■文/隆云滔(中國科學院科技戰(zhàn)略咨詢研究院)

全球新冠肺炎疫情的沖擊促使數(shù)字經(jīng)濟時代加速到來，也給計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來了新的機遇。作為計算領(lǐng)域全球領(lǐng)先的國家，美國仍在大舉發(fā)展新計算產(chǎn)業(yè)，并將其上升到國家戰(zhàn)略高度。本文首先梳理了美國計算產(chǎn)業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略與布局情況；其次，結(jié)合我國計算產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及問題進行剖析；最后，借鑒美國計算產(chǎn)業(yè)的經(jīng)驗對我國新計算產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展進行展望。

當前國際經(jīng)濟形勢正面臨深刻變化。不論是我國的經(jīng)濟新常態(tài)，還是歐美部分發(fā)達國家的逆全球化行動，都表明全球經(jīng)濟處在經(jīng)濟發(fā)展的收縮期。從長經(jīng)濟周期的視角看，全球經(jīng)濟應(yīng)是處于康波周期的平臺期，并正在向衰退期轉(zhuǎn)變。形勢更嚴峻的是，新冠病毒的全球大流行，對經(jīng)濟全球化，尤其是全球供應(yīng)鏈造成了很大沖擊，全球經(jīng)濟面臨更復(fù)雜的不確定性。不過，從積極的角度看，這個沖擊同時也會催生基于數(shù)字化、智能化的全球經(jīng)濟轉(zhuǎn)型。全球數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型發(fā)展需要大規(guī)模的算力支撐，客觀上為新計算產(chǎn)業(yè)帶來了新的發(fā)展契機。

在計算產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，隨著以摩爾定律（摩爾定律是由英特爾創(chuàng)始人之一摩爾于1960 年代提出的，意思是芯片算力大約每隔18 個月會翻番。沿著這個趨勢，芯片算力將隨著時間周期呈指數(shù)式上升。該定律成為許多工業(yè)對性能進行預(yù)測的基礎(chǔ)。多年以來，計算機CPU 芯片一直遵循摩爾定律進行升級迭代，但摩爾定律也是有極限的，集成電路上的元器件已經(jīng)足夠小，已經(jīng)逼近“原子尺度”，很難再延續(xù)過往路徑進行升級迭代，因此如何挖掘超算在系統(tǒng)構(gòu)架上的潛力是需要考慮的重點問題）為表征的芯片工藝技術(shù)進步放緩，再加上顛覆性技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，以及各行各業(yè)對數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用的需求持續(xù)旺盛，全球計算版圖正處在快速演化之中。異構(gòu)架構(gòu)逐漸普及，計算系統(tǒng)愈發(fā)龐雜，應(yīng)用軟件面臨的復(fù)雜度和可持續(xù)性方面的挑戰(zhàn)日益嚴峻。傳統(tǒng)計算產(chǎn)業(yè)在面對這些新需求、新動態(tài)、新趨勢時有點難以為繼，亟需升級以滿足日益增長的算力需求。美國、歐盟、日本等科技發(fā)達國家或地區(qū)紛紛推出新計算戰(zhàn)略。其中尤其需要警惕的是，美國攜過去數(shù)十年在全球計算領(lǐng)域的絕對領(lǐng)先地位之勢，仍在頻頻出臺計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展國家戰(zhàn)略。而且在已有英特爾（Intel）、超威半導體（AMD）兩家企業(yè)壟斷全球通用處理器，英偉達（NVIDIA）壟斷全球圖形處理器的前提下，2020 年8 月又相繼傳出兩則動態(tài)：美國英偉達公司擬收購全球領(lǐng)先的移動處理器廠商ARM，以及美國國防部高級研究計劃局（DARPA）購買了ARM 的所有商用芯片架構(gòu)設(shè)計以及知識產(chǎn)權(quán)為期3 年的共享使用權(quán)。若結(jié)合2020 年5 月美國升級對中國高科技企業(yè)華為的芯片出口禁令，不難看出我國在芯片制造領(lǐng)域面臨的風險和威脅更加嚴峻。在中美貿(mào)易摩擦前景仍不明朗、美國繼續(xù)加緊對我國技術(shù)封鎖和打壓的背景下，我國究竟該如何定位新計算產(chǎn)業(yè)、如何發(fā)展新計算產(chǎn)業(yè)成為迫切需要回答的問題。為此，本文對計算領(lǐng)域內(nèi)全球最領(lǐng)先國家——美國新計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略進行系統(tǒng)剖析，以期為我國新計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供啟示和借鑒。

一、美國計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展經(jīng)驗

計算產(chǎn)業(yè)作為國家戰(zhàn)略需求，一直以來都是各國高度重視的領(lǐng)域，在數(shù)字經(jīng)濟時代尤甚。當前，以美國為代表的國家與地區(qū)普遍將計算產(chǎn)業(yè)上升至國家戰(zhàn)略高度，紛紛推出新計算發(fā)展計劃。以下主要從戰(zhàn)略、組織、前瞻布局和生態(tài)構(gòu)建方面總結(jié)其經(jīng)驗。

一是國家高度重視，制定國家戰(zhàn)略計劃推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展。作為電子計算機的發(fā)源地，美國十分重視計算產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。表1 給出了美國聯(lián)邦政府過去十年有關(guān)計算產(chǎn)業(yè)的主要戰(zhàn)略制定和調(diào)整情況，涉及數(shù)據(jù)中心、云計算、大數(shù)據(jù)、高性能計算等計算產(chǎn)業(yè)的多個領(lǐng)域?？梢钥吹剑绹?lián)邦政府不但經(jīng)常根據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要制定相應(yīng)的戰(zhàn)略計劃，而且會適時組織力量跟蹤調(diào)整既定戰(zhàn)略。

以高性能計算領(lǐng)域為例看美國對戰(zhàn)略計劃的制訂和跟進。2015 年7 月，美國啟動國家戰(zhàn)略計算計劃（National Strategic Computing Initiative，NSCI），以強化美國在全球高性能計算領(lǐng)域的領(lǐng)導地位。該戰(zhàn)略計劃制定了美國新計算產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略愿景和聯(lián)邦投資戰(zhàn)略，規(guī)定了相關(guān)的領(lǐng)導機構(gòu)、基礎(chǔ)研發(fā)機構(gòu)和部署機構(gòu)的角色和職責，明確了執(zhí)行監(jiān)督機制。2016 年7 月，美國公布了NSCI 的第一份實施計劃，描繪了相關(guān)機構(gòu)如何實現(xiàn)既定的戰(zhàn)略目標、維持美國在高性能計算領(lǐng)域的領(lǐng)導地位。2019 年11 月，美國發(fā)布了《國家戰(zhàn)略計算計劃（更新版）：引領(lǐng)未來計算》，在2016 年實施計劃基礎(chǔ)上，更側(cè)重于改善計算基礎(chǔ)設(shè)施和促進生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展、關(guān)注政府與產(chǎn)業(yè)界、學術(shù)界的合作，以確保美國在科技和創(chuàng)新方面的全球領(lǐng)導地位。

表 1 美國聯(lián)邦政府有關(guān)計算產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略制定和調(diào)整情況（2010 年后）

二是組織架構(gòu)清晰、高度統(tǒng)配，各部門分工明確、協(xié)同創(chuàng)新。從國家層面設(shè)計了戰(zhàn)略計劃組織結(jié)構(gòu)，圍繞如何有效實現(xiàn)戰(zhàn)略目標劃分角色和職責，強調(diào)不同政府部門、私營部門間的配合和互補，協(xié)同推進產(chǎn)業(yè)發(fā)展。從“整體政府”概念的提出，到各相關(guān)部門頒布的計劃項目的內(nèi)容、推出時間、支持力度等一系列“整體政府”行為，再到政府與企業(yè)各自承擔任務(wù)的角色分工，充分體現(xiàn)了各方面的配合、互補、協(xié)同。在這一過程中，資源分工、項目聯(lián)動及成果互鑒特征表現(xiàn)得非常明顯。比如云計算領(lǐng)域，美國企業(yè)發(fā)揮重要作用。谷歌、亞馬遜、微軟等巨頭企業(yè)是第一推動力，但同時很多中小企業(yè)也活躍其中，并且表現(xiàn)出了很強的發(fā)展?jié)摿?。中小企業(yè)不像大公司服務(wù)于眾多客戶或者提供全面的解決方案，而是集中資源專注在某個客戶或者某項業(yè)務(wù)，發(fā)展成熟分工精細的市場，也為這種生存之道提供了很廣闊的空間。完善的天使投資、風險資本體系也為不同時期的中小企業(yè)提供融資服務(wù)。同時，政府、科研機構(gòu)與企業(yè)在前沿基礎(chǔ)研究領(lǐng)域、競爭前共性技術(shù)攻關(guān)等方面開展協(xié)同創(chuàng)新是美國計算領(lǐng)域能夠取得有效進展的經(jīng)驗之一。美國能源部與勞倫斯利弗莫爾國家實驗室在2019年調(diào)整“利用高性能計算促進能源創(chuàng)新”計劃，目的是為工業(yè)界提供來自美國能源部國家級實驗室的高性能計算專業(yè)知識、技術(shù)和資源，降低工業(yè)界使用高性能計算資源的風險，并擴大高性能計算在技術(shù)開發(fā)中的應(yīng)用。

三是面向未來的戰(zhàn)略布局前瞻，引領(lǐng)生態(tài)變革。在IP 資源管理方面，聯(lián)邦政府早在2005 年就推出“IPv6 轉(zhuǎn)換計劃”（美國隨后又于2010 年發(fā)布了“向IPv6過渡”備忘錄，要求聯(lián)邦機構(gòu)擁有的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器如Web、電子郵件、DNS 和ISP 服務(wù)等或與互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器通信的內(nèi)部服務(wù)器部署IPv6。2020 年就“完成IPv6轉(zhuǎn)換”公開征求意見，計劃在所有聯(lián)邦政府信息系統(tǒng)部署和使用IPv6，進一步推動IPv6 基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。這些跟進體現(xiàn)了美國政府在戰(zhàn)略部署上的持續(xù)一致性），要求聯(lián)邦機構(gòu)的骨干網(wǎng)路通信支持IPv6，推動IPv6 技術(shù)的商業(yè)研發(fā)和應(yīng)用推廣。這一行動比2015年IPv4 地址池耗盡提前了十年。在數(shù)據(jù)資源管理方面，美國于2016 年以法規(guī)形式要求“將信息作為戰(zhàn)略資源管理”（2016 年，美國政府管理和預(yù)算辦公室發(fā)布A-130 通告，要求將信息作為戰(zhàn)略資源進行管理，每個聯(lián)邦機構(gòu)都要求維護一份信息資源管理戰(zhàn)略計劃），并從該信息治理、獲取、數(shù)據(jù)管理和開發(fā)訪問，人員、安全性和隱私保護等方面給出了綜合政策，這標志著數(shù)據(jù)從安全和隱私合規(guī)實踐向作為聯(lián)邦機構(gòu)關(guān)鍵要素資源的轉(zhuǎn)變。2018 年3 月，美國總統(tǒng)管理議程確定了一個新的跨部門優(yōu)先目標“數(shù)據(jù)即戰(zhàn)略資產(chǎn)”，研究和實現(xiàn)聯(lián)邦數(shù)據(jù)戰(zhàn)略。2019 年相繼發(fā)布了第一份數(shù)據(jù)戰(zhàn)略及2020 年行動計劃。在高性能計算領(lǐng)域，其戰(zhàn)略布局也并非單純針對計算架構(gòu)的技術(shù)瓶頸展開攻關(guān)與科學研究，而是直面后摩爾定律時代的結(jié)束及非馮·諾依曼結(jié)構(gòu)到來的重大技術(shù)生態(tài)變革，并以此為出發(fā)點謀劃發(fā)展。

四是生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)完整，注重戰(zhàn)略協(xié)同。從人才培養(yǎng)到產(chǎn)業(yè)布局全方位生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)，注重與其它戰(zhàn)略計劃的協(xié)同。美國早在1996 年就成立了首席信息官委員會，作為聯(lián)邦政府各部門設(shè)計、調(diào)停、利用、分享及組織信息活動的中心機構(gòu)，足見美國對信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重視。美國在技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的早期制定階段，會面向社會公開吸收來自行業(yè)或個人的意見（包括點子征集和草案修改等）；一些重要的戰(zhàn)略如“將信息作為戰(zhàn)略資源管理”直接通過《聯(lián)邦公報》征求意見。產(chǎn)業(yè)界有機會對戰(zhàn)略制定施加影響，企業(yè)的充分參與更有利于戰(zhàn)略的落地，形成良性互動態(tài)勢，促進全方位產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)。而且美國在制定和調(diào)整產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略時也注重對技術(shù)發(fā)展規(guī)律和趨勢的把握和遵從。比如起源于2010 年的數(shù)據(jù)中心整合計劃，經(jīng)2016年更新提出往云服務(wù)遷移后，2019 年的更新版直接作為聯(lián)邦“云智能”戰(zhàn)略的組成部分。此外，國家戰(zhàn)略計算計劃在制訂和推進過程中，也注意到和其他戰(zhàn)略如面向所有人的計算機科學教育計劃、大數(shù)據(jù)研究發(fā)展計劃等的協(xié)同，立足先進的計算能力為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供戰(zhàn)略支撐。

美國在全球計算產(chǎn)業(yè)的主導地位，不僅與其進入該領(lǐng)域時間早、基礎(chǔ)雄厚等因素有關(guān)，更與其對計算科學基本規(guī)律、發(fā)展走向的充分理解、認識與把握有關(guān)，與其敏銳的科技嗅覺和前危機意識的戰(zhàn)略謀劃密切相關(guān)。過去六十多年來，持續(xù)進行的新型計算系統(tǒng)的研發(fā)和部署應(yīng)用使美國的計算產(chǎn)業(yè)一直領(lǐng)先于世界。

二、我國新計算產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

我國也高度重視計算產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，近二十年來從國家層面出臺了不少戰(zhàn)略政策，但相比美國的計算戰(zhàn)略整體發(fā)展尚存在一定差距，當前我國計算產(chǎn)業(yè)存在的問題也亟需解決。相比美國新計算產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略的布局與發(fā)展，我國政府在計算產(chǎn)業(yè)的發(fā)展過程中也發(fā)揮著引領(lǐng)推動作用，通過一系列國家戰(zhàn)略或政策文件推動計算產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。圍繞信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)布局，促進信息技術(shù)與其它行業(yè)的廣泛滲透與深度融合，培育壯大龍頭企業(yè)，支持中小微企業(yè)創(chuàng)新，打造協(xié)同發(fā)展產(chǎn)業(yè)生態(tài)，促進我國計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

從國家戰(zhàn)略布局來看，與美國等國際高性能計算大國相比，我國計算產(chǎn)業(yè)國家政策覆蓋面不全，目前實行的是單點突破的策略。資助項目不成體系，大多以重點專項的方式單點突破，尚未從國家整體部署的高度重視計算產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。如科技部“科技創(chuàng)新2030—重大項目”中沒有設(shè)立類似“戰(zhàn)略計算”專項，只是設(shè)立了“量子通信與量子計算機”“腦科學與類腦研究”2 個專項。雖然這2 項非常前沿重要，但在目前信息與通信技術(shù)融合向后摩爾定律演進的時代，孤立地發(fā)展“量子通信與量子計算機”“腦科學與類腦研究”等任何尖端技術(shù)，在激烈競爭中都難以制勝。僅靠“量子通信與量子計算機”“腦科學與類腦研究”等專項，對現(xiàn)階段的產(chǎn)業(yè)發(fā)展影響非常有限。即便攻克了這些項目的技術(shù)難關(guān)，也僅是完成了技術(shù)自身的問題，承擔不了統(tǒng)領(lǐng)、帶動整個產(chǎn)業(yè)生態(tài)變革的使命。而最新的國家“十三五”發(fā)展規(guī)劃，也只是定位于對現(xiàn)有計算科學技術(shù)的優(yōu)化與提升，針對革命性創(chuàng)新方向的國家戰(zhàn)略及政策很少。

從實施維度看，我國新計算的發(fā)展仍以項目驅(qū)動為主，由于缺乏高層次項目統(tǒng)攬全局，平行的各項目之間協(xié)作配合困難。目前我國與高性能計算相關(guān)的各個技術(shù)分散在不同項目計劃中，更增加了協(xié)調(diào)配合的難度。相比美國戰(zhàn)略計算計劃的前瞻性、系統(tǒng)性與融合性，我國計算產(chǎn)業(yè)在整體運籌、系統(tǒng)思考與全局把控上都還尚有加強空間。我國如能設(shè)置一個類似美國的“戰(zhàn)略計算計劃”的重大專項，不但能在計算領(lǐng)域的研發(fā)實力上有整體提高，也能在計算相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)揮重要作用。

三、對我國新計算產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的啟示與展望

在第四次工業(yè)革命的背景下，萬物互聯(lián)時代加速到來，將帶來數(shù)據(jù)的爆炸式增長，海量存儲和密集計算將成為常態(tài)化需求。數(shù)據(jù)作為獨立的生產(chǎn)要素，在數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展中的作用日益凸顯，海量數(shù)據(jù)的處理對現(xiàn)有計算體系帶來了新的挑戰(zhàn)、提出了新的需求，而人工智能、5G、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的出現(xiàn)也為行業(yè)發(fā)展提供了新的供給，需求與供給均發(fā)生翻天覆地的變化，催生計算產(chǎn)業(yè)新一輪變革。新計算產(chǎn)業(yè)作為一項兼顧當下與未來長遠布局的領(lǐng)域，對我國在未來全球競爭中搶占戰(zhàn)略主動權(quán)以及推動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級有著不可替代的作用。因此，在結(jié)合美國新計算產(chǎn)業(yè)的國家戰(zhàn)略布局與定位的基礎(chǔ)上，對我國新計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展進行了思考。

首先，我國新計算產(chǎn)業(yè)的發(fā)展亟需國家層面的戰(zhàn)略支持，以推動新計算產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與生態(tài)構(gòu)建。“十四五”期間，隨著新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的完善，云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、5G 等新技術(shù)的不斷普及，將加速以“萬物感知、萬物互聯(lián)、萬物智能”為特征的智能社會的來臨。實現(xiàn)智能社會首先必須要經(jīng)歷全面的數(shù)字化進程，而計算產(chǎn)業(yè)是數(shù)字化的核心驅(qū)動力。因此，在經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級的浪潮中，亟需構(gòu)建一個我國自主控制核心技術(shù)的多元新計算體系，推動新計算技術(shù)的協(xié)同發(fā)展與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。

其次，加大對新計算的研發(fā)力度，提升我國新計算產(chǎn)業(yè)的整體實力。與當前創(chuàng)新型發(fā)達國家相比，我們的核心技術(shù)底層研發(fā)能力還有很大差距，還存在一些關(guān)鍵核心技術(shù)受制于人的情況。近年來美國對中國高端芯片產(chǎn)業(yè)的打壓，陸續(xù)出臺的各項高端技術(shù)出口限制條例，已對我國計算相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來了巨大影響。面向未來的戰(zhàn)略布局前瞻，加大與各部門戰(zhàn)略協(xié)同，積極引領(lǐng)新計算產(chǎn)業(yè)生態(tài)變革。新計算技術(shù)自主創(chuàng)新是解決“卡脖子”問題的唯一有效辦法。這要求我國從戰(zhàn)略高度加強應(yīng)對，“十四五”期間還需要進一步加大支持新計算研發(fā)力度，持續(xù)提升在關(guān)鍵核心技術(shù)領(lǐng)域的硬實力，進一步降低對外技術(shù)依存度。