DeepTech：2022先进计算七大趋势报告（24页）.pdf

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1、12序言算力，又可被称为计算力，即处理数据的能力。随着数字技术与数字经济的发展，全球数据总量呈现爆发式的增长，推动了算力需求和要求的不断升级。人类社会已朝着智能化和数字化方向迈进，计算资源进入供不应求的阶段，算力的重要性也因此被提到一个前所未有的高度。算力在推动经济发展方面发挥着巨大作用。2025 年，超过 40% 的全球经济将由数字经济带动，接近一半的经济增长都与数据有关。如果数据是数字经济时代的核心生产要素，那么数据的底座之下，算力承担了核心生产力的角色。算力为数字经济的增长带来新的引擎。另一方面，算力构建了科技进步的正循环。算力为医药、材料、生物和能源等学科提供了研究基础设施，而新兴技术

2、的发展将进一步推动算力提升。当下，计算性能的提升面临来自多个维度的挑战，算力发展已经进入瓶颈期。从硬件层面来看，随着硅基芯片制程趋近极限、“内存墙”、“功耗墙”问题的凸显，CPU、GPU 等计算平台性能提升乏力，摩尔定律正在逐渐失效。从网络层面来看，算力节点通过网络灵活高效调配计算资源的能力仍存在不足、数据传输的损耗与开销过大，算力资源不能得到有效的利用。从性价比层面来看，算力相关软硬件设施的投入与回报不成正比，计算领域亟需延续摩尔定律的高性价比方案。先进计算技术指代一切从计算理论、计算架构、计算系统等层面有效提升现有算力规模、降低算力成本、提高算力利用效率的创新性技术。为了解决上述难题，打破

3、算力危机，先进计算技术主要关注两个重点方向：对于单个计算节点性能的提升，以量子芯片、类脑芯片为代表的非冯诺依曼架构芯片的出现为计算硬件变革带来了曙光；对于算力系统的高效利用，芯片层面与数据中心层面的多元异构计算将伴随云边端一体化趋势，构建随时随地、随需随形的全新计算体系。算力是多领域多技术融合的载体，人类对于算力的追求没有止境。未来，随着先进计算技术的不断发展，计算的效能与能效都将迎来全新的突破，算力体系将得到颠覆性地变革。在先进计算技术的支撑下，更多智慧化、智能化的应用将会涌现，绿色低碳、开放开源的算力也将成为不可逆转的趋势。3新一代计算硬件目录架构演变前沿应用量子芯片04航 海 梯 山 无

4、 远 弗 届硅光芯片07摩 尔 的 尽 头 有 “ 光 ”类脑芯片10来 自 大 脑 的 答 案DPU13以 数 据 为 中 心 的 计 算分布式云16云 边 端 协 同 的 关 键 枢 纽泛在算力19无 处 不 在 的 算 力 网 络科学复兴22先 进 计 算 加 速 科 学 复 兴4量子芯片航海梯山 无远弗届当下，量子计算已经迈入 NISQ 时代。量子芯片作为量子计算机的核心，是量子计算实现规模化与商业化的关键瓶颈。在学术界与产业界的不断推动下，量子芯片在 2021 年迎来了大爆发。想要跨入通用量子计算时代，量子比特的数量与质量，比特间的连通性以及容错能力仍有待进一步突破。航海梯山，无远弗

5、届。量子计算终将越过重重障碍，乘微观粒子以颠覆现代计算体系，为人类带来算力的腾越。15量子芯片 航海梯山，无远弗届量子计算是基于量子力学的全新计算模式，具有原理上远超经典计算的强大并行计算能力。量子计算以量子比特作为信息编码和存储的基本单元。与经典比特只能代表 0 或者 1 不同，具备叠加态的量子比特是 0 且 1 的存在。恰当利用量子叠加态与纠缠态，将使得量子计算机的运算效率远超传统计算机，获得指数级别的增长。算力危机下，量子计算作为一种颠覆性的计算体系，具备帮助人类实现算力跨越式发展的无限潜力。随着“量子计算优越性”已被证明，量子计算已迈入含噪声的量子计算（NISQ）阶段。当下，科研与产业

6、发展的重点将集中在实现解决特定问题的专用量子计算机上。量子芯片是将量子线路集成在基片上，进而承载量子信息处理功能的处理器，是量子计算机的核心。量子计算机想要实现产业化，迈向商业阶段，量子芯片正是需要攻克的关键瓶颈。目前，包括 Google、IBM 等在内的科技巨擘和麻省理工学院、耶鲁大学、中国科学技术大学等世界知名高校已在量子芯片领域取得重大突破。趋势 一超导量子芯片，由于其电子线路设计和制备的工艺与现代集成电路技术相兼容，被认为是具有清晰的商业前景、能较快实现产业化的一种量子芯片技术路径。Google、IBM、麻省理工学院、中国科学技术大学、浙江大学和初创公司本源量子等在此技术上均有布局。2