云计算的算力集约利用对碳中和的实际支撑影响分析.docx

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1、云计算的算力集约利用对碳中和的实际支撑影响分析1 .云计算是技术、商业模式的变革1.1.思想渊源深厚，2006年启动商业化运营云计算思想由来已久。云计算的商业运用虽不过15年，但思想渊源可以追溯到互联网的早期。1961年，图灵奖获得者麦卡锡第一次提出UtiIityComputing”的概念，认为计算机可能变成一种公共资源，像水、电、煤气一样，被每一个人使用。19964,Compaq（康柏电脑）在内部文件中首次提及“云计算”一词。2006年，以第一次将其弹性计算能力作为云服务售卖为标志，云计算这一新的商业模式诞生。2008年，谷歌对外发布云业务GoogleAppEngine,也发布云计算战略和平

2、台WindowsAzurePIatformo至此，亚马逊、谷歌、微软三大巨头均参与进来，2008年也被视作云计算“鲤鱼跃龙门”的一年。2009年后，IBM、VMWare.AT&T、ORACLE等海外IT厂商纷纷加入到竞争中。到2019年，全球云计算市场规模已达到1883亿美元。中国云计算发展基本同步于海外。2009年，阿里软件在江苏建立首个“电子商务云计算中心”，不仅出租云的计算、存储和网络服务，还提供各种电子商务服务，这标志着云计算正式走上了中国的历史舞台。2010年，腾讯云正式启动，同年华为云也开始了部署战略。2012年，云凭借自身的搜索引擎优势后发赶上。此后，金山云、UCIoud青云、天

3、翼云、云等纷纷开始发力，云计算在中国彻底爆发。政府对云计算的价值认可并未比商业落地迟到太多。美国政府曾发布多项政策支持云计算发展，比如2010年提出“云优先”战略、2018年又升级为“云敏捷”战略，让各机构采用可以简化转型并拥抱现代化能力的云解决方案。2010年，日本经济产业省发布的云计算与日本竞争力研究提出，通过开创基于云计算的服务而开拓全球市场，在2020年前培养出累计规模超过40万亿日元的新市场。而在中国，尤其是2020年，国家发改委首次对“新基建”的概念进行正式解读，云计算是新基础设施的一部分，正日益走向产业政策和人力资本投入的中心，将与人工智能、5G、物联网、工业互联网等新兴技术融合

4、发展，从底层技术架构到上层服务模式两方面赋能传统行业智能升级转型。1.2. 供给端、需求端共同推动行业成长从供给端出发，云计算的发展，再到近年来的爆炸式增长，是多方面知识储备、硬件实力和政策利好齐备的结果：1 .技术条件。硬件集成度和性能遵循摩尔定律提升，价格按指数下降，为大规模部署硬件基础设施提供条件。并行计算、分布式计算、虚拟化等关键技术经过几十年的实践，具备规模化商用条件。随着自动化管理、监控和集群调度技术的发展，可以管理规模庞大、遍布全球的基础设施。软件开源社区蓬勃发展，定制开发构成的云计算基础软件栈，降低了云计算部署成本。近年来，以容器、微服务、DevOps为代表的云原生技术，为企业

5、提供更高的敏捷性、弹性和云间的可移植性。2 .商业模式。互联网服务经过十几年的发展，渗透到人类社会的各个领域，实现了从桌面互联网向移动互联网的跨越。互联网逐渐从提供内容和应用，发展为提供软件、硬件和开发平台。在云计算真正被提出之前，由于SaIesforce、Amazon和Google等巨头的引领，laaS、PaaS和SaaS就已经由若干互联网提供商尝试。这种按需订购IT能力的服务模式经过了市场的检验，为云计算的提出及被广泛接受打下了坚实的基础。3 .政策利好。各发达经济体先后把发展云计算作为未来可持续发展的重要依托。通过产业扶持、政府采购、统一技术框架、建立全国性云计算共享平台等办法，深度推动

6、云计算产业发展。我国政府紧盯国际发展前沿，密切关注云计算的发展和应用，2012年以来，相关文件接连发布，利好政策层层加码；各地政府相继与国内巨头合作，政务云正成为中国云计算发展的重要力量。从需求端看，既有降低计算成本和运维成本的长期因素，也有政府“新基建”、疫情推动网上办公需求井喷等短期因素:1.企业上云。我国传统企业上云率不断提升，但与国际尚有较大结构性差别。全球层面以SaaS为主(58%,2019),而国内以laaS为主(66%,2019)。美国云计算发展领先我国3-5年，早已完成云计算2.0转型，而我国正处在从1.0到2.0的过渡期。未来在政策和需求的双重驱动下，传统企业上云是大势所趋。

7、根据国务院发展研究中心的白皮书，预计至2023年我国政府和大型企业上云率将超过60%o2.软件运维成本。通过使用云计算，企业一次性的IT资本开支规模将得到控制，也可以享受到云计算的规模效应，更加经济、灵活。同时，企业将IT运维转交给云厂商进行，也带来了降本增效。中国信通院的报告显示，95%的企业认为使用云计算可以降低IT成本，其中超过10%的用户认为成本节省一半以上。另外，超四成的企业表示使用云计算提升了IT运行效率,IT运维工作量减少和安全性提升的占比分别为25.8%和24.2%o可见，云计算将成为企业数字化转型的关键要素。3,海量计算。随着移动互联网、大数据、人工智能的蓬勃发展，需要海量的

8、计算资源。传统物理服务器的一次性投入高，且单台设备物理性能有限，很难满足日益增长的计算需求。2015年以来，移动互联网进入下半场，流量发生结构性变化，视频成主要的流量增长通道。同时，物联网进入规模复制阶段，流量洪流亟待引爆，2017年全球物联网连接数首次超过了人口数。4.疫情对云计算的推动。突发疫情带来了在线办公、远程教育、在线游戏、网络流媒体等需求的井喷。SaaS服务企业用户的认可度显著提升，国内SaaS迎来发展新机遇。传统软件部署需要现场实施，周期长且需要接触，无法满足实际需求。SaaS在这时展现出了极大优势，适合远程管控需求，用户仅需接入互联网，即可实现软件服务的接入。1.3.我国云计算

9、市场增长强劲，laaS相对成熟从总量看，我国云计算市场增长强劲，公有云规模超过私有云。2019年，我国云计算整体市场规模达1334亿元，增速为38.6%。其中，公有云市场规模达到689亿元，同比增长57.6%,预计到2023年市场规模将超过2300亿元。私有云市场规模达645亿元，同比增长22.8%,预计未来几年将保持稳定增长，到2023年市场规模将接近1500亿元。从产品结构看，我国laaS发展成熟，PaaS增长高速，SaaS潜力巨大。2019年，我国公有云laaS市场规模达到453亿元，同比增长67.4%,预计受新基建等影响，laaS会持续攀高；公有云PaaS市场规模为42亿元，同比增长9

10、2.2%,预计未来几年企业对数据库、中间件、微服务等PaaS服务的需求仍将持续增长；公有云SaaS市场规模达到194亿元，同比增长34.2%,与全球总体的成熟度差距明显，发展空间大。从厂商份额上看，阿里、华为、腾讯占据公有云laaS市场份额前三。、AWS位居其后。根据IDC对中国公有云laaS市场2020Q4情况的统计，前五服务商合计份额达到77.4%。此外，金山、浪潮、等服务商增长稳定。从技术发展上看，云原生构建底层架构成为热点。在容器及编排技术、微服务等云原生技术的带动下，在云端开发部署应用已是大势所趋，重塑中间件以实现应用向云上的变迁势在必行。服务网格作为众多微服务间通信的性能瓶颈问题的

11、解决方案应运而生，功能有二，一是将服务治理与业务逻辑解耦，二是将异构系统统一治理。分布式云成云计算新形态。分布式云计算是云计算从单一数据中心部署向不同物理位置的多数据中心部署、从中心化架构向分布式架构扩展的新模式。分布式云计算的发展动力来自逐步兴起的边缘产业。为了满足视频直播、AR/VR、工业互联网等场景下更广连接、更低时延、更好控制等需求，云计算在向一种更加全局化的分布式组合模式进阶。原生云安全理念兴起，推动安全与云深度融合。IT架构的变换使得基于边界的传统安全模型不再适用，新架构下的安全风险备受关注。以云平台安全的原生化和云安全产品的原生化为核心的云原生安全理念应运而生，安全原生化的云平台

12、能够将安全融入从设计到运营的整个过程，向用户交付更安全的云服务；原生化的云安全产品能够内嵌融合于云平台，解决用户云计算环境和安全架构割裂的痛点。云化能力是通过数字化转型提高生产力的关键。人工智能、云计算、大数据等新一代数字技术改造和企业信息技术相关的基础软硬件，作为企业数字基础设施，依然相对缺乏，跨平台异构数据难打通，高并发、不可预测访问需求承载力有限，多场景多层次的IT服务需求难实现。单元轻量化、技术中台化、流程标准化会是未来云计划建设的重点。2.云计算实现了算力的集约利用2.1.资源虚拟化是核心技术特性，利用率高基础设施及操作系统两大部分构成技术框架。云计算技术架构主要由基础设施和操作系统

13、两部分构成，又可分为四个层面。数据中心充当设施层，在整体技术架构中起到基石作用。资源层则凭借高速网络，将服务器、存储设备等通过虚拟化技术转化为动态资源池，并将二者相互连接。云计算操作系统则可概括为资源控制层，对基础设施中提供的各类资源进行统一管理、分配和调度，并用以支持服务层的软件系统。操作系统的存在，使得ICT资源池可自由分割，并具备较高的扩展性和伸缩弹性，为服务层提供强大的存储、计算能力。资源虚拟化成就技术特点，促进管理优化，凸显绿色价值。云计算主要技术特点有三：一是资源虚拟化，二是以系统可靠性代替云元可靠性，三是用提高系统性能取代硬件升级。资源虚拟化是云计算的核心技术特点，将底层物理资源

14、虚拟化，集合为IT资源池，借助云平台管理技术对资源进行统一分配、调度，按需分配。虚拟化技术避免了物理机限制下的资源闲置，提升系统资源利用率，在资源集约化的社会趋势中凸显出较高的绿色价值。虚拟化技术在云计算中的应用主要包含三项子技术：计算虚拟化：例如，通过软件将一台物理服务器进行逻辑分区，模拟为多台同时运行的虚拟服务器，从而将一台服务器针对一项服务的传统模式，转变为一台服务器可同时运行多个操作系统，且系统应用程序的运行相互独立。云计算虚拟化技术对硬件资源的二次分配，突破了物理机的一对一局限，实现资源利用效率的大幅提升及边际成本的降低。虚拟化技术发展初期的代表是虚拟机，虚拟机是利用软件模拟出的完整

15、计算机系统，具有完备的硬件系统功能，且运行环境相对隔离。虚拟化软件产品aSV则展现了虚拟化技术在现阶段的应用，利用软硬件解耦合技术将服务器虚拟化部署在硬件服务器与操作系统之间，将底层服务器资源通过池化技术，虚拟出逻辑硬件资源的虚拟机，从而实现稳定可靠的智能调度和运维。网络虚拟化：软件定义网络(SoftwareDefinedNetwork,SDN)是网络虚拟化技术在云计算中的主要实现方式。SDN基于分层思想及核心技术OpenFlow,将控制平面与数据平面相互分离，打破网络设备的封闭性，实现网络流量的灵活配置。传统网络设备需同时完成数据存储转发和传输路径控制功能，带来设备制造商捆绑销售、业务需求灵活性匮乏、网络资源共享受阻、传输路径未达最优等问题，使得传统封闭网络设备不再能适应网络规模的扩大。SDN则将网络设备控制权剥离，由集中控制器定义数据传输路径，底层网络设备仅负责数据接收、存储和转发。SDN体系架构共有三层，分别是数据平面、控制平面和应用平面。数据平面主要由网络通用硬