美国新计算产业发展的战略经验与启示

■文/隆云滔(中国科学院科技战略咨询研究院)

全球新冠肺炎疫情的冲击促使数字经济时代加速到来，也给计算产业发展带来了新的机遇。作为计算领域全球领先的国家，美国仍在大举发展新计算产业，并将其上升到国家战略高度。本文首先梳理了美国计算产业的发展战略与布局情况；其次，结合我国计算产业现状及问题进行剖析；最后，借鉴美国计算产业的经验对我国新计算产业的未来发展进行展望。

当前国际经济形势正面临深刻变化。不论是我国的经济新常态，还是欧美部分发达国家的逆全球化行动，都表明全球经济处在经济发展的收缩期。从长经济周期的视角看，全球经济应是处于康波周期的平台期，并正在向衰退期转变。形势更严峻的是，新冠病毒的全球大流行，对经济全球化，尤其是全球供应链造成了很大冲击，全球经济面临更复杂的不确定性。不过，从积极的角度看，这个冲击同时也会催生基于数字化、智能化的全球经济转型。全球数字化、智能化转型发展需要大规模的算力支撑，客观上为新计算产业带来了新的发展契机。

在计算产业领域，随着以摩尔定律（摩尔定律是由英特尔创始人之一摩尔于1960 年代提出的，意思是芯片算力大约每隔18 个月会翻番。沿着这个趋势，芯片算力将随着时间周期呈指数式上升。该定律成为许多工业对性能进行预测的基础。多年以来，计算机CPU 芯片一直遵循摩尔定律进行升级迭代，但摩尔定律也是有极限的，集成电路上的元器件已经足够小，已经逼近“原子尺度”，很难再延续过往路径进行升级迭代，因此如何挖掘超算在系统构架上的潜力是需要考虑的重点问题）为表征的芯片工艺技术进步放缓，再加上颠覆性技术的不断涌现，以及各行各业对数据密集型应用的需求持续旺盛，全球计算版图正处在快速演化之中。异构架构逐渐普及，计算系统愈发庞杂，应用软件面临的复杂度和可持续性方面的挑战日益严峻。传统计算产业在面对这些新需求、新动态、新趋势时有点难以为继，亟需升级以满足日益增长的算力需求。美国、欧盟、日本等科技发达国家或地区纷纷推出新计算战略。其中尤其需要警惕的是，美国携过去数十年在全球计算领域的绝对领先地位之势，仍在频频出台计算产业发展国家战略。而且在已有英特尔（Intel）、超威半导体（AMD）两家企业垄断全球通用处理器，英伟达（NVIDIA）垄断全球图形处理器的前提下，2020 年8 月又相继传出两则动态：美国英伟达公司拟收购全球领先的移动处理器厂商ARM，以及美国国防部高级研究计划局（DARPA）购买了ARM 的所有商用芯片架构设计以及知识产权为期3 年的共享使用权。若结合2020 年5 月美国升级对中国高科技企业华为的芯片出口禁令，不难看出我国在芯片制造领域面临的风险和威胁更加严峻。在中美贸易摩擦前景仍不明朗、美国继续加紧对我国技术封锁和打压的背景下，我国究竟该如何定位新计算产业、如何发展新计算产业成为迫切需要回答的问题。为此，本文对计算领域内全球最领先国家——美国新计算产业发展战略进行系统剖析，以期为我国新计算产业发展提供启示和借鉴。

一、美国计算产业发展经验

计算产业作为国家战略需求，一直以来都是各国高度重视的领域，在数字经济时代尤甚。当前，以美国为代表的国家与地区普遍将计算产业上升至国家战略高度，纷纷推出新计算发展计划。以下主要从战略、组织、前瞻布局和生态构建方面总结其经验。

一是国家高度重视，制定国家战略计划推动产业发展。作为电子计算机的发源地，美国十分重视计算产业的发展。表1 给出了美国联邦政府过去十年有关计算产业的主要战略制定和调整情况，涉及数据中心、云计算、大数据、高性能计算等计算产业的多个领域。可以看到，美国联邦政府不但经常根据产业发展需要制定相应的战略计划，而且会适时组织力量跟踪调整既定战略。

以高性能计算领域为例看美国对战略计划的制订和跟进。2015 年7 月，美国启动国家战略计算计划（National Strategic Computing Initiative，NSCI），以强化美国在全球高性能计算领域的领导地位。该战略计划制定了美国新计算产业的战略愿景和联邦投资战略，规定了相关的领导机构、基础研发机构和部署机构的角色和职责，明确了执行监督机制。2016 年7 月，美国公布了NSCI 的第一份实施计划，描绘了相关机构如何实现既定的战略目标、维持美国在高性能计算领域的领导地位。2019 年11 月，美国发布了《国家战略计算计划（更新版）：引领未来计算》，在2016 年实施计划基础上，更侧重于改善计算基础设施和促进生态系统的发展、关注政府与产业界、学术界的合作，以确保美国在科技和创新方面的全球领导地位。

表 1 美国联邦政府有关计算产业的战略制定和调整情况（2010 年后）

二是组织架构清晰、高度统配，各部门分工明确、协同创新。从国家层面设计了战略计划组织结构，围绕如何有效实现战略目标划分角色和职责，强调不同政府部门、私营部门间的配合和互补，协同推进产业发展。从“整体政府”概念的提出，到各相关部门颁布的计划项目的内容、推出时间、支持力度等一系列“整体政府”行为，再到政府与企业各自承担任务的角色分工，充分体现了各方面的配合、互补、协同。在这一过程中，资源分工、项目联动及成果互鉴特征表现得非常明显。比如云计算领域，美国企业发挥重要作用。谷歌、亚马逊、微软等巨头企业是第一推动力，但同时很多中小企业也活跃其中，并且表现出了很强的发展潜力。中小企业不像大公司服务于众多客户或者提供全面的解决方案，而是集中资源专注在某个客户或者某项业务，发展成熟分工精细的市场，也为这种生存之道提供了很广阔的空间。完善的天使投资、风险资本体系也为不同时期的中小企业提供融资服务。同时，政府、科研机构与企业在前沿基础研究领域、竞争前共性技术攻关等方面开展协同创新是美国计算领域能够取得有效进展的经验之一。美国能源部与劳伦斯利弗莫尔国家实验室在2019年调整“利用高性能计算促进能源创新”计划，目的是为工业界提供来自美国能源部国家级实验室的高性能计算专业知识、技术和资源，降低工业界使用高性能计算资源的风险，并扩大高性能计算在技术开发中的应用。

三是面向未来的战略布局前瞻，引领生态变革。在IP 资源管理方面，联邦政府早在2005 年就推出“IPv6 转换计划”（美国随后又于2010 年发布了“向IPv6过渡”备忘录，要求联邦机构拥有的互联网服务器如Web、电子邮件、DNS 和ISP 服务等或与互联网服务器通信的内部服务器部署IPv6。2020 年就“完成IPv6转换”公开征求意见，计划在所有联邦政府信息系统部署和使用IPv6，进一步推动IPv6 基础设施建设。这些跟进体现了美国政府在战略部署上的持续一致性），要求联邦机构的骨干网路通信支持IPv6，推动IPv6 技术的商业研发和应用推广。这一行动比2015年IPv4 地址池耗尽提前了十年。在数据资源管理方面，美国于2016 年以法规形式要求“将信息作为战略资源管理”（2016 年，美国政府管理和预算办公室发布A-130 通告，要求将信息作为战略资源进行管理，每个联邦机构都要求维护一份信息资源管理战略计划），并从该信息治理、获取、数据管理和开发访问，人员、安全性和隐私保护等方面给出了综合政策，这标志着数据从安全和隐私合规实践向作为联邦机构关键要素资源的转变。2018 年3 月，美国总统管理议程确定了一个新的跨部门优先目标“数据即战略资产”，研究和实现联邦数据战略。2019 年相继发布了第一份数据战略及2020 年行动计划。在高性能计算领域，其战略布局也并非单纯针对计算架构的技术瓶颈展开攻关与科学研究，而是直面后摩尔定律时代的结束及非冯·诺依曼结构到来的重大技术生态变革，并以此为出发点谋划发展。

四是生态系统建设完整，注重战略协同。从人才培养到产业布局全方位生态系统建设，注重与其它战略计划的协同。美国早在1996 年就成立了首席信息官委员会，作为联邦政府各部门设计、调停、利用、分享及组织信息活动的中心机构，足见美国对信息产业发展的重视。美国在技术产业发展战略的早期制定阶段，会面向社会公开吸收来自行业或个人的意见（包括点子征集和草案修改等）；一些重要的战略如“将信息作为战略资源管理”直接通过《联邦公报》征求意见。产业界有机会对战略制定施加影响，企业的充分参与更有利于战略的落地，形成良性互动态势，促进全方位产业生态系统的建设。而且美国在制定和调整产业发展战略时也注重对技术发展规律和趋势的把握和遵从。比如起源于2010 年的数据中心整合计划，经2016年更新提出往云服务迁移后，2019 年的更新版直接作为联邦“云智能”战略的组成部分。此外，国家战略计算计划在制订和推进过程中，也注意到和其他战略如面向所有人的计算机科学教育计划、大数据研究发展计划等的协同，立足先进的计算能力为产业发展提供战略支撑。

美国在全球计算产业的主导地位，不仅与其进入该领域时间早、基础雄厚等因素有关，更与其对计算科学基本规律、发展走向的充分理解、认识与把握有关，与其敏锐的科技嗅觉和前危机意识的战略谋划密切相关。过去六十多年来，持续进行的新型计算系统的研发和部署应用使美国的计算产业一直领先于世界。

二、我国新计算产业的发展现状

我国也高度重视计算产业的发展，近二十年来从国家层面出台了不少战略政策，但相比美国的计算战略整体发展尚存在一定差距，当前我国计算产业存在的问题也亟需解决。相比美国新计算产业战略的布局与发展，我国政府在计算产业的发展过程中也发挥着引领推动作用，通过一系列国家战略或政策文件推动计算产业的发展。围绕信息产业发展的核心技术突破和产业布局，促进信息技术与其它行业的广泛渗透与深度融合，培育壮大龙头企业，支持中小微企业创新，打造协同发展产业生态，促进我国计算产业发展。

从国家战略布局来看，与美国等国际高性能计算大国相比，我国计算产业国家政策覆盖面不全，目前实行的是单点突破的策略。资助项目不成体系，大多以重点专项的方式单点突破，尚未从国家整体部署的高度重视计算产业的发展。如科技部“科技创新2030—重大项目”中没有设立类似“战略计算”专项，只是设立了“量子通信与量子计算机”“脑科学与类脑研究”2 个专项。虽然这2 项非常前沿重要，但在目前信息与通信技术融合向后摩尔定律演进的时代，孤立地发展“量子通信与量子计算机”“脑科学与类脑研究”等任何尖端技术，在激烈竞争中都难以制胜。仅靠“量子通信与量子计算机”“脑科学与类脑研究”等专项，对现阶段的产业发展影响非常有限。即便攻克了这些项目的技术难关，也仅是完成了技术自身的问题，承担不了统领、带动整个产业生态变革的使命。而最新的国家“十三五”发展规划，也只是定位于对现有计算科学技术的优化与提升，针对革命性创新方向的国家战略及政策很少。

从实施维度看，我国新计算的发展仍以项目驱动为主，由于缺乏高层次项目统揽全局，平行的各项目之间协作配合困难。目前我国与高性能计算相关的各个技术分散在不同项目计划中，更增加了协调配合的难度。相比美国战略计算计划的前瞻性、系统性与融合性，我国计算产业在整体运筹、系统思考与全局把控上都还尚有加强空间。我国如能设置一个类似美国的“战略计算计划”的重大专项，不但能在计算领域的研发实力上有整体提高，也能在计算相关产业发挥重要作用。

三、对我国新计算产业未来发展的启示与展望

在第四次工业革命的背景下，万物互联时代加速到来，将带来数据的爆炸式增长，海量存储和密集计算将成为常态化需求。数据作为独立的生产要素，在数字经济发展中的作用日益凸显，海量数据的处理对现有计算体系带来了新的挑战、提出了新的需求，而人工智能、5G、物联网等新技术的出现也为行业发展提供了新的供给，需求与供给均发生翻天覆地的变化，催生计算产业新一轮变革。新计算产业作为一项兼顾当下与未来长远布局的领域，对我国在未来全球竞争中抢占战略主动权以及推动传统产业转型升级有着不可替代的作用。因此，在结合美国新计算产业的国家战略布局与定位的基础上，对我国新计算产业发展进行了思考。

首先，我国新计算产业的发展亟需国家层面的战略支持，以推动新计算产业的发展与生态构建。“十四五”期间，随着新型基础设施建设的完善，云计算、物联网、人工智能、5G 等新技术的不断普及，将加速以“万物感知、万物互联、万物智能”为特征的智能社会的来临。实现智能社会首先必须要经历全面的数字化进程，而计算产业是数字化的核心驱动力。因此，在经济转型升级的浪潮中，亟需构建一个我国自主控制核心技术的多元新计算体系，推动新计算技术的协同发展与产业应用。

其次，加大对新计算的研发力度，提升我国新计算产业的整体实力。与当前创新型发达国家相比，我们的核心技术底层研发能力还有很大差距，还存在一些关键核心技术受制于人的情况。近年来美国对中国高端芯片产业的打压，陆续出台的各项高端技术出口限制条例，已对我国计算相关产业的发展带来了巨大影响。面向未来的战略布局前瞻，加大与各部门战略协同，积极引领新计算产业生态变革。新计算技术自主创新是解决“卡脖子”问题的唯一有效办法。这要求我国从战略高度加强应对，“十四五”期间还需要进一步加大支持新计算研发力度，持续提升在关键核心技术领域的硬实力，进一步降低对外技术依存度。