算力网络：十大技术发展方向

Posted 2023-02-27 YoungerChina

摘自：https://mp.weixin.qq.com/s/yykVHtdUVGL7G9E1jtMIxg

在社会算力并网场景下，将联合超算、智算等社会算力开展算力并网验证；在云边端协同场景下，打造算网融合创新技术方案，探索算网大脑雏形，深入车联网自动驾驶、超边缘生产现场、XR文娱、公共安全等特色行业场景，配合智能化技术，实现不同生产要素间的高效协同，从而提高生产效率，满足行业应用智能感知、泛在连接、实时分析、精准控制等需求。

方向一∶泛在智能的新型算力赋能智慧社会转型升级

随着智慧城市、智慧工厂、智慧家庭等智能场景的逐步落地，人工智能正深刻地改变我们的生产、生活方式，一个以数字化、网络化、智能化为特征的智慧社会正加速到来。机器学习、计算机视觉、自然语义处理等训练模型架构设计上趋向大规模并行，数据量已达千G量级，参数量迈向万亿级，此外无人驾驶、AR/VR云游戏、元宇宙等场景对数据的传输处理速度和快速分析、推理、决策能力提出了更高要求，需要构建多元化、规模化、泛在化的智能算力。一方面，以智算集群、无损网络、高性能存储为核心的智能算力解决方案有效提升计算效能、降低计算成本、缩短人工智能训练周期；另一方面，基于多样性算力的能力评估体系、云边端算力高效协同调度能力和智能应用的敏捷构建方式等新型技术，构建泛在协同的智能算力底座，推动人工智能从“单点突破”迈向“泛在智能”，实现智慧社会转型升级。

方向二∶以数据为中心的多样性计算架构铸就高效算力服务

全社会数字化转型带来多样化的海量数据处理需求，对处理效率提出了更高的要求，传统的以CPU为中心的计算架构难以高效应对复杂的数据处理场景，以数据为中心的新型多样化计算架构正在迅速兴起。以GPU、FPGA、AI芯片为代表的异构算力增长迅猛，以DPU/IPU为代表的软硬件深度融合的一体化计算架构逐渐兴起，突破传统冯·诺伊曼架构的近存计算、存算一体等存算融合新计算架构不断出现。这些架构变革以数据处理的高效性为目标，通过数据流驱动计算，对底层数据按需就近处理，极大提升数据处理效率。此外，面向多样性的新型计算架构，跨架构的开放编译平台已成趋势，通过屏蔽底层硬件架构差异，构筑开发环境友好、性能高效的算力服务。

方向三∶光电联动的全光网技术支撑东数西算纵深发展

“东数西算、东数西存、东数西训、东数西渲”带来跨地域、跨层次、跨架构的海量数据调度需求，对传送网络的容量、时延、成本、能耗等提出了更高要求。以OXC、400G/800G、OSU、SPN、50G PON、FTTR、硅光、新型光纤等为代表的新技术蓬勃发展，推动光传送网向基于光电联动的大带宽、扁平化、低时延的智慧全光网演进。通过大容量全光高速互联、灵活光电联动和智能全光调度，围绕算力构建高容量、高可靠、确定性低时延、绿色节能的光网络，以光筑底，支撑东数西算新型算力服务的创新发展。

方向四∶超低时延驱动的确定性网络成为产业数字化刚需

传统网络侧重公平性原则，提供尽力而为的服务，在消费互联网时代很好的满足了用户访问网络的需求。随着产业数字化转型进程加速，网络正从消费互联网向工业互联网演进，以超低时延和确定性为特征的网络正从辅助生产逐步嵌入到核心生产环节，成为产业数字化刚需。确定性要素从带宽向时延、抖动、丢包等多要素转变，满足算网连接业务多维质量需求∶确定性范围逐步从局域走向广域，通过切片和SRv6/G-SRv6实现端到端确定性保障；确定性粒度逐步从粗粒度向精细化转变，通过小颗粒切片、应用感知等技术满足差异化服务体验。

方向五∶算网深度融合的原创技术驱动新型业务创新突破

传统的算力和网络相对独立，二者仅为简单的连接关系。以NFVSDN为核心技术的下一代网络规模部署，算力和网络开始在基础设施层面逐步融合，随着5G+MEC的飞速发展，进一步驱动网络开始感知算力的位置，实现就近分流，算网融合的一体化平台服务已成趋势。未来，算网将在协议和形态层面进一步融合，网络将深度感知算力，通过在网络协议中引入算力信息，将应用请求沿最优路径调度至算力节点；网络设备通过共享自身算力，对数据进行在网计算，降低通信延迟，将推动无人驾驶、元宇宙等超低时延类新型业务创新突破。但深度融合计算和网络双学科并非一日之功，两大架构如何共存，如何互补是需要长期研究的课题，也面临许多科学难题有待攻克，需要两大学科共同研究和碰撞，推进算网向一体共生发展。

方向六∶算网大脑使能多要素融合的一体化信息基础设施构建

全行业数字化转型的加速对算网一体化基础设施和融合人工智能、大数据等多要素融合服务能力的要求日益提升。当前算网各自编排、分域管理，难以提供算网融合的产品、服务和端到端的质量保障。算网大脑通过算网数据感知获取全域实时动态数据，结合算网智能化、多要素融合编排实现要素能力的一体供给和智能匹配，横向全面融合网、云、数、智、安、边、端、链（ABCDNETS）多种能力要素，纵向深度贯穿应用、平台到底层资源，进而为新型信息基础设施对外提供一体化服务提供能力支撑。

方向七：可信共享的算网服务开创行业发展新业态

随着信息技术的发展，算力和数据的流动性持续增强，以多方可信的算力交易和安全可控的数据流通为代表的新型算网服务，将重塑信息服务产业价值链分配体系。通过算力交易创新模式广泛吸纳社会算力，基于区块链的多方算力可信共享将推动算力的供给侧改革，使算力的使用成本进一步降低，实现算力普惠，同时提升社会空闲算力使用效率，最大化发挥算力的价值。数据流通服务可实现跨行业、跨主体的数据共享和开放，通过联邦学习、隐私计算等技术为多方协作模式下的数据价值挖掘提供可靠保障，推动数据合法、高效利用，助力数据产业应用升级，打造数据应用服务新范式。

方向八∶端到端的绿色低碳技术推动数字社会可持续发展

全球气候变暖是当前人类面临的重大挑战，碳达峰、碳中和已成为应对气候变化的全球共识。根据权威机构统计，2021年底我国在用数据中心规模达到520万标准机架，算力达到120EFLOPS，未来仍将保持每年10%以上的速度增长。同时，数据中心能耗快速增长，2019 年数据中心年耗电量占全国总用电量的2.4%左右，预计到2025年数据中心年耗电量将达到全社会用电量的3.6%。为实现可持续发展，助力国家双碳目标，算网基础设施的建设和发展要以绿色低碳贯穿始终。随着芯片、服务器能耗控制技术的日趋成熟，模块化、工业化等新型建造技术的规模推广，高效、节能制冷技术的推陈出新，融合、低碳能源技术的广泛应用，辅以精准的碳评估与管理手段，从而形成从芯片、主设备到基础配套设施全生命周期、绿色低碳的数据中心建设与运营体系，并以数据中心为核心，结合数据中心间的网络连接，充分利用智能化手段实现网络和算力的跨地域、跨领域的节能调度协同，形成端到端的一体化节能体系，最终实现算力网络的创新节能、智慧洁能、绿色赋能，助力数字社会可持续发展。

方向九：能力内生的新安全理念保障算网一体化全程可信

从云计算到边缘计算再到分布式云，算力的泛在化引入了更多的安全风险点，更加开放的网络架构和更大范围的数据流动导致不确定性安全威胁增加，传统以安全防护为主的"外挂式”或“补丁式”安全建设模式无法应对上述安全问题，以安全能力内生、安全可信为基础的新安全理念应运而生。在资源高度协同、网络灵活开放、数据高速流通的算网环境中，充分应对动态变化的安全需求，引入安全编排、隐私计算、全程可信等技术，提升安全风险自动发现、自动防御的能力。

方向十∶空天地一体的星云算网实现全时全域信息服务

以卫星通信为代表技术的空天地一体化网络突破地形地貌对于通信网络的限制，从地面扩展到太空、天空、海洋等自然空间，形成全球全域覆盖和泛在连接的空天地一体化网络。空天地一体化网络突破时间限制，在瞬息之间完成大量数据的传输，并实现全域算力连接，通过天基和地基一体化信息构型，实现通信、感知、计算等要素的融合，赋能通感算一体化星云算网。空天地一体化星云算网将成为未来6G网络架构的重要发展趋势之一，为多域融合、算网融合的业务和应用的发展提供支持和动力。