21世纪是信息技术蓬勃发展的时期，信息成为经济发展的新资源，而算力也成为了经济建设的新动能。算力指泛在的数据处理以及计算能力，是算法、通信、云计算以及速度多种能力的合集。但是由于我国幅员辽阔，人口密度“东密西疏”，自然资源“东贫西富”，这种资源与信息富集情况不匹配的现象影响了我国信息化建设的发展。
2021年5月，国家发改委等首次提出“东数西算”，四部门联合出台《全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案》，提出东部数据中心集约化发展，西部数据中心跨越式发展，实现东西部统筹调度，启动8个国家枢纽节点建设，进行跨区域算力调度，加快实施“东数西算”工程，构建国家算力网络体系。2021年7月，工信部出台《新型数据中心发展三年行动计划（2021—2023年）》，希望在3年内形成布局合理、技术先进、绿色低碳、算力规模与数字经济增长相适应的新型数据中心格局。
本文介绍了算力网络国际以及国内标准制定情况、业界对于算力网络的洞察、算力网络的应用方向。
算力网络应运而生
算力网络是运营商落实国家“东数西算”战略要求，以算为中心，网为根基，将“网、云、数、智、安、边、端、链”（即ABCDNETS）等深度融合，提供一体化服务，实现从以网络为核心的信息交换到以算力为核心的信息数据处理，是智能化综合性新型信息基础设施的关键部分，如图1所示。
图1 算力网络实现ABCDNETS融合创新
根据国家“东数西算”战略以及多层次数据中心布局，未来将建立高速数据中心直连网络，加快网络互联互通，建设云网一体化、网络一体化、边缘接入性能优异的网络。具体需要促进多云之间、云和数据中心之间、云和网络之间的资源联动，实现云网融合；围绕集群建设数据中心直连网，优化网络结构，扩展带宽，减少数据绕转时延，提升跨区域算力调度水平，实现云互联；网络性能、实时性能优异，数据中心端到端单向网络时延原则上在10毫秒范围内，实现全面云接入。
为推进“新基建”、融合新要素、激发新动能，我国三大运营商布局算力网络，进一步推动信息服务能力升级、供给升级，推进算力网络在国家治理、社会民生、传统产业升级改造、国内国际市场拓展等更多领域落地应用，使算力成为像水、电一样，可“一点接入、即取即用”的社会级服务。算力网络从“十四五”期间的“泛在协同”“融合统一”阶段到中长期的“一体内生”，分3个阶段进行发展，通过科学合理布局数据中心，发挥既有通信网络优势，全面推进算力网络技术、产业、生态、商业模式成熟。最终构建以5G、算力网络、智慧中台为重点的“连接+算力+能力”新型服务体系，积极推动算力网络标准制定、共识达成、应用完善，真正实现网络无所不达、算力无处不在，智能无所不及。
在2020年第八次网络5.0全会上，中国信息通信研究院、中国电信、中国移动、中国联通，以及中兴通讯、华为、中国科学院，联合成立了网络5.0创新联盟算力网络工作小组，小组主要研究算网融合中的不同路线以及技术，希望达成算力网络业界共识，制定相关标准，从而推动产业发展。中国移动发布了《算力网络白皮书》，中国电信研究院也展开了对算网融合进展以及趋势的研究，算力网络正如火如荼地发展。
算力网络标准制定情况
从国内来看，在国家提出“东数西算”概念之前，国内三大运营商以及各设备商已洞察边缘计算长期发展趋势以及走向，并逐渐达成算力网络将快速发展且成为未来数字经济增长点的共识，把算力网络的研究置于战略高度上，深入交流探讨算力网络技术的基本概念。到目前为止，中国通信标准化协会由三大运营商主导“行标”立项6件，涉及算力网络架构、协议、标识和交易等；在2020年第八次网络5.0全会上成立的网络5.0创新联盟算力网络工作小组提出了基于DNS的OverLay架构；中国通信学会成立的算网融合工作组也拥有2件“团标”立项。由此可见，国内产业和学术界对算力网络的投入力度之大、研究成果之多，部分关键“行标”的推进和成熟将助推算力网络的部署和落地。
而国际上算力网络标准以及研究进展缓慢，目前主要聚焦于“大T”解耦云业务和网络连接，对算网融合研发动力不足，因此不排除国内算力网络蓬勃发展后反推国际标准进程的可能。具体来看，IRTF设立的COIN小组主要进行算网融合场景下的网络编程、新传输层协议架构的研究，但目前尚无实质进展；IETF提出分布式方案架构，但主要由国内三大运营商、中兴、华为推进；ITU进行算力网络架构和场景的研究，由中国电信、中国移动主导推进。
算力网络的发展与应用
如图2所示，算力网络可分为应用层、算力资源调度平台层和路由层，其中应用层完成算力的分解和申请，算力资源调度平台层完成算力的分配，路由层完成算力转发。
图2 算力网络层次
算力网络架构
算力网络架构分为集中式算力网络架构和分布式算力网络架构，如图3所示。该架构拥有全网唯一的算网编排调度中心，拥有算力和网络的全局资源信息，能够进行全网算力与网络的协同调度。首先，由算网编排调度中心生成的调度策略通过控制器下发路由转发表，同时控制器需收集网络信息，向上发送至算网编排器。其次，算网编排器负责算力信息的收集，并结合网络信息进行算网联合编排，同时将编排策略下发至控制器，完成业务调度。再次，集中式算力网络架构中算网编排中心拥有全局资源视图，因此可以将设备造成的影响最小化。最后，算网编排层维护的是全局静态算力和网络拓扑信息，之后同步给各局部网络节点。各局部算力路由节点实时维护局部的算力资源与网络资源信息，因此局部区域算力路由效率高，但是后续设备升级成本也较高。
图3 集中式算力网络架构和分布式算力网络架构
由于算力网络尚处于不断更新迭代的阶段，可以在初期通过集中式算力网络部署验证，后期在特定小规模组网场景进行分布式验证。待算力网络的协议、标准、方案完全成熟后，逐步完成分布式算力网络的规模部署。
算力网络的应用
对于运营商而言，算力网络可以帮助其转变服务模式，从带宽、网络的提供者转变为网络计算能力的提供者，通过精细化运营网络中各业务的情况寻求发展新方向。对于云厂商，算力网络可以帮助其实现资源共享、弹性按需调动，节省大量分布式边缘节点的资产投资和运维成本。因此算力网络具有极高的商业价值。
但是算力网络的具体应用仍需挖掘，现业界仍在进行探究。通过算力网络的构建，可以将服务模式从“资源式”转变为“任务式”，通过算网资源的整合和全局调度，为用户提供成本最优的一体化算网服务，为公司提升算网资源整体利用率。
在“资源式”转变为“任务式”的时候，可以根据用户的差异化需求提供不同模式的服务，包括面向用户直接提供应用API接口（APaaS能力），用户应用时可直接调用，无须关注算力资源分布，即按照服务调用次数收费的全包模式；由用户提供应用代码包，由平台完成镜像打包、分发部署、动态调度，面向用户提供GPaaS能力，即按照应用实例数量收费的半包模式；也可以直接面向用户开放调度能力，呈现资源闲忙情况，由用户自主完成应用调度，即按照资源供给规格收费的能力开放模式。
算力网络发展面临的技术挑战
由于算力网络是全新的网络架构，“算力”作为算力网络的基础度量单位，其概念和标准业界尚未达成共识，造成对算力设备的管理、算力量化、算力计费较难统一，这是行业需要解决的问题。应对不同算法、资源提供的算力进行统一度量，构建面向用户实际算力需求的度量体系，同时完善业界认可的资源性能指标，提供对外统一的算力服务模型。
图4 层次化的算力资源度量体系
基于以上问题，应逐渐搭建层次化算力资源度量体系。如图4所示，全局语义的算力标识体系包含应用层、传输层和路由层的算力标识，是算力网络架构的基石；而层次化的算力资源度量体系，是算力交易和运营的基础。IaaS、PaaS及云原生资源及服务，都属于广义的算力，可纳入算网平台统一编排和调度。在实际的推进阶段，可先聚焦基础算力，随着度量和标准进程逐步纳入PaaS、云原生基础服务，形成层次化的算力资源体系。
“十四五”规划强调要加强“新基建”，构建全国一体化大数据中心体系，加快数据中心体系建设，满足各行业应用需求。网络强国、数字中国成为现阶段社会发展的重要战略，运营商的网络也应向算网一体演进，服务千行百业的数字化发展，实现“算力即服务，网络即平台”的目标，为各行各业赋能增效。算力网络仍处于完善阶段，尚有较多问题待解决。同时运营商也要加强学研合作、产研合作，攻关技术难题，建设健康、可持续发展的算网一体生态。
热门专题
