國家“東數西算”工程背景下新型算力基礎設施發(fā)展研究報告

國家“東數西算”工程背景下新型算力基礎設施發(fā)展研究報告

國家“東數西算”工程背景下

新型算力基礎設施發(fā)展研究報告

單志廣何寶宏張云泉著

出品單位：支持單位：

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國家“東數西算”工程背景下

新型算力基礎設施發(fā)展研究報告

編寫委員會

顧問：陳潤生陳國良鄭緯民袁國興

主編：單志廣何寶宏張云泉

執(zhí)行主編：安靜王海峰張廣彬

編委：沈文海陳學斌方娟賈海鵬賴能和袁良

張延強王丹丹陳栩涂菲菲劉殷戴彧

宋心榮舍日古楞徐凌驗張翼李英浩

特別鳴謝：清華大學益企研究院

參編單位：國家信息中心

信通院云大所

中科院計算所

清華大學

國家氣象中心

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國家“東數西算”工程背景下新型算力基礎設施發(fā)展研究報告

目錄CONTENTS

P04“東數西算”定義和解讀

P08前言

P09第一章東數西算對算力新基建的影響

P10數據中心布局向供需協(xié)調有序、綜合能效優(yōu)化演進

P13東數西算向時延要求低、存算要求高類型應用場景拓展

P15算力結構呈現多元算力協(xié)同、算網一體化發(fā)展態(tài)勢

P16產業(yè)鏈上下游集聚發(fā)展，生態(tài)體系逐步壯大完善

P16綠色低碳技術推廣應用，清潔能源供給不斷加大

P18新老節(jié)點加快有序銜接，強化算力網絡智能調度

P19數字技能水平要求提升，技能人才需求不斷凸顯

P21第二章算力新基建呈現的10大挑戰(zhàn)和實踐

P23算力基礎設施化保障資源多元供給

P32關鍵信息基礎設施的安全性要求

P36信創(chuàng)產業(yè)化：國產化、自主化

P38算力設施整體能耗偏高，綠色低碳應用仍需持續(xù)推廣

P43高密度機柜功率密度提升

P46算力智能調度：跨區(qū)域、跨云、云邊調度

P50多元算力多樣計算

P52算力服務成為新業(yè)態(tài)

P54原生應用：云原生、AI原生

P57規(guī)?；退憔W融合

P63第三章展望·面向2030年的算力基礎設施

P64數字文明時代加速到來，要求算力基礎設施資源充沛、泛在普惠

P65隱私計算為代表的技術為組織間數據流通提供解決方案

P67可信隱私計算是未來數據要素化的理想技術方案之一

P69Web3.0驅動規(guī)模化、泛在化的智能算力構建

P71第五范式AIforScience對算力的需求

P73大模型成為人工智能工程化重要方向，智能算力需求幾何級增長

P75邊緣創(chuàng)新與新興應用

P76自動駕駛進入無人化新階段，云邊端高效協(xié)同

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“東數西算”定義和解讀

“東數西算”定義和解讀

一、東數西算工程

今年2月，國家發(fā)展改革委會同中央網信辦、工業(yè)和信息化部、國家

能源局等有關部門，同意在京津冀、長三角、粵港澳大灣區(qū)、成渝、內

蒙古、貴州、甘肅、寧夏8地啟動建設國家算力樞紐，并設立10個國

家數據中心集群，正式啟動“東數西算”工程，構建全國一體化大數據中

心協(xié)同創(chuàng)新體系。

與“西氣東輸”“西電東送”“南水北調”等工程相似，“東數西算”是一個國

家級算力資源跨域調配戰(zhàn)略工程，針對我國東西部算力資源分布總體

呈現出“東部不足、西部過?！钡牟黄胶饩置妫龑е形鞑坷媚茉磧?yōu)勢

建設算力基礎設施，“數據向西，算力向東”，服務東部沿海等算力緊缺

區(qū)域，解決我國東西部算力資源供需不均衡的現狀。

圖片來源：/fzggw/jgsj/gjss/sjdt/202209/t20220923_1336061.html?code=&state=123

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國家“東數西算”工程背景下新型算力基礎設施發(fā)展研究報告

二、東數西算內涵

“東數西算”是“全國一體化大數據中心協(xié)同創(chuàng)新體系”的一個下轄概念，而

后者旨在推進技術、業(yè)務、數據融合，實現跨層級、跨地域、跨系統(tǒng)、跨

部門、跨業(yè)務的數據協(xié)同管理和服務，其實現方式不是固定不變的。

因此，不一定過度強調“東數西算”，面對不同應用場景，還可能有東數

東算、南數北算等模式，應因地制宜。但無論哪種模式，都有著共同

的目標：一是促進數據中心資源最大化共享、流通和利用，二是通過

數據中心的系統(tǒng)化布局，促進國家碳達峰、碳中和戰(zhàn)略實現。

三、東數西算與算力基礎設施化

算力代表了對數據的處理能力，是數字化技術持續(xù)發(fā)展的衡量標準，也

是數字經濟時代的核心生產力。東數西算項目是促進算力、數據流通，激

活數字經濟活力的重要手段。

東數西算首次將算力資源提升到水、電、燃氣等基礎資源的高度，統(tǒng)

籌布局建設全國一體化算力網絡國家樞紐節(jié)點，助力我國全面推進算

力基礎設施化。

算力基礎設施化并不簡單等同于算力總量的拉升。算力的基礎設施化

并不是簡單的算力堆砌，當前各類機構的算力總量測算方式都是將各

行業(yè)、各公司的私有算力進行累加，甚至還會加上手機終端等移動端

的算力，這些算力確實能夠服務一定的群體，但算力資源并不能面向

全社會提供統(tǒng)一一致的服務。

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“東數西算”定義和解讀

四、東數西算與綠色節(jié)能

東數西算是促進綠色節(jié)能，助力實現碳達峰、碳中和目標的重要手段。

目前東部算力需求旺盛，但東部地區(qū)在氣候、資源、環(huán)境等方面不利

于低碳、綠色數據中心的建設。通過算力基礎設施的西部遷移，可以

充分發(fā)揮西部區(qū)域氣候、能源、環(huán)境等方面的優(yōu)勢，引導數據中心向

西部資源豐富地區(qū)聚集，擴大可再生能源的供給，促進可再生能源就

近消納，加強數據、算力和能源之間的協(xié)同聯動，助力我國數據中心

實現低碳、綠色、可持續(xù)發(fā)展，完成碳達峰、碳中和目標。

“東數西算”工程聚焦創(chuàng)新節(jié)能，在集約化、規(guī)?；?、綠色化方面著重發(fā)

力，支持高效供配電技術、制冷技術、節(jié)能協(xié)同技術研發(fā)和應用，鼓

勵自發(fā)自用、微網直供、本地儲能等手段提高可再生能源使用率，降

低數據中心電能利用率（PUE），引導其向清潔低碳、循環(huán)利用方向發(fā)

展，推動數據中心與綠色低碳產業(yè)深度融合，建設綠色制造體系和服

務體系，力爭將綠色生產方式貫徹數據中心全行業(yè)全鏈條，助力我國

在2060年前實現碳中和目標。

五、“東數西算”工程“五個一體化”的目標建設

東數西算把東部地區(qū)的非實時算力需求以及大量生產生活數據輸送到

西部地區(qū)的數據中心進行存儲、計算并反饋。在其上則是希望構建更

綠色、更平衡和更高效的國家算力網絡體系，以滿足新時代各行各業(yè)

數字化轉型、數字技術與生活場景加速融合所帶來的海量計算、傳輸、存

儲需求，最大化實現數據中心產業(yè)綠色集約發(fā)展，推動資源統(tǒng)籌利用

和西部數字經濟建設。

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?網絡一體化圍繞集群建設數據中心直連網，建立合理網絡結算機

制，增大網絡帶寬，提高傳輸速度，降低傳輸費用。圍繞集群穩(wěn)妥

有序推進新型互聯網交換中心、互聯網骨干直連點建設。

?能源一體化從國家雙碳戰(zhàn)略整體規(guī)劃出發(fā)，充分發(fā)掘西部豐富的風

光等可再生資源，應對好可再生能源波動性問題，擴大清潔能源市

場化交易范圍，促進建立清潔能源消納的市場化機制。從整體規(guī)劃

層面對數據中心集群進行統(tǒng)一能耗指標調配。

?算力一體化在集群和城區(qū)內部的兩級算力布局下，推動各行業(yè)數據

中心加強一體化聯通調度，促進多云之間、云和數據中心之間、云

和網絡之間的資源聯動，構建算力服務資源池。

?數據一體化建設數據共享開放、政企數據融合應用等數據流通共性

設施平臺。試驗多方安全計算、區(qū)塊鏈、隱私計算、數據沙箱等技

術模式，構建數據可信流通環(huán)境。

?應用一體化開展一體化城市數據大腦建設，選擇公共衛(wèi)生、自然災

害、市場監(jiān)管等突發(fā)應急場景，試驗開展“數據靶場”建設，探索不

同應急狀態(tài)下的數據利用規(guī)則和協(xié)同機制。

關于“東數西算”工程“五個一體化目標”闡述來源：

中國工程院院士、清華大學計算機科學與技術系教授鄭緯民

/xwdt/ztzl/dsxs/zjjd1/202203/t20220321_1319866.html?code=&state=123

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前言

2022年初，國家發(fā)展改革委、中央網信辦、工業(yè)和信息化部、國

家能源局聯合印發(fā)通知，同意在京津冀、長三角、粵港澳大灣

區(qū)、成渝、內蒙古、貴州、甘肅、寧夏等8地啟動建設國家算

力樞紐節(jié)點，并規(guī)劃了10個國家數據中心集群，標志著“東數西算”

工程正式全面啟動。

數據中心不僅是算力的聚集地，也是數據應用的發(fā)祥地，更是企

業(yè)數字化轉型的根據地。2022年發(fā)布的《“十四五”數字經濟發(fā)

展規(guī)劃》第一條支線即為底層信息網絡基礎設施建設領域，包括

5G、數據中心、光纖寬帶等，可以理解為此前反復強調的“新基建”

的延續(xù)。

東數西算工程從國家戰(zhàn)略、技術發(fā)展、能源政策等多方面綜合考

慮，將算力資源提升到水、電、燃氣等基礎資源的高度，統(tǒng)籌布

局建設全國一體化算力網絡國家樞紐節(jié)點，在實現數據中心一體

化協(xié)同創(chuàng)新的要求方面，給出了高質量的解決方案，助力我國全

面推進算力基礎設施化，其戰(zhàn)略價值已經被大家認同。但在具體

實施落地過程中，需要解決諸多問題，諸如實現數據中心有效整

合、優(yōu)化算力布局，降低算力成本、完成算力調度、實現算網融

合、政府作用與市場力量有機結合等關鍵問題。

為此，中國智能計算產業(yè)聯盟、益企研究院基于實踐調查、探索

研究后提出了幾個維度的洞察，并分析東數西算對新型算力基礎

設施發(fā)展的影響、新型算力基礎設施的技術架構的迭代和演進，以

及如何通過技術驅動提升算力新基建的競爭力。

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CHAPTER1

東數西算

對算力新基建的影響

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CHAPTER1·東數西算對算力新基建的影響

數據中心布局向供需協(xié)調有序、綜合能效優(yōu)化演進

數據中心按照規(guī)模，分為超大型數據中心、大型數據中心和中小型數據中心。按照主

要處理的業(yè)務類型，又可分為邊緣計算類、低時延類、中時延類和高時延類。數據中

心建設作為資本密集、技術密集型投資，數據中心地理位置的選擇與其投資規(guī)模、投

資成本、數據中心類型、服務質量、經濟效益等因素緊密相關。隨著全國一體化大數

據中心體系總體布局的實施，在京津冀、長三角、粵港澳大灣區(qū)、成渝、內蒙古、貴州、甘

肅、寧夏啟動建設8個國家算力樞紐節(jié)點，并規(guī)劃了張家口集群、長三角生態(tài)綠色一

體化發(fā)展示范區(qū)集群、蕪湖集群、韶關集群、天府集群、重慶集群、貴安集群、和林

格爾集群、慶陽集群、中衛(wèi)集群等10個國家數據中心集群。重點從頂層設計層面加強

數據中心布局、算力、數據、網絡、電力、能耗等方面的全國性統(tǒng)籌規(guī)劃、一體化發(fā)展，數

據中心的布局也將更加規(guī)范和優(yōu)化。數據中心在選址布局時也將呈現如下變化。

一是數據中心選址向算力需求中心聚集。當前我國數據中心分布以大灣區(qū)、長三角、京

津冀經濟人口等較發(fā)達地域為主，在用數據中心中約80%集中在用戶規(guī)模較大、應用

需求強烈的互聯網骨干節(jié)點所在省市及周邊人口稠密、經濟發(fā)達、總部企業(yè)密布一線

城市。截至2021年底，北京及周邊、上海及周邊的數據中心機架數量排列分列一二。

圖片來源：《2021中國云數據考察報告》

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數據中心選址數據中心選址數據中心選址

01向算力需求02向綜合能效03向用戶終端

中心聚集最優(yōu)聚集靠近

但是隨著北京、上海、廣州等一線城市土地、能耗指標日益縮緊，對數據中心的政策

約束愈加嚴格，已建數據中心已遠遠不能滿足城市經濟發(fā)展對算力的需求，一線城市

周邊地區(qū)逐漸成為互聯網數據中心的首要選擇。例如，緊鄰北京的張家口、廊坊，靠

近上海的南通、昆山，距離廣深不遠的韶關、云浮、清遠等都是數據中心密集落戶的

地區(qū)。阿里云五大超級數據中心選址烏蘭察布、張北、南通、杭州、河源，均位于在

中心城市周邊。隨著10個數據中心集群的規(guī)劃建設，數據中心供給結構優(yōu)化，擴展

算力增長空間，政策方面也明確要求對于符合條件且納入國家樞紐節(jié)點數據中心集群

范圍的建設項目，積極協(xié)調安排能耗指標予以適當支持，實現大規(guī)模算力部署與土地、用

能、水、電等資源的協(xié)調可持續(xù)。

二是數據中心選址向綜合能效最優(yōu)聚集。數據中心的主要運營成本包括土地、水、電、運

維等要素，運營成本因為區(qū)位的不同有顯著的差異，其中，高能耗導致的高電力成本

是制約數據中心發(fā)展的主要因素之一。在土地、氣候、政策、能源供給等優(yōu)勢加持下，

數據中心建設選址向可再生能源豐富、氣候適宜、數據中心綠色發(fā)展?jié)摿^大、綜合

能效最優(yōu)的節(jié)點城市聚集，著重提升算力服務品質和利用效率，充分發(fā)揮資源優(yōu)勢，夯

實網絡等基礎保障，積極承接全國范圍需后臺加工、離線分析、存儲備份等非實時算

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CHAPTER1·東數西算對算力新基建的影響

力需求，打造面向全國的非實時性算力保障基地。通信運營商、互聯網企業(yè)等也紛紛

將數據備份存儲、大數據處理等對網絡時延要求較低的業(yè)務向綜合能效優(yōu)勢地區(qū)轉移。

例如，內蒙古烏蘭察布“草原硅谷”，吸引了華為、阿里、快手等知名企業(yè)來此設立數

據中心。西南地區(qū)的“云上貴州”吸引了蘋果、騰訊、華為等企業(yè)，2021年貴陽貴安成

為全球集聚超大型數據中心最多的地區(qū)之一，數字經濟占比達34%。甘肅的“云天中衛(wèi)”

建成了亞馬遜、美利云、中國移動、中國聯通、天云網絡、創(chuàng)客超算6個大型、超大

型數據中心，中國電信、炫我科技、愛特云翔、中國廣電4個數據中心也在加快建設。

三是數據中心選址向用戶終端靠近。隨著超高清視頻、虛擬現實/增強現實（VR/

AR）、金融支付、金融證券、自動駕駛、工業(yè)制造、遠程醫(yī)療等對網絡時延要求較高

的業(yè)務的廣泛應用，靠近用戶側，作為算力“邊緣”端的邊緣計算型、中小型數據中心

建設逐漸成為趨勢?！稄V東省5G基站和數據中心總體布局（2021-2025）》提出，原

則上只可建中型及以下的數據中心，承載邊緣計算和低時延業(yè)務，中時延業(yè)務逐步遷

移至粵東粵西粵北地區(qū)，高時延業(yè)務更要求遷移至省外?！侗本┦袛祿行慕y(tǒng)籌發(fā)展

實施方案（2021-2023年）》提出，適度利用騰退后資源和空間改造建設邊緣計算中

心，支撐低時延業(yè)務應用，服務智慧城市、車聯網等重點應用場景落地。除邊緣計算

中心外，東、西城區(qū)禁止新建或擴建數據中心。因此，數據中心選址時還會考慮數據

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中心功能定位、數據處理要求、所承載業(yè)務的時延敏感性等因素合理選擇

新建數據中心的地理位置，例如自動駕駛(車聯網)、工業(yè)制造(機器人)、遠

程醫(yī)療、金融證券等對時延非常敏感的網絡應用的數據中心，可以選擇在

節(jié)點城市內部發(fā)展，服務后臺加工、離線分析、冷數據存儲備份等對時延

不敏感的網絡應用的數據中心，就可以優(yōu)先向貴州、內蒙古、甘肅、寧夏

節(jié)點轉移，實現資源優(yōu)化配置，提升資源使用效率。

東數西算向時延要求低、存算要求高類型應用場景拓展

帶寬和時延是信息傳輸的兩個關鍵指標，受限于物理規(guī)律，無論網絡帶寬

多大，傳輸速度多快，傳輸時延都是客觀存在的。因此，在“東數西算”中，工

業(yè)互聯網、災害預警、遠程醫(yī)療、自動駕駛等需要被計算節(jié)點頻繁訪問、網

絡時延要求高的實時在線類“熱數據”不適合“西算”，而離線分析、后臺加

工、存儲備份等離線類訪問頻率低、網絡時延要求不高的“冷數據”以及介于

兩者之間的“溫數據”，則更適合“西算”。雖然“東數西算”在網絡時延上的限

制使其不適用于時效緊迫型的數據應用，但是“東數西存”“東數西渲”“東數

西訓”，以及未來的“東云西庫”等對存力、算力要求高，但對數據實效性要

求不高的應用場景將成為“東數西算”未來應用的重要支點。

一是“東數西存”應用空間極其廣闊。數字經濟的發(fā)展推動海量數據的產生，這

些數據的存儲需要有強大的存力支持。從一般的統(tǒng)計來看，社會運行所產

生的數據中，冷、溫、熱數據的占比分別為80%、15%、5%，其中冷數據

是存量最多的數據1。對于冷數據來講，計算不是常態(tài)，其最主要的需求還

“東數西算”只是“全國一體化大數據中心協(xié)同創(chuàng)新體系”

的一個下轄概念，而后者旨在推進技術、業(yè)務、數據融

合，實現跨層級、跨地域、跨系統(tǒng)、跨部門、跨業(yè)務的

協(xié)同管理和服務，其實現方式不是固定不變的。

1.鄔賀銓：東數西算實為“東數西存”如何處理冷熱數據值得研究

/dy/article/HDHNHS2G0512D3VJ.html

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CHAPTER1·東數西算對算力新基建的影響

是存儲。隨著“東數西算”工程的逐漸深入，內蒙古自治區(qū)、甘肅省、寧夏回族自治區(qū)、貴

州省等樞紐節(jié)點省份存力規(guī)模將持續(xù)擴大，為西部數據中心承接東部“冷數據”“溫數據”

夯實了基礎，其發(fā)展空間和發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

二是“東數西渲”應用價值逐漸凸顯。隨著網絡游戲、影視媒體的快速發(fā)展，云游戲

XR、視頻制作等渲染視頻數據需求凸顯，完成大規(guī)模的視頻渲染離不開算力的支持，“東

數西算”工程的實施為這些渲染業(yè)務提供了良好的基礎能力支撐。隨著云計算技術的逐

漸成熟，渲染業(yè)務云化發(fā)展是大勢所趨，通過建立渲染云應用平臺，業(yè)務需求方可以

將渲染任務快速提交到平臺，從而獲取算力、網絡、存儲一體化資源，實現資源編排、調

度等的最優(yōu)匹配。

三是“東數西訓”應用潛力逐步釋放。隨著人工智能技術的快速發(fā)展，人工智能產業(yè)與

經濟社會發(fā)展的結合日益緊密。面向指數級增長的海量數據，想要有效激發(fā)數據資源

的價值，離不開高級人工智能算法和強大算力的支持。特別是針對大規(guī)模人工智能任

務應用場景下的復雜計算，東部算力資源的成本過高，為降低算力資源的使用成本，可

以將訓練數據和訓練任務調度至西部樞紐數據中心集群進行上億級參數的大模型深度

學習，實現算網資源綜合成本最優(yōu)。

四是“東數西算”應用前景非常可期。隨著一批中西部地區(qū)數據中心建成投運，國家高

性能計算環(huán)境進一步完善，從試點走向規(guī)模應用，實現科學計算“東數西算”的基礎條

件日益成熟。一些算力需求巨大的科學計算應用，如格點量子色動力學、分子動力學

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國家“東數西算”工程背景下新型算力基礎設施發(fā)展研究報告

模擬、材料計算、生物信息等開始探索適用于“東數西算”場景。如格點量子色動力學

的大規(guī)模數值模擬，涉及場景多、應用廣，是最耗費計算資源的科研領域之一，其運

算過程以及運算后海量組態(tài)數據分析，就適合于東數西算場景。又如材料基因組工程

的各類高通量計算，每個計算任務之間無耦合，可以分配到任何可用節(jié)點，因此可以

充分利用超算互聯網連接的各超算中心的閑置資源。目前，中西部地區(qū)新建的數據中

心已經開始面向全國科研用戶提供綠色普惠的高性能一體化算力服務。

總的來說，“東數西存”“東數西渲”“東數西訓”等應用場景是推動“東數西算”均衡發(fā)展的

有效途徑，通過對東西部算力、存力等資源供需關系的合理匹配，讓“東數西算”融入

到各個實際業(yè)務場景中，賦能千行百業(yè)的高質量發(fā)展。

算力結構呈現多元算力協(xié)同、算網一體化發(fā)展態(tài)勢

一是算力設施多元化布局加快推進。一方面，“東數西算”工程布局空間跨度大，增加

了數據傳輸時延，為有效解決這一問題，不僅需要高效靈活的東西部算力資源調度機

制，也需要對東西部各類算力資源，包括通用算力、智算算力、超算算力、邊緣算力

等的配比進行優(yōu)化，算力設施的異構化、多樣化供給需求將明顯增強。另一方面，智

能化正以前所未有的速度在我國重塑各行各業(yè)，人工智能應用場景呈現出多元化、規(guī)

?；l(fā)展趨勢，除了通用算力，對智能算力的需求與日俱增。工信部《新型數據中心

發(fā)展三年行動計劃(2021-2023年)》提出，到2023年底，全國數據中心總算力超

過200EFLOPS，高性能算力占比達到10%。綜上，我國算力基礎設施迎來了大規(guī)模

需求的繁榮期，結合不同應用場景需求的多元化布局將加快推進。

二是算力網絡一體化格局加速形成?！度珖惑w化大數據中心協(xié)同創(chuàng)新體系算力樞紐

實施方案》提出要構建一體化的新型算力網絡體系，在通用算力方面，工信部數據顯

示，截至2021年底，我國在用數據中心機架總規(guī)模超過520萬標準機架，平均上架

率超過55%。在智算算力方面，公開資料顯示，當前全國智算中心已超過20個，主

要分布在東部和中部地區(qū)。在邊緣算力方面，我國還處于起步階段，但在工信部公布

的2021年國家新型數據中心典型案例名單中，已有12個邊緣數據中心入選。隨著“東

數西算”工程的推進，以及多元算力適配與調度、算網融合等關鍵技術的突破，全國算

力網絡一體化格局將加速形成。

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CHAPTER1·東數西算對算力新基建的影響

產業(yè)鏈上下游集聚發(fā)展，生態(tài)體系逐步壯大完善

算力新基建產業(yè)鏈條長、覆蓋門類廣、投資規(guī)模大、帶動效應強，“東數西算”工程將

推動新建數據中心尤其是大型、超大型數據中心向中西部地區(qū)以及北上廣深等一線城

市周邊布局，同時帶動相關產業(yè)有效轉移集聚，促進東西部數據流動、價值傳遞。如

中科曙光近年來在重慶、太原等地積極布局，探索實現了“以算促用”、“以算帶動創(chuàng)新”。

一方面，從中短期看將直接拉動產業(yè)鏈上游和中游發(fā)展?！皷|數西算”工程的啟動實施，將

直接拉動新一輪數據中心建設投資，IDC基建率先受益。據統(tǒng)計，自2022年以來，全

國10個數據中心集群中，新開工項目達到25個，數據中心規(guī)模達54萬標準機架，帶

動各方面投資超過1900億元2。網絡建設是算力均衡布局的基礎，符合“東數西算”需

求的網絡特別是西部網絡建設將全面提速，加速光纖通信向全光網演進。此外，在全

球數據激增和“雙碳”戰(zhàn)略的大背景下，“東數西算”工程對數據中心建設標準更為嚴格，平

均上架率至少要達到65%以上，對PUE也提出了更高的要求，綠色、低能耗的數據

中心基建設備、邊緣計算等環(huán)節(jié)將迎來持續(xù)發(fā)展機遇，溫控散熱技術有望實現升級。

另一方面，從長期看將逐步壯大完善產業(yè)生態(tài)體系。“東數西算”工程實施后將加速推

動數據中心上游設備制造業(yè)和下游數據要素流通、數據創(chuàng)新型應用和新型消費產業(yè)等

集聚發(fā)展，西部地區(qū)有望吸引數據加工、數據清洗、數據內容服務等偏勞動密集型產

業(yè)落地。此外，隨著數據規(guī)模和算力水平的提升，將有效激發(fā)數據要素創(chuàng)新活力，培

育涌現出一批數據交易所、算力運營商、余熱利用經銷商、綠色數據中心評價機構等

新模式新業(yè)態(tài)。

綠色低碳技術推廣應用，清潔能源供給不斷加大

因此，不一定過度強調“東數西算”，面對不同應用場景，還可能有東數東算、南數北

算等模式，應因地制宜。但無論哪種模式，都有著共同的目標，一是促進數據中心資

源最大化共享、流通和利用，二是通過數據中心的系統(tǒng)化布局，促進國家碳達峰、碳

中和戰(zhàn)略實現。

2.國家發(fā)展改革委高技術司負責同志就“東數西算”投資建設進展相關問題答記者問

/fggz/fgzy/shgqhy/202204/t20220425_1323056.html?code=&state=123

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國家“東數西算”工程背景下新型算力基礎設施發(fā)展研究報告

PUE值

要求

2017

2018

2019

2020

2021

2022年份

國家和地方政策對數據中心PUE值要求演變圖

一是數據中心綠色低碳發(fā)展。數據中心作為“東數西算”工程重要算力基礎設施，高能

耗是其顯著特征。面向“碳達峰”“碳中和”發(fā)展目標，國家和地方持續(xù)出臺一系列政策,

進一步規(guī)范了數據中心的能耗管理和PUE值，如圖所示，明確要求全國新建大型、超

大型數據中心平均電能利用效率(PUE)降到1.3以下，國家樞紐節(jié)點進一步降到1.25

以下，綠色低碳等級達到4A級以上。北京根據數據中心建設規(guī)模，將PUE準入水平

分別設定為1.3、1.25和1.15。上海數據中心新建項目PUE控制在1.3以下，改建項

目控制在1.4以下，集聚區(qū)新建大型數據中心綜合PUE降至1.25以下。旨在有序推

動數據中心綠色高質量發(fā)展。

二是推動清潔能源有效利用。據統(tǒng)計，2021年，我國數據中心年耗電量2161億千瓦時，約

占全國總用電量的2.6%。且我國當前在用數據中心機架主要分布在北上廣及其周邊地

區(qū)，能源使用壓力巨大。從一體化大數據中心算力樞紐節(jié)點來看，內蒙古、甘肅、寧夏、貴

州等省份是我國清潔能源大省，除貴州擁有豐富的水電資源外，其他三地都是風光資

源的“富集區(qū)”，“東數西算”工程實施，承接東部算力需求的潛力，將大幅提升綠色能源

?17

CHAPTER1·東數西算對算力新基建的影響

的需求，提高西部地區(qū)的綠色能源消納水平。

三是節(jié)能減排實踐加速涌現。液冷、蓄冷、高壓直流、余熱利用、蓄能電站等技術應用，以

及太陽能，風能等可再生能源利用，進一步降低數據中心能耗及碳排放。中科曙光經

過十年研制成功的浸沒式相變液體冷卻技術可以將計算系統(tǒng)的PUE值降到1.04，達到

全球領先水平。建設運營綠色低碳數據中心實踐不斷涌現，百度云計算（陽泉）中心

應用市直供+HVDC、自研“零功耗”置頂冷卻單元及AI調優(yōu)技術，年均達到1.08。西

部（重慶）科學城先進數據中心通過采用浸沒液冷、光伏發(fā)電、微模塊等技術，整體

綜合PUE低至1.14。

新老節(jié)點加快有序銜接，強化算力網絡智能調度

一方面，將加快新建算力設施和已有算力設施銜接配合。“東數西算”工程是一個讓算

力資源從過去的分散到相對集中，從個體運營到國家統(tǒng)籌的過程?！皷|數西算”不是單

圖片來源：《2021中國云數據考察報告》

?18

國家“東數西算”工程背景下新型算力基礎設施發(fā)展研究報告

“東數西算”工程是一個讓算力資源從過去的分散到相

對集中，從個體運營到國家統(tǒng)籌的過程。

純的覆蓋原有的算力設施，按照算力設施目前布局情況，除了“東數西算”

要建設的節(jié)點集群外，原來各個地方已經有大量的數據中心、超算中心和

智算中心，將促進新建和已有算力設施的有機融合。當前，京津冀、長三

角、粵港澳大灣區(qū)、成渝、內蒙古、貴州、甘肅、寧夏、山東等地出臺了

一體化算力網絡建設方案，通過科學規(guī)劃布局，使國家數據中心的集群和

現有的各地各類型的算力設施統(tǒng)籌銜接和配合，從而形成合理分工、科學

聯動、高效協(xié)作的機制。

另一方面，將推動東西部算力設施供需匹配和智能調度?！皷|數西算”要面

臨很多類型的數據處理需求，以及多樣化的業(yè)務需求，如何保證東數和西

算形成有效的供需匹配成為一個重要難題。如果沒有業(yè)務保障，算力設施

就無法發(fā)揮應有作用，從而造成設施空置和能源空耗。算力設施供需匹配

將會在國家層面、省市級層面、企業(yè)層面、業(yè)務層面等多個層級開展面向

性能、面向價格、面向效益的多方面測算，從而形成真正的應用需求供給

和可持續(xù)的勞動力機制。進一步地，作為“東數西算”未來的神經中樞，算

力網絡的集中化調度是重中之重，有利于將所有的網絡資源包括帶寬資源

和云資源進行統(tǒng)一調度，實現算力網絡的云網協(xié)同。

數字技能水平要求提升，技能人才需求不斷凸顯

一方面，算力基礎設施規(guī)?；G色化智能化趨勢明顯，數據中心運營人才短

缺。數據中心是數字技術創(chuàng)新的高地，隨著數據中心綠色低碳、智能運營、算

網調度等要求的不斷升級，將加大對大數據、云計算和人工智能等相關高

技術領域的人才需求。人社部中國就業(yè)培訓技術指導中心的《新職業(yè)在線

學習平臺發(fā)展報告》指出，未來5年，大數據、云計算產業(yè)人才缺口將高

達150萬。掌握云架構、云配置管理、IT基礎設備管理、信息安全、數據

中心綜合管理以及節(jié)能減排等技能人員成為未來數據中心最為搶手的技術

?19

CHAPTER1·東數西算對算力新基建的影響

10%15%20%

超10%的企業(yè)15%的企業(yè)超20%的企業(yè)

不具備數字化不了解如何進行存在員工

的IT能力數字化轉型IT技能不足的問題

IDC《中國中小企業(yè)調查——企業(yè)數字化挑戰(zhàn)，2022》

領域人才。目前，就業(yè)與招工難在數據中心行業(yè)同時并存，數據中心權威機構Uptime

Institute的報告顯示，調查的受訪人當中，有一半表示目前很難找到空缺職位，遠遠高

于2018年的38%；從企業(yè)端看，數據中心對復合人才需求巨大，很多求職者并不符合

招聘職位的要求，高等院校目前難以培養(yǎng)出足夠的技術人才。

另一方面，算力設施普及將加速各領域數字化轉型步伐，數字技能人才需求加大。“東

數西算”不僅有助于改善數字基礎設施不平衡的布局，而且有助于企業(yè)更好地提供云

存儲、云計算、數據工具、研發(fā)平臺、AI技術等服務，進一步降低上云用數成本，加

快更多傳統(tǒng)企業(yè)及中小企業(yè)實現數字化轉型。數字化人才儲備是數字化轉型的關鍵，當

前中國勞動力市場的數字化人才短缺。根據IDC《中國中小企業(yè)調查——企業(yè)數字化

挑戰(zhàn)，2022》報告顯示，超10%的企業(yè)不具備數字化的IT能力，15%的企業(yè)不了解

如何進行數字化轉型，超20%的企業(yè)存在員工IT技能不足的問題?！稊底纸洕蜆I(yè)

影響研究報告》指出，2020年中國數字化人才缺口接近1100萬。根據人社部發(fā)布的

相關報告測算，我國人工智能人才目前存在較大缺口，國內供求比例為1∶10，供需

比例嚴重失衡。

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國家“東數西算”工程背景下新型算力基礎設施發(fā)展研究報告

CHAPTER2

算力新基建

呈現的10大挑戰(zhàn)和實踐

?21

CHAPTER2·算力新基建呈現的10大挑戰(zhàn)和實踐

2021年12月，國務院印發(fā)《“十四五”數字經濟發(fā)展規(guī)劃》提出，到2025年，數字

經濟邁向全面擴展期，數字經濟核心產業(yè)增加值占GDP比重達到10％。發(fā)展數字經

濟，已經成為中國經濟戰(zhàn)略的重中之重。

發(fā)展數字經濟，算力又是重要支撐，算力作為核心生產力成為共識。2018年，中國科

學院計算技術研究所研究員張云泉提出算力經濟概念，指出以計算為核心的算力經濟

將成為衡量一個地方數字經濟發(fā)展程度的代表性指標和新舊動能轉換的主要手段，算

力經濟涵蓋算力基礎設施、算力資源、算力服務和算力應用等產業(yè)。從中國信通院發(fā)

布的數據來看，在算力中每投入1元，帶動3-4元經濟產出；算力發(fā)展指數每提高1

點，GDP增長約1293億元。

數據來源：《中國算力發(fā)展指數研究報告》

同樣，將羅蘭貝格算力估算結果同IMD智能化水平評估結果進行比對，發(fā)現國家分類

結果基本吻合，從而證明人均算力與國家智能化水平正相關。

算力在生產生活中的應用越來越多，數據潛力才會不斷被挖掘，因此加快算力基礎設

施建設，優(yōu)化算力資源布局、支持跨區(qū)域算力網絡實時、靈活調度運營，提升算力應

用強度至關重要。

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國家“東數西算”工程背景下新型算力基礎設施發(fā)展研究報告

一、算力基礎設施化保障資源多元供給

綜合來看，算力是硬件和軟件配合共同執(zhí)行某種計算需求的能力。算力服務是提供算

力的一種商業(yè)模式，是包括算力生產者、算力調度者、算力服務商以及算力消費者在

內的算力產業(yè)鏈上算力經濟模式的統(tǒng)稱。

在加速算力服務核心技術創(chuàng)新發(fā)展方面，未來需要加強算力網絡、基礎設施化、開放

應用模型、云邊協(xié)同、云原生等算力服務核心技術布局，打造開放靈活的算力服務用

戶平臺，推動算力經濟供給側改革，激發(fā)算力服務的范式創(chuàng)新。

讓算力像水、電資源一樣隨取隨用，使算力服務成為一種公共服務，是61年前“人工

智能之父”約翰·麥卡錫的預測。但不同于標準化的電力，因為數據來源、結構存在多

樣性和復雜性，一些特定場景對計算能力的要求或者對計算特性的要求會越來越多，如

?23

CHAPTER2·算力新基建呈現的10大挑戰(zhàn)和實踐

AI服務、音視頻服務等場景有足夠的市場，顯然通用計算無法滿足其效率

需求。與此同時，企業(yè)為尋求更加敏捷、靈活和高效的應用開發(fā)模式，以

加速應用的創(chuàng)新和快速上市，如容器、微服務和DevOps，這些應用開發(fā)

模式拉近了業(yè)務和計算平臺之間的聯系，應用開發(fā)團隊將定義基礎設施的

性能、可用性和規(guī)模，直接推動計算平臺架構的變革和創(chuàng)新。

算力基礎設施化并非易事，隨著多樣性技術路線的引入和發(fā)展，以

GPU、FPGA為代表的異構計算與以ARM為代表CPU架構的兼容性問題

更加突出，多樣性算力的標準化度量與輸出成為挑戰(zhàn)。不同算力平臺（超

級計算中心、云數據中心、智能計算中心）的技術方案、系統(tǒng)架構、軟件

平臺、硬件設備、服務保障存在很大差異。

要加快算力基礎設施化進程，需要多類算力基礎設施并行發(fā)展，保障算力

資源的多元供給，圍繞強化數字轉型、智能升級、融合創(chuàng)新支撐來統(tǒng)籌布

局云數據中心、智能計算中心，超級計算中心等算力基礎設施建設。

1）算力服務能力是云數據中心的基石

云計算的推廣，使得算力得以普惠化。用戶按需采購算力、存儲、帶寬即

可開展業(yè)務，可以將精力集中在拓展、開發(fā)新的應用，專注于本行業(yè)的知

識創(chuàng)新，而不必在基礎硬件、系統(tǒng)、網絡、安全等需求上重復建設，也不

用擔心業(yè)務快速發(fā)展時受困于系統(tǒng)瓶頸。自此，不論是大中小型企業(yè)，亦

或是個人，都可以通過不同形式的云(IaaS、PaaS、SaaS)獲得需要的服務。

我國的云數據中心作為數字化基礎設施的核心節(jié)點，這幾年飛速發(fā)展。云

數據中心不僅是算力的聚集地，還是數據應用的發(fā)祥地，更是企業(yè)數字化

云計算的推廣，使得算力得以普惠化。用戶按需采購

算力、存儲、帶寬即可開展業(yè)務，可以將精力集中在

拓展、開發(fā)新的應用，專注于本行業(yè)的知識創(chuàng)新

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國家“東數西算”工程背景下新型算力基礎設施發(fā)展研究報告

轉型的根據地。益企研究院在實地考察8個國家算力樞紐節(jié)點、7個數據中心集群后

發(fā)現，算力基礎設施的使用效率，會直接影響到云服務商的創(chuàng)新能力和盈利能力。

全方位的計算力服務能力是云服務商競爭力的基石，云服務商不斷優(yōu)化硬件基礎設施

提升算力效率，尤其在服務器產品層面，通過高計算密度提供高算力和能效比，通過

高速互聯技術提升集群的擴展性，通過高度集成化設計、模塊化和冗余設計簡化交付

部署流程，通過高效率散熱系統(tǒng)打造綠色節(jié)能的集群系統(tǒng)。

在數據中心內部，基于云數據中心規(guī)?；瘍?yōu)勢，云服務商通過規(guī)?；⒍ㄖ苹芰χ?/p>

撐各項新型業(yè)務，將新的技術應用于云服務器來適配云端業(yè)務場景，通過完善從底層

到應用層的自研技術體系，不斷優(yōu)化硬件基礎設施提升算力效率，快速靈活對市場做

出反應。

為通用算力輸出單元的CPU也走向多元化：ARM陣營百花齊放。對云服務商而言，一

方面需要CPU有更強的核心和更多的核心數，另一方面需要不同的CPU滿足客戶多

元化細分場景的需求，都與效率有著密不可分的關系。最大的變化是，在自主可控的

大潮推動下，中國“芯”力量正在崛起，國產CPU龍頭海光信息成功登陸科創(chuàng)板，成為

2022年半導體領域知名的IPO事件，海光、龍芯、飛騰等產品的技術成熟度和應用

范圍正在追趕主流。

?25

CHAPTER2·算力新基建呈現的10大挑戰(zhàn)和實踐

從數字中國萬里行的洞察中發(fā)現，云數據中心完成多元算力的布局，但多元算力的多

元的開發(fā)生態(tài)體系相對獨立，應用的跨架構開發(fā)和遷移困難，亟需通過開源、開放的

方式建立可屏蔽底層硬件差異的統(tǒng)一異構開發(fā)平臺。

在數據中心基礎設施層面，新基建、雙碳、東數西算，每年都有新熱點，背后的指導

思想則是一以貫之，兼顧效率與均衡、可持續(xù)的發(fā)展。從國家戰(zhàn)略層面來說，希望通

過建設高效集約、普適普惠的新型基礎設施，推動計算力向綠色化和集約化方向加速

演進。

2）智算中心成為新熱點

人工智能需要海量的計算資源和存儲空間，再加上非結構化數據的大爆發(fā)以及AI算法

的快速演進，對傳統(tǒng)計算范式造成了巨大的沖擊，很多特定計算任務開始涌現，且需

要在并行度、吞吐量和時延上做到極致。

無論是智慧城市還是智能制造、無人駕駛、數字孿生等場景，除了要有數據支撐以外，還

要和各領域、各場景的知識模型、機理模型甚至物理模型相疊加，形成基于人工智能

的新應用和場景實現。復雜模型、復雜場景勢必需要面向AI的算力基礎設施，即智算

中心，智能計算中心。

集約化成為“智算中心”算力基礎設施的趨勢，通過AI服務器把算力高密度地集中在一

起，解決了調度和有效利用計算資源、數據、算法等問題，同時減少閑置浪費，通過

算力共享模式，大幅降低AI算力成本，支持更廣泛的AI創(chuàng)新研究和應用。作為城市

級公共算力平臺，智算中心支撐類似大模型訓練等大算力需求，滿足區(qū)域內政府、企

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國家“東數西算”工程背景下新型算力基礎設施發(fā)展研究報告

業(yè)、高校等各類用戶的算力需求，以AI專用芯片為計算算力底座，使用算力單位略有

不同，集約化成為“智算中心”算力基礎設施的趨勢，通過AI服務器把算力高密度地集

中在一起，解決了調度和有效利用計算資源、數據、算法等問題，同時減少閑置浪費，通

過算力共享模式，大幅降低AI算力成本，支持更廣泛的AI創(chuàng)新研究和應用。作為城

市級公共算力平臺，智算中心支撐類似大模型訓練等大算力需求，滿足區(qū)域內政府、企

業(yè)、高校等各類用戶的算力需求，需要配備多元融合算力。以曙光5A級智算中心為例，其

通過分布式異構并行體系結構，搭載多類型芯片，實現全精度、多樣性算力供應，滿

足包含數值模擬、AI訓練、AI推理在內的不同應用場景需求。

目前智算中心發(fā)展尚處于初期階段卻發(fā)展迅速，智算中心圍繞模型算法來提供更好的

數據和算力支持，需要將算法、模型、算力三者有機融合起來，輸出AI的數據庫、AI

的模型、AI的開放平臺等多種AI產品，讓人工智能應用透明化，為政府、企業(yè)和科

研院所提供普惠AI算力服務，真正支持數字經濟的技術創(chuàng)新、平臺創(chuàng)新、應用創(chuàng)新、生

態(tài)創(chuàng)新和監(jiān)管創(chuàng)新。

3）超算2.0：賦能產業(yè)

超算算力是基于超級計算機等計算集群所提供的高性能計算能力，可進行普通計算機

無法完成的工作，芯片以CPU為主，可含部分GPU加速器，以提供雙精度浮點數（64

位）計算能力為主。

?27

CHAPTER2·算力新基建呈現的10大挑戰(zhàn)和實踐

截至目前，已批準建立的國家超級計算中心共有十所，分別是國家超級計算天津中心、廣

州中心、深圳中心、長沙中心、濟南中心、無錫中心、鄭州中心、昆山中心、成都中心。

而從2021年11月發(fā)布的中國TOP100的行業(yè)應用領域趨勢圖和Linpack性能份額圖

來看，除了超算中心、人工智能、科學計算領域之外，高性能計算逐漸在生物制藥、基

因測序、動漫渲染、數字電影、數據挖掘、金融分析以及互聯網服務等領域中擴展。

電信

1%

工業(yè)/制造

1%

政府

1%

電子商務

1%

能源/石油

1%

教育科研

1%

互聯網

1%

算力服務

46%

金融

2%

科學計算

3%

短視頻

4%

云計算

5%

超算中心

24%

人工智能

9%

中國TOP100行業(yè)應用領域機器Linpack市場份額圖（2021.11）

數據來源：《2021年中國高性能計算機發(fā)展現狀分析與展望》

在應用領域新增算力服務，充分反映了在大數據、人工智能算法和算力三駕馬車協(xié)同

配合時代中算力經濟的發(fā)展，算力的多樣化正成為高性能計算領域的發(fā)展趨勢。

目前，國家也重視超算互聯網工程，整合多個超算中心包括云計算中心的軟硬件資源，平

衡算力的需求與供給，通過建設超算資源共享與交易平臺，支持算力、數據、軟件、應

用等資源的共享與交易，同時向用戶提供多樣化的算力服務。

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國家“東數西算”工程背景下新型算力基礎設施發(fā)展研究報告

國家超級計算中心共有十所，分別是國家超級計算天

津中心、廣州中心、深圳中心、長沙中心、濟南中心、無

錫中心、鄭州中心、昆山中心、成都中心

4）云邊融合邊緣暨核心

邊緣計算可代表一類場景，基礎需求是算力盡量地靠近用戶。通常情況下，這

些需求可以通過固網、光纖等技術來滿足，但很多場景無法用“有線”來解

決，比如在工業(yè)互聯網、物聯網、車聯網等領域。

在不同場景下，人們對邊緣的理解不同，就運營商而言，一是從行政區(qū)劃

角度，從全國到省一級，再到地市級、縣鄉(xiāng)級，越遠就相對越邊緣；另一

個角度是從運營商組網層面，從接入網到核心網，再到數據中心內部，靠

近接入網的站點，就可定義為邊緣站點。

而從應用的角度，除了大型數據中心以及云計算中心節(jié)點之外，都可以稱

作邊緣。比如從最接近用戶側的家用路由器或者工廠里的工控機，到園區(qū)

的計算以及數據處理設備，以及一些區(qū)域數據中心，都可以稱作邊緣的數

據中心。

無論是5G還是邊緣計算，主要目標就是為行業(yè)用戶提供服務，尤其是算

力服務。

但中國的行業(yè)種類繁多，不同的應用場景必然導致不同的算力需求，邊緣

計算的業(yè)務差異性大，這些差異性的業(yè)務在一個相對規(guī)模不是很大的匯聚

節(jié)點要去呈現，在一個資源相對有限的邊緣數據中心去滿足不同業(yè)務提出

的算力需求，需要邊緣數據中心的設備能夠盡量通用、開放。

這就需要積極構建城市內的邊緣算力供給體系，支撐邊緣數據的計算、存

儲和轉發(fā)，滿足極低時延的新型業(yè)務應用需求。引導城市邊緣數據中心與

變電站、基站、通信機房等城市基礎設施協(xié)同部署，保障其所需的空間、電

?29

CHAPTER2·算力新基建呈現的10大挑戰(zhàn)和實踐

力等資源，需求牽引，在工信部發(fā)布的《新型數據中心發(fā)展三年行動計劃（2021-2023

年）》中提到，深化協(xié)同，推動新型數據中心與網絡協(xié)同建設，推進新型數據中心集

群與邊緣數據中心協(xié)同聯動，促進算力資源協(xié)同利用，加強國際國內數據中心協(xié)同發(fā)展。

5）算網協(xié)同算網融合

無論是邊緣數據中心間，邊緣數據中心與核心數據中心集群間的組網、還是不同算力

集群之間組網，提升算力網絡支撐能力，構筑新型的算力網絡基礎設施是推動算力基

礎設施化的重要前提和舉措。強化算網的協(xié)同融合發(fā)展，優(yōu)化東西部數據資源的結構，需

要一體化、高質量的數據中心集群和互聯網絡協(xié)同支撐。

從工信部在《新型數據中心發(fā)展三年行動計劃（2021-2023年）》中提到的目標來看，到

2023年底，全國數據中心機架規(guī)模年均增速保持在20%左右，平均利用率力爭提升

到60%以上，總算力超過200EFLOPS，高性能算力占比達到10%。國家樞紐節(jié)點

算力規(guī)模占比超過70%。新建大型及以上數據中心PUE降低到1.3以下，嚴寒和寒冷

地區(qū)力爭降低到1.25以下。國家樞紐節(jié)點內數據中心端到端網絡單向時延原則上小于

20毫秒。

這其中，算力網絡是一個系統(tǒng)工程，包括算力供給、算力管理、算力服務等多個方面。

一方面要盡快補足算力樞紐節(jié)點間網絡薄弱環(huán)節(jié)，另一方面，逐步建立算網協(xié)同聯動

?30

國家“東數西算”工程背景下新型算力基礎設施發(fā)展研究報告

國家算力網絡是一個系統(tǒng)工程，包括算力供給、算力

管理、算力服務等多個方面。一方面要盡快補足算力

樞紐節(jié)點間網絡薄弱環(huán)節(jié)，另一方面，逐步建立算網

協(xié)同聯動機制，推動算力網絡需求和供給有效對接。

機制，推動算力網絡需求和供給有效對接。加快實現算力網絡高效、智能、敏

捷的調度與應用。

算力網絡使能各行各業(yè)數字化轉型，需要各方共同打造新架構和底層技

術，構建靈活敏捷的算力底座，打造泛在多維立體的算力網絡，來滿足算

力資源高效連接，按需分配，靈活調動。

為此，可充分發(fā)揮我國的體制優(yōu)勢和市場優(yōu)勢，提升自主創(chuàng)新能力。加快

算力網絡智能運維和融合架構等領域的創(chuàng)新突破，通過算力設施由東向西

布局，帶動相關產業(yè)有效轉移，促進中西部地區(qū)數據流通、價值傳遞，推

動算力設施能效水平和綠色用能水平的提升。

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CHAPTER2·算力新基建呈現的10大挑戰(zhàn)和實踐

二、關鍵信息基礎設施的安全性要求

數字世界有多高效，可能也就有多脆弱。安全問題近些年變得愈演愈烈，勒索病毒與

黑客攻擊無時無刻不在進行。受新冠疫情流行和全球數字化進程加快的驅動，一定程

度上因網絡開放度的提升和接口的增多，給勒索病毒提供了新的攻擊面。

2021年美國最大的成品油管道運營商科洛尼爾管道運輸公司（ColonialPipeline）就

遭受病毒勒索，隨后，科洛尼爾主動切斷了某些系統(tǒng)的網絡連接，造成油料運輸不正

常，導致東海岸45%的汽油、柴油等燃料供應受到影響，最后公司無奈支付了500

萬美元的贖金得以“釋放”。就在2022年3月，豐田汽車供應商小島工業(yè)（KojimaIndustries

Corp）公司同樣受到“勒索軟件”攻擊，導致豐田在日本所有的14家工廠28條產線全

面停產，導致豐田當月產能下降5%，損失上億美元。

當惡意攻擊行為的攻擊面擴大，客戶希望得到從芯片到安全OS、軟件接口、安全

應用等業(yè)務的全流程、全生命周期的數據安全服務，基于硬件的可信執(zhí)行環(huán)境TEE

（Trustedexecutionenvironment）在云計算環(huán)境中成為趨勢，算力提供商正努力在

源頭上封堵可能存在的漏洞。

1、獨立的安全子系統(tǒng)

從算力基礎單元CPU來看，當CPU的核心越來越強大，L3Cache的容量也一直在

成倍增長。這些核心功能的持續(xù)進步，容易讓人忽略，其安全特性也在不斷完善。

以AMD第三代EPYC處理器為例，其安全性建立在一個獨立的安全子系統(tǒng)之上，其

核心是CPU集成的安全協(xié)處理器，這是一個基于ArmCortex-A5的32位微控制

器。安全協(xié)處理器運行一個安全的操作系統(tǒng)/內核，安全的片外非易失性存儲(如SPI

ROM)保存固件和數據，提供安全密鑰生成和密鑰管理等加密功能，啟用經過硬件驗

證的引導。

在硬件驗證的引導過程中，安全協(xié)處理器加載片上引導ROM，該ROM加載并驗證片

外引導加載程序。引導加載程序在x86核心開始執(zhí)行BIOS代碼前驗證BIOS，也驗

證和加載安全協(xié)處理器使用的代碼以提供密鑰管理。

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國家“東數西算”工程背景下新型算力基礎設施發(fā)展研究報告

EPYC處理器的SME設計圖片來源：《2021中國云數據考察報告》

安全加密虛擬化(SecureEncryptedVirtualization，SEV)在云計

算時代的重要性不言而喻，它在虛擬機以及hypervisor之間提供強

加密隔離，根據虛擬機ID選擇活動的加密密鑰。

在安全性方面，ConfidentialComputeArchitecture(CCA)，中文

名稱為機密計算架構，這是一種基于架構層面的安全防護能力，通

過打造基于硬件的安全運行環(huán)境來執(zhí)行計算，保護部分代碼和數

據，免于被存取或修改，乃至不受特權軟件的影響。

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CHAPTER2·算力新基建呈現的10大挑戰(zhàn)和實踐

Arm機密計算架構(左)，Android11和OpenSUSE引入的內存標簽擴展技術(右)

圖片來源：《2021中國云數據中心考察報告》

為此CCA引入了動態(tài)創(chuàng)建機密領域(Realms)的概念：一個安全的容器化執(zhí)行環(huán)境，支

持安全的數據操作，可將數據與hypervisor或操作系統(tǒng)隔離。Hypervisor的管理功

能由“領域管理器”(realmsmanager)承擔，而hypervisor本身只負責調度和資源分配。

使用領域的優(yōu)勢在于極大地減少了在設備上運行給定應用程序的信任鏈，操作系統(tǒng)在

很大程度上對安全問題變得透明，也允許需要監(jiān)督控制的關鍵任務應用程序能夠在任

何設備上運行。

在實際應用中，內存是非常容易被攻擊的一環(huán)，內存安全也一直成為行業(yè)的關注點，如

何在內存安全漏洞被利用之前就能發(fā)現問題，是提高全球軟件安全的重要一步。

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國家“東數西算”工程背景下新型算力基礎設施發(fā)展研究報告

2、從硬件直達云上的內生安全能力

從數據中心的角度，需要實現從數據中心的防護到數據防護的一體化解決方案，這意

味著從數據中心的設計規(guī)劃到建造到使用和運維，需要從生命周期安全、技術安全、管

理安全、安全運維等多維度層面保證安全。

而從云平臺的角度，通過對計算、存儲、網絡、安全、基礎軟件等軟硬件資源的統(tǒng)籌

管理，借助IaaS和PaaS的資源實現安全能力，發(fā)揮云計算的優(yōu)勢，實現物理安全、網

絡安全、應用安全和數據安全。

尤其在2021年9月《國家數據安全法》頒布后，在如何實現數據流通和數據安全的

平衡方面，開始探索數據治理的新理念和新方法，從法律、技術、安全、制度等多個

角度，為部委、省市政府、央企等客戶系統(tǒng)性地推進數據治理工程提供有效支撐與服務。

以數字中國萬里行考察的數字大理蒼洱云平臺為例，該平臺通過物理安全、硬件安全、系

統(tǒng)安全、虛擬化安全建設，聚焦云平臺安全監(jiān)控和安全運營、身份訪問控制和全鏈路

數據保護，采用架構服務器構建可信云底座，構建以“本質+過程”的全棧云原生安全

防護體系，滿足大理州云上應用系統(tǒng)安全防護需求。

圖片來源：《2021中國云數據考察報告》

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CHAPTER2·算力新基建呈現的10大挑戰(zhàn)和實踐

三、信創(chuàng)產業(yè)化：國產化、自主化

從2020年開始，信創(chuàng)趨勢越發(fā)明確，站在用戶角度，信創(chuàng)落地最佳的方案是通過云

計算的方式，建立一云多芯的混合IT體系，同時基于信創(chuàng)平臺進行可進化云原生研發(fā)。

2021年，一個新的現象是全棧國產化云在政府、物流、金融、交通、電力等行業(yè)應用

落地速度加快，為網絡信息體系建設提供完全自主可控的基礎支撐環(huán)境。國產化云采

用自主和安全的架構體系搭建，從底層芯片、服務器的底層硬件與操作系統(tǒng)、數據庫

到云服務的全棧打通，整合集成、監(jiān)理、運維、安全、項目管理等服務，既滿足行業(yè)

的數字化升級需求，還有效保證國家和企業(yè)云服務的安全性和可控性。

在自主可控的大潮推動下，算力成為了企業(yè)發(fā)展的核心助力之一。基礎設施的技術架

構迭代中，中國“芯”力量開始登上舞臺，國產技術的成熟度和應用程度正在提升，從

傳統(tǒng)的電腦到服務器，從芯到云，信創(chuàng)產業(yè)化加速進程中，“承上啟下“的適配作用不

可忽視，如果數字底