数据中心网络架构 — 云网一体化数据中心网络 — 算力网络 — 诞生背景

Posted 2021-12-28 范桂飓

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• 算力网络（Computing First Network）
• 算力网络的定义
• 技术层面
• 商业层面
• “东数西算” 政策
• 中国移动
• 中国电信
• 中国联通

算力网络（Computing First Network）

追根溯源，“算力网络” 是中国移动 “出口转内销” 的一个概念。2019 年，中国移动开始认识到算力和网络融合共生、一体服务对全社会数智化转型的重大意义，积极展开研究实践，提出 “算力网络” 的全新理念。随后，算力网络引起业界关注。

到了今年（2021年），算力网络进入政府层面规划，开始自上而下推动算力网络建。2021 年 5 月，国家发改委等四部委联合出台《全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案》，明确提出布局全国算力网络国家枢纽节点，打通网络传输通道，提升跨区域算力调度水平，加快实施 “东数西算” 工程，构建国家算力网络体系。

算力网络的定义

中国联通对 “算力网络” 的书面定义更为人熟知：算力网络，是指在计算能力不断泛在化发展的基础上，通过网络手段将计算、存储等基础资源在 “云-边-端” 之间进行有效调配的方式，以此提升业务服务质量和用户的服务体验。

通俗一点来说，算力好比是电，算力网络好比是电网。电网支撑着数亿人们和不同商业的用电需求，而在万物智联时代，算力网络可以满足自动驾驶、云游戏、人脸识别、VR/AR 等新兴应用的实时计算需求。

技术层面

随着摩尔定律趋近于极限，过去依靠芯片堆积的单点算力模式已经不能满足不断倍增的算力需求，通过网络集群优势突破单点算力的性能极限，提升算力的整体规模，成为了产业界共同关注的热点。

从技术的角度出发，算力网络并不是全新概念，也没有重大技术架构创新，而是 从云网融合走向云网端融合 的演进。所以，算力网络的基本架构，仍然是云网融合，而且是更深层的云网融合。

随着边缘计算的发展和部署，用户不再是仅仅访问中心云，有的业务需要访问边缘云，甚至可能某个业务需要多云协同计算。由此，分布式（泛在）的算力资源需要协同，而网络正是用户去往算力资源的必经之路，也是用户发起业务需求的入口。

所以，从技术层面来解释，算力网络是 “云、网、边” 深度融合的产物，也是边缘计算发展到后期的一种全新的业务形态。由网络去调配算力，是算力网络的核心理念。

算力网络的工作原理，即：利用云网融合技术以及 SDN/NFV 等新型网络技术，将边缘计算节点、云计算节点以及含广域网在内的各类网络资源深度融合在一起，减少边缘计算节点的管控复杂度，并通过集中控制或者分布式调度方法与云计算节点的计算和存储资源、广域网的网络资源进行协同，组成新一代信息基础设施，为客户提供包含计算、存储和连接的整体算力服务，并根据业务特性提供灵活、可调度的按需服务。

算力网络是对云网融合的深化和新升级，主要体现在：

1. 一是对象升级，云是算的一种载体，算力将更加立体泛在，包含边端等更丰富的形态；
2. 二是融合升级，算力网络不仅是编排管理的融合，更强调算力和网络在形态和协议上的一体融合，同时也强化了以算为中心，ABCDNETS 等多种技术的融合共生；
3. 三是运营升级，算力网络对网络运营管理的要求更高，从一站式向一体化、智慧化演进；
4. 四是服务升级，算力网络是以算力为载体，多要素融合的新型一体化服务。

算力网络自 2019 年被业界提出以来，在连接和计算的 SLA 分级、泛在计算架构、算力网络技术架构等研究方面已经取得了显著的进展。

但在实现算力网络的道路上还有很多问题有待解决。例如：算力资源和网络如何有机整合？怎样建立算力网络交易平台，实现算力即取即用？运营商该如何在算力时代找准定位？哪些厂商又将在算力网络领域大展身手？

商业层面

从商业层面看，算力网络是一种革新的商业模式，是一场网络拥有者（电信网络运营商）和计算拥有者（云计算厂商）之间博弈，而进攻者则是尝试获取云计算服务主导权的运营商。

• 算力拥有者：目前主要是几大云商，例如：阿里云、腾讯云、华为云、天翼云。
• 网络拥有者：就是三大运营商。

在奔涌而来的算力时代，运营商所掌握的优质网络将是算力触达用户、实现算力商业变现的重要手段。

“东数西算” 政策

当前，算力已成为信息社会的核心生产力，算力需求越来越大，比如，从 2018 年到 2030 年，无人驾驶对算力的需求将增加 390 倍，数字货币对算力的需求将增长约 2000 倍，VR 游戏对算力的需求将增长约 300 倍。

正如，水力发展离不开水网，电力发展离不开电网，算力发展也离不开 “算力网络”。为了让用户享受随时随地的算力服务，发展算力网络需要重构网络，使其形成继水网、电网之后国家新型基础设施，打造 “一点接入、即取即用” 的社会级服务。最终实现 “网络无所不达、算力无所不在、智能无所不及”。

日前，国家发展改革委、中央网信办、工业和信息化部、国家能源局四部门联合发布了《全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案》，明确提出布局全国算力网络国家枢纽节点，启动实施 “东数西算” 工程，构建国家算力网络体系。毫无疑问，这是继水、电之后，国家战略布局 “算网”，激活数据新要素，推动数字经济高质量发展的重要举措。

其实，“东数西算” 是我国资源禀赋与区位优势所决定的，由于区域间科技与经济发展的差异，我国东部地区比西部地区将产生更多的数据，时效性高的 “热数据” 处理需求的增多使我国数据中心在东部一线城市趋于饱和，而在中西部一些地区使用率低，存在一定程度的供需失衡、失序发展等问题。

“东数西算” 简单来说就是把我国东部地区的数据传输到西部的数据中心去运算，但从东部的多个数据源西部多个计算中心间需要通过网络互联，实现跨区域的算力协调调度，支撑数据要素的高效流通，因此，需要通过构建全国算力枢纽，统筹算力的供给与调度，构建形成以数据流为导向的新型算力网络格局，释放算力最大的价值。

在近日举行的 “2021 中国移动全球合作伙伴大会” 上，中国移动董事长杨杰提出，中国移动将深入落实国家 “东数西算” 工程部署，科学合理布局数据中心，发挥既有的通信网络优势，全面推进算力网络技术、产业、生态、商业模式成熟，通过深化算力在物理空间、逻辑空间、异构空间融通发展，推动网络从连接算力到感知、承载、调配算力，实现算力泛在、算网共生；通过融数注智，构建算网 “大脑”，实现算网资源、能力的智能编排、统一管理；通过要素融合、算力整合，提供从“资源式”向“任务式”转变的一体化服务。

中国移动

中国移动的算力网络体系架构主要包括：

1. 算网底座的算网基础设施层：算网基础设施层是算力网络的坚实底座，以高效能、集约化、绿色安全的新型一体化基础设施为基础，形成云边端多层次、立体泛在的分布式算力体系，满足中心级、边缘级和现场级的算力需求。网络基于全光底座和统一 IP 承载技术，实现云边端算力高速互联，满足数据高效、无损传输需求。用户可随时、随地、随需地通过无所不在的网络接入无处不在的算力，享受算力网络的极致服务。

2. 具备 “算网大脑” 的编排管理层：编排管理层是算力网络的调度中枢智慧内生的算网大脑是编排管理层的核心。通过将算网原子能力灵活组合，结合人工智能与大数据等技术，向下实现对算网资源的统一管理、统一编排、智能调度和全局优化，提升算力网络效能，向上提供算网调度能力接口，支撑算力网络多元化服务。

3. 进行算网运营的运营服务层：运营服务层是算力网络的服务和能力提供平台，通过将算网原子化能力封装并融合多种要素，实现算网产品的一体化服务供给，使客户享受便捷的一站式服务和智能无感的体验。同时通过吸纳社会多方算力，结合区块链等技术构建可信算网服务统一交易和售卖平台，提供“算力电商等新模式，打造新型算网服务及业务能力体系。

中国移动计划把算力网络的建设发展分为 3 个阶段：

1. 泛在协同（起步阶段）：在起步阶段，核心理念是 “协同”，将打造具有网随算动、协同编排、协同运营和一站服务等 “协同” 特征的网络，让算力更立体和泛在。
2. 融合统一（发展阶段）：在发展阶段，则将打造具有算网融合、智能编排、统一运营和融合服务等 “融合” 特征的网络，让网络连接云、边、端泛在的算力资源，满足各类新型业务需求。
3. 一体内生（跨越阶段）：在跨越阶段，推动 “以网强算”，用网络实现聚集算力、发挥算力集群的优势；跨越阶段的核心就是 “一体”，实现算网一体、算网共生、智慧内生、创新运营和一体服务，实现 “网在算中，算在网中” 的体系。

中国电信

中国电信算力网络的整体思路是将边缘计算、云计算等多级算力节点与网络进行更进一步的结合，实现云网融合下的资源供给，为用户提供最优的服务以及运营保障。

算力网络重点解决两个层面的问题：

1. 一方面是资源关联，根据用户的诉求将算力资源、网络资源等进行有机整合，以满足用户多样化的需求；
2. 另一方面是资源交易，让用户能够根据自己对业务的要求及能够承担的成本，在算力交易平台上购买最适合的算力资源与网络资源。

算力网络体系包括：

1. 算力消费方
2. 算力提供方
3. 网络运营方
4. 算力网络交易平台
5. 算力网络控制面
6. 等

用户可以按照业务发展需求关联算力应用类商店、AI 赋能平台等应用提供方。

中国联通

中国联通将算网一体定位为继 “云网融合 1.0”（云网协同）之后的 “云网融合 2.0” 阶段。

• “云网融合 1.0”（云网协同）阶段：目前 SDN 已经实现了云和网的拉通，特别是专线等级的连接，NFV 实现了核心网功能的全面云化。但是目前 SDN 与 NFV 的部署一般相互独立，各成体系。
• “云网融合 2.0” 阶段：在计算能力不断泛在化发展的基础上，通过网络手段将计算、存储等基础资源在云、边、端之间进行有效调配，以此提升业务服务质量和完善用户服务体验的计算与网络融合思路架构。

中国联通提出的 “算力网络体系架构”，主要包含：

1. 服务提供层：主要实现面向用户的服务能力开放。
2. 服务编排层：负责对虚机、容器等服务资源的纳管、调度、配给和全生命周期管理。
3. 网络控制层：主要通过网络控制平面实现算网多维度资源在网络中的关联、寻址、调配、优化与确定性服务。
4. 算力管理层：解决异构算力资源的建模、纳管与交易等问题。
5. 算力资源层/网络转发层：算力资源层和网络转发层扁平化融合，并需要结合网络中计算处理能力与网络转发能力的实际情况和应用效能，实现各类计算、存储资源的高质量传递和流动。