智算中心

巍卓铭诚

2025-09-23 16:04 · 甘肃

9月23日，OpenAI和英伟达宣布建立合作伙伴关系，OpenAI将部署至少10GW的英伟达系统，包含数百万颗GPU，英伟达将向OpenAI持续投资，总额高达1,000亿美元，共建AI基础设施集群。

黄仁勋将这次合作，称为“史上最大算力项目”和“史上最大AI基础设施项目”，将把AI从实验室带到现实世界，标志了“AI工业革命的到来”。

智算中心行业概述

智算中心的定义

智算中心，是融合人工智能、云计算、大数据等技术，提供高效智能算力服务为核心的新型算力基础设施，功能涵盖智能模型训练、推理部署、数据处理及科学计算等场景，是支撑数字经济发展的“智能底座”。

智算中心通过规模化算力集群，降低单位算力成本，可以满足AI大模型训练所需的千亿级参数计算需求，可以支撑量子计算、生物医药、气候模拟等前沿领域的科学研究，缩短技术突破周期。

智算中心与传统IDC的差异

传统数据中心，主要承载企业级应用和数据存储任务，采用冯·诺依曼主从架构，以CPU为中心，单机柜功率密度较低，通常采用风冷散热方式，用于常规信息处理需求。

而智算数据中心，聚焦于AI模型的训练与推理，支持大规模数据集处理，采用全互联对等架构，以xPU（GPU/NPU/FPGA/ASIC等）为核心，实现高效并行计算，单机柜功率密度可达20至100千瓦，普遍使用液冷或风液混合散热技术，以应对高算力设备的散热挑战。

智算中心的技术架构

（一）智算中心硬件架构

智算中心硬件架构采用“芯片-服务器-集群-网络”的层级结构：

1）AI芯片是其为核心：包括GPU（图形处理器）、ASIC（专用集成电路）、FPGA（现场可编程门阵列）等。其中GPU因并行计算能力强，占据AI训练市场90%以上份额。

2）AI训练服务器和推理服务器：训练服务器搭载多颗高算力GPU，支持NVLink等高速互联技术；推理服务器根据场景需求配置不同规格芯片，平衡算力与成本。

3）网络设计：采用“leaf-spine”拓扑结构，核心交换机与叶交换机通过高速链路连接，实现低延迟、高带宽的数据传输。

（二）软件生态

智算中心软件部分，形成“操作系统-AI框架-中间件-应用服务”的架构：

1）操作系统：以Linux为基础，叠加虚拟化技术，实现资源抽象，有些厂商开发专用的智算操作系统（如华为欧拉操作系统），优化异构计算资源管理。

2）AI框架：提供模型开发与训练的基础工具，主流框架包括TensorFlow（谷歌）、PyTorch（Meta）、MindSpore（华为）等。

3）中间件：涵盖算力调度、数据管理、模型压缩等工具。可用于容器编排、支持分布式训练、实现大模型推理优化等。

（三）液冷等高效散热技术

随着算力密度提升，传统风冷已无法满足散热需求，液冷技术成为主流。

1）冷板式液冷系统：通过金属冷板与发热器件（GPU、CPU）直接接触，利用冷却液带走热量，散热效率较风冷提升30%-50%，适用于中高算力密度场景。

2）浸没式液冷系统：将服务器整机浸没在绝缘冷却液（如矿物油、氟化液）中，通过液体对流和相变带走热量。其散热效率较冷板液冷再提升40%-60%。但初期投资成本较高，主要用于超算中心、高端AI训练集群。

智算中心的应用场景

1）AI模型训练：针对千亿，甚至万亿级参数的通用大模型（如ChatGPT、DeepSeek、文心一言），智算中心通过GPU/TPU集群提供“P级-F级”算力，支持模型的预训练、微调与优化。

2）AI算法研发与推理服务部署：支撑深度学习、强化学习、联邦学习等前沿算法的研发，还能为终端场景提供 “云端 - 边缘端”协同的推理算力；

3）垂直产业智能化升级：智算中心通过 “算力+AI算法+大数据” 的整合，推动传统产业从 “自动化” 向 “智能化” 跃迁，覆盖智能制造、AI医疗、智慧交通、智慧金融等多个关键领域。

全球化背景下的智算中心布局

1）中国

我国将智算中心纳入“东数西算”国家战略，规划建设8个国家算力枢纽节点（京津冀、长三角、粤港澳大湾区等），形成“东数西算、南数北算”的布局。根据国家数据局数据，截至2024年底，我国算力总规模达280EFLOPS，其中智能算力规模达90EFLOPS，占比32%。有机构预测，2025年我国智能算力规模预计增长超40%。

2）美国

依托芯片与AI技术优势，形成以硅谷为核心的智算产业集群，亚马逊AWS、微软Azure、谷歌Cloud等企业主导市场。美国智算中心聚焦高端AI训练场景，如OpenAI将部署的10GW英伟达GPU芯片；美国通过“芯片四方联盟”等机制限制先进技术出口，维护算力霸权。

3）欧洲

将绿色算力作为智算中心发展核心目标，欧盟《数字欧洲计划》明确要求2030年智算中心100%使用可再生能源。欧洲重点布局分布式智算网络，在德国、法国、芬兰等国建设区域算力节点。

4）其他地区

中东地区依托低成本能源优势（如沙特太阳能成本较低），吸引国际企业建设智算中心；印度通过“数字印度”战略，推动智算中心在金融、医疗领域应用；东南亚地区则聚焦边缘计算，满足本地物联网场景需求。

智算中心产业链

智算中心产业链，上游主要包括土建基础设施和IT基础架构两个方面。

土建基础设施涉及土地及施工承包商、配供电系统供应商、制冷系统供应商和基础电信运营商等，这些企业负责提供智算中心建设所需的物理空间和基本设施。IT基础架构则包括AI芯片供应商、AI服务器供应商、网络设备供应商和IDC管理系统供应商，如英伟达、Intel、AMD、华为、戴尔、惠普等，为智算中心提供核心的硬件和技术支持。

产业链中游，主要由智算服务供应商和IDC服务商组成，比如谷歌、寒武纪、中科曙光、商汤等，负责提供智能化计算服务。IDC服务商则包括Equinix、DigitalRealty、NTT、中国电信、中国移动等，它们提供数据中心相关的服务。此外，云服务供应商如谷歌、AWS、微软、华为、阿里、百度等也在这一环节发挥重要作用，提供云计算平台和服务。

产业链下游则面向具体的行业和产业应用。涵盖互联网、金融、电信、交通等领域，具体企业如谷歌、AWS、阿里、字节、证券、银行、保险、基金、移动、联通、电信、广电、铁路、航空等。

产业方面，涉及自动驾驶、文娱创作、机器人、智慧科研、智慧医疗、智慧物流等多个领域。

智算中心市场规模

根据SemiAnalysis数据，2025年全球数据中心新增装机约为13.8GW，其中 AIDC累计新增装机10.9GW，到2025年全球AIDC新增装机占全球数据中心新增装机比例预计提升至79%。2023-2028年全球数据中心新增装机量的复合年均增长率（CAGR）约为25%，传统数据中心的增速略有下降，而AIDC的CAGR高达40%。