先進計算：算存運協同與產業生態全景

邸紹巖，中國信通院信息化與工業化融合研究所先進計算研究部副主任，博士，畢業於北京大學微納電子學系，先進計算產業發展聯盟技術生態組組長，從事先進計算、集成電路等領域研究，長期圍繞相關領域支撐工業和信息化部、國家發改委、中央網信辦，牽頭、參與省部級課題十余項，連續多年評為中國信通院優秀科研人員。 黃璜，中國信通院信息化與工業化融合研究所高級工程師，博士。長期從事先進計算技術、算力基礎設施、算力產業發展等領域的研究。目前已主持或參與多項國家、地方和國內龍頭企業算力相關產業規劃、實施方案、研究報告的編制。 周蘭，中國信通院人工智能與大數據領域副主席，信息化與工業化融合研究所副總工程師，主要從事智能計算、集成電路、5G產業等領域的研究和支撐工作；承擔多項國家級、省部級科研創新專項，連續多年承擔工程院相關重大戰略課題研究，支撐了工業和信息化部、中央網信辦、國家發展改革委等國家部委關於國家戰略與頂層設計、重大攻關專項設置、政策文件研究編制等多項重大問題決策，牽頭撰寫並發布多本產業皮書，曾出版圖書《指尖上的革命:移動智能終端》《移動互聯網：模式創新的力量》《計算大變局》。

第一章 先進計算：背景與概述
一、什麼是先進計算
（一）定義與內涵
（二）與傳統計算的差異
（三）先進計算的典型類型
二、推動計算發展的時代背景
（一）數據爆炸式增長
（二）AI模型覆雜度上升
（三）數字經濟全面滲透
（四）戰略科技博弈
三、先進計算的重要意義
（一）科技創新的基石
（二）數字經濟的底座
（三）產業安全的保障
（四）推動產業鏈升級
第二章 先進計算的發展歷程
一、計算1.0時代：機械計算的起點（1890—1945年）
（一）計算萌芽：從算盤到機械計算機
（二）戰時驅動：Z3與Mark Ⅰ的問世
（三）初步架構：存儲、控制、運算雛形初現
（四）應用探索：以軍事科研為主的應用場景
二、計算2.0時代：電子化起步與程序的誕生（1946—1974年）
（一）ENIAC誕生：電子管開啟計算新紀元
（二）小型機登場：PDP、NOVA等推動普及
（三）軟件基礎：程序語言與操作系統的起步
（四）初具產業：企業級應用與產業初步發展
三、計算3.0時代：微處理器的出現與個人計算（1975—1994年）
（一）微型機：從Micral N到蘋果Ⅰ
（二）芯片為王：CPU成為核心
（三）用戶交互：圖形界面與鍵盤、鼠標普及
（四）市場擴展：辦公與家庭場景普及
四、計算4.0時代：互聯網與分布式計算（1995—2015年）
（一）網絡時代：TCP/IP與WWW普及
（二）多核普及：TFLOPS時代到來
（三）雲計算興起：資源從本地走向雲端
（四）移動革命：智能設備推動計算無處不在
五、計算5.0時代：智能計算全面加速（2016年至今）
（一）AlphaGo登場：智能計算進入大眾視野
（二）芯片重構：GPU等AI芯片登上舞臺
（三）大模型驅動：應用場景爆發式增長
（四）算力新格局：智算中心與泛在計算融合
六、計算6.0時代：通向非經典計算（未來）
（一）非馮·諾依曼架構：跳出“馮·諾依曼瓶頸”
（二）計算革命：量子計算、生物計算、光計算競相探索
（三）軟件硬件：生態體系的重構挑戰
（四）未來圖景：構建智能世界的算力基石
第三章 先進計算技術：算存運的藝術
一、計算的變革：從通用到智能
（一）通用計算的基石：CPU演進之路
（二）專用加速器崛起：GPU、NPU與DPU
（三）算力協同：異構融合與任務調度機制
二、存儲的革命：海量數據的智慧管理
（一）存儲系統演進：從磁盤到全閃存
（二）存儲芯片：從NAND閃存到存內計算
（三）高帶寬需求：HBM與CXL技術進展
（四）數據密集型計算應用的挑戰與優化
三、互聯的突破：連接一切的網絡
（一）傳統互聯的極限：PCIe與以太網瓶頸
（二）AI芯片卡間互聯技術：NVLink、Infinity Fabric
（三）數據中心內互聯：分布式計算與通信優化
（四）面向未來的互聯架構：光互聯與CXL協同
四、算存運的協調：系統級性能的全局優化
（一）統一資源模型：打通算存運的系統語義
（二）任務調度與數據流編排：實現算存運之間的智能協同
（三）跨層優化機制：軟硬件協同釋放系統效能
（四）系統架構協同設計：從芯片到整機的協同演進
第四章 先進計算產業：生態與體系構建
一、處理器和部件
（一）通用處理器：先進計算的主心骨
（二）加速處理器：驅動異構計算的加速引擎
（三）存儲部件：支撐數據密集型任務的核心載體
（四）互聯部件：構建高效協同的通信橋梁
（五）管理控制部件：底層可靠性的隱形支柱
二、架構和體系
（一）基於不同位置的計算：雲、邊、端的協同演進
（二）基於不同場景的計算：從通用任務到行業定制
三、設備和系統
（一）數據中心計算設備：承載核心算力的基礎單元
（二）終端計算設備：賦能邊緣智能的前沿節點
（三）存儲設備：數據存取與調度的核心倉庫
（四）支撐系統：實現資源管理與智能調度的中樞平臺
四、計算設施
（一）雲計算中心：資源池化與彈性調度的代表形態
（二）智算中心：服務AI大模型的新一代計算載體
（三）超算中心：面向科學研究的極致計算能力平臺
（四）新型計算設施：探索未來計算範式的先行陣地
五、協議與標準
（一）硬件互聯標準：構建計算連接的“公路網”
（二）存儲與內存標準：數據流轉的規則底座
（三）計算通信協議：跨系統協同的基礎語言
（四）軟件與生態標準：推動計算生態協同發展
第五章 先進計算應用：賦能智能時代
一、人工智能大模型與生成式人工智能
（一）算力需求爆發式增長
（二）異構計算架構支撐
（三）對編譯器和軟件棧要求高
（四）推動算力網絡與集群智能調度發展
二、智能駕駛與車路協同系統
（一）邊緣計算與實時響應需求極高
（二）端邊雲協同調度