21世紀(jì)是信息技術(shù)蓬勃發(fā)展的時(shí)期，信息成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新資源，而算力也成為了經(jīng)濟(jì)建設(shè)的新動能。算力指泛在的數(shù)據(jù)處理以及計(jì)算能力，是算法、通信、云計(jì)算以及速度多種能力的合集。但是由于我國幅員遼闊，人口密度“東密西疏”，自然資源“東貧西富”，這種資源與信息富集情況不匹配的現(xiàn)象影響了我國信息化建設(shè)的發(fā)展。

2021年5月，國家發(fā)改委等首次提出“東數(shù)西算”，四部門聯(lián)合出臺《全國一體化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系算力樞紐實(shí)施方案》，提出東部數(shù)據(jù)中心集約化發(fā)展，西部數(shù)據(jù)中心跨越式發(fā)展，實(shí)現(xiàn)東西部統(tǒng)籌調(diào)度，啟動8個(gè)國家樞紐節(jié)點(diǎn)建設(shè)，進(jìn)行跨區(qū)域算力調(diào)度，加快實(shí)施“東數(shù)西算”工程，構(gòu)建國家算力網(wǎng)絡(luò)體系。2021年7月，工信部出臺《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動計(jì)劃(2021—2023年)》，希望在3年內(nèi)形成布局合理、技術(shù)先進(jìn)、綠色低碳、算力規(guī)模與數(shù)字經(jīng)濟(jì)增長相適應(yīng)的新型數(shù)據(jù)中心格局。

本文介紹了算力網(wǎng)絡(luò)國際以及國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)制定情況、業(yè)界對于算力網(wǎng)絡(luò)的洞察、算力網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用方向。

算力網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運(yùn)而生

算力網(wǎng)絡(luò)是運(yùn)營商落實(shí)國家“東數(shù)西算”戰(zhàn)略要求，以算為中心，網(wǎng)為根基，將“網(wǎng)、云、數(shù)、智、安、邊、端、鏈”(即ABCDNETS)等深度融合，提供一體化服務(wù)，實(shí)現(xiàn)從以網(wǎng)絡(luò)為核心的信息交換到以算力為核心的信息數(shù)據(jù)處理，是智能化綜合性新型信息基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵部分，如圖1所示。

圖1 算力網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)ABCDNETS融合創(chuàng)新

根據(jù)國家“東數(shù)西算”戰(zhàn)略以及多層次數(shù)據(jù)中心布局，未來將建立高速數(shù)據(jù)中心直連網(wǎng)絡(luò)，加快網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通，建設(shè)云網(wǎng)一體化、網(wǎng)絡(luò)一體化、邊緣接入性能優(yōu)異的網(wǎng)絡(luò)。具體需要促進(jìn)多云之間、云和數(shù)據(jù)中心之間、云和網(wǎng)絡(luò)之間的資源聯(lián)動，實(shí)現(xiàn)云網(wǎng)融合;圍繞集群建設(shè)數(shù)據(jù)中心直連網(wǎng)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展帶寬，減少數(shù)據(jù)繞轉(zhuǎn)時(shí)延，提升跨區(qū)域算力調(diào)度水平，實(shí)現(xiàn)云互聯(lián);網(wǎng)絡(luò)性能、實(shí)時(shí)性能優(yōu)異，數(shù)據(jù)中心端到端單向網(wǎng)絡(luò)時(shí)延原則上在10毫秒范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)全面云接入。

為推進(jìn)“新基建”、融合新要素、激發(fā)新動能，我國三大運(yùn)營商布局算力網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步推動信息服務(wù)能力升級、供給升級，推進(jìn)算力網(wǎng)絡(luò)在國家治理、社會民生、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級改造、國內(nèi)國際市場拓展等更多領(lǐng)域落地應(yīng)用，使算力成為像水、電一樣，可“一點(diǎn)接入、即取即用”的社會級服務(wù)。算力網(wǎng)絡(luò)從“十四五”期間的“泛在協(xié)同”“融合統(tǒng)一”階段到中長期的“一體內(nèi)生”，分3個(gè)階段進(jìn)行發(fā)展，通過科學(xué)合理布局?jǐn)?shù)據(jù)中心，發(fā)揮既有通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢，全面推進(jìn)算力網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、產(chǎn)業(yè)、生態(tài)、商業(yè)模式成熟。最終構(gòu)建以5G、算力網(wǎng)絡(luò)、智慧中臺為重點(diǎn)的“連接+算力+能力”新型服務(wù)體系，積極推動算力網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)制定、共識達(dá)成、應(yīng)用完善，真正實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)無所不達(dá)、算力無處不在，智能無所不及。

在2020年第八次網(wǎng)絡(luò)5.0全會上，中國信息通信研究院、中國電信、中國移動、中國聯(lián)通，以及中興通訊、華為、中國科學(xué)院，聯(lián)合成立了網(wǎng)絡(luò)5.0創(chuàng)新聯(lián)盟算力網(wǎng)絡(luò)工作小組，小組主要研究算網(wǎng)融合中的不同路線以及技術(shù)，希望達(dá)成算力網(wǎng)絡(luò)業(yè)界共識，制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，從而推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展。中國移動發(fā)布了《算力網(wǎng)絡(luò)白皮書》，中國電信研究院也展開了對算網(wǎng)融合進(jìn)展以及趨勢的研究，算力網(wǎng)絡(luò)正如火如荼地發(fā)展。

算力網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)制定情況

從國內(nèi)來看，在國家提出“東數(shù)西算”概念之前，國內(nèi)三大運(yùn)營商以及各設(shè)備商已洞察邊緣計(jì)算長期發(fā)展趨勢以及走向，并逐漸達(dá)成算力網(wǎng)絡(luò)將快速發(fā)展且成為未來數(shù)字經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)的共識，把算力網(wǎng)絡(luò)的研究置于戰(zhàn)略高度上，深入交流探討算力網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基本概念。到目前為止，中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會由三大運(yùn)營商主導(dǎo)“行標(biāo)”立項(xiàng)6件，涉及算力網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、協(xié)議、標(biāo)識和交易等;在2020年第八次網(wǎng)絡(luò)5.0全會上成立的網(wǎng)絡(luò)5.0創(chuàng)新聯(lián)盟算力網(wǎng)絡(luò)工作小組提出了基于DNS的OverLay架構(gòu);中國通信學(xué)會成立的算網(wǎng)融合工作組也擁有2件“團(tuán)標(biāo)”立項(xiàng)。由此可見，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)和學(xué)術(shù)界對算力網(wǎng)絡(luò)的投入力度之大、研究成果之多，部分關(guān)鍵“行標(biāo)”的推進(jìn)和成熟將助推算力網(wǎng)絡(luò)的部署和落地。

而國際上算力網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)以及研究進(jìn)展緩慢，目前主要聚焦于“大T”解耦云業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)連接，對算網(wǎng)融合研發(fā)動力不足，因此不排除國內(nèi)算力網(wǎng)絡(luò)蓬勃發(fā)展后反推國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)程的可能。具體來看，IRTF設(shè)立的COIN小組主要進(jìn)行算網(wǎng)融合場景下的網(wǎng)絡(luò)編程、新傳輸層協(xié)議架構(gòu)的研究，但目前尚無實(shí)質(zhì)進(jìn)展;IETF提出分布式方案架構(gòu)，但主要由國內(nèi)三大運(yùn)營商、中興、華為推進(jìn);ITU進(jìn)行算力網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和場景的研究，由中國電信、中國移動主導(dǎo)推進(jìn)。

算力網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與應(yīng)用

如圖2所示，算力網(wǎng)絡(luò)可分為應(yīng)用層、算力資源調(diào)度平臺層和路由層，其中應(yīng)用層完成算力的分解和申請，算力資源調(diào)度平臺層完成算力的分配，路由層完成算力轉(zhuǎn)發(fā)。

圖2 算力網(wǎng)絡(luò)層次

算力網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

算力網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分為集中式算力網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和分布式算力網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，如圖3所示。該架構(gòu)擁有全網(wǎng)唯一的算網(wǎng)編排調(diào)度中心，擁有算力和網(wǎng)絡(luò)的全局資源信息，能夠進(jìn)行全網(wǎng)算力與網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同調(diào)度。首先，由算網(wǎng)編排調(diào)度中心生成的調(diào)度策略通過控制器下發(fā)路由轉(zhuǎn)發(fā)表，同時(shí)控制器需收集網(wǎng)絡(luò)信息，向上發(fā)送至算網(wǎng)編排器。其次，算網(wǎng)編排器負(fù)責(zé)算力信息的收集，并結(jié)合網(wǎng)絡(luò)信息進(jìn)行算網(wǎng)聯(lián)合編排，同時(shí)將編排策略下發(fā)至控制器，完成業(yè)務(wù)調(diào)度。再次，集中式算力網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中算網(wǎng)編排中心擁有全局資源視圖，因此可以將設(shè)備造成的影響最小化。最后，算網(wǎng)編排層維護(hù)的是全局靜態(tài)算力和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔ⅲ笸浇o各局部網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。各局部算力路由節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)維護(hù)局部的算力資源與網(wǎng)絡(luò)資源信息，因此局部區(qū)域算力路由效率高，但是后續(xù)設(shè)備升級成本也較高。

圖3 集中式算力網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和分布式算力網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

由于算力網(wǎng)絡(luò)尚處于不斷更新迭代的階段，可以在初期通過集中式算力網(wǎng)絡(luò)部署驗(yàn)證，后期在特定小規(guī)模組網(wǎng)場景進(jìn)行分布式驗(yàn)證。待算力網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)、方案完全成熟后，逐步完成分布式算力網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模部署。

算力網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

對于運(yùn)營商而言，算力網(wǎng)絡(luò)可以幫助其轉(zhuǎn)變服務(wù)模式，從帶寬、網(wǎng)絡(luò)的提供者轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)絡(luò)計(jì)算能力的提供者，通過精細(xì)化運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)中各業(yè)務(wù)的情況尋求發(fā)展新方向。對于云廠商，算力網(wǎng)絡(luò)可以幫助其實(shí)現(xiàn)資源共享、彈性按需調(diào)動，節(jié)省大量分布式邊緣節(jié)點(diǎn)的資產(chǎn)投資和運(yùn)維成本。因此算力網(wǎng)絡(luò)具有極高的商業(yè)價(jià)值。

但是算力網(wǎng)絡(luò)的具體應(yīng)用仍需挖掘，現(xiàn)業(yè)界仍在進(jìn)行探究。通過算力網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，可以將服務(wù)模式從“資源式”轉(zhuǎn)變?yōu)椤叭蝿?wù)式”，通過算網(wǎng)資源的整合和全局調(diào)度，為用戶提供成本最優(yōu)的一體化算網(wǎng)服務(wù)，為公司提升算網(wǎng)資源整體利用率。

在“資源式”轉(zhuǎn)變?yōu)椤叭蝿?wù)式”的時(shí)候，可以根據(jù)用戶的差異化需求提供不同模式的服務(wù)，包括面向用戶直接提供應(yīng)用API接口(APaaS能力)，用戶應(yīng)用時(shí)可直接調(diào)用，無須關(guān)注算力資源分布，即按照服務(wù)調(diào)用次數(shù)收費(fèi)的全包模式;由用戶提供應(yīng)用代碼包，由平臺完成鏡像打包、分發(fā)部署、動態(tài)調(diào)度，面向用戶提供GPaaS能力，即按照應(yīng)用實(shí)例數(shù)量收費(fèi)的半包模式;也可以直接面向用戶開放調(diào)度能力，呈現(xiàn)資源閑忙情況，由用戶自主完成應(yīng)用調(diào)度，即按照資源供給規(guī)格收費(fèi)的能力開放模式。

算力網(wǎng)絡(luò)發(fā)展面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)

由于算力網(wǎng)絡(luò)是全新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，“算力”作為算力網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)度量單位，其概念和標(biāo)準(zhǔn)業(yè)界尚未達(dá)成共識，造成對算力設(shè)備的管理、算力量化、算力計(jì)費(fèi)較難統(tǒng)一，這是行業(yè)需要解決的問題。應(yīng)對不同算法、資源提供的算力進(jìn)行統(tǒng)一度量，構(gòu)建面向用戶實(shí)際算力需求的度量體系，同時(shí)完善業(yè)界認(rèn)可的資源性能指標(biāo)，提供對外統(tǒng)一的算力服務(wù)模型。

圖4 層次化的算力資源度量體系

基于以上問題，應(yīng)逐漸搭建層次化算力資源度量體系。如圖4所示，全局語義的算力標(biāo)識體系包含應(yīng)用層、傳輸層和路由層的算力標(biāo)識，是算力網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的基石;而層次化的算力資源度量體系，是算力交易和運(yùn)營的基礎(chǔ)。IaaS、PaaS及云原生資源及服務(wù)，都屬于廣義的算力，可納入算網(wǎng)平臺統(tǒng)一編排和調(diào)度。在實(shí)際的推進(jìn)階段，可先聚焦基礎(chǔ)算力，隨著度量和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)程逐步納入PaaS、云原生基礎(chǔ)服務(wù)，形成層次化的算力資源體系。

“十四五”規(guī)劃強(qiáng)調(diào)要加強(qiáng)“新基建”，構(gòu)建全國一體化大數(shù)據(jù)中心體系，加快數(shù)據(jù)中心體系建設(shè)，滿足各行業(yè)應(yīng)用需求。網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國、數(shù)字中國成為現(xiàn)階段社會發(fā)展的重要戰(zhàn)略，運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)也應(yīng)向算網(wǎng)一體演進(jìn)，服務(wù)千行百業(yè)的數(shù)字化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)“算力即服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)即平臺”的目標(biāo)，為各行各業(yè)賦能增效。算力網(wǎng)絡(luò)仍處于完善階段，尚有較多問題待解決。同時(shí)運(yùn)營商也要加強(qiáng)學(xué)研合作、產(chǎn)研合作，攻關(guān)技術(shù)難題，建設(shè)健康、可持續(xù)發(fā)展的算網(wǎng)一體生態(tài)。