芯耀
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算力作為推動(dòng)科技進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心要素，其規(guī)模的準(zhǔn)確計(jì)算顯得尤為重要。
算力不僅僅來(lái)源于數(shù)據(jù)中心，還包括邊緣計(jì)算、云計(jì)算、超算以及智算等多個(gè)維度。本文將詳細(xì)探討如何計(jì)算一個(gè)國(guó)家的算力規(guī)模。
算力的定義與組成
算力是指計(jì)算系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)完成計(jì)算任務(wù)的能力，通常以每秒浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)（FLOPS）來(lái)衡量。它的組成包括以下幾個(gè)主要部分：
數(shù)據(jù)中心算力：傳統(tǒng)意義上的算力來(lái)源，主要由數(shù)據(jù)中心中的服務(wù)器提供。
邊緣計(jì)算：隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，邊緣設(shè)備（如智能手機(jī)、IoT設(shè)備等）也具備一定的計(jì)算能力。
云計(jì)算：通過(guò)云服務(wù)平臺(tái)提供的算力資源，可以動(dòng)態(tài)擴(kuò)展和按需使用。
超級(jí)計(jì)算：高性能計(jì)算中心（HPC）提供的大規(guī)模并行處理能力，適用于科學(xué)研究和復(fù)雜模擬。
智能算力：專門(mén)為人工智能應(yīng)用設(shè)計(jì)的算力，如AI訓(xùn)練和推理所需的GPU和TPU。
計(jì)算公式與方法
1?數(shù)據(jù)中心算力
計(jì)算公式
對(duì)于數(shù)據(jù)中心，首先需要確定其服務(wù)器數(shù)量及每臺(tái)服務(wù)器的性能。假設(shè)一臺(tái)服務(wù)器配備若干個(gè)高性能GPU，其總算力可以通過(guò)以下公式計(jì)算：
例如，如果一個(gè)數(shù)據(jù)中心有1000臺(tái)服務(wù)器，每臺(tái)服務(wù)器的算力為200 TFLOPS，則該數(shù)據(jù)中心的總算力為：
總算力= 1000 × 200 TFLOPS = 200, 000 TFLOPS
需要注意的是，數(shù)據(jù)中心的算力通常是理論峰值性能（Peak Performance），實(shí)際利用率可能低于這一數(shù)值。
??數(shù)據(jù)來(lái)源
?公開(kāi)報(bào)告 ：數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商（如Equinix、Digital Realty）通常會(huì)發(fā)布年度報(bào)告，披露其服務(wù)器數(shù)量、性能參數(shù)等信息。
?市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu) ：IDC、Gartner、Synergy Research Group等機(jī)構(gòu)定期發(fā)布關(guān)于數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)規(guī)模、服務(wù)器部署量的研究報(bào)告。
?政府統(tǒng)計(jì) ：一些國(guó)家的通信或科技部門(mén)可能會(huì)公布本國(guó)數(shù)據(jù)中心的相關(guān)數(shù)據(jù)。
?硬件廠商?：服務(wù)器制造商（如浪潮）提供的技術(shù)規(guī)格可用來(lái)估算單臺(tái)服務(wù)器算力。
??數(shù)據(jù)獲取方式
?查詢公開(kāi)的行業(yè)報(bào)告或公司財(cái)報(bào)。
?通過(guò)數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商/行業(yè)協(xié)會(huì)獲取數(shù)據(jù)。
?使用市場(chǎng)占有率分析推算未公開(kāi)的部分。
?2?邊緣計(jì)算
? 計(jì)算公式
邊緣設(shè)備的算力通常較小，但數(shù)量眾多?？梢酝ㄟ^(guò)以下公式估算邊緣設(shè)備的總算力：
例如，如果有500,000個(gè)邊緣設(shè)備，每個(gè)設(shè)備提供1 GFLOPS，則邊緣設(shè)備的總算力為：
總算力 = 500, 000 × 1 GFLOPS?= 500 TFLOPS
邊緣設(shè)備算力主要用于本地化處理任務(wù)，如實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析或傳感器數(shù)據(jù)處理。盡管單個(gè)設(shè)備算力較低，但由于數(shù)量龐大，其累積效應(yīng)不容忽視。
??數(shù)據(jù)來(lái)源
?聯(lián)網(wǎng)設(shè)備廠商：如華為、小米、蘋(píng)果等智能設(shè)備制造商通常會(huì)提供產(chǎn)品性能參數(shù)（如處理器型號(hào)、算力）。
?市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)：Statista、IoT Analytics等機(jī)構(gòu)發(fā)布的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備出貨量和性能數(shù)據(jù)。
?分布式計(jì)算項(xiàng)目：如Folding@home、SETI@home等項(xiàng)目會(huì)記錄參與者設(shè)備貢獻(xiàn)。
??數(shù)據(jù)獲取方式
?收集主要廠商的產(chǎn)品規(guī)格，并結(jié)合市場(chǎng)銷(xiāo)量估算總設(shè)備數(shù)量。
?使用抽樣調(diào)查法評(píng)估邊緣設(shè)備實(shí)際利用率。
?參考分布式計(jì)算項(xiàng)目的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。
?3?云計(jì)算
? 計(jì)算公式
云服務(wù)平臺(tái)提供的算力可以通過(guò)其服務(wù)級(jí)別協(xié)議(SLA)來(lái)評(píng)估。假設(shè)某云平臺(tái)承諾提供1000個(gè)虛擬機(jī)(VM)，每個(gè)VM提供50 TFLOPS，則其總算力為：
總算力 = 1000 × 50 TFLOPS?= 50, 000 TFLOPS
需要注意的是，云計(jì)算平臺(tái)的算力往往依賴于物理數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器資源。因此，在統(tǒng)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)先使用云服務(wù)商提供的公開(kāi)數(shù)據(jù)，而不重復(fù)計(jì)算其背后的物理服務(wù)器資源。另外需要注意，這里計(jì)算的算力用于普通計(jì)算任務(wù)。
??數(shù)據(jù)來(lái)源
?云服務(wù)商官網(wǎng) ：阿里云、AWS、Azure等云平臺(tái)通常會(huì)在官網(wǎng)或技術(shù)文檔中披露其虛擬機(jī)實(shí)例的性能參數(shù)（如vCPU數(shù)量、內(nèi)存、GPU配置等）。
?第三方評(píng)測(cè)機(jī)構(gòu) ：如CloudHarmony、Cloud Spectator等會(huì)對(duì)云平臺(tái)的性能進(jìn)行獨(dú)立測(cè)試并發(fā)布報(bào)告。
?行業(yè)白皮書(shū) ：云服務(wù)商發(fā)布的年度白皮書(shū)可能包含其資源部署規(guī)模和服務(wù)能力。
??數(shù)據(jù)獲取方式
?API/官方文檔獲取虛擬機(jī)實(shí)例性能參數(shù)。
?結(jié)合云服務(wù)商的市場(chǎng)份額推算其總算力。
?聯(lián)系云服務(wù)商獲取更詳細(xì)的數(shù)據(jù)。
?4?超算
? 計(jì)算公式
超算是高性能計(jì)算（HPC）的核心領(lǐng)域，通常用于解決復(fù)雜的科學(xué)問(wèn)題或工程模擬。超級(jí)計(jì)算機(jī)的算力通常以PetaFLOPS（PFLOPS）為單位衡量，代表每秒千萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算。
超級(jí)計(jì)算機(jī)的性能統(tǒng)計(jì)
超級(jí)計(jì)算機(jī)的算力可以直接從國(guó)際權(quán)威榜單（如TOP500）中獲取，或者通過(guò)廠商提供的技術(shù)規(guī)格計(jì)算得出。例如，某臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)的峰值性能為100 PFLOPS，則它對(duì)該國(guó)算力的貢獻(xiàn)即為100 PFLOPS。
假設(shè)一個(gè)國(guó)家有三臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)，分別提供100 PFLOPS、50 PFLOPS和20 PFLOPS的算力，則超級(jí)計(jì)算總算力為：
總算力=?100 PFLOPS + 50 PFLOPS + 20 PFLOPS= 170 PFLOPS
超級(jí)計(jì)算的實(shí)際利用率
超級(jí)計(jì)算機(jī)的利用率通常較高，約為70%-90%。因此，調(diào)整后的超算總算力為：調(diào)整后總算力 = 超級(jí)計(jì)算總算力 × 利用率系數(shù)
假設(shè)利用率為80%，調(diào)整后的超算總算力為：
調(diào)整后總算力 =?170 PFLOPS × 80%?= 136 PFLOPS
??數(shù)據(jù)來(lái)源
?國(guó)際權(quán)威榜單 ：TOP500、Green500等榜單會(huì)列出全球超級(jí)計(jì)算機(jī)的性能排名及具體參數(shù)。
?科研機(jī)構(gòu) ：超級(jí)計(jì)算機(jī)通常由大學(xué)、實(shí)驗(yàn)室或政府機(jī)構(gòu)運(yùn)營(yíng)，這些機(jī)構(gòu)可能會(huì)發(fā)布相關(guān)的技術(shù)報(bào)告。
?硬件廠商 ：如NVIDIA、AMD、Intel等公司提供的高性能計(jì)算解決方案和技術(shù)規(guī)格。
??數(shù)據(jù)獲取方式
?查詢TOP500榜單，直接提取上榜超算的峰值性能（Rmax）。
?通過(guò)超級(jí)計(jì)算機(jī)運(yùn)營(yíng)方獲取實(shí)際利用率數(shù)據(jù)。
?使用硬件廠商技術(shù)文檔估算未上榜的超算性能。
?5?智算
? 計(jì)算公式
智能算力是指專門(mén)為AI應(yīng)用設(shè)計(jì)的計(jì)算能力，主要包括深度學(xué)習(xí)模型的訓(xùn)練和推理任務(wù)。智能算力通常依賴于專用硬件（如GPU、TPU、NPU等），這些硬件針對(duì)矩陣運(yùn)算和并行計(jì)算進(jìn)行了優(yōu)化。
智能算力的來(lái)源
智能算力的來(lái)源包括以下幾個(gè)方面：
?AI專用硬件：如NVIDIA的GPU、Google的TPU、華為的昇騰處理器等。
?AI云服務(wù)平臺(tái)：如阿里云、AWS、微軟Azure提供的AI加速服務(wù)。
?企業(yè)級(jí)AI集群：許多科技公司會(huì)搭建自己的AI訓(xùn)練集群，用于內(nèi)部研發(fā)。
智能算力的統(tǒng)計(jì)方法
假設(shè)一個(gè)國(guó)家擁有以下智能算力資源：
?10萬(wàn)臺(tái)AI專用服務(wù)器，每臺(tái)服務(wù)器的算力為10 TFLOPS；
?2個(gè)AI云服務(wù)平臺(tái)，每個(gè)平臺(tái)提供50 PFLOPS的算力。
則智能算力的總算力為：
智能算力總算力 =(10萬(wàn) × 10 TFLOPS)?+ (2 × 50 PFLOPS)
轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一單位（PFLOPS）后：
智能算力總算力=1,000 PFLOPS + 100 PFLOPS =1, 100 PFLOPS
智能算力的實(shí)際利用率
智能算力的利用率因應(yīng)用場(chǎng)景而異。例如，AI訓(xùn)練任務(wù)通常需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，利用率較高（約70%-90%）；而推理任務(wù)可能具有間歇性，利用率較低（約30%-50%）。假設(shè)平均利用率為60%，則調(diào)整后的智能算力為：
調(diào)整后智能算力=?1,100PFLOPS × 60% = 660 PFLOPS
??數(shù)據(jù)來(lái)源
?AI硬件廠商 ：如NVIDIA、Google（TPU）、華為（昇騰）、寒武紀(jì)等公司會(huì)發(fā)布其AI芯片的性能參數(shù)（如Tensor FLOPS）。
?AI云服務(wù)平臺(tái) ：阿里云、AWS、微軟Azure等提供的AI加速服務(wù)通常會(huì)標(biāo)明其算力規(guī)模。
?企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù) ：大型科技公司（如谷歌、Facebook、百度）可能會(huì)在其AI研發(fā)報(bào)告中披露訓(xùn)練集群的規(guī)模。
??數(shù)據(jù)獲取方式
?收集AI硬件廠商的產(chǎn)品規(guī)格，并結(jié)合市場(chǎng)占有率估算總部署量。
??查詢AI云服務(wù)平臺(tái)的技術(shù)文檔或聯(lián)系技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)獲取。
?分析企業(yè)公開(kāi)的AI研發(fā)報(bào)告或新聞稿。
?6?綜合評(píng)估國(guó)家級(jí)別的算力
為了得到一個(gè)國(guó)家整體的算力規(guī)模，需要將各個(gè)維度的數(shù)據(jù)整合在一起：
國(guó)家總算力 =?數(shù)據(jù)中心總算力 + 邊緣設(shè)備總算力?+ 云平臺(tái)總算力+ 超級(jí)計(jì)算總算力+智能總算力
? 避免重復(fù)計(jì)算
在統(tǒng)計(jì)過(guò)程中，必須注意不同維度之間的重疊部分，避免重復(fù)計(jì)算。例如：
?云計(jì)算與數(shù)據(jù)中心的關(guān)系：云計(jì)算平臺(tái)往往依賴于物理數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器資源。因此，在統(tǒng)計(jì)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先使用云計(jì)算平臺(tái)提供的公開(kāi)數(shù)據(jù)，而不再單獨(dú)計(jì)算其背后的服務(wù)器資源。
?個(gè)人設(shè)備與分布式計(jì)算項(xiàng)目：如果某些個(gè)人設(shè)備參與了分布式計(jì)算項(xiàng)目，這些設(shè)備的算力已經(jīng)計(jì)入分布式項(xiàng)目的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中，不應(yīng)再次計(jì)入個(gè)人設(shè)備的總算力。
?邊緣設(shè)備與物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)：邊緣計(jì)算設(shè)備通常由物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)管理，因此只需統(tǒng)計(jì)一次，避免雙重計(jì)算。
? 實(shí)際利用率調(diào)整
理論上，所有設(shè)備的算力都可以達(dá)到其峰值性能，但在實(shí)際運(yùn)行中，利用率往往低于100%。因此，需要根據(jù)實(shí)際情況引入“利用率系數(shù)”進(jìn)行調(diào)整。例如：
?數(shù)據(jù)中心：利用率因負(fù)載情況而異，通常為50%-70%。
?云計(jì)算平臺(tái)：利用率取決于用戶需求，假設(shè)為60%。
?個(gè)人設(shè)備：由于大部分時(shí)間處于閑置狀態(tài)，利用率僅為10%-20%。
?邊緣設(shè)備：利用率相對(duì)穩(wěn)定，約為30%-50%。
調(diào)整后的總算力公式為：
??實(shí)際利用率的數(shù)據(jù)來(lái)源
?行業(yè)研究 ：IDC、Gartner等機(jī)構(gòu)會(huì)發(fā)布關(guān)于數(shù)據(jù)中心、云計(jì)算、邊緣計(jì)算等領(lǐng)域的利用率研究報(bào)告。
?案例分析 ：某些企業(yè)和機(jī)構(gòu)可能會(huì)公開(kāi)其實(shí)際利用率數(shù)據(jù)（如Google曾披露其數(shù)據(jù)中心利用率為60%-70%）。
?專家訪談 ：通過(guò)與行業(yè)專家或技術(shù)顧問(wèn)交流，了解不同場(chǎng)景下的典型利用率。
??實(shí)際利用率數(shù)據(jù)的獲取方式
?綜合多份研究報(bào)告，取平均值作為參考。
?針對(duì)特定領(lǐng)域（如AI訓(xùn)練、邊緣計(jì)算）進(jìn)行專項(xiàng)調(diào)研。
?借助模擬工具或歷史數(shù)據(jù)分析得出利用率范圍。
?7?整合數(shù)據(jù)來(lái)源
在實(shí)際操作中，我們需要將上述數(shù)據(jù)來(lái)源整合到一起，形成一個(gè)完整的數(shù)據(jù)鏈條。以下是具體步驟：
優(yōu)先使用權(quán)威數(shù)據(jù) ：如TOP500榜單、云服務(wù)商官網(wǎng)、市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)報(bào)告等。
交叉驗(yàn)證 ：通過(guò)多個(gè)來(lái)源對(duì)比，確保數(shù)據(jù)的一致性和可靠性。
合理估算 ：對(duì)于難以獲取的部分（如個(gè)人設(shè)備的實(shí)際利用率），可以采用抽樣調(diào)查或行業(yè)平均水平進(jìn)行估算。
避免重復(fù) ：明確各維度的邊界，剔除已統(tǒng)計(jì)的部分，確保數(shù)據(jù)不重疊。
示例：X國(guó)的算力資源
為了更好地說(shuō)明如何基于上述方法計(jì)算一個(gè)國(guó)家的算力規(guī)模，我們通過(guò)一個(gè)具體的例子來(lái)進(jìn)行測(cè)算。
1. 算力資源整理
基于整理數(shù)據(jù)來(lái)源，“X國(guó)”在各個(gè)維度上的算力資源如下：
數(shù)據(jù)中心
?X國(guó)有50個(gè)大型數(shù)據(jù)中心，每個(gè)數(shù)據(jù)中心平均配備2萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器
?每臺(tái)服務(wù)器的算力為1 TFLOPS
?數(shù)據(jù)中心的實(shí)際利用率為60%
?邊緣計(jì)算
?X國(guó)有1億個(gè)邊緣設(shè)備（如智能家居設(shè)備、IoT傳感器等），每個(gè)設(shè)備的算力為1 GFLOPS
?邊緣設(shè)備的實(shí)際利用率為40%
?云計(jì)算
?X國(guó)有3家主要云服務(wù)商，分別提供以下算力
?云服務(wù)商A：提供10,000個(gè)虛擬機(jī)（VM），每個(gè)VM的算力為50 TFLOPS
?云服務(wù)商B：提供5,000個(gè)虛擬機(jī)，每個(gè)VM的算力為100 TFLOPS
?云服務(wù)商C：提供8,000個(gè)虛擬機(jī)，每個(gè)VM的算力為20 TFLOPS
?云計(jì)算平臺(tái)的整體利用率為70%
?超算
?X國(guó)有兩臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)，分別提供以下算力
?超級(jí)計(jì)算機(jī)1：峰值性能為100 PFLOPS
?超級(jí)計(jì)算機(jī)2：峰值性能為50 PFLOPS
?超級(jí)計(jì)算機(jī)的實(shí)際利用率為80%
?智算
?X國(guó)有以下智能算力資源
?AI專用硬件：10萬(wàn)臺(tái)AI服務(wù)器，每臺(tái)服務(wù)器的算力為10 TFLOPS
?AI云服務(wù)平臺(tái)：兩家云服務(wù)商分別提供以下算力：
—云服務(wù)商D：提供100 PFLOPS
—云服務(wù)商E：提供50 PFLOPS
?智能算力的整體利用率為60%
2. 具體測(cè)算步驟
?數(shù)據(jù)中心算力
根據(jù)公式：數(shù)據(jù)中心總算力 = 數(shù)據(jù)中心數(shù)量 × 每數(shù)據(jù)中心服務(wù)器數(shù)量 × 每臺(tái)服務(wù)器FLOPS
代入數(shù)據(jù)：
數(shù)據(jù)中心總算力 = 50 × 2萬(wàn) × 1 TFLOPS =?1, 000, 000 TFLOPS = 1, 000 PFLOPS
調(diào)整后的實(shí)際算力（利用率60%）：
調(diào)整后數(shù)據(jù)中心算力 = 1, 000 PFLOPS × 60%?= 600 PFLOPS
?邊緣計(jì)算算力
根據(jù)公式：邊緣設(shè)備總算力= 設(shè)備數(shù)量 × 每個(gè)設(shè)備FLOPS
代入數(shù)據(jù)：邊緣設(shè)備總算力=1億×1 GFLOPS =100, 000 TFLOPS = 100 PFLOPS
調(diào)整后的實(shí)際算力（利用率40%）：調(diào)整后邊緣設(shè)備算力=100 PFLOPS × 40% = 40 PFLOPS
?云計(jì)算算力
根據(jù)公式：
代入數(shù)據(jù)：
云服務(wù)商A：10,000×50 TFLOPS=500, 000 TFLOPS = 500 PFLOPS
云服務(wù)商B：5,000×100 TFLOPS=500, 000 TFLOPS = 500 PFLOPS
云服務(wù)商C：8,000 × 20 TFLOPS=160, 000 TFLOPS = 160 PFLOPS
云平臺(tái)總算力=500+500+160 =1,160 PFLOPS
調(diào)整后的實(shí)際算力（利用率70%）：調(diào)整后云平臺(tái)算力 = 1,160 PFLOPS × 70% = 812 PFLOPS
?超算算力
根據(jù)公式：超級(jí)計(jì)算總算力? = 超級(jí)計(jì)算機(jī)1算力? + 超級(jí)計(jì)算機(jī)2算力
代入數(shù)據(jù)：超級(jí)計(jì)算總算力 = 100 PFLOPS + 50 PFLOPS = 150 PFLOPS
調(diào)整后的實(shí)際算力（利用率80%）：調(diào)整后超級(jí)計(jì)算算力? = 150 PFLOPS × 80% = 120 PFLOPS
?智算算力
根據(jù)公式：智能算力總算力 = (AI服務(wù)器數(shù)量 × 每臺(tái)服務(wù)器FLOPS) + AI云服務(wù)算?
代入數(shù)據(jù)：AI專用硬件：10萬(wàn) × 10 TFLOPS = 1,000, 000 TFLOPS = 1, 000 PFLOPS
AI云服務(wù)平臺(tái)：100 PFLOPS + 50 PFLOPS =?150 PFLOPS
總計(jì)：智能算力總算力 = 1,000 + 150 =?1,150 PFLOPS
調(diào)整后的實(shí)際算力（利用率60%）：
調(diào)整后智能算力 = 1,150 PFLOPS × 60%?= 690 PFLOPS
3. X國(guó)的總算力
將所有維度的調(diào)整后算力相加：
國(guó)家總算力 = 調(diào)整后數(shù)據(jù)中心算力 + 調(diào)整后邊緣設(shè)備算力 + 調(diào)整后云平臺(tái)算力+ 調(diào)整后超級(jí)計(jì)算算力 + 調(diào)整后智能算力
代入數(shù)據(jù)：
國(guó)家總算力= 600 + 40 + 812 + 120 + 690 = 2, 262 PFLOPS
通過(guò)上述測(cè)算，X國(guó)的總算力規(guī)模為2,262 PFLOPS（即每秒2,262千萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算）。這一結(jié)果綜合考慮了數(shù)據(jù)中心、邊緣計(jì)算、云計(jì)算、超級(jí)計(jì)算和智能算力等維度，并對(duì)實(shí)際利用率進(jìn)行了調(diào)整，確保結(jié)果更準(zhǔn)確和全面。
通過(guò)上述步驟，我們可以系統(tǒng)地計(jì)算出一個(gè)國(guó)家的算力規(guī)模，同時(shí)避免不同維度之間的重復(fù)計(jì)算。這一過(guò)程不僅涉及硬件性能的測(cè)量，還需要綜合考慮實(shí)際利用率、政策支持、市場(chǎng)需求等多方面因素。最終得出的總算力規(guī)模，既是國(guó)家科技實(shí)力的體現(xiàn)，也是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力。
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