移动正谋划一盘量子计算的大棋?中国移动集团级首席专家钱岭谈算力网络

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2024-12-19 12:37:09

算力短缺,是我们当下所处时代无法回避的一个标签。
随着高性能计算、人工智能等技术在越来越多行业中获得广泛应用,芯片算力成为支持这些技术进步的基础。遗憾的是,在芯片产业面前,中国没有过硬话语权
当你被对手团团围住,除了坐以待毙,该怎么办?围棋里有一个术语,叫做腾挪:避免正面硬刚,另寻落子之处,打开新局面。
换句话说,腾挪就是以空间换时间,而这似乎是为中国量身定制的一种竞争战略,典型如南水北调、西电东送,都通过了“腾挪策略”的试练。近几年频繁提及的东数西算工程,同样是为了从物理空间上突破美国在先进半导体产业对我国的多边管制局面,通过对海量计算资源与能源资源进行有效匹配、整合和调度,从而达到最优配置。
东数西算的背后是一局大棋:打造全国算力新基建。近些年,移动云在算力网络布局方面成果显著,为我们近距离围观国家算力新基建提供了一个绝佳视角。

一、 中移云能的三重责任 

移动云是我国算力新基建中的国家队,其在算力网络布局中的逻辑与思考,是钱岭讲给我的。
身为中国移动集团级首席专家,钱岭和他所在的中国移动云能力中心(简称“中移云能”),肩负着三重责任:构建算力设施、提供算力服务、汇聚算力生态在启程探索移动云算力网络这盘棋的落子之道前,我们需要先理解算力网络。
蒸汽时代,社会在“铁路网”之上发展;电气时代,社会在“电力网”之上进步;到了数字互联时代,便捷生活、繁盛经济更是无限依赖“算力网”。

算力网络的作用,是将动态分布的计算资源与存储资源充分连接,通过网络、存储、算力等多维度资源的统一协同调度,使海量应用能够按需、实时调用泛在分布的计算资源,实现连接和算力在网络的全局优化,提供一致的用户体验。

细看上述描述,字里行间都逃不脱三重拷问:能用否?好用否?能用好否?
移动云的算力网络布局故事,就围绕这“三重拷问”徐徐展开。

二、 算力网络的两块基石

能用否?看似是一问,实则涵盖两个维度:

1、技术是否扎实?

2、节点是否够用?

因此,技术成熟度 & 资源覆盖面,是构建算力网络的两块重要基石

(一) 深厚的云计算技术积累

算力网络是一个宏大的概念,它的使命可以简单理解为,利用云计算技术统一管理所有的算力,实现弹性资源配给。作为云计算的全新演进形态,算力网络虽不能简单等同于云计算,但云计算毫无疑问是它的核心技术底座

中国移动是国内最早一批启动云计算探索的玩家之一,2007 年率先推出“大云”(Big Cloud),起步略晚于亚马逊。两年后,以阿里云为代表的民营企业开始加入云计算的探索阵营,紧随其后的还有腾讯云、UCloud、金山云、百度云、华为云等等,中国云计算底座上的玩家数量开始充实。

作为运营商的中国移动为何会超前探索云计算?钱岭解释道,动力主要来自业务需求

不知有多少人还能回忆起群发拜年短信的那些狂热时光?在短信的鼎盛时期,每到传统节假日,阵雨般的短时海量短信,极易造成运营商网络崩溃,一条短信有时会延迟数小时、乃至数天才被送达。这背后凸显出的资源配给不均,是中国移动开启云计算探索的一大原因。

当时,由钱岭主导研发的中国移动双业务云,就是一个云计算平台,它的上线开启了移动内部的首次上云(短信+彩信双业务云),通过弹性分配资源,极大缓解了以往资源利用不均引发的需求矛盾,在缩短业务响应时间的同时,有效提升了用户体验。

确保祝福信息按时送达,当然不是云计算的标准打开方式,但随着各行各业的海量业务场景被挖掘,一个汹涌的事实开始呈现:云计算作为人类继水电之后的新一项技术基础设施已经瓜熟蒂落,正告别庙堂、滋养万家

纵观全球,作为云计算的发源地,美国是云计算市场发展最快、规模最大的国家。2010 年是美国云计算快速发展的起点:亚马逊 AWS,微软 Azure,谷歌 Google Cloud,都是美国云计算全球扩张中的猛员。这一年,白宫更是在预算申请文件中将云计算列为促进美国政府技术基础设施的重要构成。

中国的云计算大概落后美国 5-8 年时间,幸好以中国移动为代表的国家队,以及以阿里云为代表的民营力量及时拍马赶到,大踏步追赶美国云计算的步伐,才避免了我国在云计算领域重蹈半导体覆辙。在这个过程中,移动云积累的深厚云计算技术,成为日后构建算力网络的坚实技术基石。

以“大云”为起点,我们可以看到在 2014 年 6 月,移动已经建立起国内最完整的云计算和大数据产品体系,拥有六大产品线,涵盖 IaaS,PaaS,SaaS,硬件,安全,云计算管理平台,产品丰富度处于业界第一阵营。

2021 年,中国移动董事长杨杰提出“云网融合”,即算力和网络要统一分配。由此,移动云算力网络雏形骤现。

(二) 多元布局算力节点

技术扎实,算力节点覆盖面也得跟上,否则就如同一艘巨轮仅设一个引擎,难以推动其在汪洋中远航。

基于云技术底座,移动云依托“4+N+31+X”架构,在全国推行算力网络梯次化布局

在上述架构中,“4”指京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝等 4 个热点业务区域;“N”指多个超大规模资源池;“31”指 31 个属地资源池;“X” 指多个省级中心和业务节点。

这一分布式算力架构,不仅推动了中国移动自身的 IT 技术结构变革,同时也在推动各行各业的数字化。2024 年还按照“N+X”规划,建成投产了两座中国移动智算中心(呼和浩特和哈尔滨)节点,是目前全球运营商最大单体、单集群液冷智算中心,能够以高达 6.7EFLOPS(FP16)的智能算力满足 AI 大模型应用所需的大规模、低时延、多样化算力。

三、 让算网更好用的组合拳

千行百业的海量计算需求,要论解题思路,不但难以套进数理教材中的固定公式,反而更像是文史类学科考察阅读理解。
于是,在“好用否”这一问上,便引申出一点:算力服务网络的设计必须能够灵活应对各种计算需求,以适应不同领域和应用场景的特定要求
比如说,智慧工业场景下,需要利用人工智能(AI)计算来实现自动化和智能化生产流程;学术研究场景中,高性能计算(HPC)是进行复杂科学模拟和大规模数据分析的基石;机器学习领域,大数据计算支持了大规模数据集的处理和分析,对于精准训练预测模型至关重要;企业数字化转型中,云计算提供了按需分配的资源,使得企业能够灵活地扩展业务和应用;面对经典计算机难以处理的复杂计算问题,如优化、模拟、密码学等,量子计算则提供了一种全新计算范式。
而在实际应用中,不同计算模式往往需要相互配合,才能实现更高效、更强大的计算能力。
因此,一套组合拳显得格外重要:要将算力网络建成一套融合多种算力的调度中枢,对用户的计算需求进行分析、判断和精准匹配,下了快马能上快船,多快好省才是硬道理

(一) 包含量子计算的四算协同

基于对计算需求的理解,移动云采取“四算协同”,打出了通算、智算、超算、量算的组合拳。

基础通用算力,是由基于 CPU(中央处理器芯片)所提供的算力;智能算力,是基于 GPU(图形处理器)、ASIC(专用集成电路)、NPU(神经网络处理器)等专用芯片所提供的算力;超算算力,是由超级计算机等高性能计算集群所提供的算力;量算,则是由量子计算机所提供的算力。

作为未来产业明确提出的六大领域之一,量子计算是一种具有强大并行能力的新型计算模式,有望成为未来重大技术范式变革和颠覆式创新的新源泉。而早在 2019 年,中国移动就已经开始在量子计算领域布局了“一盘大棋”。

钱岭指出,人工智能技术的飞速发展带来了对算力需求的指数级增长,在这种增长面前,依靠算力硬件能力的线性提升来满足需求显得尤为困难。此外,我们目前还面临着算力利用率不足、兼容性问题以及能耗效率低下等挑战。在这些背景下,量子计算作为一种潜在的技术解决方案,有望在未来帮助我们解决或缓解这些问题。

量子计算行业目前还处于早期探索阶段,具有包含超导、光量子、离子阱、中性原子等在内共近十种技术路线。近些年来,不同技术路线都在持续研发,提升量子比特规模等关键指标,展示出多元化和竞争性的发展格局,但技术路线收敛仍呈现较大不确定性,短期内难以形成方案聚焦。

当前,量子计算处于技术攻关和应用探索的关键阶段。不同于通用量子计算机较长的研发与应用周期,业界认为,专用量子计算机有望在未来 3 到 5 年率先迎来商业爆发期。采访中钱岭也提到,在专用量子计算方面,国内已经具有实用化能力,例如相干光量子计算机已经在生物制药、金融、能源等多个行业证明了组合优化问题的求解能力,切实展示出了实用化能力。

目前,移动云在超算方面采取了算力并网模式,与国内三家超算机构展开合作。而在量算方面,中国移动联合中国电科,牵头承担国资委启航行动未来产业量子计算任务,共建“联创+”量子计算实验室,并依托 260 亿元规模的链长基金,投资了玻色、华翊两家国内优秀量子初创企业

钱岭提到:“从资本视角来看,对量子科技企业的认知要更加成熟和理性。作为依托国资背景的企业,移动云在量子科技领域扮演着重要角色:洞察量子科技产业的长期价值和潜在应用,在资源支持和投入方面持续发力,力争帮助相关量子科技企业和科研团队克服技术难关,实现科研成果到实际应用的落地转化。”

此外,移动云同时也在探索更多前沿算力类型,比如光计算、类脑计算,为未来满足海量计算需求提供更多可能性。

(二) “五岳”联手:量子计算云平台

浮云不共此山齐,高空浮动的彩云也难以与山峦比高,而量子计算所能提供的算力却可与山峦试比高。于是在 2023 年,移动云联手国内量子计算企业,发布了“五岳”量子云平台,“以云促算”,降低量子计算算力的使用门槛,拉通科研成果与使用场景,加速应用落地。此处穿插一个冷知识,中国移动是国内涵盖量子计算技术路线最全的公司
“五岳”量子云平台,提供了融合光量子、离子阱和超导等量子计算机算力和经典算力的全栈量子计算云平台,面向科研用户群体提供云上可便捷调用的光量子计算机算力资源以及多类型量子算法和应用的模拟仿真服务由“泰山量子模拟计算平台”,“华山量子算法实验平台”,“衡山量子安全服务平台”,“恒山光量子算力平台”,“嵩山超导量子算力平台”构成。
其中“恒山光量子算力平台”,由移动云与玻色量子共同打造,实现了 550 计算量子比特相干光量子计算机安全接入移动云算力底座,端到端实现“数据构建、任务提交、安全鉴权、状态监控、消息互传”的一站式支持,能够对外提供持续稳定、任务式的量子真机算力服务。
在“五岳”所提供的强大量子计算算力中,相干光量子计算机主攻应用侧,以量子真机助力应用落地,而超导与离子阱则在科研侧发力,以期通过推动科研进步,共建量子行业繁荣生态。
在刚刚结束的 2024 移动云开发者大会上,中国移动正式上线了汇聚超导、离子阱、相干光量子 3 种技术路线、总规模 590 量子比特的量子云平台,提供任务式量子计算服务。
今年是移动云承接国家“量子未来产业”项目的开端之年。围绕未来产业目标,移动云在量子计算基础软件、算法与云平台技术方面展开深入研究,打造量子云平台产品,并网多样化量子算力,提供覆盖 Q-IaaS、Q-PaaS 和 Q-SaaS 的全栈云服务能力,一站式解决科研用户、科研机构和行业组织的量子技术难题,推动量子技术产业成熟。
面向未来,移动云还将进一步拓展量子算力为“四算两网”协同,以期在产业中游形成一批牵引国家量子计算产业生态、创新生态的策源技术成果。

四、 以集群效应促算网应用

连点成线、连线成网,最终形成规模效应,这才是算力网络的美满模样。

移动云借助多种赛事,将校园、企业、开发者三方紧密相连,并努力让数智化大潮惠及更多地区与群体。

4 月的中国移动算力网络大会,10 月的移动云开发者大会,是移动云今年重磅筹备的两次会议。
在 2021 年,移动云启动了开发者社区,为众多开发者提供了一个技术交流与能力输出的平台,全方位赋能技术生态,加速技术产业生态繁荣。
此外,移动云还打造了多种赛事,比如“移动云杯”算力网络应用创新大赛,今年已是第三年举办。作为移动云首个算网领域的开发者赛事,大赛聚焦大模型、人工智能等前沿技术,设置行业、高校和移动三大赛道,旨在以赛促创、以赛促商、以赛促教、以赛引才,促进技术创新和产业应用双向促进,充分激发学术界、产业界的智慧和创造力,为移动云算力网络发展注入更多“源头活水”。
用技术富乡里,也是移动云作为央企创新主体所必须肩负的社会责任。
黑龙江省汤原县,依托移动云建立了从田间种到餐中米的全产业数字化、全链条可追溯的管理体系,单个农户可管理的农田面积提升超过 10 倍,农药施用量减少 20%,化肥施用量减少 10%,有效提升了水稻的生产效率,描绘出绿色、高产、高效的农业生产新图景。
湖南益阳泉交河镇中心学校,移动云依托优质云网资源及先进桌面虚拟化技术,借助云电脑,对教育软件、硬件一体机进行整合,为该校快速打造出一个集课堂交互、集中管控、安全高效、节能降耗于一体的新型教室,并将经验迁移至其他县镇的 54 个学校,开拓了湖南省“云计算+电教室”场景应用的智慧教育新局面。
安徽歙县清凉峰自然保护区,移动云携手黄山移动,利用云上应用与大数据分析等技术能力,为歙县林业局打造云端管理平台,在实现实时化监测资源的同时,解决了森林资源管理、应急灾害处置等业务难点。平台自投入使用以来,成功监测到数十起林边燃烧杂草的火灾隐患,通过平台推送的预警信息,林业执法人员能够第一时间赶赴现场处置,避免森林火灾发生。
基建,是个蕴藏无限可能的词
遥望二战时期的美国,昨天还在生产民用汽车的工厂,明天就能为制造坦克做好准备,坐拥如此发达的“工业基础系统”,当之无愧是上一代“基建狂魔”。
而后八十年风云变迁,但看那西气东送、南水北调,从公路到铁路,从深海到太空,我国终于凭借令全球侧目的最强基建能力,逆袭夺下“基建狂魔”称号。
但我们要意识到一点:上述都是发生在物理世界中的故事,别忘记,我们同时还身处另一个平行世界——由浩如烟海的计算设备所构成。在那个平行世界中,“新基建”同等重要,且落后所面临的代价具有更强穿透性
在计算设备所构成的世界里,最重要的基建,当然就是算力网络。今年是中国全功能接入国际互联网 30 周年,根据近日发布的《中国综合算力指数报告(2024)》显示,中国算力总规模仅次于美国,位居世界第二。
规模之上,更要加快应用和生态的构建,只有三者融为一体,多彩算力才能真正成为 AI 浪潮中一朵深刻改变你我生活的遒劲浪花。

本文转载自微信公众号:量子前哨
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