算力部署新趨勢：計算網(wǎng)絡(luò)化新賽道
作為大國競爭、產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新、技術(shù)融合的必然趨勢，計算機網(wǎng)絡(luò)化以算網(wǎng)融合為目標，提出了算力多元分散、網(wǎng)絡(luò)廣域互聯(lián)、資源彈性供給、服務(wù)多維一體、應(yīng)用規(guī)模部署等能力要求。
根據(jù)IDC公司的統(tǒng)計，截至2022年年底，包括高性能計算中心、超算中心、智算中心，以及大規(guī)模數(shù)據(jù)中心在內(nèi)的全球主要算力中心，算力資源利用率都不足15%。在亟須大力發(fā)展算力的背景下，這一問題顯得尤為突出。這主要是因為傳統(tǒng)的算力中心部署并未考慮最終用戶的實際需要，簡化剛性的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)連接未能感知上層應(yīng)用的算力服務(wù)需求，最終在算力供需方面出現(xiàn)了嚴重失衡和“算力孤島”現(xiàn)象。為了解決總體資源相對不足，局部資源相對冗余的現(xiàn)象，ICT（信息和通信技術(shù)，Information and Communications Technology）行業(yè)出現(xiàn)了計算網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢。本文聚焦計算網(wǎng)絡(luò)化這一主題，從國家戰(zhàn)略、行業(yè)發(fā)展、技術(shù)演進三個方面入手，剖析計算網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展背景，提煉計算網(wǎng)絡(luò)化的概念和內(nèi)涵，圍繞其技術(shù)實現(xiàn)和部署實踐，概述計算網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展現(xiàn)狀，最后給出發(fā)展建議。算力競賽一直以來都是各國加速信息化升級，搶占技術(shù)布局的重點方向。隨著“計算+網(wǎng)絡(luò)”融合發(fā)展的不斷深入，世界主要國家紛紛加大投入，在計算網(wǎng)絡(luò)化方面，以新型計算基礎(chǔ)設(shè)施為核心，掀起新一輪的國家競賽。美國自2020年開始，先后出臺了《引領(lǐng)未來先進計算生態(tài)系統(tǒng)戰(zhàn)略計劃》《2021年美國創(chuàng)新與競爭法案》（S.1260）等戰(zhàn)略文件，明確提出要綜合構(gòu)建覆蓋“政產(chǎn)學研”的國家級算力新體系和全境覆蓋的高速寬帶網(wǎng)絡(luò)。歐洲于2021年3月發(fā)布了《2030年數(shù)字指南針》規(guī)劃（《2030數(shù)字指南針：歐洲數(shù)字十年之路》），目標是到2030年加速部署1萬個邊緣節(jié)點，推動75%的歐洲企業(yè)使用云計算服務(wù)、大數(shù)據(jù)和人工智能服務(wù)，全面保持歐盟在數(shù)字經(jīng)濟新賽道上的領(lǐng)先優(yōu)勢。中國政府高度重視算網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展機遇?！笆奈濉逼陂g，我國先后在“數(shù)字中國”戰(zhàn)略、“新型基礎(chǔ)設(shè)施”建設(shè)計劃、“東數(shù)西算”戰(zhàn)略等國家級建設(shè)指導文件中，明確了要發(fā)力算力網(wǎng)絡(luò)，加快全國性算力網(wǎng)絡(luò)樞紐的建設(shè)進程，進而系統(tǒng)性優(yōu)化計算基礎(chǔ)設(shè)施的整體布局，打通數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展大動脈。
行業(yè)驅(qū)動：產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的新錨點
為全面解決算力供需不平衡、全局利用效率低的行業(yè)痛點，彈性化算力連接和整體化算力調(diào)度技術(shù)成為ICT行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的新錨點。面臨指數(shù)級增長的科學數(shù)據(jù)、全球化的科學協(xié)作、無處不在的計算，以及由此產(chǎn)生的對數(shù)據(jù)傳輸、存儲和共享的需求，傳統(tǒng)的科學計算面臨存不下、傳不動、算不及、難共享等問題。科學大裝置/科研設(shè)備攻關(guān)亟須支持“大算力+大連接”的融合設(shè)施。2022年5月，鵬程實驗室在國家相關(guān)部門的指導之下，正式啟動了“中國算力網(wǎng)”的發(fā)展計劃，明確要“像建設(shè)電網(wǎng)一樣發(fā)展國家算力網(wǎng)，像運營互聯(lián)網(wǎng)一樣運營算力網(wǎng)，讓用戶像用電一樣使用算力服務(wù)”。2022年7月，在中國算力大會上，濟南人工智能計算中心、青島人工智能計算中心、武漢超算中心正式接入“中國算力網(wǎng)”，中國算力網(wǎng)絡(luò)發(fā)展邁出關(guān)鍵一步。通信行業(yè)是推動算力連接技術(shù)創(chuàng)新，加快算力調(diào)度服務(wù)升級的主力軍。以“云網(wǎng)/算網(wǎng)一體”為目標，國內(nèi)三大基礎(chǔ)運營商先后啟動了全局性發(fā)展戰(zhàn)略，全面提升數(shù)字化承載能力。其中，中國電信以“云網(wǎng)融合2030”為發(fā)展目標，積極布局“云+網(wǎng)”，發(fā)力計算、存儲等一系列關(guān)鍵核心技術(shù)，2023年成功上線了一系列算力調(diào)度平臺；中國移動以公司數(shù)智化轉(zhuǎn)型、高質(zhì)量發(fā)展為目標，全面發(fā)力網(wǎng)、云、數(shù)、智、安、邊、端、鏈等多要素融合。2023年，中國移動成功發(fā)布了梧桐大數(shù)據(jù)分布式協(xié)同計算平臺；中國聯(lián)通以CUBE-Net 3.0為目標，全面構(gòu)建融合計算、存儲、傳送資源的算網(wǎng)一體目標架構(gòu)，2023年正式上線了“粵港澳大灣區(qū)算力調(diào)度平臺”，助力大灣區(qū)大數(shù)據(jù)中心的數(shù)字化建設(shè)。
技術(shù)驅(qū)動：技術(shù)融合的新趨勢
從技術(shù)角度看，如何便捷地獲取并使用算力，一直是IT領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵目標。計算網(wǎng)絡(luò)化的概念起源自20世紀80年代計算機網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，彼時的計算網(wǎng)絡(luò)化強調(diào)通過網(wǎng)絡(luò)連接分散的計算機，匯聚網(wǎng)絡(luò)連接的各類硬件和軟件資源，形成能力更為強大的計算系統(tǒng)。歷經(jīng)40年的發(fā)展，計算網(wǎng)絡(luò)化經(jīng)過了三個發(fā)展階段，即單機獨立運算階段、域內(nèi)規(guī)?；ヂ?lián)階段、跨域全面互聯(lián)階段。以分布式計算的出現(xiàn)為第一個斷代點，計算網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展起點是以個人電腦和工作站為代表的單機獨立運算階段。這一階段的計算設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備獨立發(fā)展，以CPU、DSP、FPGA等為代表的計算芯片支撐了這一階段的算力發(fā)展。第二階段就是以集群規(guī)模計算為主要特征的域內(nèi)規(guī)模互聯(lián)階段。這個時期，計算網(wǎng)絡(luò)化通過域內(nèi)網(wǎng)絡(luò)進行連接，可以形成規(guī)模更大的算力系統(tǒng)。從服務(wù)器集群到大規(guī)模集群，隨著域內(nèi)算力規(guī)模的不斷增大，集群管理技術(shù)也不斷增強，隨之也帶來集約化、能耗高，以及“算力孤島”等問題，進而推動了第三個階段的發(fā)展。第三個階段，就是以標準化算力接入+一體化算力服務(wù)于一體的跨域全面互聯(lián)階段。這個時期，不同類型的算力中心，利用域間高速互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)多元一體的復雜算力系統(tǒng)。這個階段包括了超算算力、智算算力、云算力、邊緣算力等在內(nèi)的各類算力，通過標準化的接口，借助IPv6+、算力網(wǎng)絡(luò)、SD-WAN等先進網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)跨域全面互聯(lián)，并提供一體化的算力服務(wù)，真正落實了計算網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展目標。計算網(wǎng)絡(luò)化以算網(wǎng)融合為最終目標，旨在利用高質(zhì)量互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)連接算力軟硬件資源，構(gòu)建算力規(guī)模更大、服務(wù)能力更強的算力系統(tǒng)，其本質(zhì)是一種算力資源服務(wù)。未來企業(yè)客戶或者個人用戶不僅需要網(wǎng)絡(luò)和云，也需要靈活地把計算任務(wù)調(diào)度到合適的地方。計算網(wǎng)絡(luò)化是算網(wǎng)融合發(fā)展的重要趨勢、必然路徑與發(fā)展階段。計算網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)滿足以下幾個條件。從基本內(nèi)涵方面看，計算網(wǎng)絡(luò)化強調(diào)以計算服務(wù)為核心，網(wǎng)絡(luò)是算力服務(wù)的基礎(chǔ)。從呈現(xiàn)形式方面看，計算網(wǎng)絡(luò)化最終要構(gòu)建一個算力全面互聯(lián)的一體化算力服務(wù)平臺/系統(tǒng)。從能力主體方面看，計算網(wǎng)絡(luò)化依賴于各類算力設(shè)備與多元算力中心提供的算力服務(wù)能力。從以網(wǎng)助算方面看，計算網(wǎng)絡(luò)化利用高質(zhì)量互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)保障計算服務(wù)過程中的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，并可通過網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度與優(yōu)化，提升應(yīng)用執(zhí)行效率。一是算力多元分散。算力多元分散特征指的是算力資源不再集中于單一的算力中心，而是分散在多個地方，具有異構(gòu)多樣的特點，并且在不同的算力中心之間，算力資源角色也不盡相同。在算力中心內(nèi)部，不同體系架構(gòu)的計算硬件相互協(xié)作，滿足不同計算需求。二是網(wǎng)絡(luò)廣域互聯(lián)。網(wǎng)絡(luò)廣域互聯(lián)是計算網(wǎng)絡(luò)化的一個重要特征，它指的是計算網(wǎng)絡(luò)中不同算力中心之間可以通過高速網(wǎng)絡(luò)連接實現(xiàn)互通，同時還能夠在多方面廣域協(xié)同互聯(lián)的基礎(chǔ)上更好地實現(xiàn)資源共享、任務(wù)協(xié)同等目標。在高速網(wǎng)絡(luò)連接方面，算力中心之間需要建設(shè)高速網(wǎng)絡(luò)，以保證計算任務(wù)的高效執(zhí)行和數(shù)據(jù)的快速傳輸。其中，高帶寬和低延遲是最重要的指標要求。三是資源彈性供給。資源彈性供給特征是指基于資源虛擬化技術(shù)實現(xiàn)跨域資源聚合，并能夠根據(jù)用戶需求和應(yīng)用負載等因素實現(xiàn)資源的彈性調(diào)度和供給。在資源聚合方面，計算網(wǎng)絡(luò)化利用虛擬化技術(shù)實現(xiàn)計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)的資源聚合。計算網(wǎng)絡(luò)化中的云化環(huán)境通常采用資源虛擬化技術(shù)，將分布在不同地方的物理資源匯聚成虛擬的資源池，以便于用戶快速獲取和使用資源。在彈性調(diào)度方面，計算網(wǎng)絡(luò)化中的云化環(huán)境通?？梢愿鶕?jù)用戶需求和應(yīng)用負載等因素，實現(xiàn)資源的彈性供給和調(diào)度。四是服務(wù)多維一體。服務(wù)多維一體特征是指計算網(wǎng)絡(luò)化中的算力服務(wù)從單節(jié)點多層次供給模式向多節(jié)點一體化服務(wù)平臺模式轉(zhuǎn)變，最終實現(xiàn)算力服務(wù)的多維一體。在一體化算力服務(wù)方面，基于網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通和資源協(xié)同共享，計算網(wǎng)絡(luò)化要求構(gòu)建跨各類算力中心的一體化算力服務(wù)能力。借助這種服務(wù)，算力用戶可以通過統(tǒng)一的算力服務(wù)平臺，根據(jù)地理位置、資源類型、配套軟件等不同因素進行選擇，快速構(gòu)建應(yīng)用。五是應(yīng)用規(guī)模部署。應(yīng)用規(guī)模部署特征是指行業(yè)應(yīng)用從定制化的應(yīng)用按需部署方式轉(zhuǎn)向規(guī)?；膽?yīng)用分布式部署方式，實現(xiàn)應(yīng)用的規(guī)?；挽`活部署。在應(yīng)用按需部署方面，算力用戶可以根據(jù)地理位置、數(shù)據(jù)存儲位置、資源類型、開發(fā)環(huán)境等各類因素，選擇合適的算力中心快速部署應(yīng)用。服務(wù)提供商可以將應(yīng)用部署運行在不同的算力中心上，不同算力中心的應(yīng)用可以按需進行協(xié)同聯(lián)動，滿足不同地區(qū)的用戶需求。在應(yīng)用分布式部署方面，針對計算量大且存在跨域協(xié)作需求的應(yīng)用，可以將應(yīng)用分解為多個計算任務(wù)，由不同的算力中心協(xié)同計算。總之，從幾個階段和計算網(wǎng)絡(luò)的條件來看，在技術(shù)驅(qū)動之下，技術(shù)融合成為必然趨勢。
計算網(wǎng)絡(luò)化的技術(shù)實現(xiàn)
計算網(wǎng)絡(luò)化的技術(shù)實現(xiàn)包含了邊緣計算、高性能計算云、分布式云、霧計算等多種新興技術(shù)手段。這里，以邊緣計算為例，分析一下邊緣計算與計算網(wǎng)絡(luò)化的關(guān)系。邊緣計算是一種典型的計算網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)。通過聚合分散邊緣計算節(jié)點的異構(gòu)算力資源，邊緣計算以網(wǎng)絡(luò)連通云、邊、端，實現(xiàn)協(xié)同聯(lián)動，基于資源虛擬化技術(shù)實現(xiàn)資源的池化和統(tǒng)一分配，提供數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化服務(wù)，邊緣計算涵蓋計算網(wǎng)絡(luò)化等多項特征。在算力多元分散方面，邊緣計算的算力資源廣泛分布且多元異構(gòu)，并且邊緣計算具備云邊協(xié)同、邊邊協(xié)同、云邊端一體化等多種服務(wù)模式，算力中心角色多樣，可滿足用戶差異化、定制化需求。在網(wǎng)絡(luò)廣域互聯(lián)方面，單一邊緣計算節(jié)點的算力資源規(guī)模有限，因此往往采用云邊、邊邊協(xié)同的服務(wù)模式，以高速網(wǎng)絡(luò)連接為基礎(chǔ)，協(xié)同利用多算力中心的算力資源，向用戶提供低時延、多樣化的服務(wù)能力。在資源彈性供給方面，邊緣計算以虛擬化技術(shù)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)分散異構(gòu)資源的池化，進而支撐資源的統(tǒng)一管理與彈性調(diào)度。在服務(wù)多維一體方面，邊緣計算與5G、人工智能等新一代ICT融合創(chuàng)新，提供高效算力、海量接入、安全防護、智能分析等融合服務(wù)能力。在應(yīng)用規(guī)模部署方面，邊緣計算的算力資源有限，通常采用按需部署模式，以合理利用算力資源、滿足用戶的定制化需求。
計算網(wǎng)絡(luò)化的產(chǎn)業(yè)生態(tài)
隨著計算網(wǎng)絡(luò)化的戰(zhàn)略布局和試點部署不斷深入，算力產(chǎn)業(yè)涉及的設(shè)備提供商、電信服務(wù)商和算力提供商紛紛行動起來，形成了百花齊放的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。其中，設(shè)備提供商不斷延展新業(yè)態(tài)，設(shè)備形態(tài)趨于一體融合。主流的IT設(shè)備商、CT設(shè)備商、感知及智能終端設(shè)備商不斷迭代新的技術(shù)，最大程度提升和釋放設(shè)備算力，提升設(shè)備的計算能力和傳輸能力。為了最大程度減少因為數(shù)據(jù)傳輸和計算任務(wù)協(xié)同帶來的設(shè)備性能損耗，設(shè)備提供商積極轉(zhuǎn)變思路，研發(fā)具有確定傳輸、高效計算、數(shù)據(jù)安全等功能的一體化可編程設(shè)備，實現(xiàn)新型設(shè)備對計算、傳輸，以及存儲資源的一體化管理和調(diào)度。電信服務(wù)商加速探索新模式，全面升級網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模式?；A(chǔ)電信服務(wù)商以移動邊緣計算為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)升級的重要抓手，依托自有的骨干網(wǎng)絡(luò)IP技術(shù)，將算力服務(wù)快速下沉到用戶側(cè)，為用戶提供優(yōu)質(zhì)的算力服務(wù)，并提出“算力平臺+算力連接”的服務(wù)新模式。增值網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商則利用自身在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運營方面的優(yōu)勢，結(jié)合新的技術(shù)和業(yè)務(wù)模式，面向視頻直播、自動駕駛、家庭娛樂等場景，為用戶提供多層次、多粒度的增值網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。算力提供商發(fā)力算力連接，打造彈性高效的算力服務(wù)。從通用算力服務(wù)商、智能算力服務(wù)商到高性能計算服務(wù)商，算力供給側(cè)全面發(fā)力算力連接網(wǎng)絡(luò)，通過自建網(wǎng)絡(luò)或者與運營商合作的方式，提高自身算力利用率。其中，“分布式云”“超算互聯(lián)網(wǎng)”“多云互聯(lián)”等新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)成為算力供給側(cè)新的關(guān)注點。總體上看，強調(diào)多個層面算力分解和實時彈性服務(wù)的“云-邊-端”架構(gòu)行業(yè)認可度較高。
我國計算網(wǎng)絡(luò)化的現(xiàn)狀
面向前沿科技創(chuàng)新和全局算力部署，在未來算力需求持續(xù)增加的背景下，計算網(wǎng)絡(luò)化的部署實踐已經(jīng)遍布各個領(lǐng)域。在超算互聯(lián)網(wǎng)方面，超級計算是推進大科學計劃和大科學工程研發(fā)的重要支撐。然而，由于對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的投入差距，在超算應(yīng)用和超算服務(wù)等方面，我國與發(fā)達國家仍存在很大距離。2023年4月，科技部正式啟動了“超算互聯(lián)網(wǎng)”項目。超算互聯(lián)網(wǎng)是以互聯(lián)網(wǎng)的思維運營超算中心，并連接產(chǎn)業(yè)生態(tài)中的算力供給、應(yīng)用開發(fā)、運營服務(wù)、用戶等各方資源，構(gòu)建一體化超算算力網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)平臺。預(yù)計到2025年年底，國家超算互聯(lián)網(wǎng)將可形成技術(shù)先進、模式創(chuàng)新、服務(wù)優(yōu)質(zhì)、生態(tài)完善的總體布局。在智能制造-智能質(zhì)檢方面，由于計算機、通信、消費類電子等3C產(chǎn)品通常對精密度和外觀要求非常高，而微小結(jié)構(gòu)件檢測產(chǎn)量大、人力耗用巨大，缺陷類型多、數(shù)據(jù)難以收集。因此，傳統(tǒng)的人工檢測已經(jīng)成為制造業(yè)效率提升和成本降低的瓶頸。為解決這一挑戰(zhàn)，工業(yè)領(lǐng)域開始規(guī)?；渴鹬С钟嬎憔W(wǎng)絡(luò)化的工業(yè)AI質(zhì)檢解決方案，即通過邊緣計算技術(shù)對5G傳輸來的數(shù)據(jù)進行實時分析處理，借助機器視覺+人工智能深度學習算法提取關(guān)鍵特征指標，保障工廠生產(chǎn)效率的同時，實現(xiàn)無人化質(zhì)檢。
計算網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展建議
作為一個新領(lǐng)域和新方向，計算網(wǎng)絡(luò)化仍然需要整合“政產(chǎn)學研用”各方力量，形成合力。對此，本文有以下幾點建議。一是建立健全標準體系，引導計算網(wǎng)絡(luò)化良性發(fā)展。當前，各國家均將計算網(wǎng)絡(luò)化作為重要戰(zhàn)略部署，但各類算力服務(wù)能力差異明顯、服務(wù)質(zhì)量良莠不齊。構(gòu)建完善的計算網(wǎng)絡(luò)化標準體系，通過健全的服務(wù)能力與服務(wù)質(zhì)量評價標準，對云算力、超算算力、智能算力、邊緣算力等不同算力體系進行整合統(tǒng)一，是引導計算網(wǎng)絡(luò)化良性、規(guī)范發(fā)展的基本前提和根本保障。二是加速構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，推進算力全面互聯(lián)。與發(fā)達國家相比，我國網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)部署嚴重滯后，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源不足。結(jié)合SDN/NFV、SD-WAN、算力網(wǎng)絡(luò)等未來網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，建立跨地域算力中心高速互連網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，改善算力中心之間的網(wǎng)絡(luò)互連條件，提升環(huán)境網(wǎng)絡(luò)互連的性能和數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，是實現(xiàn)算力全面互聯(lián)、協(xié)同的重要基礎(chǔ)。三是夯實計算網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)底座，實現(xiàn)多元算力一體協(xié)同。計算網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展匯聚多元泛在算力，提供一體化算力服務(wù)，在滿足用戶差異化需求的同時，也帶來了多元算力異構(gòu)和跨域算力協(xié)同的挑戰(zhàn)。需要積極開展計算網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)體系研究，突破跨域協(xié)同計算架構(gòu)、異構(gòu)算力統(tǒng)一管理與調(diào)度等關(guān)鍵技術(shù)，以加速計算網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，支持多元泛在算力一體化、協(xié)同化服務(wù)。
轉(zhuǎn)載來源：網(wǎng)絡(luò)前沿觀察
