算力是什么？看完本文便知晓

　　算力的字面意思，大家都懂，就是计算能力（Computing Power）。更具体来说，算力是通过对信息数据进行处理，实现目标结果输出的计算能力。小至手机、PC，大到超级计算机，没有算力就没有各种软硬件的正常应用。以PC而言，搭载的CPU、显卡、内存配置越高，一般来说算力就越高。

　　从日常生活中的极端天气预报、线上打车调度、外卖下单撮合、影视特效制作……到国家科研生产中的火箭轨道计算、大飞机飞行模拟、基因测序、宇宙演化模拟都离不开算力的支持，正所谓“一切皆计算”。“一切皆计算”是数字经济的底层逻辑，数字经济的任何发展都建立在优化的算法和强大的计算速度上。算法和速度合成了所谓的计算力：将计算力融入企业，成就了数字化转型；将计算力融入智慧应用，成就了人工智能；将计算力结合大数据，成就了云计算；将计算力结合非对称加密算法，成就了区块链……

　　我们人类，其实就具备这样的能力。在我们的生命过程中，每时每刻都在进行着计算。我们的大脑，就是一个强大的算力引擎。大部分时间里，我们会通过口算、心算进行无工具计算。但是，这样的算力有点低。所以，在遇到复杂情况时，我们会利用算力工具进行深度计算（比如计算器）。

　　远古时期，我们的原始工具是草绳、石头。后来，随着文明的进步，我们有了算筹（一种用于计算的小棍子）、算盘等更为实用的算力工具，算力水平不断提升。

　　到了20世纪40年代，我们迎来了算力革命。

　　1946年2月，世界上第一台数字式电子计算机ENIAC诞生，标志着人类算力正式进入了数字电子时代。

　　再后来，随着半导体技术的出现和发展，我们又进入了芯片时代。芯片成为了算力的主要载体。

　　到了20世纪70-80年代，芯片技术在摩尔定律的支配下，已经取得了长足进步。芯片的性能不断提升，体积不断减小。终于，计算机实现了小型化，PC（个人电脑）诞生了。

　　PC的诞生，意义极为深远。它标志着IT算力不再仅为少数大型企业服务（大型机），而是昂首走向了普通家庭和中小企业。它成功打开了全民信息时代的大门，推动了整个社会的信息化普及。在PC的帮助下，人们充分感受到IT算力带来的生活品质改善，以及生产效率提升。PC的出现，也为后来互联网的蓬勃发展奠定了基础。

　　进入21世纪后，算力再次迎来了巨变。这次巨变的标志，是云计算技术的出现。

　　在云计算之前，人类苦于单点式计算（一台大型机或一台PC，独立完成全部的计算任务）的算力不足，已经尝试过网格计算（把一个巨大的计算任务，分解为很多的小型计算任务，交给不同的计算机完成）等分布式计算架构。

　　云计算，是分布式计算的新尝试。它的本质，是将大量的零散算力资源进行打包、汇聚，实现更高可靠性、更高性能、更低成本的算力。

　　具体来说，在云计算中，中央处理器（CPU）、内存、硬盘、显卡（GPU）等计算资源被集合起来，通过软件的方式，组成一个虚拟的可无限扩展的“算力资源池”。

　　用户如果有算力需求，“算力资源池”就会动态地进行算力资源的分配，用户按需付费。

　　相比于用户自购设备、自建机房、自己运维，云计算有明显的性价比优势。

　　算力云化之后，数据中心成为了算力的主要载体。人类的算力规模，开始新的飞跃。

算力的分类

　　云计算和数据中心之所以会出现，是因为信息化和数字化的不断深入，引发了整个社会强烈的算力需求。

　　这些需求，既有来自消费领域的（移动互联网、追剧、网购、打车、O2O等），也有来自行业领域的（工业制造、交通物流、金融证券、教育医疗等），还有来自城市治理领域的（智慧城市、一证通、城市大脑等）。

　　不同的算力应用和需求，有着不同的算法。不同的算法，对算力的特性也有不同要求。

　　通常，我们将算力分为两大类，分别是通用算力和专用算力。

　　大家应该都听说过，负责输出算力的芯片，就有分为通用芯片和专用芯片。

　　像x86这样的CPU处理器芯片，就是通用芯片。它们能完成的算力任务是多样化的，灵活的，但是功耗更高。

　　而专用芯片，主要是指FPGA和ASIC：
FPGA，是可编程集成电路。它可以通过硬件编程来改变内部芯片的逻辑结构，但软件是深度定制的，执行专门任务。
ASIC，是专用集成电路。顾名思义，它是为专业用途而定制的芯片，其绝大部分软件算法都固化于硅片。

　　ASIC能完成特定的运算功能，作用比较单一，不过能耗很低。FPGA，介于通用芯片和ASIC之间。

　　我们以比特币挖矿为例：以前，人们都是用PC（x86通用芯片）挖矿，后来越挖难度越大，算力不够。于是，开始使用显卡（GPU）去挖矿。再后来，显卡的能耗太高，挖出来的币值还抵不上电费，就开始采用FPGA和ASIC集群阵列挖矿。

　　在数据中心里，也对算力任务进行了对应划分，分为基础通用计算，以及HPC高性能计算（High-performance computing）。

　　HPC计算，又继续细分为三类：
科学计算类：物理化学、气象环保、生命科学、石油勘探、天文探测等。
工程计算类：计算机辅助工程、计算机辅助制造、电子设计自动化、电磁仿真等。
智能计算类：即人工智能（AI，Artificial Intelligence）计算，包括：机器学习、深度学习、数据分析等。

　　科学计算和工程计算大家应该都听说过，这些专业科研领域的数据产生量很大，对算力的要求极高。

　　以油气勘探为例。油气勘探，简单来说，就是给地表做CT。一个项目下来，原始数据往往超过100TB，甚至可能超过1个PB。如此巨大的数据量，需要海量的算力进行支撑。

　　智能计算这个，我们需要重点说一下。

　　AI人工智能是目前全社会重点关注的发展方向。不管是哪个领域，都在研究人工智能的应用和落地。

　　人工智能的三大核心要素，就是算力、算法和数据。

　　大家都知道，AI人工智能是一个算力大户，特别“吃”算力。在人工智能计算中，涉及较多的矩阵或向量的乘法和加法，专用性较高，所以不适合利用CPU进行计算。

　　在现实应用中，人们主要用GPU和前面说的专用芯片进行计算。尤其是GPU，是目前AI算力的主力。

　　GPU虽然是图形处理器，但它的GPU核（逻辑运算单元）数量远超CPU， 适合把同样的指令流并行发送到众核上，采用不同的输入数据执行，从而完成图形处理或大数据处理中的海量简单操作。

　　因此，GPU更合适处理计算密集型、高度并行化的计算任务（例如AI计算）。

　　这几年，因为人工智能计算的需求旺盛，国家还专门建设了很多智算中心，也就是专门进行智能计算的数据中心。

　　除了智算中心之外，现在还有很多超算中心。超算中心里面，放的都是“天河一号”这样的超级计算机，专门承担各种大规模科学计算和工程计算任务。

　　我们平时看到的数据中心，基本上都属于云计算数据中心。

　　任务比较杂，基础通用计算和高性能计算都有，也有大量的异构计算（同时使用不同类型指令集的计算方式）。因为高性能计算的需求越来越多，所以专用计算芯片的比例正在逐步增加。

　　前几年逐渐开始流行起来的TPU、NPU和DPU等，其实都是专用芯片：
APU：Accelerated Processing Unit 加速处理器
CPU：Central Processing Unit 中央处理器
DPU：Data Processing Unit 数据处理器
GPU：Graphics Processing Unit 图形处理器
NPU：Neural Network Processing Unit 神经网络处理器
TPU：Tensor Processing Unit 张量处理器

　　大家现在经常听说的“算力卸载”，其实不是删除算力，而是把很多计算任务（例如虚拟化、数据转发、压缩存储、加密解密等），从CPU转移到NPU、DPU等芯片上，减轻CPU的算力负担。

　　近年来，除了基础通用算力、智能算力、超算算力之外，科学界还出现了前沿算力的概念，主要包括量子计算、光子计算等，值得关注。