先进计算技术路线图（2023年）

编制思路 先进计算技术路线图系统梳理了先进计算的内涵、技术产业体系，分析了先进计算的技术发展现状和未来演进趋势制定我国面向2025/2030/2035年的先进计算技术发展的总体需求、目标愿景、重点产品和关键技术发展路径，提出创新发展需求和趋势。 研判目标扩展到2035年。形成2025年、2030年和2035年为阶段性自标的时间里程碑，短期目标可实现、可量化长期自标相对宏观。对先进计算技术体系进行全面梳理。将研究范围细化为个 人电脑（PC）、通用服务器、人工智能（AI）服务器高性能计算机等重点领域，主要分析计算设备、计算芯片及零部件、基础软件等重点产品，研判通用计算、多元异构计算、绿色低碳计算、安全可信计算、泛在协同计算、数据核心计算、前沿非经典计算等关键技术趋势探素对计算技术产品进行“代际”划分。提炼产品类别代表产品、关键技术、核心指标等特征，突出当前先进计算技术发展趋势。5 计算技术每隔10-15年就会出现代际变更，当前已进入智能计算时代 回顾计算发展历程，计算技术每隔10-15年就会出现代际变更，从而逐渐改变整个计算产业的格局。全球最高单机/集群算力保持每10-15年提升约1000倍的速度在全球激增的数据处理需求和人工智能发展需求拉动下，由于”摩尔定律”放缓系统架构创新的重要性愈加凸显，已进入发展新阶段智能计算时代”。通信研 计算技术的演进推动计算软硬件产品的持续发展 随看计算技术的代际演进，各阶段代表的计算设备、主流计算器件重要基础软件都有明显的特征，反映出了计算软硬件重点产品和关键技术的持续演进， 先进计算内涵与体系框架 先进计算不是某项单一技术，是指面向海量数据、实时响应、泛在多元、绿色安全等场景的信息处理需求，通过计算理论、计算器件、计算部件、计算系统等方面的融合性创新和颠覆性重构，实现更高算力、更高能效、更加多样、更加灵活的计算技术和产品的统称。 立足“智能计算时代” 口一是聚焦系统创新。探索多样化的计算架构，重点包括多元异构计算数据核心计算、泛在协同计算、绿色低碳计算、安全可信计算等技术创新路径。 口二是强化基础提升。重点包括计算设备计算芯片和零部件、基础软件等关键产品技术创新和规模应用，以及开发环境和配套支撑能力的提升。口三是谋划未来布局。探索量子计算、光计算、DNA存储、类脑计算等前沿非经典计算技术及产品创新，推动颠覆性技术从理论走向实践。11 智能计算时代”的典型特征 通过梳理不同阶段标志性计算产品的关键指标，如CPU性能、CPU能效比、单机算力、服务器性能、加速卡算力等指标，从而分析关键计算产品技术的演进趋势。专家咨询 当前，单机算力、能效、互联速率等传统指标持续演进，安全、泛在、智能成为新的兴关注点，将共同构成“智能计算时代”的典型特征 （一）驱动因素：数据量激增和人工智能发展带动算力需求快速增长 数据量激增拉动先进计算技术发展。在数字经济时代，万物感知、互联和智能成为显者特征，这导致全球数据总量持续迅猛增长，带来更多的数据处理需求，直接拉动先进计算技术进步人工智能演进驱动先进计算技术发展。作为人工智能发展的必然趋势，A大模型将逐步在多场景实现广泛深入地应 用。大模型通过更多的参数来提高模型的表现能力，导致在训练和推理过程中对算力的巨大消耗，驱动着智能计算体系已从传统的CPU芯片过渡到GPU/NPU加速，再到大规模智能计算集群，成为现阶段计算技术产品演进重点方向。作组专家 人工智能快速演进引发算力需求的飞速增长 （一）驱动因素：集成电路工艺演进幅度放缓促使先进计算技术创新 按照“摩尔定律”，集成电路上的晶体管数自大约每隔两年便会增加一倍。然而，由于物理尺寸微缩越发频临极限单个芯片在密度、性能和功耗方面的优化效果不再显著，“摩尔定律”已出现放缓趋势。根据国际器件和系统路线图（IRDS）展示，随着工艺节点持续缩小，晶体管栅长、首层金属间距等工艺指标的进步幅度将逐渐减小，每代工艺之间的性能提升幅度将越来越小，集成电路工艺演进将逐逼近极限。 （二）市场需求：先进计算产业迎来带来巨大的市场机遇 全球算力规模保持高速稳定增长态势。截止到2022年底，以计算设备出货量口径测算，全球算力总规模达到906EFlopS。人工智能、科学研究以及元宇宙等新兴领域快速崛起都对算力提出更高要求，预计2030年全球算力规模达到20ZFlopS，年均增速超47%，其中智能算力占比超过90%，年均增速超58%。 （三）先进计算发展目标 发展愿景：先进计算原理、计算架构、计算模式、计算算法等技术不断取得突破形成技术先进、基础扎实、路径多元、产品丰富、竞争力强的计算产业发展新格局 （四）先进计算技术路线图 数据、人工智能、集成电路工艺三大驱动因素影响下。先进计算技术将在“智能计算时代"持续演进，整机系统、计算芯片互联、存储、软件持续突破前沿技术不断探索落地。 “智能计算时代”重点产品与关键技术（四）先进计算技术路线图： 先进计算研究范围包括计算设备、芯片及零部件、软件算法等重点领域。主要分析计算设备、计算芯片及关键零部件、软件算法等重点产品，研判通用计算、多元异构计算、数据核心计算、安全可信计算、绿色低碳计算、泛在协同计算，以及前沿非经典计算等关键技术趋势和重要时间节点。 重点产品：计算设备（五）重 计算设备包括PC、服务器、AI服务器、边缘服务器、高性能计算机、嵌入式AI平台等重点产品。持续增强通用计算设备技术能力，大力推动AI服务器、边缘服务器、嵌入式A/平台等产品创新。 重点产品：计算芯片及零部件（五）重 计算芯片及零部件包括CPU、GPU、NPU、DPU等计算芯片，SSD芯片、HBA/RAID卡、高性能网卡等产品。一方面着力提升产业链供应链韧性，另一方面推动多元计算芯片产品创新发展。 重点产品：软件算法（五）重 软件算法包括BIOS、操作系统、数据库、编译器/编译工具、深度学习框架等软件算法产品。一方面不断完善计算产业生态建设，另一方面推动深度学习框架等产品创新选代，促进智能计算的发展。 （六）关键技术：通用计算技术 通用计算技术包括指令集与微架构技术、计算集群软硬件协同技术，计算性能测试基准、编程语言等关键技术。持续发展通用计算技术，加强软硬协同，完善通用计算技术生态。 （六）关键技术：多元异构计算技术 多元异构计算技术包括多芯片异构技术、异构计算集群技术、芯粒技术等关键技术，从芯片内异构向片间异构、集群异构深化，着力提升异构计算架构设计能力。 （六）关键技术：数据核心计算技术 数据核心计算技术包活存算一体技术、高速互联、存储虚拟化技术，内存解耦池化技术等关键技术持续推动以数据/内存为中心的数据计算架构创新，打破“存储墙”和“通信墙” （六）关键技术：安全可信计算技术 安全可信计算技术包活RAS技术、机密计算技术、可信AI技术、安全芯片技术等关键技术，实现计算全过程的安全可信，提升计算安全性能 （六）关键技术：绿色低碳计算技术和泛在协同计算技术 绿色计算技术包括温控和热回收技术、电源管理优化技术等关键技术，推动实现算力能效提升泛在计算技术包括云边端协同技术等技术，加速云边端侧计算协同，打破算力和应用部署地域边界， 前沿非经典计算技术 前沿非经典计算技术包括量子计算、光计算、DNA存储、类脑计算等关键技术，加快相关器件、软件算法等基础技术研发，探索前沿计算与经典计算间的融合创新研究，加速前沿计算应用落地。