型機(jī)時(shí)代，進(jìn)入學(xué)校供學(xué)生大量使用；70年代末—80年代起的微機(jī)時(shí)代，走入千家萬戶，個(gè)人開始擁有計(jì)算能力；當(dāng)前的算網(wǎng)融合時(shí)代，計(jì)算融入各行各業(yè)、萬物互聯(lián)，無需到機(jī)房操作，通過互聯(lián)網(wǎng)即可按需使用數(shù)據(jù)與算力，這正是基礎(chǔ)設(shè)施的核心特征。

中國超算的突圍之路：從“卡脖子”到世界領(lǐng)先

20世紀(jì)六七十年代，美國、日本超算技術(shù)迅猛發(fā)展，1976年世界第一臺(tái)億次超算“克雷一號(hào)”問世，可以快速完成其他計(jì)算機(jī)難以勝任的大規(guī)模復(fù)雜運(yùn)算，而我國因缺乏高性能計(jì)算機(jī)，科學(xué)研究、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國防建設(shè)受到嚴(yán)重制約。當(dāng)時(shí)，我國石油部門想買美國1億次計(jì)算機(jī)被拒，只能購入400萬次機(jī)型，還要受美方嚴(yán)格管控——機(jī)房鑰匙由美國人掌握，甚至需將石油礦藏資料送美處理，既耗費(fèi)巨資又泄露機(jī)密。

正是這種“卡脖子”的困境，催生了中國超算的自主突破。1983年，我國第一臺(tái)超算“銀河一號(hào)”問世，以每秒超1億次浮點(diǎn)運(yùn)算的算力，將中美差距從12年縮短至7年。

1986年，“863計(jì)劃”為超算發(fā)展點(diǎn)亮曙光。計(jì)劃初期聚焦智能計(jì)算機(jī)，要做能聽、能說的計(jì)算機(jī)，還能夠?qū)?，這種是和人一樣有交互能力的計(jì)算機(jī)。1990年因產(chǎn)業(yè)迫切需求轉(zhuǎn)向并行計(jì)算機(jī)，催生了“曙光”系列超算。此后，我國一步步跨越算力門檻：從萬億次（T級(jí)）到千萬億次（P級(jí)），再到百億億次（E級(jí)）。

2006年規(guī)劃“十一五”發(fā)展時(shí)，我國科研團(tuán)隊(duì)突破保守思路，瞄準(zhǔn)《國家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》中發(fā)展具有每秒千萬億次以上浮點(diǎn)運(yùn)算能力和高效可信的超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的目標(biāo)，最終成功研制出3臺(tái)千萬億次超算：“曙光6000”（亞洲第一，3000萬億次）、“神威藍(lán)光”（全自主處理器，1000萬億次）、“天河一號(hào)”（4700萬億次）。2010年，“天河一號(hào)”登頂世界超算Top500，讓中國超算站在了全球巔峰。

從全球超級(jí)計(jì)算機(jī) 500 強(qiáng)榜單數(shù)據(jù)看，中國超算上榜總數(shù)長(zhǎng)期位居前列，“神威?太湖之光”“天河二號(hào)” 等機(jī)型持續(xù)保持靠前排名。這些超算不僅在性能上躋身世界前列，更在實(shí)際應(yīng)用中展現(xiàn)出強(qiáng)大效能。

算力賦能千行百業(yè)：上天入地，無處不在

如今，算力已從“高嶺之花”變?yōu)榉?wù)社會(huì)的“基礎(chǔ)設(shè)施”，在“上天、入地、下?！备黝I(lǐng)域大顯神通?！吧咸臁卑庀箢A(yù)報(bào)、衛(wèi)星軌道及數(shù)據(jù)處理、飛行器與飛機(jī)研制、遙感圖像處理等；“入地”涵蓋石油及各類礦藏勘探，被國家地質(zhì)調(diào)查局廣泛應(yīng)用；“下海”則服務(wù)于海洋研究、船舶設(shè)計(jì)等國家海洋發(fā)展戰(zhàn)略；更重要的是“算人”，這涉及基因排序、基因功能計(jì)算、新藥研發(fā)及精準(zhǔn)醫(yī)療技術(shù)研發(fā)等領(lǐng)域。

在科研與戰(zhàn)略領(lǐng)域，超算為節(jié)能減排提供數(shù)字依據(jù)。超算通過地球系統(tǒng)模擬，將陸地、海洋、大氣等自然圈層與人類活動(dòng)、化學(xué)等圈層納入模型，可精準(zhǔn)預(yù)測(cè)百年尺度的氣候變化規(guī)律。這為全球氣候談判中我國平衡發(fā)展與碳排放控制提供了數(shù)據(jù)支撐，也是我國提出2030年前碳達(dá)峰、2060年前碳中和目標(biāo)的重要依據(jù)。

在民生保障領(lǐng)域，算力讓天氣預(yù)報(bào)越來越精準(zhǔn)，已能實(shí)現(xiàn)小時(shí)級(jí)預(yù)報(bào)，數(shù)值預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率從傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)的21.8%提升至90%。我國災(zāi)害頻發(fā)，洪澇、風(fēng)暴、寒潮等災(zāi)害造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失，高精度短臨及中長(zhǎng)期預(yù)報(bào)可有效減少損失。例如，廣東省氣象局與國家超算中心研發(fā)的一公里級(jí)高分辨率氣象模式，能快速更新未來6小時(shí)天氣，提前3天預(yù)報(bào)90%以上臺(tái)風(fēng)生成，精度超過歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心；清華大學(xué)等團(tuán)隊(duì)利用“神威?太湖之光”實(shí)現(xiàn)全球3公里分辨率數(shù)值預(yù)報(bào)，正推進(jìn)中國區(qū)域一公里級(jí)海陸氣多圈層耦合預(yù)報(bào)系統(tǒng)，支撐氣候預(yù)測(cè)與精準(zhǔn)天氣預(yù)報(bào)。

在產(chǎn)業(yè)升級(jí)領(lǐng)域，算力成為行業(yè)轉(zhuǎn)型的“加速器”。飛機(jī)設(shè)計(jì)中，過去飛機(jī)設(shè)計(jì)依賴物理風(fēng)洞，需制作縮小模型進(jìn)行吹風(fēng)實(shí)驗(yàn)，不僅耗電多、成本高，還受限于模型制作等流程；如今通過計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬（即數(shù)值風(fēng)洞）研究飛行器外形及氣動(dòng)力性能，雖不能取代物理風(fēng)洞，但能大幅減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)，顯著提升設(shè)計(jì)速度與質(zhì)量。飛機(jī)設(shè)計(jì)涉及外形優(yōu)化、噪聲控制、結(jié)冰應(yīng)對(duì)、發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模擬等多學(xué)科領(lǐng)域，各學(xué)科間存在耦合影響，這種綜合優(yōu)化過程高度依賴高性能計(jì)算，若無強(qiáng)大算力，反復(fù)迭代優(yōu)化將耗費(fèi)大量時(shí)間。我國最新飛機(jī)設(shè)計(jì)借助算力實(shí)現(xiàn)加速，如運(yùn)-20僅用5年便成功上天，較國外同類機(jī)型縮短3年，這與算力支撐密不可分。高鐵通過算力分析影響壽命的關(guān)鍵因素，在保障安全的同時(shí)提升運(yùn)行效率，每年節(jié)省數(shù)百億元維修費(fèi)。在汽車研發(fā)中，傳統(tǒng)汽車安全性定型需進(jìn)行上百次實(shí)體碰撞試驗(yàn)，通過在車中安裝假人和傳感器，加速撞擊墻體后收集數(shù)據(jù)以判斷汽車安全性、變形程度及氣囊打開時(shí)間等。如今，計(jì)算機(jī)碰撞模擬程序可大幅優(yōu)化這一過程：模擬實(shí)驗(yàn)成本低（僅耗電）、更精細(xì)，能靈活調(diào)整碰撞速度、車輛狀態(tài)及假人狀態(tài)等，實(shí)現(xiàn)實(shí)體實(shí)驗(yàn)難以完成的場(chǎng)景組合設(shè)置。這不僅為企業(yè)節(jié)省成本，更重要的是縮短了設(shè)計(jì)周期，提升了安全性和生產(chǎn)效率。仿真設(shè)計(jì)讓壓縮機(jī)高效節(jié)能，鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等大型流體機(jī)械（如南水北調(diào)的抽水機(jī)、輸油用壓縮機(jī)）耗電量占工業(yè)用電的30%—40%，其能耗每降低1%，每年可為國民經(jīng)濟(jì)節(jié)約超1500億元（近10年前數(shù)據(jù)，當(dāng)前節(jié)省額更高）。

在新能源與健康領(lǐng)域，算力同樣不可或缺。中國新能源產(chǎn)業(yè)已實(shí)現(xiàn)從追趕到全球領(lǐng)先的跨越，20年間風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量躍居世界前列。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片設(shè)計(jì)、風(fēng)場(chǎng)選址等均高度依賴計(jì)算，需綜合長(zhǎng)期氣象數(shù)據(jù)與地形地貌確定最優(yōu)方案。例如，無錫超算與遠(yuǎn)景能源合作的格林威治智慧風(fēng)場(chǎng)項(xiàng)目，12天即可完成全國兩年風(fēng)資源測(cè)算，效率大幅提升；廣州超算依托“天河二號(hào)”支撐遠(yuǎn)景能源風(fēng)光場(chǎng)業(yè)務(wù)，其全球可再生能源服務(wù)平臺(tái)將風(fēng)電場(chǎng)投資效益提升20%，直接經(jīng)濟(jì)效益超220億元。藥物研發(fā)中，模擬計(jì)算讓藥物研發(fā)更加精準(zhǔn)。傳統(tǒng)活性化合物篩選需使用高純度化合物實(shí)驗(yàn)，成本極高——如購買數(shù)百種化合物實(shí)驗(yàn)需32億美元。而計(jì)算機(jī)模擬通過分子化合物庫匹配靶標(biāo)，優(yōu)勢(shì)顯著：篩選范圍廣，開源庫降低成本，還能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)難以完成的觀察。例如，“天河二號(hào)”一天內(nèi)即可完成4200萬種已知結(jié)構(gòu)小分子化合物的虛擬篩選，為埃博拉病毒等藥物研發(fā)提速，這在過去難以想象。

挑戰(zhàn)與展望：算力競(jìng)爭(zhēng)是未來的關(guān)鍵戰(zhàn)場(chǎng)

盡管成就顯著，算力發(fā)展仍面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。一方面，算力增長(zhǎng)趨緩，2013年后超算性能每10年增長(zhǎng)從1000倍降至不足100倍，能耗約束是重要原因——當(dāng)前超算最大功耗達(dá)四五十兆瓦，若增至數(shù)百兆瓦相當(dāng)于小城市用電量，難以靠擴(kuò)大規(guī)模提升性能。美國規(guī)劃的“星際之門”智能超算系統(tǒng)，預(yù)計(jì)2028—2030年建成，投資約1000億美元，含100萬個(gè)計(jì)算芯片，功耗達(dá)5000兆瓦（每小時(shí)耗電500萬度），接近長(zhǎng)江三峽電站四分之一的發(fā)電量?？梢姡磥硭懔Ω?jìng)爭(zhēng)實(shí)質(zhì)是能源競(jìng)爭(zhēng)。另一方面，人工智能的爆發(fā)式增長(zhǎng)對(duì)算力需求呈指數(shù)級(jí)攀升。以1.8萬億參數(shù)的GPT4為例，其算力需求增長(zhǎng)68倍，用2.5萬個(gè)英偉達(dá)A100卡訓(xùn)練一次需90—100天，大模型訓(xùn)練對(duì)算力消耗極大。在此背景下，算力提供形式發(fā)生變化，除傳統(tǒng)超算中心外，出現(xiàn)了面向人工智能的智算中心，以及需要大容量?jī)?nèi)存和虛擬化設(shè)備、服務(wù)通用數(shù)據(jù)的云算中心（通算中心），算力需求愈發(fā)多樣化。

應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，中國需走出自主創(chuàng)新之路：推動(dòng)智算融合雙向賦能，實(shí)現(xiàn)領(lǐng)域內(nèi)“通專結(jié)合”；在關(guān)鍵技術(shù)上另辟蹊徑，突破處理器依賴；建立軟硬件協(xié)同的敏捷設(shè)計(jì)驗(yàn)證能力；更重要的是推動(dòng)模式創(chuàng)新，以應(yīng)用為導(dǎo)向普及算力，讓算力從專家資源變?yōu)槿窨杉暗幕A(chǔ)設(shè)施。未來，我們要建設(shè)覆蓋社會(huì)每個(gè)角落的“算力網(wǎng)絡(luò)”，如同電網(wǎng)、路網(wǎng)般支撐國家創(chuàng)新。這需要將外部壓力轉(zhuǎn)化為芯片自主的動(dòng)力，改變“重硬輕軟”的現(xiàn)狀，發(fā)展自主科學(xué)計(jì)算與工業(yè)軟件，推動(dòng)計(jì)算與AI深度融合，讓經(jīng)濟(jì)社會(huì)運(yùn)行從粗放走向精準(zhǔn)，形成普惠的計(jì)算服務(wù)生態(tài)，建成強(qiáng)大算力，以支撐數(shù)字化轉(zhuǎn)型與創(chuàng)新型國家建設(shè)。

總之，算力是數(shù)字時(shí)代的“發(fā)動(dòng)機(jī)”。夯實(shí)算力基座，才能推動(dòng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，支撐創(chuàng)新型國家建設(shè)，讓我國在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革中占據(jù)主動(dòng)。

來源：《學(xué)習(xí)時(shí)報(bào)》