我國算力網絡發(fā)展評估體系研究

摘要：算力網絡是一種智能化的新型網絡，其基礎設施包括通信網絡和異構算力設施。通過整合多種資源，如數(shù)據(jù)、計算和網絡等，進行編排管理，實現(xiàn)網絡、算力、數(shù)據(jù)、運維、智能和服務的融合。高質量算力網絡是數(shù)字經濟蓬勃發(fā)展的有力助推器，將賦能千行百業(yè)以實現(xiàn)數(shù)字化轉型，同時也將成為信息通信技術融合創(chuàng)新的重要方向。介紹了當前國內外算力網絡發(fā)展現(xiàn)狀，指出當前算力網絡發(fā)展面臨的主要挑戰(zhàn)，最終結合算力網絡的發(fā)展階段提出了一套評估體系。

關鍵詞：算力網絡；評估體系；發(fā)展趨勢

0 引言

【資料圖】

當前，我國啟動“東數(shù)西算”工程，推動全國一體化算力網絡樞紐節(jié)點建設，致力于構建數(shù)據(jù)中心、云計算、大數(shù)據(jù)一體化的新型算力網絡體系[1]，但在具體實施過程中仍存在算力布局供需失衡、算力標識和度量不統(tǒng)一、算力和網絡難以協(xié)同發(fā)展等難題。為衡量算力網絡的發(fā)展程度，指引算力網絡規(guī)劃和設計，引導算力網絡運營和服務，筆者將針對我國算力網絡三大發(fā)展階段開展研究，從算力、網絡、調度控制、融合服務、安全可控和低碳節(jié)能等多個維度構建全面的評估體系，衡量算力網絡各階段發(fā)展水平，以期推動全國算力網絡高效協(xié)同發(fā)展，激發(fā)算力產業(yè)的無限活力。

1 國內外算力網絡發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 算力網絡提出背景

算力在數(shù)字經濟時代已逐漸成為一種新的生產力，為千行百業(yè)數(shù)字化轉型提供新動能。打造融合感知、傳輸、存儲、計算于一體的新型算力基礎設施將有力地推動數(shù)字經濟發(fā)展[2]。為了滿足未來社會對信息處理的巨大算力需求，需要將大量散落在全網中的閑置算力通過網絡連接匯聚成統(tǒng)一的計算資源，并進行管理和調度，再通過網絡將計算資源提供給客戶進行應用和服務，在此背景下，算力網絡應運而生。

1.2 算力網絡全球布局加速

全球已開始高度重視新一代信息基礎設施系統(tǒng)的全面發(fā)展及升級，其中“算力+網絡”新一代融合設施系統(tǒng)部署工程被西方各國領導人視為未來新一輪信息化建設競賽的重點戰(zhàn)略方向[3]。當前，以算力基礎設施和網絡基礎設施發(fā)展問題為研究著力點，世界主要國家和地區(qū)紛紛醞釀出臺政策規(guī)劃與創(chuàng)新激勵扶持措施，搶抓國際新一輪信息科技創(chuàng)新潮流和全球產業(yè)體系變革機遇。美國將提升“算”和“網”融合服務能力作為目標，依托以往在云計算領域積累的優(yōu)勢，加速推進信息化建設。歐洲各國則主要聚焦區(qū)域性算網基礎設施，正在逐步構建起基于網絡數(shù)據(jù)及安全應用的現(xiàn)代信息通信技術基礎設施[4]。

1.3 我國算力網絡研究進展

“東數(shù)西算”工程的實施將著力推進新型基礎設施建設，全面協(xié)調推動全國算力網絡發(fā)展部署和建設落地[5]。在我國，基礎電信運營商持有網絡帶寬資源，并在全國范圍內廣泛布局算力基礎設施[6]。基礎電信運營商有著多年研究與實踐經驗，是算力網絡發(fā)展的主力軍。中國移動通信集團有限公司（簡稱中國移動）將算力網絡定義為一種算為中心、網為基礎的新型計算信息基礎設施，以及深度融合發(fā)展的網、云、數(shù)、智、安、邊、端、鏈等技術，并將算力網絡戰(zhàn)略發(fā)展目標設定為“算力泛在、算網共生、智能編排、一體服務”[7]。為實現(xiàn)這一目標，中國移動以重大技術創(chuàng)新為牽引，聚焦新算力、新網絡、新算網、新模式、新計算安全和新計算綠色六大創(chuàng)新技術方向，開展算力網絡創(chuàng)新技術試驗。中國電信集團有限公司（簡稱中國電信）在通信業(yè)內已率先明確提出了云網融合的業(yè)務發(fā)展新方向。多年來一直致力于云網融合，堅持以“網是基礎、云為核心、網隨云動、云網一體”為基本原則，持續(xù)不斷地進行創(chuàng)新，致力于開發(fā)面向行業(yè)客戶的算力網絡綜合運營服務技術[8]。中國聯(lián)合網絡通信集團有限公司（簡稱中國聯(lián)通）積極探索構建新一代的數(shù)字基礎設施，通過將聯(lián)接、計算與智能相融合以及服務一體化的方式，積極推動網絡建設從“云網融合”向“算網一體”過渡，以實現(xiàn)更高效、更智能的服務[9]，并明確將實施路徑劃分為“協(xié)同供給”“融合運營”和“一體共生”三大階段[10]。

2 算力網絡發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

2.1 產業(yè)生態(tài)有待形成

算力網絡涉及領域較多，包括了互聯(lián)網、通信、軟件和信息技術等行業(yè)，相互關系復雜。算力網絡產業(yè)規(guī)模大，上下游產業(yè)眾多，上游為算力基礎設施、網絡基礎設施等底層基礎設施，中游為算網大腦、算網運營等相關平臺，下游為千行百業(yè)的多樣應用場景。目前，算力網絡處于產業(yè)發(fā)展的初級階段。雖然在上游基礎設施領域，算力網絡的發(fā)展相對成熟，但在其他領域仍然存在大量的競爭機會和合作潛力[11]，產業(yè)生態(tài)亟需統(tǒng)一。為推動算力網絡高質量建設，應聯(lián)合多方力量，加快凝聚產業(yè)共識，構建統(tǒng)一合作平臺，共推、共創(chuàng)算力網絡產業(yè)影響力，構建算力網絡生態(tài)圈[12]。

2.2 標準體系尚未建立

標準化建設是推動算力網絡有序發(fā)展的重要手段，但目前算力網絡相關標準尚未健全，缺乏算力與網絡資源統(tǒng)一標識、統(tǒng)一調度和統(tǒng)一管理能力的標準體系，無法有效保障算力資源與網絡資源的高度協(xié)同和一致調度。同時，隨著算力調度的發(fā)展，算力編排、算網大腦及算力產品交易等技術領域也亟需研制相關標準，以保障算力網絡的服務質量。三大基礎電信運營商作為國內算力網絡發(fā)展的主力，應著力聯(lián)合算力網絡各方主體在算力度量、算力交易、網絡架構、層間接口協(xié)議、調度引擎等領域形成多方認可的算力網絡標準體系。

2.3 產品方案和業(yè)務模式亟需設計

多元異構算力和動態(tài)網絡構成的算力網絡產品具有種類多、數(shù)量大、分布廣等特征，并且其具有開發(fā)周期長，開發(fā)過程受技術限制，以及開發(fā)和商業(yè)模式不確定等困難，這些都對滿足使用者不同業(yè)務場景的多樣需求提出了挑戰(zhàn)。算力網絡產品作為發(fā)展過程中直接服務用戶的形式，需要跨廠商、跨應用、跨地域的集成交互來進行融合，為確保達到此應用目標，行業(yè)還需要同步搭建起統(tǒng)一、開放、高效的算網應用創(chuàng)新平臺，同步開展技術架構、能力、協(xié)議標準等全方位的應用技術研發(fā)驗證工作，共同探索綠色、高效、可落地的算網產品商業(yè)模式，為不同業(yè)務需求和應用場景提供匹配的算網產品服務[13]。

2.4 主體責任仍未明確

目前，在整個算力網絡體系中，算力提供者、網絡運營者和服務使用者的責任邊界劃分較為模糊，模糊的責任邊界可能會造成計算資源的重復使用，影響算網產品的精準調度。算力網絡中的算力資源來自不同提供商，存在異構算力匹配性差等問題。網絡資源來自基礎電信運營商，運營商網絡之間的深度融合受限，跨網資源調度困難，網絡利用率和傳輸效率較低。隨著算力網絡的發(fā)展，應出臺相應的規(guī)劃與準則來進行責任劃分，促使不同主體共同建設算力網絡，支持算網產品在多領域的規(guī)?；痉稇茫諊覒?zhàn)略與重點行業(yè)領域，形成兼容可替代、性能先進的一體化算力網絡體系。

3 算力網絡發(fā)展階段分析

算力網絡的演進將經歷三個階段，從算網協(xié)同逐步走向算網融合，最終發(fā)展為云網一體。初期的算網協(xié)同階段通過對算力資源、網絡資源以及業(yè)務場景的協(xié)同感知，按照需要將業(yè)務調度到合適的節(jié)點，實現(xiàn)算網資源統(tǒng)一編排、統(tǒng)一運維、統(tǒng)一優(yōu)化。在進階的算網融合階段，算力已經無處不在，為實現(xiàn)云、邊、端算力之間的高效協(xié)同，需要提供更智能的服務，并形成統(tǒng)一的算網大腦，實現(xiàn)計算和網絡之間的深度融合。在成熟的云網一體階段，新的算力網絡服務模式和新的產業(yè)形態(tài)將會形成，從而真正解決算網融合問題，實現(xiàn)在網計算、云上計算、算網一體共生。

3.1 算網協(xié)同階段

算網協(xié)同階段主要表現(xiàn)為物理層面上數(shù)據(jù)中心與網絡設施協(xié)同建設發(fā)展，算力和網絡開始進行布局和運營等方面的協(xié)同配合，通過算控制器和網控制器實現(xiàn)算網資源互調，提供算網一站式服務。這一階段將進一步擴大算力資源的范圍，包括利用網絡可達的所有云、邊、端設施提供的算力資源，同時也將對多樣異構算力資源進行全面感知。通過不同應用場景下的流量學習，網絡可以獲得最優(yōu)的流量轉發(fā)與流量控制策略，從而顯著提高網絡傳輸和調度的能力，并實現(xiàn)云間互聯(lián)，通過對應用、算力等資源進行全面感知，將服務調度到合適的節(jié)點進行計算。本階段是算力網絡的起步階段，算網協(xié)同階段的核心是“協(xié)同”，算力網絡中的算和網協(xié)同供給、協(xié)同編排、協(xié)同運營和一站服務。

3.2 算網融合階段

算網融合階段是在全面感知算力和網絡的基礎上，將多方算力與網絡進行融合，面向協(xié)同推理、區(qū)塊共識等位置分散式計算場景，將算力任務與數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{度協(xié)同增強，實現(xiàn)網絡與算力的融合共生，服務未來網絡的各種新業(yè)態(tài)。該階段應具備端到端業(yè)務開通以及可視、可管、可控能力，需要跨越組織、業(yè)務、運維、運營、應用等進行全局規(guī)劃。該階段是算力網絡發(fā)展的第二階段，發(fā)展階段的核心是“融合”，融合相關應用形成數(shù)字連續(xù)體，有統(tǒng)一的算網大腦，實現(xiàn)算力網絡中算和網的融合運營、智能編排和統(tǒng)一服務。

3.3 云網一體階段

在云網一體階段，算力和網絡設施在協(xié)議層面實現(xiàn)了一體共生，通過全面整合全社會的算力資源，建立泛在多方算力交易平臺，同時網絡通過內生算力進行自身算力升級，可直接為客戶提供服務。在該階段，算網的邊界被徹底打破，算網一體化基礎設施形成，為用戶提供包括算力、網絡、管理、運營、數(shù)據(jù)等多技術要素融合的一體化服務。該階段主要關注的是算力網絡的服務能力，將算網數(shù)智等多要素能力進行深度融合，通過自動感知用戶意圖，提供種類豐富、類型多樣的算網產品，開創(chuàng)算力網絡服務的新模式。該階段是算力網絡發(fā)展的第三階段，作為算力網絡的成熟階段，其核心是“一體”，包括一體化供給、一體化運營、一體化服務。

4 評估體系需求分析

4.1 衡量算力網絡發(fā)展程度

在算力網絡建設過程中，建設與運營主體不同，其使用的技術手段及能力也不同，這都將使算力、網絡以及算力網絡的調度與融合朝著不同的方向發(fā)展，算力網絡的發(fā)展階段和發(fā)展程度也因此而呈現(xiàn)出不同態(tài)勢。我國應通過構建統(tǒng)一的算力網絡評估體系，將算力網絡的發(fā)展分為不同階段進行研究，從多層次、多維度選取評估因素，根據(jù)算力網絡所處階段的側重設置不同權重比例，以此來評估和衡量算力網絡的發(fā)展狀態(tài)和發(fā)展階段。統(tǒng)一的算力評估體系可為第三方評估算力網絡提供指引，獲得更為真實準確的評估結果。運營商、算力供應商可借助評估體系形成對算力網絡的一致性標尺，明確自身算力網絡所處的發(fā)展階段，并助力其對未來的發(fā)展方向進行合理的規(guī)劃與預測，全面支撐我國算力網絡健康有序發(fā)展。

4.2 指引算力網絡規(guī)劃和設計

現(xiàn)階段算力網絡的規(guī)劃和設計面臨著諸多挑戰(zhàn)：算力效率水平與算力規(guī)模不匹配；網絡支撐能力不足；跨領域架構融通和算網一體化技術尚需突破；算力網絡交叉領域的理論研究和技術攻關難度較大；行業(yè)各方對算力網絡的理解不一致；算力網絡產業(yè)現(xiàn)有服務和商業(yè)模式尚待開發(fā)。針對算力網絡規(guī)劃設計的以上困境，需要制定算力網絡發(fā)展評估體系，以診斷和評估算力網絡基礎設施現(xiàn)狀，衡量業(yè)界關注的算力網絡關鍵技術特征，為算力網絡應用服務提供理論支撐，指引算力網絡各發(fā)展階段的規(guī)劃和設計工作，從源頭上縮減算力網絡發(fā)展過程中可能出現(xiàn)的矛盾，保障算力網絡高質量發(fā)展。

4.3 引導算力網絡運營和服務

算力網絡服務運營的實現(xiàn)是通過調度不同位置、不同類型的算力資源進行整合，為用戶提供成本最優(yōu)的一體化算網服務。其目的是向上開放算力網絡的服務能力，通過網絡實時感知用戶的算力需求以及自身的算力狀態(tài)，對算力資源、網絡資源進行全面接管。為了驗證算力網絡一體化服務架構及相關技術的可行性，評估一體化服務的商業(yè)應用模式及價值[14]，需要從多角度著手構建算力網絡評估體系，綜合評估算力網絡的運營和服務現(xiàn)狀，為用戶提供評估算力網絡服務的標準。同時，這也可幫助運營商、算力供應商明確其算力網絡運營和服務的發(fā)展現(xiàn)狀，明晰問題所在，從而找準算力網絡運營和服務的正確發(fā)展方向，更好地為用戶服務。

5 算力網絡評估體系建立

5.1 評估因素及關鍵技術特征選取

基于對我國算力網絡發(fā)展的分析，并綜合中國移動、中國聯(lián)通和中國電信等相關機構和企業(yè)對算力網絡發(fā)展及相關指標體系的研究，結合算力網絡總體技術架構和算力網絡各個階段的技術特點、發(fā)展問題、未來趨勢等內容，筆者從算力、網絡、調度控制、融合服務、低碳節(jié)能和安全可控六個維度選取關鍵技術特征建立我國算力網絡發(fā)展評估體系（見圖1），全面客觀地評價我國算力網絡發(fā)展的狀況。

圖1 算力網絡發(fā)展評估因素

5.2 評估因素分析

算力、網絡和調度控制為性能因素。算力因素主要從算力底座多樣性和異構算力感知兩個方面來衡量，主要評估通用計算、智能計算、超級計算、邊緣計算等算力底座的多樣性，以及中央處理器（Central Processing Unit，CPU）、圖形處理器（Graphics Processing Unit，GPU）、現(xiàn)場可編程門陣列（Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA）、數(shù)據(jù)處理器（Data Processing Unit，DPU）等異構算力的感知和度量情況。網絡因素主要從基礎網絡可靠性、網絡敏捷傳輸、數(shù)據(jù)跨鏈傳輸三個方面來衡量，主要考慮通信網絡的質量和效率，可以從網絡帶寬、網絡協(xié)議、網絡加速和網絡時延等方面進行評價。調度控制因素主要從算力調度和算網編排能力兩個方面來衡量，主要考慮算力和網絡的銜接能力，可以從跨區(qū)域調度、多云間調度和算網大腦平臺建設等方面進行評價。

融合服務、低碳節(jié)能和安全可控為服務因素。融合服務因素主要從算力交易、彈性按需和算網產品三個方面來衡量，主要考慮算力網絡的運營服務能力，可以從可提供的算網產品情況、算力交易平臺建設等方面進行評價。低碳節(jié)能因素主要從硬件設備節(jié)能和基礎設施節(jié)能兩個方面來衡量，主要考慮算力網絡在各個階段的節(jié)能低碳能力，可從芯片節(jié)能、服務器節(jié)能、數(shù)據(jù)中心等基礎設施節(jié)能和應用節(jié)能等方面進行評價。安全可控因素主要從基礎設施安全、數(shù)據(jù)安全和交易安全三個方面來衡量，主要考慮算力網絡在各個階段的安全保障能力，可以從數(shù)據(jù)中心等基礎設施安全能力、網絡安全能力、數(shù)據(jù)安全技術體系構建等方面進行評價。

5.3 評估流程分析

在開展算力網絡評估工作過程中，首先需要明確評估對象的現(xiàn)狀及所處的階段，主要結合算力網絡的總體技術架構，分析評估對象在總體架構涉及的技術層級，判斷評估對象所處的發(fā)展階段。確定階段后需要重點分析評估對象相應的技術基礎、現(xiàn)狀特點、未來應用需求等內容，選取具體評估分析指標，最后對選取指標的評估結果進行分析得出結論，形成算力網絡發(fā)展評估體系規(guī)范化流程。

6 趨勢與展望

6.1 算力網絡將高質量發(fā)展

算力網絡是算力基礎設施與網絡設施融合的重要形式，通過算力網絡可以使算力服務“泛在可達、靈活取用”[15]。我國算力網絡建設正處于初期階段，尚不具備完善的技術、運營、監(jiān)管機制。在“東數(shù)西算”工程的背景下，應夯實算網基礎設施底座，采取算力調度的方式打造全國一體化算力網絡，進一步優(yōu)化全國算力資源配置。未來，“東數(shù)西算”工程將作為主要推動力量，推動建設全國一體化算力網絡，實現(xiàn)高質量發(fā)展。

6.2 算網主體跨界發(fā)展將催生新業(yè)態(tài)

在算力網絡發(fā)展的各個階段，算力網絡各參與主體將會加快合作協(xié)同，催生出更多算力網絡的新模式、新業(yè)態(tài)。運營商的網絡管理能力可能會以接口形式得到部分開放，從而使運營商獲取更多算力市場份額。云廠商的網絡管理能力將持續(xù)加強，算網服務質量得以提升。第三方服務商將基于特定服務場景和業(yè)務需求提供定制化建設服務方案。在算力網絡大發(fā)展背景下多主體將會進一步合作協(xié)同，催生出成熟的算網融合、云網一體解決方案。

6.3 算網標準評估工作將持續(xù)推進

未來，隨著算力網絡的應用場景進一步明確，在算力網絡發(fā)展的各個階段，算力網絡各參與主體將進一步聯(lián)合，共同研制行業(yè)認可的相關標準規(guī)范，統(tǒng)一算力網絡服務標準及相關技術標準，并在此基礎上開展評估、測試等研究工作，為算力網絡資源高質量服務打下基礎，支撐引導不同應用場景下的算力網絡體系建設。

7 結束語

本文提出的評估體系處于起步階段，為更好地匹配算力網絡發(fā)展在各階段的特點，迫切需要整合各方力量，有針對性地做好算力網絡評估工作。我國應通過建立、健全算力網絡評估體系，創(chuàng)建集技術驗證和應用創(chuàng)新于一體的測試驗證機制，加速評估體系落地，推廣產業(yè)應用，從而推動算力網絡體系創(chuàng)新發(fā)展。

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