算力網絡應運而生，服務模式將從「資源式」轉變為「任務式」

 21世紀是信息技術蓬勃發展的時期，信息成為經濟發展的新資源，而算力也成為了經濟建設的新動能。算力指泛在的數據處理以及計算能力，是算法、通信、雲計算以及速度多種能力的合集。但是由於我國幅員遼闊，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展。 2021年5月，國家發改委等首次提出「東數西算」，四部門聯合出臺《全國一體化大數據中心協同創新體系算力樞紐實施方案》，提出東部數據中心集約化發展，西部數據中心跨越式發展，實現東西部統籌調度，啟動8個國家樞紐節點建設，進行跨區域算力調度，加快實施「東數西算」工程，構建國家算力網絡體系。2021年7月，工信部出臺《新型數據中心發展三年行動計劃(2021—2023年)》，希望在3年內形成布局合理、技術先進、綠色低碳、算力規模與數字經濟增長相適應的新型數據中心格局。 本文介紹了算力網絡國際以及國內標準製定情況、業界對於算力網絡的洞察、算力網絡的應用方向。 算力網絡應運而生 算力網絡是運營商落實國家「東數西算」戰略要求，以算為中心，網為根基，將「網、雲、數、智、安、邊、端、鏈」(即ABCDNETS)等深度融合，提供一體化服務，實現從以網絡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鍵部分，如圖1所示。 圖1 算力網絡實現ABCDNETS融合創新 根據國家「東數西算」戰略以及多層次數據中心布局，未來將建立高速數據中心直連網絡，加快網絡互聯互通，建設雲網一體化、網絡一體化、邊緣接入性能優異的網絡。具體需要促進多雲之間、雲和數據中心之間、雲和網絡之間的資源聯動，實現雲網融合;圍繞集群建設數據中心直連網，優化網絡結構，擴展帶寬，減少數據繞轉時延，提升跨區域算力調度水平，實現雲互聯;網絡性能、實時性能優異，數據中心端到端單向網絡時延原則上在10毫秒範圍內，實現全面雲接入。 為推進「新基建」、融合新要素、激發新動能，我國三大運營商布局算力網絡，進一步推動信息服務能力升級、供給升級，推進算力網絡在國家治理、社會民生、傳統產業升級改造、國內國際市場拓展等更多領域落地應用，使算力成為像水、電一樣，可「一點接入、即取即用」的社會級服務。算力網絡從「十四五」期間的「泛在協同」「融合統一」階段到中長期的「一體內生」，分3個階段進行發展，通過科學合理布局數據中心，發揮既有通信網絡優勢，全面推進算力網絡技術、產業、生態、商業模式成熟。最終構建以5G、算力網絡、智慧中臺為重點的「連接+算力+能力」新型服務體系，積極推動算力網絡標準製定、共識達成、應用完善，真正實現網絡無所不達、算力無處不在，智能無所不及。 在2020年第八次網絡5.0全會上，中國信息通信研究院、中國電信、中國移動、中國聯通，以及中興通訊、華為、中國科學院，聯合成立了網絡5.0創新聯盟算力網絡工作小組，小組主要研究算網融合中的不同路線以及技術，希望達成算力網絡業界共識，製定相關標準，從而推動產業發展。中國移動發布了《算力網絡白皮書》，中國電信研究院也展開了對算網融合進展以及趨勢的研究，算力網絡正如火如荼地發展。 算力網絡標準製定情況 從國內來看，在國家提出「東數西算」概念之前，國內三大運營商以及各設備商已洞察邊緣計算長期發展趨勢以及走向，並逐漸達成算力網絡將快速發展且成為未來數字經濟增長點的共識，把算力網絡的研究置於戰略高度上，深入交流探討算力網絡技術的基本概念。到目前為止，中國通信標準化協會由三大運營商主導「行標」立項6件，涉及算力網絡架構、協議、標識和交易等;在2020年第八次網絡5.0全會上成立的網絡5.0創新聯盟算力網絡工作小組提出了基於DNS的OverLay架構;中國通信學會成立的算網融合工作組也擁有2件「團標」立項。由此可見，國內產業和學術界對算力網絡的投入力度之大、研究成果之多，部分關鍵「行標」的推進和成熟將助推算力網絡的部署和落地。 而國際上算力網絡標準以及研究進展緩慢，目前主要聚焦於「大T」解耦雲業務和網絡連接，對算網融合研發動力不足，因此不排除國內算力網絡蓬勃發展後反推國際標準進程的可能。具體來看，IRTF設立的COIN小組主要進行算網融合場景下的網絡編程、新傳輸層協議架構的研究，但目前尚無實質進展;IETF提出分布式方案架構，但主要由國內三大運營商、中興、華為推進;ITU進行算力網絡架構和場景的研究，由中國電信、中國移動主導推進。 算力網絡的發展與應用 如圖2所示，算力網絡可分為應用層、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。 圖2 算力網絡層次 算力網絡架構 算力網絡架構分為集中式算力網絡架構和分布式算力網絡架構，如圖3所示。該架構擁有全網唯一的算網編排調度中心，擁有算力和網絡的全局資源信息，能夠進行全網算力與網絡的協同調度。首先，由算網編排調度中心生成的調度策略通過控製器下發路由轉發表，同時控製器需收集網絡信息，向上發送至算網編排器。其次，算網編排器負責算力信息的收集，並結合網絡信息進行算網聯合編排，同時將編排策略下發至控製器，完成業務調度。再次，集中式算力網絡架構中算網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。最後，算網編排層維護的是全局靜態算力和網絡拓撲信息，之後同步給各局部網絡節點。各局部算力路由節點實時維護局部的算力資源與網絡資源信息，因此局部區域算力路由效率高，但是後續設備升級成本也較高。 圖3 集中式算力網絡架構和分布式算力網絡架構 由於算力網絡尚處於不斷更新叠代的階段，可以在初期通過集中式算力網絡部署驗證，後期在特定小規模組網場景進行分布式驗證。待算力網絡的協議、標準、方案完全成熟後，逐步完成分布式算力網絡的規模部署。 算力網絡的應用 對於運營商而言，算力網絡可以幫助其轉變服務模式，從帶寬、網絡的提供者轉變為網絡計算能力的提供者，通過精細化運營網絡中各業務的情況尋求發展新方向。對於雲廠商，算力網絡可以幫助其實現資源共享、彈性按需調動，節省大量分布式邊緣節點的資產投資和運維成本。因此算力網絡具有極高的商業價值。 但是算力網絡的具體應用仍需挖掘，現業界仍在進行探究。通過算力網絡的構建，可以將服務模式從「資源式」轉變為「任務式」，通過算網資源的整合和全局調度，為用戶提供成本最優的一體化算網服務，為公司提升算網資源整體利用率。 在「資源式」轉變為「任務式」的時候，可以根據用戶的差異化需求提供不同模式的服務，包括面向用戶直接提供應用API接口(APaaS能力)，用戶應用時可直接調用，無須關註算力資源分布，即按照服務調用次數收費的全包模式;由用戶提供應用代碼包，由平臺完成鏡像打包、分發部署、動態調度，面向用戶提供GPaaS能力，即按照應用實例數量收費的半包模式;也可以直接面向用戶開放調度能力，呈現資源閑忙情況，由用戶自主完成應用調度，即按照資源供給規格收費的能力開放模式。 算力網絡發展面臨的技術挑戰 由於算力網絡是全新的網絡架構，「算力」作為算力網絡的基礎度量單位，其概念和標準業界尚未達成共識，造成對算力設備的管理、算力量化、算力計費較難統一，這是行業需要解決的問題。應對不同算法、資源提供的算力進行統一度量，構建面向用戶實際算力需求的度量體系，同時完善業界認可的資源性能指標，提供對外統一的算力服務模型。 圖4 層次化的算力資源度量體系 基於以上問題，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，是算力網絡架構的基石;而層次化的算力資源度量體系，是算力交易和運營的基礎。IaaS、PaaS及雲原生資源及服務，都屬於廣義的算力，可納入算網平臺統一編排和調度。在實際的推進階段，可先聚焦基礎算力，隨著度量和標準進程逐步納入PaaS、雲原生基礎服務，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，滿足各行業應用需求。網絡強國、數字中國成為現階段社會發展的重要戰略，運營商的網絡也應向算網一體演進，服務千行百業的數字化發展，實現「算力即服務，網絡即平臺」的目標，為各行各業賦能增效。算力網絡仍處於完善階段，尚有較多問題待解決。同時運營商也要加強學研合作、產研合作，攻關技術難題，建設健康、可持續發展的算網一體生態。