- 電信科學
- 作者：中國移動通信有限公司研究院 段曉東，姚惠娟，付月霞，陸璐，孫滔
- 2021年11月16日 08:29
工聯網消息(IItime) 隨著一體化算力網絡國家樞紐節點的建設和“東數西算”工程的加快實施，計算和網絡的融合走向深水區。面向新興業務對于網絡和計算融合發展的需求，如何協調分布式、多樣化算力資源，業務應用和網絡資源滿足業務需求成為亟待解決的問題。為了解決計算和網絡相互感知、協同、調度問題，從算力網絡階段化發展、算力感知技術架構、算力度量與標識、算力路由等多個技術展開探索和研究，并提出算力網絡多種部署模式，為算力網絡后續技術研究和產業發展提供參考。
1 引言
隨著5G的商用規模部署，工業互聯網、車聯網、虛擬現實（VR）/增強現實（AR）等垂直領域蓬勃發展。Machina Research報告顯示：2025年，全球網聯設備總數將超過270億臺，聯網設備指數級增長，設備呈現多樣性趨勢，物聯網（internet of things，IoT）傳感器、攝像機等設備的應用會帶來多樣化的數據。海量數據的傳輸、異構數據的分析和存儲對傳統網絡和云計算提出了巨大挑戰，使云計算和網絡面臨“傳不暢、算不動、存不下”的局面，驅動計算從云端下移到接近數據源的邊緣側，形成網絡中分散的算力資源。Gartner預測：2025年，超過75%的數據需要分流到網絡邊緣側，這對網絡靈活調度、服務質量（quality of service，QoS）等提出了更高的要求。因此，網絡在實現分散節點互聯的同時，還需要具備網絡和算力協同調度的能力，通過最優路徑將業務動態地調度到最優的算力節點進行處理。
算力是對數據處理能力及服務的統稱，由多種芯片、部件和封裝形成的上層服務組成。算力呈現多樣性，是云計算、邊緣計算、大數據和人工智能等技術的發展基石，是構成信息社會的“心臟”。云計算、邊緣計算以及終端芯片工藝制程的發展必然驅動整個社會的算力分配更加分散和泛在化，即用戶周圍不同距離會散布不同規模的算力。如何高效利用這些算力，保證云邊端算力的無縫協同，同時借助網絡使數據與算力得到快速連接、處理，使算力像電力、熱力一樣成為基礎資源，用戶可以隨用隨取而不必關心它的產生與位置。為了讓用戶享受隨時隨地的算力服務，需要重構網絡，形成繼水網、電網之后國家新型基礎設施，真正把“算力”變為可流動的生產力資源，為千行百業提供像“自來水”一樣的計算服務。
為助力我國數據中心實現差異化、互補化、協同化、規模化發展，從2020年4月到2021年7月，國家連續發布系列政策，“東數西算”新型數據中心頂層設計日漸清晰。2020年3月，國家發展和改革委員會、工業和信息化部印發了《關于組織實施2020年新型基礎設施建設工程（寬帶網絡和5G領域）的通知》，同年4月首次對“新基建”的具體含義進行了闡述，提出建設以數據中心、智能計算中心為代表的算力基礎設施等，吸引地方積極布局計算產業，這也是“算力基礎設施”這一概念在國家層面首次被提出。2021年5月26日，國家發展和改革委員會、中共中央網絡安全和信息化委員會辦公室、工業和信息化部、國家能源局聯合印發了《全國一體化大數據中心協同創新體系算力樞紐實施方案》，明確提出圍繞國家重大區域發展策略，建設全國一體化算力網絡國家樞紐節點，并在國家樞紐節點之間進一步打通網絡傳輸通道，加快實施“東數西算”工程，提升跨區域算力調度水平，構建國家算力網絡體系，標志著“算力網絡”正式納入國家新型基礎設施發展建設體系。同年7月，工業和信息化部發布了《新型數據中心發展三年行動計劃（2021—2023年）》，進一步明確了數據中心建設計劃，正式啟動了“東數西算”工程。
面向計算網絡融合的演進需求，業界也開展了許多研究與探索工作，目前具體技術和技術路線不統一，仍需要大量攻關和驗證。可以分為具體的“算力網絡”技術和抽象的“算力網絡”方向兩類。具體的“算力網絡”技術研究包括算力感知網絡、計算優先網絡等，是算力和網絡深度融合的技術研究方向，目前產業界、學術界及標準領域對“算力網絡”的關注度持續升溫。抽象的“算力網絡”方向是把算力網絡作為長期演進方向，但是沒有具體如何演進的考慮和論述。
2020年第8次網絡5.0全會上，中國信息通信研究院聯合三大運營商、華為、中興通訊、中國科學院成立了網絡5.0創新聯盟算力網絡特設組，就目前提出的算網融合趨勢下不同技術路線展開研究和探索，包括算力網絡和算力感知網絡等，旨在達成算力網絡研究共識，推動產業發展；此外，在IMT-2030（6G）網絡工作組也成立了算力網絡研究組，研究在6G網絡中計算、網絡融合對于未來網絡架構的影響和關鍵使能技術。此外，IRTF成立了在網計算研究組（COINRG）在網計算指網絡設備的功能不再是簡單的轉發，而是“轉發+計算”，計算服務不再處于網絡邊緣，而是嵌入網絡設備中。該工作組主要面向可編程網絡設備內生功能的場景、潛在有益點展開研究，其中內生功能包括在網計算、在網存儲、在網管理和在網控制等，是計算、網絡更深層次融合的下一發展階段，也吸引了許多研究人員的關注。
2 算力網絡技術探索
2.1 算力網絡階段發展
算力網絡實現算網共促，將“算力+網絡”作為一體化的生產力統一供給、發展，有利于信息服務新模式構建。以網強算，借助基礎網絡系統化優勢改變算力單點薄弱現狀，有利于國家整體算力布局；以算促網，將算力調度的高需求轉化為網絡超寬帶高智能發展的動力，有利于網絡持續領先發展。算力網絡的演進從目前的算網分治、逐步走向算網協同，最終發展為算網一體化。基于目前邊緣計算的發展，算力網絡將首先實現多個邊緣節點算力資源的合理分配和調度，滿足用戶的業務體驗，以及提高資源的利用率。隨著云邊算力趨向泛在化，網絡更加扁平化、靈活化、服務化，算力網絡走向算網協同階段，通過對業務、算力資源和網絡資源的協同感知，將業務按需調度到合適的節點，實現算網資源統一編排、統一運維、統一優化，最終實現算網共彈共縮。隨著云邊端三級算力全泛在、空天地一體網絡全互聯，網絡資源和計算資源將實現全面融合新形態，走向算網一體階段。算網共進，提供新服務，打造新模式，培育新業態，真正解決算網融合問題，實現在網計算，算網一體共生。算力網絡階段發展路線如圖1所示。
