湖南大學計算機學院院長，國家超算長沙中心總工。代表著作《算力原生》，即將由機械工業出版社出版
在人工智能浪潮席卷全球的今天，算力已成為驅動數字經濟發展的新引擎。然而，我們正面臨一個嚴峻悖論：一方面，AI大模型的參數規模從數億飆升至數萬億，訓練成本動輒數百萬美元，算力需求呈指數級增長；另一方面，GPU、NPU、FPGA等專用芯片百花齊放，算力形態日益多元異構，卻常常陷入“算力孤島”與“資源錯配”的困境。
傳統應用適配算力的模式，正遭遇系統性瓶頸——開發者被迫為不同硬件編寫多套代碼，技術棧碎片化嚴重；靜態資源分配導致專用算力閑置、通用資源過載；厚重的硬件抽象層更鎖死了應用創新空間。我們迫切需要一場從“適配”到“原生”的范式革命。
何為算力原生？
算力原生是一種面向智能時代的全新計算范式。它的核心思想是：從算力本身的特性出發，重新設計應用架構、開發范式與調度策略，讓應用從誕生之初就原生地契合底層硬件，實現算力效能的最大化釋放。
其本質是推動算力產業從資源供給向能力服務的關鍵演進。算力不僅僅是冰冷的硬件指標，還應是可被精準描述、按需調用與動態組合的服務能力——最終實現“讓算力如水電般自由流動、隨需取用”的宏偉愿景。
三大革命性理念轉變
算力原生代表了三個根本性的理念革新：
從“擁有資源”到“達成能力”：開發者不再申請“8核CPU、16G內存”這樣的靜態資源，而是描述“執行約十億次浮點運算”或“處理1GB視頻流”的能力需求。系統智能調度，將推理交給NPU，視頻轉碼交給GPU，實現能力供給。
從“軟件定義”到“軟硬協同”：打破傳統模式硬件通用化、上層軟件化對硬件效率的犧牲，推動軟件架構與硬件芯片共同演進。軟件架構的設計深刻影響硬件芯片的迭代，新硬件的特性也在軟件開發之初就被充分利用。
從“靜態配給”到“動態感知”：算力原生要求系統具備全面感知能力，系統實時感知應用需求與硬件狀態，進行毫秒級精細調度。任務可從繁忙GPU實時遷移至空閑CPU，資源始終與需求動態匹配，保持最優運行狀態。
三層核心技術體系
算力原生的實現，依托于自下而上、協同運作的三層技術體系：
圖1算力原生三層架構圖
基石層：算子原生化
聚焦計算最底層效率與統一性，為上層屏蔽硬件復雜性。
資源統一建模：構建異構算力的統一語義“身份證”，讓系統能無視硬件差異，一致地理解、比較和組合資源。
無服務器架構：將應用拆解為細粒度函數，調度器可像搭積木一樣，將每個函數精準匹配到性能、成本最優的硬件單元，實現極致彈性。
算子融合創新：將多個細粒度操作合并為單一復合內核，中間數據在高速緩存中直接傳遞，大幅減少內存讀寫，釋放硬件峰值性能。例如為Transformer注意力機制設計專用融合算子，可創造數量級性能提升。
調度層：任務原生化
負責將復雜業務邏輯智能編排為高效工作流，實現全局資源動態優化。
跨域資源傳輸：針對東數西算等分布式環境，將任務調度與數據調度聯合優化。系統智能決定“計算去哪兒”和“數據存哪兒”，通過迭代求解最大化計算與傳輸重疊，降低跨域延遲。
多工作流容器調度：針對容器鏡像拉取慢的問題，算力原生建立精細的優化模型，利用鏡像分層共享機制，結合混合智能算法，解決邊緣節點存儲與網絡瓶頸，提升并發任務處理效率。
彈性伸縮遷移：賦予任務動態調整規模與位置的能力。系統實時監控，在負載不均、成本更優時自動遷移任務，并通過檢查點/恢復技術最大限度減少服務中斷，實現“負載均衡”與“成本最優”的統一。
應用層：智能原生化
實現從資源管理到智能服務的跨越，降低AI應用門檻。
超智融合計算：采用從全局到本地分層協同的時空熵調度機制，智能實現跨集群負載均衡，解決大模型訓練中的資源錯配。創新“時空熵”調度，確保復雜工作流可靠執行。
工作流自動生成：結合大語言模型與檢索增強生成技術，構建從“意圖描述”到“代碼生成”的自動化流水線，從專業模板庫檢索并增強上下文，讓大語言模型生成結構正確、語義專業的工作流代碼，并自動化評估質量。
訓推一體服務：打破訓練與推理的壁壘，構建數據采集到在線反饋的閉環。通過參數高效微調降低更新成本，利用推理反饋數據自動迭代模型，讓AI應用持續進化。
為何重要？
算力原生不僅是一次技術優化，更是一場深刻的架構革命。它直指當前計算產業的核心痛點：
開發困境：終結多硬件多代碼的碎片化開發，讓開發者專注業務邏輯。
資源浪費：告別“大馬拉小車”與“小馬拉大車”的錯配，追求極致資源效能。
創新瓶頸：釋放新型硬件的獨特優勢，打通從底層創新到上層應用的價值通道。
在AI、大數據、物聯網深度融合的未來，算力需求將持續爆發。算力原生通過全局優化和智能調度，為千行百業的數字化轉型提供強大動力，是支撐數字經濟發展的關鍵基礎設施理念。
展望
從理念到全面落地，算力原生仍面臨異構硬件互操作、資源精準隔離與保障、開發生態構建等挑戰。但方向已然明晰：優先在AI計算、科學仿真等迫切場景突破，再逐步向通用場景擴展。
隨著技術突破與生態成熟，算力原生終將實現其愿景——讓算力像水、電一樣，成為易于使用、按需分配、高效可靠的基礎能力，為構建智能世界奠定堅實基石。
