算力網(wǎng)絡(luò)：未來(lái)計(jì)算資源的驅(qū)動(dòng)力

作者：陳玲，單位：中國(guó)移動(dòng)智慧家庭運(yùn)營(yíng)中心

隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算資源的需求不斷增加，傳統(tǒng)的計(jì)算模式無(wú)法滿足未來(lái)大量計(jì)算資源的需求，在此背景下，算力網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運(yùn)而生。算力網(wǎng)絡(luò)旨在將全網(wǎng)閑置的算力通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接匯聚成統(tǒng)一的計(jì)算資源，并進(jìn)行管理和調(diào)度，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的形式將計(jì)算資源提供給用戶，為多種場(chǎng)景的應(yīng)用和服務(wù)提供一個(gè)可伸縮、高效且經(jīng)濟(jì)的解決方案。本文將淺談算力網(wǎng)絡(luò)的基本概念、優(yōu)勢(shì)、應(yīng)用場(chǎng)景以及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

1、算力網(wǎng)絡(luò)的基本概況

1.1 算力網(wǎng)絡(luò)的基本概念

算力與網(wǎng)絡(luò)的定義：算力是指設(shè)備根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)的改變，每秒可以處理的信息數(shù)據(jù)量。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，算力就是計(jì)算能力，不論是用算盤(pán)計(jì)算，還是計(jì)算器服務(wù)器芯片的高速運(yùn)轉(zhuǎn)，本質(zhì)上都是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理。信息時(shí)代的根基是計(jì)算能力，從使用智能手機(jī)發(fā)微信消息、訂購(gòu)?fù)赓u(mài)的生活場(chǎng)景，到使用數(shù)據(jù)信息進(jìn)行大數(shù)據(jù)處理的政企應(yīng)用場(chǎng)景，歸根結(jié)底都是對(duì)數(shù)字信息的運(yùn)算處理。總的來(lái)說(shuō)，算力的載體從遠(yuǎn)古到至今發(fā)生了多次重大的變化，每次變化都對(duì)計(jì)算能力帶來(lái)了跨越式的提升。

圖1 算力載體的演變

網(wǎng)絡(luò)通過(guò)電磁波、網(wǎng)線和光纜，將不同的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)互相聯(lián)通。結(jié)合算力和網(wǎng)絡(luò)的定義，算力網(wǎng)絡(luò)就是搭建一張可以連接算力的網(wǎng)絡(luò)，使得網(wǎng)絡(luò)的需求側(cè)可以共享網(wǎng)絡(luò)中的算力供給。

算力網(wǎng)絡(luò)：目前計(jì)算資源相對(duì)離散化，單個(gè)站點(diǎn)計(jì)算資源有限，而站點(diǎn)間無(wú)法相互感知進(jìn)行協(xié)同工作，導(dǎo)致全網(wǎng)計(jì)算資源利用率比較低。為滿足使用者對(duì)算力需求的多元化，算力網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用而生。算力網(wǎng)絡(luò)將全網(wǎng)閑置的算力能力，匯聚成一張基于區(qū)塊鏈技術(shù)的全球化、去中心化的計(jì)算資源共享網(wǎng)絡(luò)，這些計(jì)算資源包括提供信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和CPU、GPU、FPGA等計(jì)算設(shè)備。計(jì)算形式也發(fā)生了多元化的變化，由云計(jì)算代表的“中心計(jì)算”進(jìn)一步發(fā)展為云進(jìn)行大體量的復(fù)雜計(jì)算、邊端進(jìn)行相對(duì)簡(jiǎn)單的實(shí)時(shí)計(jì)算、終端感知交互，云、邊端、終端協(xié)同計(jì)算的形式。

算力網(wǎng)絡(luò)基于客戶的算力需求，綜合考慮計(jì)算資源的實(shí)時(shí)情況，提供符合用戶需求的算力資源服務(wù)。

舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子：某個(gè)科技公司需對(duì)一批數(shù)據(jù)信息分析處理，按照傳統(tǒng)的方式，科技公司將花費(fèi)大量的財(cái)力采購(gòu)一批高性能的CPU、GPU、存儲(chǔ)設(shè)備等硬件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)計(jì)算分析。假設(shè)這個(gè)研發(fā)項(xiàng)目只是一次性項(xiàng)目或者項(xiàng)目使用采購(gòu)資源分析處理數(shù)據(jù)的頻率不太高，那么資源的浪費(fèi)率相對(duì)比較高。如果公司可以按次使用付費(fèi)，通過(guò)算力網(wǎng)絡(luò)調(diào)用接入網(wǎng)絡(luò)的算力資源，既可滿足項(xiàng)目數(shù)據(jù)分析處理的需求，也能降低各類(lèi)成本。

圖2 算力網(wǎng)絡(luò)共享全網(wǎng)算力資源

1.2 算力網(wǎng)絡(luò)研究進(jìn)展

算力網(wǎng)絡(luò)與云計(jì)算的區(qū)別：在我國(guó)，基礎(chǔ)運(yùn)營(yíng)商持有網(wǎng)絡(luò)寬帶資源，是算力網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主力軍。算力網(wǎng)絡(luò)由運(yùn)營(yíng)商主導(dǎo)，雖然與互聯(lián)網(wǎng)公司主導(dǎo)的云計(jì)算概念相似，但還是存在一定的區(qū)別，云計(jì)算強(qiáng)調(diào)云，算力網(wǎng)絡(luò)則強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)。云計(jì)算著眼于云網(wǎng)自身服務(wù)的整合，算力網(wǎng)絡(luò)著重于實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)級(jí)互聯(lián)，提供的是算力路由服務(wù)，通過(guò)智能網(wǎng)絡(luò)感知算力分布拓?fù)?，通過(guò)算力路由匹配用戶的算力需求。資源供給模式相應(yīng)由分散獨(dú)立的資源供給模式發(fā)展為以網(wǎng)絡(luò)為中心的融合資源供給模式。

圖3 資源供給模式的變革

運(yùn)營(yíng)商的算力網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：總結(jié)來(lái)說(shuō)，算力網(wǎng)絡(luò)的核心是運(yùn)營(yíng)商通過(guò)先進(jìn)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)分布式數(shù)據(jù)中心內(nèi)算力供應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)。電信運(yùn)營(yíng)商們對(duì)于算力網(wǎng)提出了不同的定義，中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)有限公司將算力網(wǎng)絡(luò)定義為一種算為中心、網(wǎng)為基礎(chǔ)的新型計(jì)算信息基礎(chǔ)設(shè)施，以及深度融合發(fā)展的網(wǎng)、云、數(shù)、智、安、邊、端、鏈等技術(shù)，并將算力網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)設(shè)定為“算力泛在、算網(wǎng)共生、智能編排、一體服務(wù)”；中國(guó)電信集團(tuán)有限公司提出了云網(wǎng)融合的業(yè)務(wù)發(fā)展方向，堅(jiān)持以“網(wǎng)是基礎(chǔ)、云為核心、網(wǎng)隨運(yùn)動(dòng)、云網(wǎng)一體”為基本原則，致力于開(kāi)發(fā)面向行業(yè)客戶的算力網(wǎng)絡(luò)綜合運(yùn)營(yíng)服務(wù)技術(shù)；中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司將聯(lián)接、計(jì)算與智能相融合，推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)從“云網(wǎng)融合”向“算網(wǎng)一體過(guò)渡”。基于算力網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，電信運(yùn)營(yíng)商們提出了各自的算力網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖如下：

圖4 中國(guó)移動(dòng)算力網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖-來(lái)源《算力網(wǎng)絡(luò)技術(shù)白皮書(shū)》

圖5 中國(guó)聯(lián)通算力網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)-來(lái)源《算力網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與技術(shù)體系白皮書(shū)》

圖6 中國(guó)電信云網(wǎng)融合目標(biāo)技術(shù)架構(gòu)-來(lái)源《云網(wǎng)融合2030技術(shù)白皮書(shū)》

三大運(yùn)營(yíng)商算力網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖雖然存在一定差異，但本質(zhì)是相同的：

算力網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)成：邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成的網(wǎng)絡(luò)資源，CPU、GPU、FPGA等算力資源，構(gòu)成了算力網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施，為計(jì)算資源編排和調(diào)度提供網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。

算力網(wǎng)絡(luò)編排管理：算力網(wǎng)絡(luò)的核心內(nèi)容是調(diào)度和編排算力資源，實(shí)現(xiàn)功能如下：獲取全域?qū)崟r(shí)算、網(wǎng)、數(shù)資源以及云、邊、端分布情況，構(gòu)建全域態(tài)勢(shì)感知地圖；協(xié)同調(diào)度，將多域協(xié)同的調(diào)度任務(wù)智能、自動(dòng)地分解給各個(gè)使能平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)算、網(wǎng)、數(shù)的資源調(diào)度；融合編排，針對(duì)多域融合業(yè)務(wù)需求，基于算、網(wǎng)、數(shù)的原子能力按需靈活組合編排；綜合考慮網(wǎng)絡(luò)整體負(fù)載、可用算力資源池分布等因素智能計(jì)算算、網(wǎng)、數(shù)的最優(yōu)協(xié)同策略。

能力開(kāi)放：給上層應(yīng)用提供管控算力網(wǎng)絡(luò)的接口，向上提供算力網(wǎng)絡(luò)的能力開(kāi)放。

由電信運(yùn)營(yíng)商的算力網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)構(gòu)圖可知，算力網(wǎng)絡(luò)著重于通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。算力網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖為運(yùn)營(yíng)商算力網(wǎng)絡(luò)發(fā)展聚焦了創(chuàng)新技術(shù)方向，電信運(yùn)營(yíng)商從運(yùn)營(yíng)“云網(wǎng)”逐步轉(zhuǎn)變?yōu)檫\(yùn)營(yíng)“算網(wǎng)”。

2、算力網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)

算力網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)包括：

1??彈性計(jì)算：算力網(wǎng)絡(luò)可以滿足多樣化的算力需求，根據(jù)計(jì)算資源的實(shí)時(shí)情況，動(dòng)態(tài)分配符合用戶需求的計(jì)算資源，為用戶提供了強(qiáng)大的可擴(kuò)展性。根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行算力資源調(diào)整，提高全網(wǎng)計(jì)算資源利用率。

2??降低成本：一方面算力網(wǎng)絡(luò)可以使用價(jià)格相對(duì)低的硬件設(shè)備來(lái)構(gòu)建，相比構(gòu)建傳統(tǒng)的高性能計(jì)算集群，成本降低不少；另一方面用戶可以根據(jù)實(shí)際算力需求靈活租用全網(wǎng)閑置的計(jì)算資源，用戶不需要承擔(dān)昂貴的硬件成本。

3??去中心化：算力網(wǎng)絡(luò)將全網(wǎng)閑置的算力能力，匯聚成一張基于區(qū)塊鏈技術(shù)的全球化、去中心化的計(jì)算資源共享網(wǎng)絡(luò)?；趨^(qū)塊鏈技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了去中心化的算力交易和分配。

4??大規(guī)模的計(jì)算能力：算力網(wǎng)絡(luò)匯聚了全網(wǎng)的計(jì)算資源，支持大估摸的計(jì)算任務(wù)。同時(shí)，算力網(wǎng)絡(luò)基于云+邊端+終端協(xié)同工作的計(jì)算模式，可以支持更加復(fù)雜的計(jì)算任務(wù)，如機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘等。

3、算力網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場(chǎng)景

算力網(wǎng)絡(luò)可以應(yīng)用于計(jì)算密集型場(chǎng)景，包括以下應(yīng)用場(chǎng)景：

? 人工智能：深度學(xué)習(xí)、機(jī)器學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)需要大量的計(jì)算資源進(jìn)行模型訓(xùn)練和行為預(yù)測(cè)，算力網(wǎng)絡(luò)可以提供高性能的計(jì)算資源和分布式計(jì)算能力，為AI研究和應(yīng)用提供強(qiáng)大的計(jì)算支持。

? 科學(xué)研究：氣象、生物、天文等領(lǐng)域的科學(xué)研究需要大量計(jì)算資源，如氣象學(xué)研究需要處理大量的氣象數(shù)據(jù)，進(jìn)行復(fù)雜的氣象模擬和預(yù)測(cè)，生物學(xué)研究需進(jìn)行大量的基因測(cè)序和分析等，算力網(wǎng)絡(luò)可以支持多領(lǐng)域的科學(xué)研究。

? 大數(shù)據(jù)處理：隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)和組織需要處理的數(shù)據(jù)量急劇上升，算力網(wǎng)絡(luò)能夠支持大規(guī)模數(shù)據(jù)處理。算力網(wǎng)絡(luò)可以提供高性能的計(jì)算資源，用于處理各種大數(shù)據(jù)任務(wù)，幫助企業(yè)挖掘數(shù)據(jù)背后的價(jià)值。

? 渲染與仿真：影視制作、游戲設(shè)計(jì)等行業(yè)需要進(jìn)行大量的渲染和仿真計(jì)算，以生成高質(zhì)量的視覺(jué)效果，算力網(wǎng)絡(luò)能夠滿足這些需求。

? 區(qū)塊鏈：一些區(qū)塊鏈需要進(jìn)行大量的計(jì)算任務(wù)，如加密算法、哈希算法等。算力網(wǎng)絡(luò)可以支持這些計(jì)算任務(wù)的高效完成。

4、未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用的不斷拓展，算力網(wǎng)絡(luò)將提供更高的計(jì)算性能和計(jì)算效率，以滿足復(fù)雜度和性能要求更高的計(jì)算任務(wù)，同時(shí)算力網(wǎng)絡(luò)將結(jié)合人工智能技術(shù)，使計(jì)算資源的管理和調(diào)度更加智能化和自動(dòng)化。中國(guó)移動(dòng)自2019年陸續(xù)發(fā)布了多本白皮書(shū)，積極推動(dòng)算力網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)指定，并貫徹落實(shí)國(guó)家戰(zhàn)略部署和“算力泛在、算網(wǎng)共生、智能編排、一體服務(wù)”戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)，通過(guò)“融網(wǎng)絡(luò)、融服務(wù)、融終端”滿足家庭用戶的多場(chǎng)景需求。在未來(lái)，我們有理由相信，中國(guó)移動(dòng)的應(yīng)用場(chǎng)景會(huì)不斷擴(kuò)展，進(jìn)一步滿足用戶的多領(lǐng)域需求。