透視東數西算：一文讀懂算力網(wǎng)絡(luò )

近日，國家發(fā)展改革委等部門(mén)近日聯(lián)合印發(fā)文件，同意在京津冀、長(cháng)三角、粵港澳大灣區、成渝、內蒙古、貴州、甘肅、寧夏啟動(dòng)建設國家算力樞紐節點(diǎn)，并規劃了10個(gè)國家數據中心集群。至此，全國一體化大數據中心體系完成總體布局設計，“東數西算”工程正式全面啟動(dòng)?！皷|數西算”將如何開(kāi)啟算力網(wǎng)絡(luò )新篇章？通信世界聚焦這一話(huà)題，廣邀業(yè)界專(zhuān)家發(fā)表觀(guān)點(diǎn)看法，我們一起透視“東數西算”。

21世紀是信息技術(shù)蓬勃發(fā)展的時(shí)期，信息成為經(jīng)濟發(fā)展的新資源，而算力也成為了經(jīng)濟建設的新動(dòng)能。算力指泛在的數據處理以及計算能力，是算法、通信、云計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象影響了我國信息化建設的發(fā)展。

2021年5月，發(fā)改委等提出“東數西算”，四部門(mén)聯(lián)合出臺《全國一體化大數據中心協(xié)同創(chuàng )新體系算力樞紐實(shí)施方案》，提出東部數據中心集約化發(fā)展，西部數據中心跨越式發(fā)展，實(shí)現東西部統籌調度，啟動(dòng)8個(gè)樞紐節點(diǎn)建設，進(jìn)行跨區域算力調度，加快實(shí)施“東數西算”工程，構建算力網(wǎng)絡(luò )體系。2021年7月，工信部出臺《新型數據中心發(fā)展三年行動(dòng)計劃（2021—2023年）》，希望在3年內形成布局合理、技術(shù)先進(jìn)、綠色低碳、算力規模與數字經(jīng)濟增長(cháng)相適應的新型數據中心格局。

本文介紹了算力網(wǎng)絡(luò )國際以及國內標準制定情況、業(yè)界對于算力網(wǎng)絡(luò )的洞察、算力網(wǎng)絡(luò )的應用方向。

算力網(wǎng)絡(luò )應運而生

算力網(wǎng)絡(luò )是運營(yíng)商落實(shí)“東數西算”戰略要求，以算為中心，網(wǎng)為根基，將“網(wǎng)、云、數、智、安、邊、端、鏈”（即ABcdn/' target='_blank'>CDNETS）等深度融合，提供一體化服務(wù)，實(shí)現從以網(wǎng)絡(luò )為核心的信息交換到以算力為核心的信息數據處理，是智能化綜合性新型信息基礎設施的關(guān)鍵部分，如圖1所示。

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

根據“東數西算”戰略以及多層次數據中心布局，未來(lái)將建立高速數據中心直連網(wǎng)絡(luò )，加快網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)互通，建設云網(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、云和數據中心之間、云和網(wǎng)絡(luò )之間的資源聯(lián)動(dòng)，實(shí)現云網(wǎng)融合；圍繞集群建設數據中心直連網(wǎng)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò )結構，擴展帶寬，減少數據繞轉時(shí)延，提升跨區域算力調度水平，實(shí)現云互聯(lián)；網(wǎng)絡(luò )性能、實(shí)時(shí)性能優(yōu)異，數據中心端到端單向網(wǎng)絡(luò )時(shí)延原則上在10毫秒范圍內，實(shí)現全面云接入。

為推進(jìn)“新基建”、融合新要素、激發(fā)新動(dòng)能，我國三大運營(yíng)商布局算力網(wǎng)絡(luò )，進(jìn)一步推動(dòng)信息服務(wù)能力升級、供給升級，推進(jìn)算力網(wǎng)絡(luò )在治理、社會(huì )民生、傳統產(chǎn)業(yè)升級改造、國內國際市場(chǎng)拓展等更多領(lǐng)域落地應用，使算力成為像水、電一樣，可“一點(diǎn)接入、即取即用”的社會(huì )級服務(wù)。算力網(wǎng)絡(luò )從“十四五”期間的“泛在協(xié)同”“融合統一”階段到中長(cháng)期的“一體內生”，分3個(gè)階段進(jìn)行發(fā)展，通過(guò)科學(xué)合理布局數據中心，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(dòng)算力網(wǎng)絡(luò )標準制定、共識達成、應用完善，真正實(shí)現網(wǎng)絡(luò )無(wú)所不達、算力無(wú)處不在，智能無(wú)所不及。

在2020年第八次網(wǎng)絡(luò )5.0全會(huì )上，中國信息通信研究院、中國電信、中國移動(dòng)、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(xiàn)以及技術(shù)，希望達成算力網(wǎng)絡(luò )業(yè)界共識，制定相關(guān)標準，從而推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。中國移動(dòng)發(fā)布了《算力網(wǎng)絡(luò )白皮書(shū)》，中國電信研究院也展開(kāi)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 )標準制定情況

從國內來(lái)看，在提出“東數西算”概念之前，國內三大運營(yíng)商以及各設備商已洞察邊緣計算長(cháng)期發(fā)展趨勢以及走向，并逐漸達成算力網(wǎng)絡(luò )將快速發(fā)展且成為未來(lái)數字經(jīng)濟增長(cháng)點(diǎn)的共識，把算力網(wǎng)絡(luò )的研究置于戰略高度上，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，中國通信標準化協(xié)會(huì )由三大運營(yíng)商主導“行標”立項6件，涉及算力網(wǎng)絡(luò )架構、協(xié)議、標識和交易等；在2020年第八次網(wǎng)絡(luò )5.0全會(huì )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；中國通信學(xué)會(huì )成立的算網(wǎng)融合工作組也擁有2件“團標”立項。由此可見(jiàn)，國內產(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”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 )標準以及研究進(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(dòng)力不足，因此不排除國內算力網(wǎng)絡(luò )蓬勃發(fā)展后反推國際標準進(jìn)程的可能。具體來(lái)看，IRTF設立的COIN小組主要進(jìn)行算網(wǎng)融合場(chǎng)景下的網(wǎng)絡(luò )編程、新傳輸層協(xié)議架構的研究，但目前尚無(wú)實(shí)質(zhì)進(jìn)展；IETF提出分布式方案架構，但主要由國內三大運營(yíng)商、中興、華為推進(jìn)；ITU進(jìn)行算力網(wǎng)絡(luò )架構和場(chǎng)景的研究，由中國電信、中國移動(dòng)主導推進(jìn)。

算力網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展與應用

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

圖2 算力網(wǎng)絡(luò )層次

算力網(wǎng)絡(luò )架構

算力網(wǎng)絡(luò )架構分為集中式算力網(wǎng)絡(luò )架構和分布式算力網(wǎng)絡(luò )架構，如圖3所示。該架構擁有全網(wǎng)的算網(wǎng)編排調度中心，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)同調度。首先，由算網(wǎng)編排調度中心生成的調度策略通過(guò)控制器下發(fā)路由轉發(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)編排器負責算力信息的收集，并結合網(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)調度。再次，集中式算力網(wǎng)絡(luò )架構中算網(wǎng)編排中心擁有全局資源視圖，因此可以將設備造成的影響最小化。，算網(wǎng)編排層維護的是全局靜態(tài)算力和網(wǎng)絡(luò )拓撲信息，之后同步給各局部網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)。各局部算力路由節點(diǎn)實(shí)時(shí)維護局部的算力資源與網(wǎng)絡(luò )資源信息，因此局部區域算力路由效率高，但是后續設備升級成本也較高。

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

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(guò)集中式算力網(wǎng)絡(luò )部署驗證，后期在特定小規模組網(wǎng)場(chǎng)景進(jìn)行分布式驗證。待算力網(wǎng)絡(luò )的協(xié)議、標準、方案完全成熟后，逐步完成分布式算力網(wǎng)絡(luò )的規模部署。

算力網(wǎng)絡(luò )的應用

對于運營(yíng)商而言，算力網(wǎng)絡(luò )可以幫助其轉變服務(wù)模式，從帶寬、網(wǎng)絡(luò )的提供者轉變?yōu)榫W(wǎng)絡(luò )計算能力的提供者，通過(guò)精細化運營(yíng)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(chǎng)商，算力網(wǎng)絡(luò )可以幫助其實(shí)現資源共享、彈性按需調動(dòng)，節省大量分布式邊緣節點(diǎn)的資產(chǎn)投資和運維成本。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 )的具體應用仍需挖掘，現業(yè)界仍在進(jìn)行探究。通過(guò)算力網(wǎng)絡(luò )的構建，可以將服務(wù)模式從“資源式”轉變?yōu)椤叭蝿?wù)式”，通過(guò)算網(wǎng)資源的整合和全局調度，為用戶(hù)提供成本的一體化算網(wǎng)服務(wù)，為公司提升算網(wǎng)資源整體利用率。

在“資源式”轉變?yōu)椤叭蝿?wù)式”的時(shí)候，可以根據用戶(hù)的差異化需求提供不同模式的服務(wù)，包括面向用戶(hù)直接提供應用API接口（APaaS能力），用戶(hù)應用時(shí)可直接調用，無(wú)須關(guān)注算力資源分布，即按照服務(wù)調用次數收費的全包模式；由用戶(hù)提供應用代碼包，由平臺完成鏡像打包、分發(fā)部署、動(dòng)態(tài)調度，面向用戶(hù)提供GPaaS能力，即按照應用實(shí)例數量收費的半包模式；也可以直接面向用戶(hù)開(kāi)放調度能力，呈現資源閑忙情況，由用戶(hù)自主完成應用調度，即按照資源供給規格收費的能力開(kāi)放模式。

算力網(wǎng)絡(luò )發(fā)展面臨的技術(shù)挑戰

由于算力網(wǎng)絡(luò )是全新的網(wǎng)絡(luò )架構，“算力”作為算力網(wǎng)絡(luò )的基礎度量單位，其概念和標準業(yè)界尚未達成共識，造成對算力設備的管理、算力量化、算力計費較難統一，這是行業(yè)需要解決的問(wèn)題。應對不同算法、資源提供的算力進(jìn)行統一度量，構建面向用戶(hù)實(shí)際算力需求的度量體系，同時(shí)完善業(yè)界認可的資源性能指標，提供對外統一的算力服務(wù)模型。

圖4 層次化的算力資源度量體系

基于以上問(wèn)題，應逐漸搭建層次化算力資源度量體系。如圖4所示，全局語(yǔ)義的算力標識體系包含應用層、傳輸層和路由層的算力標識，是算力網(wǎng)絡(luò )架構的基石；而層次化的算力資源度量體系，是算力交易和運營(yíng)的基礎。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)平臺統一編排和調度。在實(shí)際的推進(jìn)階段，可先聚焦基礎算力，隨著(zhù)度量和標準進(jìn)程逐步納入PaaS、云原生基礎服務(wù)，形成層次化的算力資源體系。

“十四五”規劃強調要加強“新基建”，構建全國一體化大數據中心體系，加快數據中心體系建設，滿(mǎn)足各行業(yè)應用需求。網(wǎng)絡(luò )強國、數字中國成為現階段社會(huì )發(fā)展的重要戰略，運營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò )也應向算網(wǎng)一體演進(jìn)，服務(wù)千行百業(yè)的數字化發(fā)展，實(shí)現“算力即服務(wù)，網(wǎng)絡(luò )即平臺”的目標，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(wèn)題待解決。同時(shí)運營(yíng)商也要加強學(xué)研合作、產(chǎn)研合作，攻關(guān)技術(shù)難題，建設健康、可持續發(fā)展的算網(wǎng)一體生態(tài)。