对算力网络研究与发展的思考.pdf

方向标4对算力网络研究与发展的思考在国家数字经济发展战略与“十四五”发展规划的推动下，加快信息网络基础的协同化、服务化、智能化进程，深化国家新型基础设施建设(“新基建”)，已成为我国进行大国博弈的重要基础。在此过程中，云计算、大数据、5G及人工智能等相关技术与应用对新一代信息网络提出了新的大算力、大模型处理等算力需求，而支撑经济社会发展的信息通信基础设施面临几何级数增长的连接终端、应用数据和安全压力。在此背景下，算力网络应运而生。算力网络旨在通过泛在算力与网络的融合，突破数据中心、超算中心、云计算、边缘计算等“孤岛”状态下的计算能力限制，构建算网一体的新型智能、高效、按需的算力服务体系，是信息通信领域的一种新趋势和新业态。2019年起，中国电信、中国移动、中国联通先后提出“算力网络”的发展理念。算力网络作为中国提出且主导的科研技术方向，已得到业界的广泛认可。1 算力网络研究备受关注，取得重要进展算力网络以泛在算力资源为基础，网络通信为纽带，智能化调度为核心，实现网、云、边、端、业务的高效协同与适配，满足行业高差异化算力服务需求。算力网络的愿景为电信运营商带来新的运营和服务模式，有可能改变“管道化”的现状，因此也受到了我国电信运营商的青睐和高度重视，三大运营商纷纷启动算力网络研究计划，在算力网络架构、技术体系等方面发布了一系列白皮书，有力地推动了算力网络的研究。三大运营商在算力网络方面的研究成果也分别入选中国通信学会2021年网络5.0领先创新科技成果。2022年，鹏城实验室发布了“中国算力网智算网络”计划，该计划提出了“像建设电网一样建设国家算力网”的发展愿景。围绕算力网络标准化，我国电信运营商和设备制造商在国际标准组织也取得了一些重要进展。国际电信联盟(ITU)从2019年到2021年已经立项/发布算力感知网络和算力网络标准6项，内容涉及了顶层架构、应用场景、功能模块等方面。2019年，我国科研人员在国际互联网工程任务组(IETF)推动成立在网计算研究组(COINRG)，牵头发起算力感知网络(CAN)BoF。2023年3月在日本横滨召开的IETF第116次会议中，郜 帅 北京交通大学电子信息工程学院教授、移动专用网络国家工程研究中心副主任主要研究方向包括新型网络体系与协议、算力网络等，主持国家重点研发计划课题、国家自然科学基金面上项目等10余项，获国际标准7项、省部级奖项5项，曾入选北京市科技新星计划和北京市青年英才计划。张宏科 中国工程院院士长期从事新型网络理论与工程技术研究。现任北京交通大学电子信息工程学院教授、移动专用网络国家工程研究中心主任，IEEEFellow，中国通信学会算力网络委员会主任。方向标5由中国移动牵头推动成立首个算力网络标准工作组CATS(Computing-AwareTrafficSteering)，在算力网络需求、场景等方面形成初步共识。国内行业组织和产业联盟如CCSA、中国通信学会、网络5.0联盟、IMT-2030(6G)推进组纷纷启动算力网络相关标准的制定。如CCSA从2021年开始进行算力网络标准制定工作，目前已经立项/发布多项标准，内容涉及算力网络路由技术、标识解析技术等。2 算力网络内涵与边界的理解虽然算力网络在业内外引起极大关注，也取得了重要进展，但是其发展也面临一些值得深入思考和关注的问题。特别是算力网络的定义、内涵不统一，边界不清晰，尚未形成明确且统一的共识。通常，业界对算力网络有不同的视角：“网中有算”和“算中有网”。1)“网中有算”是指以网络为中心，算为网用，算力作为基础资源嵌入网中，网络利用算力来提升网络感知、资源调度以及服务功能的编排能力，实现智能高效的网络算力服务。2)“算中有网”是指以云为中心，网为算用，网络作为连接纽带将离散的数据中心、超算中心等泛在算力进行融合，实现以云为中心的算力资源运营。上面两种视角重点不同，前者侧重从网络层面出发，通过优化网络部分的计算存储、资源协同能力等方式来提高网络功能性；后者则聚焦应用侧面，借助现有网络，通过计算来提高网络的服务能力和新业务的支撑能力。我们认为，为了实现算网融合和资源协同，为用户提供灵活统一的资源调度，应该将两种视角进行互补，避免各自视角的局限性，形成第三种视角“融算网络”，即从应用与网络深度融合协同角度出发，更好地完成算网一体融合。3 算力网络技术路线的思考“网中有算”的技术路线从网络角度出发，将业务的算力需求与网络资源进行融合，以达到算力与网络协同、提升业务质量和用户体验的目标。但传统网络IP标识存在相对静态僵化、语义承载单一的局限，而算力服务的业务类型、算力类型和服务质量需求多样，这些特点难以在IP标识中综合体现，也为算网深度融合带来障碍，大规模算网高效融合需求下的算力服务表征与标识、如何与现网共存成为重要挑战和难题。“算中有网”的技术路线多从应用角度入手，采用高速专网(多位于数据中心或超算中心内部)实现算力基础设施网络互联，以支持跨节点的算力协同和超大算力提供。值得注意的是，“网中有算”技术需要专用的硬件和网络设备支持，而该领域的主流技术由国外厂商提出和把控，存在“卡脖子”风险。此外，“网中有算”技术对网络传输与连接进行了理想化无损假设，而这一点在广域网络难以保证，因而也难以实现真正意义上的算网融合。从算力网络的建设目标与技术发展理念来看，算力网络是通信、计算、存储以及智能化调度的高度融合，其愿景是让用户像用电、用水一样使用算力服务，实现算力用户(算力资源)的“即插即用”。从电网、水网的发展历史和现状来看，实现资源高效随取随用的重要基础是深度融合、资源统一调配的网络。由此得到的启示是，算力网络研究不仅要考虑算力，更要关注新型网络，算力与网络不能只是“算中有网”或“网中有算”的分离式协同，而是要实现“算力+网络”的融合突破，需解决好以下几个问题。1)在网络层面，需要攻克多种异构网络(包括有线、无线网络)的深度融合难题，实现“一张大网”的统一资源调度。2)在用户层面，需要从标识体系出发研究用户与网络“解耦分离”技术，研究多维统一标识技术，解决算力用户(算力资源)“即插即用”问题。3)在管理层面，需要研究用户、网络、应用等异构资源统一管控和协同技术，解决现有网络和算力基础设施资源的“烟囱式”独立管理问题。通过思考上述问题，对两种视角优化互补，互相促方向标6进，构建“网算”“算网”一体深度融合，通过算力提升网络性能、功能，通过网络对算力智能调度，突破多维统一标识和智慧协同映射技术，实现算网、网算一体的深度融合。现有网络体系设计于五十年前，难以满足算力网络的新需求。从目前来看，算力网络对新型网络体系创新具有重要推动作用，其研究刚好与新型网络建设相辅相成：一方面新型网络融合体系架构可以更好地实现异质异构、分布不均的泛在算力资源的互联；另一方面，算力可以满足大数据、大模型、AI任务等高性能计算需求，实现应用服务、网络以及基础算力之间更高效、更智能的适配调度。4 算力网络发展的建议4.1 算力网络发展亟需求同存异，形成合力目前我国算力网络研究已取得重要进展，但运营商、设备商、学术团体由于各自站位视角、研究背景、合作竞争等原因，算力网络领域呈现出“百家争鸣”“各持己见”的局面，在一些重要概念、体系、架构等方面缺少共识。算力网络作为一个新生概念，有不同技术路线属于正常。但从国家和产业角度，需要相关利益攸关方求同存异，形成合力，共同推动算力网络健康发展，共同在国际竞争中发声，为国家抢占未来信息领域的高地共同努力。4.2 算力网络研究应重视顶层设计与总体布局算力网络是多学科交叉融合的系统性工程，作为我国提出的技术方向，有望成为继5G之后我国保持全球技术领先的新赛道。为了保障我国在该领域的优势，需要从国家层面重视顶层设计，从国家科研计划进行总体布局，开展算力网络基础理论、体系架构、关键技术、典型应用等，深化算力网络关键技术攻关，破解算力网络关键领域技术“卡脖子”难题，形成算力网络领域自主可控的制造链、产业链、效益链，降低国外对我国“脱钩断链”带来的产业风险，推动我国从算力大国、网络大国向算力强国、网络强国迈进。