最近很火的算力到底有什么用?

作者:于亮 来源:原创 2023-09-05

  “凡算之法,先识其位。一纵十横,百立千僵,千十相望,万百相当。”成书于约一千五百年前的数学著作《孙子算经》,以歌诀的方式介绍了算筹的记数法则。作为人类社会最早的算力工具,算筹的出现解决了当时土地开垦、粮食置换等实际需求。人类探索的脚步不断向前,算力也在持续创新升级。在数字经济蓬勃发展的今天,算力如同电力、热力、水一样,正成为经济社会高质量发展的重要支撑。

  近几年,“算力”一词越来越频繁地出现在人们的视野中,随着数字化与智能化进程的加快,对于算力的要求越发迫切,特别是在大模型飞速发展的背景下,算力需求迎来井喷式增长。

  据毕马威与联想集团联合发布的《普慧算力开启新计算时代》报告显示,深度学习出现之前,用于AI训练的算力增长大约每20个月翻一番;之后,用于AI训练的算力大约每6个月翻一番;2012年后,全球头部AI模型训练算力需求更是加速到每3-4个月翻一番,即平均每年算力增长幅度达到惊人的10倍;目前大模型发展如火如荼,训练算力需求有望扩张到原来的10到100倍,算力需求的指数级增长曲线将更加陡峭。

  什么是算力?

  那么,什么是算力?它到底有什么用途呢?

  算力即计算能力,从狭义的定义来看,算力是一台计算机具备的理论上最大的每秒浮点运算次数(FLOPS)。但是,计算机不光具有运算能力,还有数据存储与访问能力、与外界的数据交换能力、数据显示能力等。而从广义的定义来看,算力是计算机设备或计算/数据中心处理信息的能力,是计算机硬件和软件配合共同执行某种计算需求的能力。

  当前,算力以各种设备形态出现在人们的生活和工作中,小到手机、电脑等微型设备,大到数据中心,而作为算力的载体,芯片直接决定着数据处理速度和产品性能表现。

  1、中央处理机(CPU)

  CPU是计算机或电子设备的大脑,处理计算机执行的所有计算,从简单的算术函数到复杂的数据处理操作。

  CPU负责从内存或存储器中获取数据、解码指令、执行命令,然后将结果写回内存。每个软件或应用程序最终都被转换成机器代码,然后在CPU上运行。CPU解释这些代码并将其转化为动作或结果。

  CPU接收来自各种来源的输入,如键盘鼠标和其他输入设备。然后,它通过各种算法处理这些输入,以提供所需的输出。CPU还控制系统资源,如内存、存储和其他硬件组件,如显卡和声卡。它确保所有这些组件无缝地工作,以提供所需的用户体验。

  2、图形处理单元(GPU)

  GPU是一种通过执行快速数学计算来呈现图形和图像的计算机芯片。GPU用于专业和个人计算。传统上,GPU负责2D和3D图像、动画和视频的渲染,尽管现在它们有了更广泛的使用范围。

  在计算的早期,中央处理单元(CPU)执行这些计算。然而,随着越来越多的图形密集型应用程序的开发,它们的需求给CPU带来了压力,并降低了性能,GPU的开发是为了替代CPU执行这些任务,并改善3D图形的渲染。GPU使用一种称为并行处理的方法工作,其中多个处理器处理同一任务的不同部分。

  GPU在PC游戏中是众所周知的,它允许流畅、高质量的图形渲染。同时,开发人员也使用GPU来加速人工智能等领域的工作负载。

  3、现场可编程门阵列(FPGA)

  FPGA是可编程逻辑器件,可以重新编程以执行各种计算任务,使其在数字信号处理和密码学等领域非常有用。此外,FPGA是一种集成电路(IC),有助于快速原型和最终系统设计的自定义逻辑创建。

  FPGA由于其固有的灵活性而不同于其他定制或半定制IC,这使它们能够通过软件下载进行编程和重新编程,以适应设计它们的大型系统不断变化的需求。

  FPGA通常用于边缘计算、人工智能、系统安全、5G、工厂自动化和机器人技术等领域。

  4、量子计算

  量子计算是一种遵循量子力学规律调控量子信息单元进行计算的新型计算模式。从可计算的问题来看,量子计算机只能解决传统计算机所能解决的问题,但是从计算的效率上,由于量子力学叠加性的存在,某些已知的量子算法在处理问题时速度要快于传统的通用计算机。当应用于特定问题时,量子计算机可能比经典计算机更快地找到答案。

  当然,每种芯片都有优点和缺点,其类型的选择取决于任务的需要。例如,如果执行复杂的科学模拟或机器学习算法,可能会使用GPU或FPGA,因为它们非常适合此类任务。

  算力的作用

  近年来,伴随数字经济的发展,数据逐渐成为了新的生产要素,算力则成为了核心生产力,在经济社会的各个领域和层面实现了广泛应用,举例来看:

  智慧医疗:算力的进步将推动医疗行业智能化和标准化发展,极大提高医疗服务的效率和质量。其中,在医疗数据处理方面,算力可以提供强大的数据处理能力,帮助医疗机构处理庞大的医疗数据,提升医学研究和诊断效率。在图像处理方面,强大的算力可以提供更快的图像处理速度,提高诊断的准确性和效率。在远程医疗方面,算力可以支持更高效的视频通话和数据传输,带来更好的远程医疗服务。

  智慧城市:算力可帮助城市实现智能化管理和运营,提高城市的公共品质和舒适度。其中,在智慧交通领域,算力可以帮助交通管理部门快速处理和分析各类交通数据,如车辆、行人、交通信号灯等,从而作出更有效的交通规划和调度决策;在公共安全领域,算力可以用于实现视频监控和智能分析,及时发现和处理各种公共安全问题。

  智能制造:算力可以帮助制造企业快速处理和分析包括生产数据、质量数据、设备数据在内的各类工业数据,从而提高生产效率和产品质量,降低成本和资源浪费。其中,在智能质量控制方面,算力通过分析质量数据,可以对生产过程中的缺陷进行精准识别和预防;在智能供应链管理方面,算力可以帮助制造企业实现更智能的供应链管理,从而提升供应链的灵活性和响应速度。

  由此可见,作为数字经济时代的重要底座支撑,算力所发挥的作用将日益凸显,赋能千行百业必将逐渐扩大和深化。

  写在最后:

  现如今,算力正以前所未有的速度发展。据中国信通院公布的数据,2020年全球算力规模达到429EFlops,增速达39%,预估未来5年全球算力规模将以超过50%的速度增长,到2025年整体规模将达到3300EFlops。

  可以肯定的是,随着技术的不断发展,算力水平将得到进一步提升和优化,在塑造未来几年的技术和创新方面发挥至关重要的作用。

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