25年前，计算机科学家尼葛洛庞帝在《数字化生存》一书中描绘了一幅在数字空间工作、生活和学习的全新生存方式。放眼今天，这些预言已逐渐转化为现实，数字科技正前所未有地渗透到经济社会的方方面面，成为影响全球产业格局调整的重要因素。因此，我们更要加强科学预判，瞄准世界科技前沿，准确把握科技发展方向。

「数字经济先锋号」聚焦未来有望落地的科技趋势，结合当下数字科技领域实际发展情况，为大家带来“2022年数字科技前沿应用趋势”系列，旨在带大家了解云原生、人工智能普适化工业化、能源互联网这几项值得关注的热门领域，本期为该系列第一期。

何谓云原生？

云原生的新变革作为有望重塑信息基础设施的重要领域，认为是2022年数字科技应用领域值得关注的热门趋势。那么云原生是什么？

市场上对于云原生的定义不尽相同， CNCF（云原生计算基金会）对于云原生的定义为“云原生技术有利于各组织在公有云、私有云和混合云等新型动态环境中，构建和运行可弹性扩展的应用。云原生的代表技术包括容器、服务网格、微服务、不可变基础设施和声明式API。这些技术能够构建容错性好、易于管理和便于观察的松耦合系统。结合可靠的自动化手段，云原生技术使工程师能够轻松地对系统做出频繁和可预测的重大变更。”

腾讯研究院则解释到，云原生是一种IT技术方式，使组织能够在云计算环境中构建和运行可扩展的应用。随着数字化的普及和深入，海量数据实时、灵活处理的情况日益普遍，传统IT架构越来越难以适应。云原生通过容器、服务网格、微服务、不可变基础设施和声明式API等关键技术，使松散耦合的系统具有弹性、可管理性和可观察性，能够更低成本、高效地调用各类云计算资源向业务交付应用，推动IT体系向全面云化的新阶段演进。

云原生重塑IT技术体系

中国信息通信研究院云计算与大数据研究所所长何宝宏曾表示：“以前谈CLOUD FIRST，现在谈CLOUD SMART，云原生应用能让云的效率和价值得到真正发挥”。由此可见搞云原生的终极目的是为了提高开发效率，提升业务敏捷度，扩容性、可用性、资源利用率，降低企业成本。

第一阶段的云计算解决的问题主要是物理资源上云，通过虚拟化技术来将底层资源池化，达到弹性、可控等目的。然而大多数传统应用并不是面向云环境来构建的，这里面包含了大量开发需求（开发框架、类库、后段服务等），就导致了云端的强大能力没有被完全发挥出来。

在传统IT开发环境里，产品开发上线周期长、研发效能不高，云原生架构充分利用了云计算的分布式、可扩展和灵活的特性，更高效地应用和管理异构硬件和环境下的各类云计算资源，通过方法论工具集、最佳实践和产品技术，开发人员可专注于应用开发过程本身。未来，芯片、开发平台、应用软件乃至计算机等将诞生于云上，可将网络、服务器、操作系统等基础架构层高度抽象化，降低计算成本、提升迭代效率，大幅降低云计算使用门槛、拓展技术应用边界。因此，摒弃传统的应用技术架构，基于云的特点重新构建云原生应用，成为企业上云的下一个阶段。

发展云原生需关注哪些方向？

上海交通大学计算机系长聘教轨副教授陈全曾表示，云原生仍面临微服务高效调度、无服务计算、低开销系统等挑战，但必然是云计算主要方向。

无服务器计算（Serverless）兴起，正在成为云原生加速发展的新路径。在2019年伯克利发布的《Cloud Programming Simplified》展望中，提出Serverless将成为云计算的下一代默认计算范式。对于云计算应用架构来说，“无服务器”时代的Serverless技术必将引领云计算下一个阶段。

Serverless作为云原生技术发展重要力量之一，开启了应用架构的“无服务器”时代，为架构设计、开发者编程带来了全新的思路。当前容器（Container）、微服务（Microservices）等技术已成为实践云原生的主要路径，但由于其技术实践的复杂性并不低，对很多传统企业而言应用门槛仍然较高。那么无服务器计算呢？首先我们要知道无服务器架构并不是说，未来不再需要服务器，而是不再着重关注底层的基础架构，更多的注意力可以放在和业务更相关的一些逻辑实现上。无服务器计算就是在基础设施之上建立新的抽象层，屏蔽部署、运维等带来的复杂性，实现功能即服务（FaaS），使开发人员只用专注开发代码本身，而无需像容器那样还要进行较复杂的底层基础设施配置，从而大大提高应用开发和运营效率，比如通过云服务和小程序开发工具的深度集成，研发效率可以提升50%。此外容器、微服务等技术也在不断地探索无服务器的理念，为用户在云上便捷、高效地实现业务闭环提供了不同路径。

随着Serverless技术的兴起，2022年无服务器计算将快速发展，使得云服务真正的像水和电一样按需消费，为服务提供更加极致的弹性能力。

当然，无服务器计算也有厂商标准尚不统一、适用任务单一等局限性，因此并非是容器的替代，两者更多呈现兼容互补的发展趋势。

分布式云将有效拓展云原生业务构建的物理边界，大幅减轻用户多云管理负担。云的发展越来越像是一个“有机体”。从物理的维度，云数据中心的分布式部署，让它们之间看似是各自分散，但从数据维度，它们是彼此联接，而从企业业务的维度，又是彼此协同。正是这种“有机”的云服务形态，让企业可以通过分布式部署云上的任何节点为其提供本地云服务，这也逐渐成为了一种企业选择云服务的方向。分布式云的诞生也是由此而来。分布式云凭借其对公有云服务向不同位置延伸和云资源全局统一管理的能力，正成为云服务演进的重要方向。一方面分布式云能将公有云的全栈PaaS能力延伸到本地、边缘等不同物理位置，任何物理位置均可提供大数据、AI、开发工具等和公有云同样的PaaS服务，让用户在所需的位置都能基于丰富的工具使用构建云原生应用；另一方面分布式云对云资源的统一管理能力，可以有效融合公有云、私有云、混合云、边缘云等全场景，由公有云厂商对全类型云计算资源进行高效、统一地管理、调度、更新、迭代，让用户能从复杂的多云管理中解放出来，将更多精力聚焦业务本身。

异构计算促进软硬件相互定义和融合发展，推动云原生基础设施性能持续突破瓶颈。随着AI计算、科学计算等应用需求的普遍增加，云计算承载的业务场景持续细化和专业化，计算速度、成本、能耗等都面临更高的要求。传统以CPU为主的IT通用计算架构和软硬件分离的方式，越来越难以满足专业应用的高性能处理需要，促进可使用CPU、GPU等多种计算单元的异构计算（HC），以及集成存储设备及虚拟运算的超融合基础架构（HCI）蓬勃发展。由此，软硬件进入相互定义、相互开源和开放的新阶段，为提升云原生基础设施算力能力和能源效率、降低损耗和成本等带来了新的发展红利。整体而言，随着云原生技术的发展成熟，未来企业上云用云将更加低成本和高效便捷，一个“全云”的新时代正在成型。

探索云原生还面临哪些挑战？

虽然云原生已经成为主流探索方向，但涉及IT体系的整体变革仍面临不少挑战。主要有：一是云原生资源的多变性影响IT体系全链条的可观测性。云原生理念的实现借助了微服务、容器、无服务架构等诸多技术，帮助租户屏蔽了基础设施的复杂性，但同时也降低了IT系统在云上全流程的可观测性，例如微服务状态监测与管理较难、无服务器架构使用过程中调试工具不完善等，导致初期的使用门槛和成本较高。

二是云原生实践过程中迁移和管理复杂度较高。为有效提升基础平台资源利用率、业务应用弹性伸缩效率和灵活性，云原生技术实践往往涉及多云间的业务部署、迁移和管理等复杂场景，需要成熟的技术工具和人员能力才能有效应对，有待整个行业持续建设培养。

三是数据隐私和安全风险也是影响云原生发展的关键问题。云原生的开源开放性，有利于集成各种三方工具，但也造成安全威胁的多样化，安全策略难以集中一致地实施。例如云原生体系下微服务的API数量将不断递增，进而扩大了攻击面、增大了数据泄露的风险。这些问题和挑战，都需要跳出传统IT的思维，用云原生的技术和管理模式进行系统解决。

未来，伴随着云原生操作系统的持续发展和完善，在多云、混合云场景下提供一致的产品服务和体验将成为业界共同努力的方向。传统的公有云边界有望突破，公有云的产品将“延伸”到任何用户需要的环境中，不同的物理位置均可提供云原生服务，加速数字业务云上的闭环。

部分内容来源：腾讯研究院 CNCF(云原生计算基金会）