《人工智能 科學(xué)計(jì)算 共性算子功能要求》編制說明

中國電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)協(xié)會

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《人工智能科學(xué)計(jì)算共性算子功能要求》（征求

意見稿）編制說明

一、工作簡況

1、項(xiàng)目背景

隨著人工智能的發(fā)展，我們進(jìn)入了一個(gè)新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)創(chuàng)新的時(shí)代。人

工智能已經(jīng)引發(fā)了科學(xué)發(fā)現(xiàn)與技術(shù)創(chuàng)新模式的根本性變革，突破了傳統(tǒng)科學(xué)計(jì)算

維度災(zāi)難、跨尺度計(jì)算受限等挑戰(zhàn)，形成了科學(xué)智算的新范式。然而，盡管我國

在超級計(jì)算機(jī)和智能芯片研發(fā)方面取得了突破，但在科學(xué)計(jì)算的基礎(chǔ)理論范式、

領(lǐng)域任務(wù)求解模型、高效軟件框架等方面仍存在不足。制定人工智能科學(xué)計(jì)算共

性算子標(biāo)準(zhǔn)，有利于構(gòu)建人工智能科學(xué)計(jì)算共性平臺，服務(wù)分子動力學(xué)、流體力

學(xué)、生物計(jì)算等學(xué)科科研。

2、任務(wù)來源

本標(biāo)準(zhǔn)來源于科技創(chuàng)新2030—“新一代人工智能”重大項(xiàng)目：《人工智能科

學(xué)計(jì)算共性平臺》。中國電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)協(xié)會于2023年12月14日發(fā)布《關(guān)于

公布2023年第三批團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)制修訂項(xiàng)目的通知》（中電標(biāo)通〔2023〕032號），

《人工智能科學(xué)計(jì)算共性算子功能要求》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)正式立項(xiàng)，項(xiàng)目編號為

CESA-2023-110。

3、標(biāo)準(zhǔn)起草單位

本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：北京航空航天大學(xué)、百度網(wǎng)訊科技有限公司、華為技術(shù)有

限公司、中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院。

本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：

4，主要工作過程

《人工智能科學(xué)計(jì)算共性算子規(guī)范》編制組于2023年6月舉行啟動《人工智

能科學(xué)計(jì)算共性算子規(guī)范》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)草案編制，開展編制工作。

2023年10月，確定了《人工智能科學(xué)計(jì)算共性算子規(guī)范》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)草稿

中國電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)協(xié)會

2023年11月召開《人工智能科學(xué)計(jì)算共性算子規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)論證會，與會

專家明確了相關(guān)術(shù)語、定義，給出了修改意見，并建議更名為《人工智能科學(xué)

計(jì)算共性算子功能要求》。

2024年2月，通過組織多次標(biāo)準(zhǔn)討論會，形成《人工智能科學(xué)計(jì)算共性算

子功能要求》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿。

二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則和確定主要內(nèi)容的論據(jù)及解決的主要問題

1、編制原則

《人工智能科學(xué)計(jì)算共性算子功能要求》標(biāo)準(zhǔn)的編制原則如下：

a)全面性原則：在編制標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，要充分考慮到共性算子的全面性。確保標(biāo)準(zhǔn)

能夠涵蓋各種不同的共性算子，以滿足不同領(lǐng)域和任務(wù)的需求。標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)包括廣泛

的共性算子功能定義，以確保其適用于各種人工智能開發(fā)框架。

b)實(shí)用性原則：在制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，要考慮到當(dāng)前人工智能科學(xué)計(jì)算的發(fā)展現(xiàn)狀

和實(shí)際需求。吸收先進(jìn)的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，包括企業(yè)、高校、科研院所等的研究成果，

以確保標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)用性。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的功能要求應(yīng)具有清晰、易操作和可試驗(yàn)性，

能夠指導(dǎo)實(shí)踐和評估工作。

c)可驗(yàn)證性原則：標(biāo)準(zhǔn)制定是為了使用，只有經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證，才能體現(xiàn)共性

算子功能的實(shí)際效果。

d)國際性原則：在制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，充分考慮到國內(nèi)外相關(guān)研究項(xiàng)目和標(biāo)準(zhǔn)。采

用國際通用的術(shù)語、文件格式和定義方法，使得標(biāo)準(zhǔn)具有國際化的適用性。以滿

足研究人員的需求，并促進(jìn)國內(nèi)外的交流和合作。

e)實(shí)施和推廣原則：在標(biāo)準(zhǔn)的起草過程中，積極征集產(chǎn)業(yè)界的意見，并確保

標(biāo)準(zhǔn)的可實(shí)施性。

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了高階微分、復(fù)數(shù)操作、傅里葉變換、線性代數(shù)、分?jǐn)?shù)階微分、

積分操作等種共性算子的功能。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于指導(dǎo)主流編程框架開發(fā)和實(shí)現(xiàn)面向基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域的共性算子。

2、確定主要內(nèi)容的論據(jù)

《人工智能科學(xué)計(jì)算共性算子功能要求》規(guī)定了人工智能科學(xué)計(jì)算類算子

接口，包括高階微分、復(fù)數(shù)操作、傅里葉變換、線性代數(shù)、分?jǐn)?shù)階微分、積分操

作6個(gè)子類。

中國電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)協(xié)會

科學(xué)計(jì)算，是指利用計(jì)算機(jī)再現(xiàn)、預(yù)測和發(fā)現(xiàn)客觀世界運(yùn)動規(guī)律和演化特性

的全過程，包括建立物理模型,研究計(jì)算方法，設(shè)計(jì)并行算法，研制應(yīng)用程序，

開展模擬計(jì)算和分析計(jì)算結(jié)果等過程。共性算子，是指在人工智能科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域

中，能夠跨越不同科學(xué)和工程學(xué)科的界限，服務(wù)于多種計(jì)算模型和算法的基礎(chǔ)計(jì)

算單元或操作。

3、主要解決的問題

解決科學(xué)計(jì)算任務(wù)中高階復(fù)合算子和物理方程算子存在符號追蹤難、中間表

示不兼容、代碼生成邏輯復(fù)雜、高階分?jǐn)?shù)階微積分算子實(shí)現(xiàn)方法不統(tǒng)一等問題。

定義人工智能科學(xué)計(jì)算共性算子抽象表示、兼容計(jì)算圖表示，整合高階分?jǐn)?shù)階微

積分求解方法，形成人工智能科學(xué)計(jì)算共性算子功能規(guī)范。

三、主要試驗(yàn)[或驗(yàn)證]情況分析

標(biāo)準(zhǔn)編制過程中針對百度網(wǎng)訊科技有限公司和華為技術(shù)有限公司，系統(tǒng)開展

了人工智能科學(xué)計(jì)算框架的試驗(yàn)驗(yàn)證工作。對規(guī)范的合理性、適用性以及對實(shí)際

應(yīng)用的指導(dǎo)性進(jìn)行了評估。

四、知識產(chǎn)權(quán)情況說明

無。

五、產(chǎn)業(yè)化情況、推廣應(yīng)用論證和預(yù)期達(dá)到的經(jīng)濟(jì)效果

目前主流的人工智能開發(fā)框架，如TensorFlow、Pytorch、MindSpore和

PaddlePaddle等，雖然都對常用的算子進(jìn)行了定義和實(shí)現(xiàn)，但接口形式和語義存

在著較大差異性。

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了高階微分、復(fù)數(shù)操作、傅里葉變換、線性代數(shù)、分?jǐn)?shù)階微分、

積分操作等共性算子的功能定義，適用于主流編程框架開發(fā)和實(shí)現(xiàn)，面向基礎(chǔ)科

學(xué)領(lǐng)域的共性算子。通過本標(biāo)準(zhǔn)的研制，進(jìn)行了科學(xué)計(jì)算中多種共性算子的定義，

可指導(dǎo)共性算子功能實(shí)現(xiàn)，統(tǒng)一共性算子抽象和表示。提高我國在基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域

的科研能力。

六、轉(zhuǎn)化國際標(biāo)準(zhǔn)和國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)情況

本標(biāo)準(zhǔn)參考IEEEStandardforOperatorInterfacesofArtificialIntelligence（標(biāo)

準(zhǔn)編號：IEEE2941.1-2022），在其基礎(chǔ)上聚焦人工智能科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域涉及的算

子，補(bǔ)充積分操作、高階微分、分?jǐn)?shù)階微分、采樣操作、稀疏運(yùn)算、部分復(fù)數(shù)操

中國電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)協(xié)會

作，填補(bǔ)了這一領(lǐng)域的空白，為人工智能科學(xué)計(jì)算提供更全面的算子功能要求。

七、與現(xiàn)行相關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)章及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)性

符合我國有關(guān)的現(xiàn)行法律、法規(guī)。

八、重大分歧意見的處理經(jīng)過和依據(jù)

無重大分歧意見。

九、貫徹標(biāo)準(zhǔn)的要求和措施建議

在起草過程中積極征集產(chǎn)業(yè)界意見，確保標(biāo)準(zhǔn)的可實(shí)施性，配合標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)驗(yàn)

證等工作。在完成標(biāo)準(zhǔn)編制后，進(jìn)行國家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施宣貫，推廣標(biāo)準(zhǔn)在產(chǎn)業(yè)中的實(shí)

際應(yīng)用，確?？陕涞匦?。

十、替代或廢止現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的建議

無。

十一、其它應(yīng)予說明的事項(xiàng)