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邬贺铨:数字基础设施引领新基建

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-05-13  浏览次数:1442
简介:什么是新基建?从2018年12月份中央经济工作会议首次提出新基建,到疫情防控期间,这几次中央会议都提到要加强战略性网络型的基础设

什么是新基建?

从2018年12月份中央经济工作会议首次提出新基建,到疫情防控期间,这几次中央会议都提到要加强战略性网络型的基础设施建设,并且提出新基建要建设集约高效、经济适用、智能绿色、安全可靠的现代化基础设施体系。

国家发改委近期给了新基建一个定义:要以新发展理念为引领,以技术创新为驱动,以信息网络为基础,面向高质量发展的需要提供数字转型、智能升级、融合创新等服务的基础设施体系。

从定义来看,发改委把新基建分成三大块:新一代信息基础设施、融合基础设施、创新基础设施。其中新一代信息基础设施又分成三方面,通信网络基础设施、新技术基础设施、算力基础设施,覆盖了5G、工业互联网、人工智能、云计算、区块链、数据中心等等。

新一代信息基础设施或者说数字基础设施,包括四个方面内容:5G网络、数据中心、人工智能平台、工业互联网,分别覆盖了数据的宽带实时传输与分发、数据存储计算与处理、数据的挖掘与分析决策,以及数据在产业链采集应用以及线上线下的联动。

新一代信息基础设施有很长的产业链,构成数据从采集到决策以及应用的全过程。新一代信息基础设施既是新基建又是战略性新兴产业,更是新型的信息消费市场,同时也是其它领域新基建的通用支撑技术,还是传统产业数字化的新引擎,赋能传统基建领域提质增效。

5G产业链

经历了第一代移动通信,是模拟的,一个蜂窝小区一个基站以频率的不同来区分用户,即频分多址;2G是数字的;以时隙的不同来区分用户,即时分多址;3G都是CDMA,即码分多址,以码道的不同区分用户;4G把频率、时间、码道这三维因素都利用起来,以正交频分多址的方式大大提升了复用效率。

现在5G来了,5G的多址方式是4G技术的演进,当然还会利用大规模天线和边缘计算等技术。与前几代一样,5G还是维持了十年一代,峰值速率十年提高了1000倍,但是其跟前几代不同的是,1G到4G是面向个人的,5G扩展到面向产业互联网和智慧城市的应用。

5G有三大应用场景,增强移动宽带、超可靠低时延、广覆盖大连接。5G跟4G比在多项性能上有1到2个数量级的提升,其无线技术的性能还是遵循无线通信的理论:首先把基站数做的更多、更密;其次把天线做的更多,把空分的使用维度再加上去,展宽可用的频率,还有物理层的改进;再加上网络技术使得5G和4G比性能上有显著的提升。

5G有一个很长的产业链,首先是芯片,首先是终端的芯片,终端又分基带、射频,还有基站的芯片,另外终端包括触摸屏、摄象头、传感器、麦克风、扬声器、电池、天线等。其次,基站有天线、铁塔、基站设备,基站到核心网有光纤传输系统。

5G的网络上还有边缘计算。芯片需要芯片设计工具软件,以及支撑芯片流片的芯片代工线,终端、网络、都需要有仪器仪表来进行测试,网络建设以后还要进一步优化,需要有网络优化软件,终端要有操作系统,我们终端上面还需要有APP,所以5G是一个很长的产业链。

5G变革信息产业

回顾移动通信的发展,2G开启移动通信数字化时代,1992年有了短信,2003年有了手机QQ,2004年有了支付宝。

3G在2001年全球开始商用,中国是2007年,3G跟2G显著不同的是数据传输能力。由于数据传输能力,3G出来以后陆续出现智能手机、移动电子商务、微博、线上线下联动以及社交应用,2011年才出现微信。这些业务在3G刚开始的时候是没有想到的。

2010年,4G开始全球商用,中国是2013年,4G显著不同是宽带能力。4G出来以后有扫码支付、共享经济、社交电商、移动智能搜索、短视频。

5G在中国跟其它发达国家是同时启动商用,5G最显著特点是云端的智能融合能力。我们看到,5G将带动4K/8K超高清视频、虚拟现实、增强现实、智联网、工业互联网、车联网,从历史上看,移动通信的新业态是网络能力具备后催生的,5G一定会产生出现在还想象不到的新应用。

5G不仅变革了信息技术以及数字化的产业,对金融业也有很好的影响。2G时代有网上银行,3G时代是手机银行,4G时代是数字银行,5G时代要催生智慧银行,包括大数据征信、智能投顾、供应链金融、生物识别支付等都会出现。

5G对经济增长也有很大的贡献,有国外咨询公司预计,到2035年全世界的经济产出会因为5G增加5%对应着13.2万亿美元,换成GDP,2035年全球的GDP因为5G而增加7%,相当于36000亿美元,其中对于中国,中国GDP会因为5G增加11300亿美元,而且5G还会创造新增就业岗位,对全球来讲是2230万人,对中国来讲是1090万人。

中国的信通院也做了一个估计,是对近期的预测,即2020年到2025年,5年期间5G可以直接带动我国GDP增加3.3万亿元,间接带动GDP增加8.4万亿元。最近,全球的移动通信协会有一个预测,看到疫情之后中国加快5G建设,该协会估计中国今年的5G到年底连接数会占到全球的70%,到2025年中国的5G用户占到全国移动用户将近一半,可见未来这几年我国5G会有很快的发展过程。

数据中心的基础

5G是实现数据传输与分发,我们还需要进行数据的计算、存储和处理。现在数据中心会向云数据中心发展,首先是供电、致冷等机房设施,另外需要有各种网络资源,实现计算、存储、网络的虚拟化。数据中心更重要的是应用,我们要开发各种各样应用以及数据中心的服务。

十九届四中全会的《决定》指出:“要健全劳动、资本、土地、知识、技术、管理、数据等生产要素,由市场评价贡献、按贡献决定报酬的机制。”首次把数据提到生产要素的高度。未来数据中心在中国会有很好的发展,华为有一个预测,2025年全球所有企业都会使用云技术,使用率达到85%,而云会带动数据中心的发展,云计算里面计算存储网络是要放在数据中心里面的。

美国目前互联网数据中心机柜数占到全世界的40%,排在第二位是中国占8%,日本占6%,中国目前从发展程度来看,IDC的发展比美国晚五年,但实际上我们的互联网用户规模远远超过美国,所以这决定中国的IDC规模未来是不会低于美国的,有市场预测公司预计,2020年到2025年中国IDC市场累计将超万亿元。

除了数据中心以外,我们要进行大数据的分析,这需要有大数据的基础设施。首先数据要放到数据仓库里,进行标注、清洗、处理、筛选、分类、降维等。很重要的一点,数据是要进行聚类分析、分类关系和关联性的分析。最重要的是要利用数据库,有几种数据库分别适用不同类型的数据,还要有一些数据挖掘的软件。在硬件上也有一些新的变化,有基于磁盘的计算模式、有基于内存的批量微批的计算模式、有基于流式的计算模式,都各有各的适用场合。

除了有数据的基础设施,还要有算力的基础设施。按照斯坦福《AI Index 2019》报告,2012年以前AI的算力需求每两年翻一番,2012年之后3到4个月就翻一番。据另一家咨询公司OpenAI的统计,从2012年到2019年随着深度学习模型的演进,AI所需要的计算量增加了30万倍,为了进行大数据挖掘和人工智能分析,就需要提升通用的计算能力。

但机器学习有其自身特点,大部分场景的计算并不要求高精度。另外,机器学习计算的计算形式在操作指令级上是有限的,并不需要那么复杂,科学计算中很多复杂的数学方程在机器学习里面不一定要用到。专用的计算能力或者说算力的定制化对机器学习会更合适。

深度学习的模型越来越复杂,很难在单芯片里面完成,一般都要多个芯片组合来完成,哪怕放在终端里面做也要多芯片了,这时候就要考虑分布式的计算任务本身的协同问题,怎么提高效率,实现密集和高效的数据传输交互。

算力基础设施除了加速提升通用计算能力以外,还要发展专用的计算能力,就是说专门针对机器学习的计算能力,另外要考虑多平台协同,这是适应于将来多芯片的协同作业。

人工智能有很长的产业链,底层是网络基础设施、大数据基础设施、算力基础设施。人工智能有三大支柱,大数据、算力还有算法。算法可以分为计算机视觉、语音识别、自然语言处理、机器学习云平台。当然,有一些算法是固化到AI芯片里面的,人工智能芯片也有好几个类型。此外,作为人工智能的输入还要有视觉的传感器,像雷达、摄象头等。

在底层硬件和通用平台之上,我们有各种应用领域,包括一般民用以及各种行业应用,应该说覆盖所有的领域。华为预测到2025年全世界97%的大企业都会用人工智能。据MeKinsey测算,人工智能可在未来十年为全球GDP增长贡献1.2个百分点。中国新一代人工智能发展规划预测到今年人工智能核心产业是1500亿元,带动相关产业1万亿元,到2030年人工智能核心产业到1万亿元,带动相关产业到10万亿元,可见这是一个非常大规模的产业。

5G时代的工业互联网

工业互联网底层有联网的生产装备、数控车床、智能仪器仪表,在车间一级还有很多分布控制系统、现场控制系统以及可编程逻辑控制器,还有各种传感器。

车间收集的数据通过工业防火墙连到企业的内网,工厂内有各种数据库、服务器,还有监控数据采集系统以及边缘计算,再送到企业甚至集团这一级。企业级有各种各样的管理平台软件,还需要云计算来支撑。

工业互联网分成三部分:一部分是底层物联网,使用传感网的协议;第二部分是企业的内网,使用工业以太网或时延敏感网络;第三部分是工业互联网平台,有很多计算处理功能。企业内网和工业互联网平台还要连到外网,外网是互联网或软件定义的广域网。

我们可以看到工业互联网的各个部分,构成了从数据采集汇聚、传输分发、分析处理、决策应用的全过程,支撑了数据发挥生产要素的作用。

对于工业互联网平台,首先是云计算架构中的PaaS层(平台即服务)。这里有传统的设备管理、资源管理、运维管理、故障管理,还有大数据的分析系统,包括人工智能的算法。

工业互联网的基础还有SaaS层(软件即服务),又有各种各样的的工控软件,包括产品寿命规划、供应链管理、企业资源规划、客户关系管理等。这些工控软件原来也有,但在工业互联网时代是不一样的。以企业资源规划ERP为例,原来是基于Excel表的传统ERP,可以做得很精细,定义每一个工序准确到几点几分,但一旦生产中发生一点小的问题,那就要停下来重新召开临时生产调度会,来修改这个ERP的表。

到了工业互联网时代,我们希望把工控软件与5G、物联网、大数据、云计算、AI、区块链等结合,也就是说ERP这个Excel表,会根据物联网、5G、大数据、区块链这些感知的信息自动的修改,这样可以让整个执行时间缩短25%。

工业互联网的最底层是物联网,物联网包括信息采集、数据传输、数据处理全过程,前端的传感器很重要,但在整个工业物联网的价值链上只占了25%,更大的产值规模以及重要性取决于数据处理这部分。

5G时代要发展到智能物联网,在物联网的模块上嵌入人工智能芯片,还包括开发工具软件和操作系统等,使得物联网升级为智能物联网。麦肯锡认为,整个物联网的价值70%在工业物联网,2025年全球工业物联网将创造3.9到11.1万亿美元的价值,当然主要是应用部门获得。

中国信通院对工业互联网有一个分析报告,提出我国工业互联网产业增加值2020年大概3.1万亿元,占GDP比重2.9%,对GDP增长的贡献率超过11%。中国信通院曾对我国2018年数字经济有一个评估,信息技术的直接贡献即数字产业化,对GDP贡献7.1%,信息技术在传统产业上的应用带来附加值对GDP贡献27.7%,两者加起来是大概占GDP的1/3,当然这些都是在一定条件下的预测。

总结来看,5G带来2035年经济增长13万亿美元,工业互联网2030年经济增长14万亿美元,人工智能到2030年为全球经济活动 增加13万亿美元,大约估算,到2035年这三者会使全球的经济增长达到约40万亿美元,这是非常宏伟的规模。

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