算力網(wǎng)絡(luò )到底是一張什么樣的“網(wǎng)”？

近日，國家發(fā)改委、中央網(wǎng)信辦、工信部能源局同意粵港澳大灣區、成渝地區、長(cháng)三角地區、京津冀地區啟動(dòng)建設全國一體化算力網(wǎng)絡(luò )國家樞紐節點(diǎn)。

全國一體化算力網(wǎng)絡(luò )國家樞紐節點(diǎn)，是我國算力網(wǎng)絡(luò )的骨干節點(diǎn)。

為何我國這么重視算力網(wǎng)絡(luò )的建設呢？

這還要從算力網(wǎng)絡(luò )本身講起。

算力網(wǎng)絡(luò )想要解決什么問(wèn)題

我們知道，小到個(gè)人手機、PC，大到超級計算機、數據中心，算力存在于我們生活的各個(gè)角落，成為基礎的核心資源之一。

然而，一方面，隨著(zhù)當前算力的普及，算力的利用率卻在大幅下降。

有數據表明，各類(lèi)算力終端的利用率甚至低于15％。

以PC為例，有的家庭擁有不止一臺PC，但是并不是每一臺PC都物盡其用，大部分時(shí)間是處于閑置狀態(tài)的。

而企業(yè)的私有數據中心、科研機構的超算中心，閑置率更甚。

另一方面，隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，物聯(lián)網(wǎng)正在走向成熟應用。

目前，智慧城市、智能家居等物聯(lián)網(wǎng)應用正在走向普及，萬(wàn)物智能互聯(lián)產(chǎn)生的數據量越來(lái)越龐大，相應地，對計算資源及計算能力也提出了更高的要求。

云計算作為可以隨時(shí)獲取、按需使用、隨時(shí)擴展的軟硬件平臺，在一段時(shí)間內曾充分滿(mǎn)足了物聯(lián)網(wǎng)終端設備的資源期待，成為物聯(lián)網(wǎng)的主要支撐技術(shù)。

但市場(chǎng)和技術(shù)的發(fā)展，也使得物聯(lián)網(wǎng)終端的數量飛速增長(cháng)，隨后增長(cháng)的是對云上數據計算的需求。設備不斷產(chǎn)生實(shí)時(shí)數據，越來(lái)越多的數據集中在云端，而云計算數據中心的增長(cháng)速度遠遠落后于數據處理需求的增速。

終端設備能夠從云端獲取的內存、CPU和帶寬等計算、通信資源開(kāi)始捉襟見(jiàn)肘，造成目前市場(chǎng)上智能終端設備數據處理實(shí)時(shí)性不足，且難以支撐人工智能等計算需求較大的全新數據處理技術(shù)。

這就導致，即便對于很多科學(xué)研究人員及企業(yè)研發(fā)人員來(lái)說(shuō)，算力仍然是一個(gè)“奢侈品”：不僅獲取成本高，而且使用門(mén)檻也很高。

比如，在計算流體力學(xué)（Computational Fluid Dynamics，CFD）領(lǐng)域中，一個(gè)發(fā)動(dòng)機葉片的仿真就需要1000核計算1周的時(shí)間，當前的算力平臺顯然無(wú)法支撐發(fā)動(dòng)機全量的仿真計算。

而為了建設能滿(mǎn)足要求的算力平臺，可能需要一兩年甚至更長(cháng)的時(shí)間。對很多機構來(lái)說(shuō)，建設自己的算力平臺，無(wú)論是時(shí)間成本還是財務(wù)成本，都難以承受。

這表明，單靠傳統的云計算已經(jīng)不能滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展多樣化、智能化的需求，于是，以邊緣計算為代表的新一代分層算力網(wǎng)絡(luò )架構應運而生。

所謂邊緣計算，是相較于集中部署、離用戶(hù)側較遠的云計算而言的，是一種更加強調在靠近客戶(hù)業(yè)務(wù)端來(lái)部署計算能力的平臺，可以實(shí)現高效的本地處理。

分層算力網(wǎng)絡(luò )架構的核心，是將數據處理過(guò)程分散于網(wǎng)絡(luò )架構中各個(gè)層級的設備中，而不是集中于網(wǎng)絡(luò )中心的云計算數據中心。

不過(guò)，盡管從云計算服務(wù)向邊緣計算領(lǐng)域擴展已成為業(yè)界一種重要的發(fā)展思路，但在具體操作時(shí)，卻存在一個(gè)規模與成本之間的悖論。

在傳統云計算的商業(yè)模式中，規模效應是非常關(guān)鍵的。云計算服務(wù)商需要通過(guò)不斷擴展云計算池，以及通過(guò)集中化建設、定制化設備使用、智慧化運營(yíng)等手段，來(lái)共享各類(lèi)基礎設施，降低數據中心PUE（Power Usage Effectiveness，能耗使用效率），從而減少單位算力的建設成本和維護成本，才能在激烈的市場(chǎng)競爭中取得優(yōu)勢地位。

據不完全統計，超大型算力資源池的單位算力成本只有普通算力池的10％～30％。因而，云市場(chǎng)中頭部效應非常明顯，如國內排行第一的云服務(wù)商約占50％的市場(chǎng)份額，并呈現越大越強的態(tài)勢。

但在強調分布式的邊緣計算領(lǐng)域，節點(diǎn)的規模嚴重受限。

絕大多數邊緣計算節點(diǎn)處于靠近用戶(hù)的網(wǎng)絡(luò )邊緣位置，分布在各種各樣的環(huán)境中，如電信運營(yíng)商的接入機房、電力企業(yè)的變電站、小區物業(yè)的空閑房間等。這些節點(diǎn)空間受限，能容納的算力資源有限，不具備持續擴展的潛力，因此通過(guò)規模效應來(lái)降低成本是不可能的。

從維護機制上來(lái)看，云計算節點(diǎn)由于設備高度集中，可以采用大量的智慧化運營(yíng)手段。例如，可利用機器人進(jìn)行機房巡檢，這樣可以大幅度減少人力成本，提高運營(yíng)效率。

然而，這樣的方案并不適用于邊緣計算節點(diǎn)。在眾多離散的邊緣機房中，部署大量的智能化運營(yíng)系統的效益非常低，投入的成本甚至高于機房能容納的設備成本。同時(shí)，這些智能化運營(yíng)系統自身還需要精細的運維工作，其出問(wèn)題的頻率甚至高于機房中其他類(lèi)型的設備。

在短期內，利用大量人工進(jìn)行日常巡檢工作是面對大量邊緣機房時(shí)的唯一解決方案。這也是某些云計算服務(wù)商和電信運營(yíng)商的運維人員在數量上相差多個(gè)數量級的一個(gè)重要的原因。

因此，在涉及大量邊緣計算節點(diǎn)的邊緣計算中，采用類(lèi)似云計算節點(diǎn)的建設和運營(yíng)模式是不可取的，這就需要一種新的商業(yè)模式與技術(shù)體系，讓更多方參與到算力資源的提供與交易過(guò)程中來(lái)。

好在，隨著(zhù)5G、全光網(wǎng)（網(wǎng)絡(luò )傳輸和交換過(guò)程全部通過(guò)光纖實(shí)現）、SDN（Software?Defined?Network，軟件定義網(wǎng)絡(luò )）等網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)不再是瓶頸，能夠按需將用戶(hù)和資源池連接在一起。

于是，在新技術(shù)的支持下，解決方案應運而生：將算力資源信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行分發(fā)，在算力資源提供方與算力消費方之間搭建一個(gè)交易平臺，這就是算力網(wǎng)絡(luò )。

算力網(wǎng)絡(luò )≠云網(wǎng)融合

可能有人覺(jué)得，所謂的算力網(wǎng)絡(luò )，不就是當下正在搞的云網(wǎng)協(xié)同（也有云網(wǎng)融合、云網(wǎng)一體等叫法）嘛？

其實(shí)兩者還是有區別的。

從資源匹配的角度來(lái)看，算力網(wǎng)絡(luò )與云網(wǎng)協(xié)同都可以做到將算力資源信息與網(wǎng)絡(luò )資源信息匹配，以實(shí)現多類(lèi)資源的聯(lián)合優(yōu)化。

例如，在現有的云網(wǎng)協(xié)同方案下，用戶(hù)可以先選擇一個(gè)云服務(wù)節點(diǎn)，再根據云服務(wù)節點(diǎn)與用戶(hù)接入節點(diǎn)之間的網(wǎng)絡(luò )情況選擇最佳路徑；也可以根據網(wǎng)絡(luò )情況，選擇適合的云服務(wù)節點(diǎn)，再選擇連接路徑。粗略看來(lái)，算力網(wǎng)絡(luò )所做的事情也相差不大，但云網(wǎng)協(xié)同和算力網(wǎng)絡(luò )兩者在本質(zhì)上卻有很大的差異。

云網(wǎng)協(xié)同的核心在于以云為中心，網(wǎng)絡(luò )連接應該根據云服務(wù)的特點(diǎn)進(jìn)行調整，也稱(chēng)為“網(wǎng)隨云動(dòng)”。常見(jiàn)做法有以下兩種，一是網(wǎng)絡(luò )將能力開(kāi)放給云管系統，由云管系統統一調度算力資源、存儲資源和網(wǎng)絡(luò )資源等；二是由云管系統將網(wǎng)絡(luò )訴求發(fā)送給網(wǎng)絡(luò )控制單元，如網(wǎng)絡(luò )協(xié)同編排器等，由網(wǎng)絡(luò )控制單元根據云業(yè)務(wù)訴求來(lái)調度網(wǎng)絡(luò )。顯然，其關(guān)鍵是先選定云服務(wù)，再確定網(wǎng)絡(luò )連接。所以一個(gè)云服務(wù)商可以連接多個(gè)網(wǎng)絡(luò )，甚至可以利用SD－WAN（Software－Defined WAN，軟件定義廣域網(wǎng)）等技術(shù)實(shí)現跨不同網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商的跨域連接。

而算力網(wǎng)絡(luò )則是從另外一個(gè)角度來(lái)解決問(wèn)題的。算力池將自身空閑的算力資源信息發(fā)送給網(wǎng)絡(luò )控制面，然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò )控制面（集中式控制器或分布式路由協(xié)議）分發(fā)這些算力信息。當收到用戶(hù)的業(yè)務(wù)需求后，即可通過(guò)分析路由表中記錄的網(wǎng)絡(luò )信息與算力信息來(lái)選擇最合適的算力池與網(wǎng)絡(luò )路徑。顯然，算力網(wǎng)絡(luò )需要先選定網(wǎng)絡(luò )，再選擇算力池（云計算服務(wù)節點(diǎn)或者邊緣計算服務(wù)節點(diǎn)）。

如果可選的網(wǎng)絡(luò )服務(wù)商只有一家，云服務(wù)商／算力提供方也只有一家，那么云網(wǎng)協(xié)同與算力網(wǎng)絡(luò )沒(méi)有太大的差異。但在現實(shí)中，網(wǎng)絡(luò )服務(wù)商有多家，云服務(wù)商／算力提供方就更多了，這時(shí)云網(wǎng)協(xié)同與算力網(wǎng)絡(luò )的差異就相當大了。

在云網(wǎng)協(xié)同方案中，用戶(hù)先選定云服務(wù)商，甚至選定具體的云資源池或邊緣計算節點(diǎn)，然后可以在多個(gè)網(wǎng)絡(luò )服務(wù)商中選擇最適合的網(wǎng)絡(luò )連接產(chǎn)品與最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò )路徑。而在算力網(wǎng)絡(luò )方案中，則需要先確定網(wǎng)絡(luò )服務(wù)商，然后根據業(yè)務(wù)對時(shí)延等指標的要求，結合網(wǎng)絡(luò )情況從多個(gè)算力資源中選擇最合適的算力節點(diǎn)。

簡(jiǎn)而言之，云網(wǎng)協(xié)同是“一云多網(wǎng)”，而算力網(wǎng)絡(luò )則是“一網(wǎng)多云（算）”。

算力網(wǎng)絡(luò )，我們還要等多久

不過(guò)，盡管算力網(wǎng)絡(luò )的前景值得期待，從2019年至今，業(yè)界對算力網(wǎng)絡(luò )的研究也有近三年的時(shí)間，但不得不說(shuō)，當前算力網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展還處于初級階段。

算力網(wǎng)絡(luò )并不是簡(jiǎn)單地將算力信息放到網(wǎng)絡(luò )中分發(fā)，它還需要與算力交易、網(wǎng)絡(luò )訂購等業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)起來(lái)，形成一個(gè)體系架構，才能解決兩個(gè)層面的問(wèn)題：一是資源關(guān)聯(lián)，根據用戶(hù)的訴求將算力資源、網(wǎng)絡(luò )資源等進(jìn)行有機的整合，以滿(mǎn)足用戶(hù)多樣化的需求；二是資源交易，讓用戶(hù)能夠根據自己對業(yè)務(wù)的要求及能夠承擔的成本，在算力交易平臺上購買(mǎi)最適合的算力資源與網(wǎng)絡(luò )資源。

因此，算力網(wǎng)絡(luò )體系要能包含諸多主體，如算力消費方、算力提供方、網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)方、算力網(wǎng)絡(luò )交易平臺、算力網(wǎng)絡(luò )控制面等。

算力網(wǎng)絡(luò )體系內容，圖片來(lái)源＠網(wǎng)絡(luò )

同時(shí)，算力網(wǎng)絡(luò )要想實(shí)現落地應用，也需要多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)一步突破。

中國移動(dòng)提出的算力網(wǎng)絡(luò )技術(shù)圖譜，圖片來(lái)源＠網(wǎng)絡(luò )

目前，算力網(wǎng)絡(luò )的研究工作主要圍繞以下幾個(gè)方面展開(kāi)。

（1）算力度量。目前計算資源的衡量缺少一個(gè)統一且簡(jiǎn)單的度量單位，因此如何評估不同類(lèi)型算力資源的大小成為一個(gè)亟需解決的難題。

（2）信息分發(fā)。信息分發(fā)即如何將算力等資源信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò )控制面廣而告之。

（3）資源視圖。如何給每個(gè)用戶(hù)生成以其為中心的資源視圖，讓其可以智能選擇最佳資源組合也是需要關(guān)注的內容。

（4）可信交易。由于算力網(wǎng)絡(luò )中的各類(lèi)資源歸屬不同所有者，算力網(wǎng)絡(luò )作為一個(gè)中間平臺，需要考慮如何確保資源交易真實(shí)有效且可溯源。

這其中，包括算力度量等在內的算力網(wǎng)絡(luò )底層基礎技術(shù)，并未實(shí)現真正的突破，所以從算力網(wǎng)絡(luò )概念的提出到真正的成熟推廣，估計還需要至少5年的時(shí)間。

總而言之，算力網(wǎng)絡(luò )固然值得我們關(guān)注，但還需冷靜看待，這也是我們看待其他新技術(shù)應有的態(tài)度：既不忽視，也不盲從。

參考資料：

雷波，陳運清，等．邊緣計算與算力網(wǎng)絡(luò )：5G＋AI時(shí)代的新型算力平臺與網(wǎng)絡(luò )連接［M］ ．北京：電子工業(yè)出版社，2020．11