運營商視角下的算力網絡技術及實踐研究

吳帥 韓振東 王佳 蔡航

(1.中國聯合網絡通信集團有限公司,北京 100032;2.中訊郵電咨詢設計院有限公司,北京,100048)

0 引言

數字基礎設施是國家的核心競爭力,其對支撐經濟社會發展的戰略性、基礎性、先導性作用日益凸顯。近年來,國家陸續發布相關政策,推動建設安全、可靠的新型數字基礎設施?！蛾P于加快構建全國一體化大數據中心協同創新體系的指導意見》提出構建一體化算力服務體系,鼓勵算力與算法、數據、應用資源的一體化協同創新,促進數據中心與網絡的高效供給對接和協同發展[1]。算力和網絡是數字社會的基石和底座,是所有信息系統的動力引擎,支撐數字經濟發展,推動各行各業數字化轉型。以聊天生成型預訓練變換模型(Chat Generative Pre-trained Transformer,ChatGPT)為代表的人工智能(Artificial Intelligence,AI)技術的快速發展,加速了智能社會的到來,新技術、新應用、新場景、新服務推動形成云、網、邊、端、業融合服務新業態,呼喚著算力網絡的到來。

1 算力是經濟增長的新引擎

算力是數字經濟發展的核心動力和衡量指標。狹義的算力是指信息數據的處理能力, William D.Nordhaus[2]認為“算力是設備根據內部狀態的改變,每秒可處理的信息數據量”;廣義的算力是指推動數字經濟發展的新動能。在數字經濟時代,算力、算法、數據重新定義數字經濟時代生產力水平,在數字世界智能可以理解為數據、算力、算法之和(見圖1)。算力是智能的基礎平臺,是新的生產力;算法是新的生產關系,通過科學研究實現;數據是新的生產資料,來自于千行百業的生產資料。算法決定數字經濟的高度,數據決定數字經濟的深度,算力決定數字經濟的速度。

圖1 算力、算法、數據三要素關系圖

數字時代,算力的重要性日益凸顯。據測算[3],算力方面每投入1 元,將帶動3～4 元國內生產總值(Gross Domestic Product,GDP)經濟增長。2022年是我國算力產業啟動“元年”,截至2022年底,我國算力總規模已達全球第二,算力總量為180 EFLOPS;2023年更是我國算力產業爆發式增長的一年,各級政策為算力高質量發展領路護航,算力基礎設施建設加速提質并向智能算力布局,算力創新應用井噴,加速推動數字經濟與實體經濟深度融合。預計未來5年,全球算力總規模年均增速將超過50%,成為經濟增長的新引擎[4]。算力的高速增長呼喚算力的高質量發展。

2 算力網絡概念與架構

2.1 算力網絡的出現

算力網絡是對算力高質量發展的一種回應。隨著全球進入大數據時代,數據處理出現三級架構:終端、邊緣和數據中心,算力呈現網絡化趨勢,算力資源從傳統集中部署轉向多級化演進,邊緣計算不斷涌現成為規?；懔Φ闹匾a充。如何專業、彈性、協作實現分布在云—邊—端算力的高效協同,算力網絡的出現是解決問題的一個重要途徑。

2.2 算力網絡的本質

算力網絡既不是一項具體的技術,更不是一個具體的設備。從宏觀來看,算力網絡是一種思想,一種理念。從微觀來看,算力網絡是一種架構與性質完全不同的網絡,是云化網絡發展演進的下一個階段[5]。算力網絡是將算力資源徹底融入通信網絡,以一個更整體的形式提供最符合用戶需求的算力資源服務,是一種根據業務需求在云、網、邊之間按需分配和靈活調度計算資源、存儲資源以及網絡資源的新型信息基礎設施[3]。算力網絡的目標是實現“算力泛在、算網共生、智能編排、一體服務”,逐步推動算力成為與水、電一樣,可“一點接入、即取即用”的社會級服務,達成“網絡無所不達、算力無所不在、智能無所不及”的愿景。

算力網絡本質是打造算網組合優勢、增強網的變現能力,實現算網雙贏。算力網絡一般具備彈性、敏捷、安全、感知、可視等特征。彈性,可以提供“帶寬可調整、時長可定制”的彈性連接服務;敏捷,具備泛在算力敏捷接入的能力,用戶不需要關心網絡中的算力資源和分布情況;安全,可以實現數據的安全存儲和加密傳輸,可以有效應對外部攻擊和數據泄露風險;感知,為不同應用提供差異化的服務等級協議(Service-Level Agreement,SLA)保障;可視,通過應用、算力、網絡的關聯映射,構建算網高效聯結。

2.3 算力網絡的架構

算力網絡架構的核心要素是算、網及腦。算是指算力,包括基于中央處理器(Central Processing Unit,CPU)芯片服務器提供的基礎算力、基于圖形處理器(Graphics Processing Unit,GPU)/神經網絡處理器(Neural network Processing Unit,NPU)等提供AI訓練推理能力的智能算力,以及基于超級計算機及高性能計算(High Performance Computing,HPC)集群提供的超算能力。網是指通信網絡,IPv6+技術、光交叉連接(Optical Cross-Connect,OXC)全光底座及基于時延動態調優等技術打造的確定性低時延網絡,是算力網絡實現的技術基礎。腦是指算力網絡的大腦,算網協同由上層大腦完成,腦是算力網絡發揮價值的關鍵所在。圖2為算力網絡架構邏輯圖。

圖2 算力網絡架構邏輯圖

對于算力網絡來說,數據中立是商業前提,數據的上傳、管理和交易需要安全、可信的算力網絡,實現數據“可用不可見”“可用不可擁”。高效算力是技術基礎,融合通算、智算以及超算等多種異構性算力,通過IPv6+全光網絡實現算力高效傳送。算網協同構建算網一體化編排、智能化運維,“以網強算”“以網促算”提供差異化能力。

2.4 算力網絡實現路徑

基于兩種視角,算力網絡有兩種實現路徑,對應兩種模式。一是云服務商視角算力網絡實現路徑,算中有網,以云為中心的算網融合[6]。把異構、分布的算力連接協同成統一的算力資源池,進行算力資源運營,主要由云側完成,網絡提供連接支撐。這是一種強平臺模式,互聯網的巨大成功見證了這種強平臺模式的崛起(見圖3)。二是運營商視角算力網絡實現路徑,網中有算,以網絡為中心的算網融合。通過網絡感知、編排和調度算力,算網深度融合,通過網絡的分布式協同來實現對網內各種服務的合理調度和資源的有效配置,算力可獲得高于非跨域場景的連接服務[7],這是一種強網絡模式(見圖4)。

這是商景蘭對于自我價值的理解和思考，是女性覺醒的可貴聲音。以“才”為歸結點，商景蘭把現世幸福的失落，在“立言”以求不朽中得到了超越，從而將文學活動作為生命苦難的感性慰藉，升華到揚名后世的理性追求。商景蘭后半生的生命探索與價值追尋，至此劃上了圓滿的句號。

圖3 云服務商視角算力網絡實現路徑圖

圖4 運營商視角算力網絡實現路徑圖

兩種模式目標一致,即調度資源為用戶提供一致性業務體驗。但路徑不同,云服務商模式以應用/調用為主要手段,不對網絡層進行假設,從特定場景入手,先試先行;運營商模式以網絡為主要手段,云網資源集約化部署,一體化供給,考慮普適場景,框架通用化。在運營商視角下的算力網絡路徑,用戶可獲得更優業務體驗。

3 算力網絡實踐

3.1 運營商需要算力網絡支撐高質量發展

在2G、3G時代,運營商業務與網絡緊密結合,構建用于連接的基礎網絡,提供話音、專線、短信等業務,對社會發展作出了巨大貢獻,并獲得了良好效益。但隨著寬帶和云業務的壯大,個性化、差異化的服務成為互聯網業務的主流,僅提供流量服務的運營商逐漸低值化、管道化。因此,運營商必須加強技術創新與變革,構建差異化競爭能力,利用網絡優勢賦能應用,才能與業務發展形成良性互動,實現可持續發展,而算力網絡正是重回高質量發展快速軌道的保障。

目前,各大運營商優化數據中心全國布局架構,圍繞國家“東數西算”八大樞紐加速建設,匹配“東數西算”工程,加大投入力度,打造中心+邊緣多元算力,推動云網向算網一體演進。

3.2 某運營商算力網絡實踐

某運營商(以下稱“運營商A”)致力于打造架構先進、安全可靠、服務卓越的算力網絡新布局,構建以算力為核心的算網融合新生態,提供聯接、感知、計算、智能、安全的算網一體化服務,為數字經濟打造“第一算力引擎”[8]。

運營商A圍繞算力網絡算、網、腦三大要素,從算力供給、算力輸送、算力調度和算力服務4個方面著手,形成布局合理、技術先進、運營高效的算力供給;實現結構優、運力強、體驗好的算力輸送;構建生態豐富、泛在接入、智能調度的算力調度;提供算網一體、場景多樣的算網服務。

在算力供給方面,一是夯實算力底座,打造布局合理、技術先進、安全可靠、綠色低碳、智慧運營的算力中心;二是優化資源分布,圍繞“東數西算”八大樞紐節點結合自身資源稟賦確定重點區域,打造“一城一池”;三是加大資源儲備,推進機柜及云資源的建設;四是推動技術演進,引入極致液冷、AI調優、新型算力等,實現極致算效;五是加強統一運營,提升數字化運營效率,實現資源可視、可管、可控,最終形成云、網、邊一體化多層級算力布局。

在算力輸送方面,提出打造算力時代的全光底座,通過覆蓋升級與能力升級,建成一張超廣覆蓋、超大帶寬、超高可靠、超低時延、智能靈活的高品質全域、全光大網,構建智能、敏捷、開放的超強運力全光底座。全光底座助力實現不同算力之間的高速互聯、敏捷調度。同時,面向客戶重點打造差異化優勢IP承載網,構建“東數西算”專用平面,打造算力中心到算力中心的高效互訪;發揮綜合承載優勢,打造架構領先的智能城域網,提升邊緣算力接入能力;最終全面實現基于SRv6 /IPv6+的算力網絡承載底座升級。

在算力服務方面,運營商A在滿足跨域協同、多云協同及云邊協同等需求的基礎上,深耕算力合作生態,實現算網服務的一體化調用,提供網絡定制化、差異化及確定性等特性的服務化能力,實現算網資源一站式申請、自動化交付、一點監控、一點運維,全面提升網絡服務能力。同時,面向車聯網、工業互聯網、智慧醫療等行業典型應用場景,提供定制化的算網一體解決方案,打造差異化的核心競爭力。

4 算網融合發展挑戰與建議

算力網絡已成為行業共識,也是運營商未來高質量發展和布局的重要方向,目前算力網絡發展還存在一些挑戰(見圖5)。

4.1 缺少算網融合標準體系的頂層設計

目前,算網融合在概念定義、應用場景、參考架構等方面尚未形成統一共識,亟需構建完善的算網融合標準體系,加快構建算力多元泛在與網絡智能化,需要各專業領域打破壁壘,按照統一路線,實現計算與網絡技術的融合創新[8]。

4.2 商業模式仍需進一步探索

算網融合應用場景差異大,服務源多樣,資源整合與交易涉及面廣,單靠一家難以支撐,亟需構建開放共榮的生態。目前,增強現實(Augmented Reality,AR)、AI、超算等業務入口不占優,算力服務一般只有轉發面沒有控制面需求,未來發展應以業務需求驅動算網融合,平衡網絡感知業務的代價與專注提升帶寬,保證傳輸質量以及獲取體驗、效率收益。

4.3 產品方案碎片化阻礙技術創新

算網資源泛在、異構、海量,服務場景碎片化顯著。算網融合服務如何實現跨廠商、跨應用、跨地域的集成交互成為技術層面上需要努力的方向。除了建立健全標準體系外,還需構建統一、開放的應用創新平臺,進行架構、能力、接口等技術驗證。

4.4 算網新趨勢提出更高要求

一是算力智能化,數字世界和物理世界走向融合,AI將從上層應用向底層基礎設施蔓延,智能敏捷、隨愿自治將成為智能社會算力設施的重要標簽。二是算力綠色化,隨著碳達峰碳中和目標的提出,以數據中心為代表的算力資源節能降耗成為關注焦點。三是算力可信化,云—邊—端多級算力網絡算力帶來安全邊界模糊化、網絡暴露面增加、復雜隱蔽攻擊快速傳播等安全問題,需要構建零信任安全體系,實現網絡“不被控”、攻擊“不可達”、隱身“不可知”,從單點可控邁向云—邊—端全面可信。

5 結束語

隨著數字經濟建設不斷邁向新臺階,算網融合成為未來算力發展的方向。構建開放共享的算力,生態共生的平臺,算網一體的網絡,實現“一個大腦、一個身體”的一體共生算力網絡已是大勢所趨。但目前算力網絡的研究與實踐尚處于前期階段,算力網絡的進一步發展還面臨諸多挑戰。對于運營商來說,短期發展可依托政策優勢,通過優化整合既有網絡與算力資源提升客戶體驗,進而搶占先機;中長期發展則需要通過業務驅動和模式創新構建競爭優勢。算力網絡研究與實踐任重道遠,希望本文可以為算力網絡后續研究及高質量發展提供一定的借鑒。