算網融合產業發展分析

摘要：隨著業務應用的數字化轉型加速，各類數字化場景對算力基礎設施專用、彈性、泛在、協同的服務能力要求也在不斷提升。算網融合是數網協同、云網融合之后算網供給模式的又一次升級。重點對算網融合業務需求、產業現狀、發展趨勢進行了分析，并進一步提出了“東數西算”背景下的算網融合發展建議。

0 引言

近年來，我國數字經濟高速發展，各行業數字化轉型不斷加快，云計算、大數據、人工智能等新一代信息技術正在廣泛應用于社會生產生活的各個方面，社會總體算力需求隨之快速增長。算力已經成為推動社會生產效率提升的重要方式，算力的發展對于推動數字化轉型、加速數字經濟發展具有重要意義。與此同時，隨著數字化轉型的深入推進，算力需求場景也日益復雜，異構算力互聯、云—邊—端高效協同等應用需求持續深入，高速敏捷、泛在協同、智能隨需成為未來算力服務的基本要求。

算網融合是多元異構、海量泛在的算力設施，通過網絡連接形成一體化算網技術與服務體系。算網融合具備算力資源高效集約、算網設施綠色低碳、算力泛在靈活供給、算網服務智能隨需［1］等特征，其發展對于提升算力服務水平具有重要意義。筆者從算網融合業務需求出發，明確了算網融合在提升算力服務能力、滿足未來業務需求方面的基本要求。在此基礎上，對算網融合產業現狀、發展趨勢進行了分析，并提出了算網融合發展建議。

1 算網融合業務需求

1.1 異構算力協同需求增長

隨著數字化轉型的深入推進，各類數字化場景對算力的多樣化要求逐步增加，單一算力難以滿足業務需求，亟需異構算力的融合支撐。從算力服務類型來看，不同數字技術應用場景對算力需求有很大不同，如石油勘探、航空航天、核武器等技術領域需要超算算力支持，無人駕駛、人臉識別、工業機器人等場景需要智算算力支撐，互聯網、通信、金融等場景更多以通用算力為主。除此之外，上述應用場景往往并非單一云端集中式算力即可支持，還需要邊緣算力的廣泛參與［2］。從計算設備來看，不同類型算力需求的增長促進了計算芯片的多樣化發展，從以通用中央處理器（Central Processing Unit，CPU）計算為主，逐步向顯示芯片（Graphics Processing Unit，GPU）、現場可編程邏輯門陣列（Field Programmable Gate Array，FPGA）、專用集成電路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）等異構算力芯片協同發展的態勢演進，如圖1所示。

圖1 多種形式的異構計算形式 中國算力大會發布的《中國算力白皮書（2022年）》數據顯示，截至2021年年底，全球算力總規模達到521 EFLOPS（FP32），其中通用算力為398 EFLOPS（FP32）、智算算力為113 EFLOPS（FP32）、超算算力為10 EFLOPS（FP32）［3］。隨著數字化轉型進程的深入推進，用戶對異構算力協同服務的需求將進一步提升，未來一段時間，全球通用、智算和超算算力均將保持增長態勢。 1.2 云—邊—端算力協同需求增長 隨著泛在物聯終端數量的快速增加，算力需求逐漸從云端向邊側、端側下沉和延伸，邊端成為重要的算力節點。在無人駕駛、智慧工廠等云—邊—端協同場景下，單一云端算力難以滿足泛在物聯終端對實時性、可靠性的需求，單一邊緣端算力難以提供海量數據存儲分析能力［4-5］。因此，需要云—邊—端算力的協同。未來，隨著應用場景的豐富和發展，云—邊—端算力協同的需求會持續增加，如圖2所示。

圖2 傳統云計算服務模式與云—邊—端協同算力服務模式對比 1.3 算網服務需求多元化

隨著業務應用的不斷發展，用戶需要更加敏捷、彈性、隨需隨取、按量付費的算網服務。算網的敏捷性指快速獲取算力服務、快速實現網絡連接，以及保障業務服務等級。算網的彈性指算力資源可擴容或縮減、網絡資源可靈活調度。隨需隨取是指可獲取多樣性、差異化的算網資源，同時獲取的途徑和方法具有便捷性。按量付費是指用戶可根據使用的算網資源量向算網供應方付費。近年來，隨著我國算力基礎設施、網絡基礎設施不斷優化升級發展，算網服務的敏捷性、彈性正在逐步優化，但是在面向特定的算力需求場景時，依然表現不足，例如當前算網服務難以實現端到端毫秒級時延，邊端支撐能力不足。除此之外，仍有不少算力基礎設施資源池化水平不足，未開展云原生改造，云服務彈性不足，難以適應快速變化的算力需求環境。

2 算網融合發展現狀

2.1 政策導向明確，鼓勵算網融合發展

算力基礎設施融合聯動發展能夠顯著提升算力綜合服務能力，并促進算力基礎設施技術創新能力升級。我國高度重視算力基礎設施技術創新和服務能力建設，推出多項政策，為算網融合發展提供了良好的政策環境。《全國一體化大數據中心協同創新體系算力樞紐實施方案》提出要加強多云之間、云和數據中心之間、云和網絡之間的一體化資源調度。《新型數據中心發展三年行動計劃（2021—2023年）》提出要加強新型數據中心設施、互聯網技術、網絡、平臺、應用等多層架構融合聯動。2022年2月，“東數西算”工程正式啟動，其重點內容之一就是建設全國一體化算力網絡體系，通過該體系實現算力高效調度［6］。目前，多個樞紐節點和集群在其實施方案中均提出加強算網融合能力建設，構建算網一體化調度平臺的建設目標。

2.2 企業積極實踐，推動算網融合嘗試

算網融合是算力基礎設施和網絡設施融合發展的新形態，是面向新型業務需求的服務模式，國內外企業均在積極推動算網融合的產業實踐。國外云商服務能力較強，谷歌、微軟、臉書等頭部云商業務范圍覆蓋全球，電信運營商專注網絡服務，難以根據云商特定的網絡需求提供服務，部分云商正在加速打造云間互聯網絡體系，實現內部算力資源的高效利用，如谷歌正在積極推動B4骨干網建設，通過自研交換機在全球數據中心部署軟件定義廣域網，用以連接其分布在世界各地的數據中心，實現數據跨域遠距離高速傳輸。

國內算網基礎設施建設良好，但資源配置不均衡，算網一體化服務能力有待提升，隨著用戶需求的不斷升級，算網融合一體的服務逐步成為新的發展熱點。電信運營商、互聯網廠商及設備廠商積極參與算網融合理論研究與技術研發，推動產業融合發展。在電信運營商方面，運營商掌握算網資源，在算力領域和網絡領域均具有較大的優勢，具備開展算網融合研究的基礎。同時，電信運營商也希望通過算網融合服務進一步提升傳統網絡業務的附加值，提高自身云服務能力。中國電信集團有限公司（簡稱“中國電信”）強調云網融合，形成云網一體化供給［7］。中國移動通信集團有限公司強調要實現多要素融合，并形成算力網絡概念，即“以算為中心、網為根基，網、云、數、智、安、邊、端、鏈等深度融合，提供一體化服務”的新型信息基礎設施［8］。中國聯合網絡通信集團有限公司正在向算網一體演進，加速推動云邊端試點［9］。在云商方面，阿里云計算有限公司（簡稱“阿里云”）發布了云骨干網，用以連接其分布在全球的數據中心。同時，阿里云骨干網仍依賴運營商網絡資源。總體來看，阿里云的技術實踐在一定程度上促進了電信運營商網絡服務變革，運營商正在進一步強化網隨云動的技術升級，為云商提供彈性、敏捷、便捷的網絡服務。在設備廠商方面，中興通訊股份有限公司、華為技術有限公司（簡稱“華為”）針對算網融合場景提出了網絡設備及技術方案。其中，華為提出構建區域內可感知、可調度的人工智能算力資源，并提出了超融合網絡、自動駕駛網絡相關技術，提升了網絡彈性和運維效率。

2.3 技術創新發展，支撐算網融合落地

隨著用戶對數據中心訪問流量的快速增長，數據中心與用戶之間以及數據中心之間的網絡傳輸變得愈加重要，數據中心運營商對網絡云化可控能力提出了更高的要求，并推動了數據中心網絡云化發展［10］。在網絡云化過程中，網絡不僅作為通信傳輸工具，同時也需要為云計算提供更加可靠、敏捷、彈性的聯接服務，一方面根據用戶流量變化及時做出調整，以此實現更加敏捷智能的傳輸，避免網絡擁塞，并產生更高時延；另一方面，網絡可更加深入地感知業務需求，并將業務傳送到合適的算力節點，進一步推動算網融合的發展。當前，運營商、云商以及科研院所均在積極推動網絡技術創新，提升網絡傳輸性能和業務感知能力。如劉韻潔院士團隊積極推動的未來網絡相關技術研究，能夠針對特定業務需求提供定制化的網絡服務，構建更加開放、智能、安全、柔性的網絡服務。中國信息通信研究院、中國電信、華為等共同構建了無損網絡，通過擁塞控制、負載均衡、流量控制等技術實現“零丟包”“低時延”和“高吞吐”，全面提升網絡基礎能力。

在算網融合關鍵技術方面，對比運營商云網融合、算力網絡相關的研究成果，并結合業界現有技術現狀，可以發現當前算網融合架構體系基本上可分為四層，分別是算網基礎設施層、算網融合層、服務運營層和應用平臺層。其中，算網基礎設施層是承載算網融合業務的底座，為上層業務應用提供基本的算力資源和網絡資源，為了適應算網融合的服務能力要求，算力基礎設施和網絡基礎設施均需要進行相應的優化和升級。算網融合層是實現算網融合服務的關鍵，主要是對算力資源、網絡資源進行一體化感知、標識、度量，形成算網地圖，對算網資源分布進行精確分析和應用［11］。同時，算網融合層還需要根據業務需求對算網資源進行編排，將算力需求調度到合適的算力節點，提升算網供需的匹配性。服務運營層主要負責用戶身份信息驗證，對算網資源進行統一計費計量，并可通過交互式界面進行資源展示。應用平臺層主要是面向用戶提供相應的應用平臺，包括算力調度平臺、算力交易共享平臺等，用戶可通過相關平臺獲取算網融合服務。

3 算網融合發展趨勢

3.1 算網基礎設施泛在協同，算網能力顯著提升

算網融合在底層依賴于算網基礎設施能力的提升以及算網設施的協同發展，即實現數網協同。在發展過程中，我國算網基礎設施在建設布局的協同性方面表現不足，存在算力基礎設施與網絡設施建設不同步、算網設施性能與當前業務需求不匹配等問題。隨著“東數西算”工程的實施，我國算網建設布局和基礎能力正在發生變革。在算網基礎設施建設布局方面，西部算力基礎設施、網絡設施建設將進一步加快，算網設施間的協同性也將進一步增強。同時，算力發展水平較高的地區會有相應的網絡設施支持，網絡流量密集的地區也會部署相應的算力設施，進而實現算網設施的同步發展。在算網基礎設施能力方面，為了建成覆蓋全國的一體化算力網絡體系，數據中心集群間或將形成全光互聯的直聯網絡，顯著提升云間數據傳輸能力。除此之外，為了應對多元異構、云邊協同的算力需求，我國算力基礎設施市場格局將進一步演變，通用、超算算力設施將保持穩定增長，智算、邊緣算力設施發展加快，最終將形成泛在協同的算網設施發展格局。

3.2 市場合作機制更加健全，業務形態逐漸成型

算網融合是算力服務商和網絡服務商共同參與的商業形態，涉及主體眾多。隨著算網融合的深入發展，算網融合市場機制將變得更加健全，業務形態也將逐步成型。當前，我國運營商正在積極探索算網融合商業模式，并提出了各自的技術架構和演進路線，但是由于各自掌握資源和利益訴求存在差異，短時間內市場上可能會出現基于不同技術框架的算網融合實踐。互聯網廠商、第三方數據中心服務商及企業自建數據中心并不掌握網絡資源調配能力，但也依托運營商提供的網絡資源，積極開展實踐。隨著用戶算力需求的進一步發展，互聯網廠商、第三方數據中心服務商、其他行業企業對于網絡資源的調度需求將快速提升，在這種情況下，算力服務商和網絡運營商之間的合作將變得更為緊密。在各類市場主體的參與下，算網融合的業務形態將逐漸成型。

3.3 核心技術不斷創新突破，技術標準逐步健全

算網融合的發展依賴于底層算力基礎設施與網絡基礎設施的高質量發展，同時也需要算網統一度量、資源感知、調度編排和交易等核心技術的支持。隨著算網融合參與主體的增加，以及算網技術的不斷演進，算網融合核心技術將不斷取得新突破，算網資源的度量變得更加統一，算網服務提供者可對算網資源使用情況進行全面感知，并基于人工智能分析預測未來算網需求，及時準備并調整算網資源供給策略，真正實現隨需隨用的算力服務。在多主體合作機制以及算網安全等技術支持下，算力交易和共享技術將逐步發展成熟，并形成完善的商業應用，所有行業用戶均可根據自身需要接入到算力交易和共享平臺，出售閑置算力，并一站式購買最適合的算網資源，全社會總體算力資源利用效率將得到極大提升，數字經濟發展水平也將得到跨越式發展。

除了技術突破外，算網融合技術標準也將逐步健全。當前，業界廠商在算網融合關鍵技術實現方面仍存在較大差異，大多是基于自身的云平臺、網絡資源優勢，提出相應的技術解決方案，多種技術路線的發展在短期內能夠有效激發創新活力。但是，在全國一體化算力網絡的應用場景下，采用多種技術標準可能會導致一體化算力網絡接入和使用變得繁瑣，增加使用成本。隨著“東數西算”工程的逐步深入，全國一體化算力網絡將逐步建成。為了降低用戶接入成本，提高算網平臺運維管理效率，算網融合相關的技術標準將逐步建立。

4 算網融合發展對策

4.1 實現設施升級，助力算網融合

為了推動算網融合的發展，需要持續強化底層算力和網絡基礎設施能力升級。在算力基礎設施方面，堅持以新型算力基礎設施高算力、高技術、高安全、高能效的基礎要求為引導，推動通用、智算、超算算力發展，加強通用算力芯片以及GPU、FPGA、ASIC等異構算力芯片的研發生產，挖掘數據處理單元（Data Processing Unit，DPU）算力芯片在提升算力服務能力方面的價值，不斷提升算力基礎設施的數據運算能力和業務處理能力。引導算力基礎設施合理布局，推動算力基礎設施集約化能力建設，解決算力供給的普遍覆蓋問題。

在網絡基礎設施方面，加快構建數據中心集群間的直聯網絡，形成云間高速互聯的傳輸通道，為多云間數據傳輸和業務需求調度提供保障。在“東數西算”場景下，加快推動數據中心樞紐節點間、數據中心集群間的直聯網絡建設，促進全光直聯在數據中心直聯網絡中的應用，降低樞紐節點、集群間網絡時延，打造覆蓋全國的數據中心高速互聯網絡。一方面，為用戶提供高速、泛在、便捷的網絡接入；另一方面，為業務應用跨區域調度提供可靠支撐。在直聯網絡基礎上，加強網絡切片、無損網絡、時延敏感網絡、未來網絡等網絡新技術的試點工作及推廣應用，提升網絡傳輸保障能力。

在提升算網設施基礎能力的基礎上，聯合產業力量，開展算力度量、感知、編排、路由、交易等核心技術的研究和產業實踐，重點加強算網融合技術標準的制定，明確異構算力接入、算力度量、網絡度量、算力資源調度等方面的標準，使用戶能夠按照統一標準開展算網融合技術研發，接入算網融合相關平臺。

4.2 強化產業政策，引導融合發展

算網融合是算力基礎設施和網絡基礎設施融合發展、升級演進的重要方向，是全面推動數字化、智能化建設的關鍵。推動算網融合發展需進一步加強產業引導。一是明確算網融合發展的重要意義。算網融合對于推動我國數字經濟發展的意義主要體現在兩方面：一方面，利用算網融合技術，可進一步推動算力服務提升，實現算力隨需供給、按量付費，形成彈性、敏捷、高速、泛在的算力服務，為異構算力協同、云—邊—端協同以及“東數西算”跨域遠距離傳輸場景提供服務；另一方面，算網融合可在一定程度上對沖我國高端算力不足的風險，此外，在算網融合的支持下，業務需求可調度到多個算力基礎設施，協同利用多個算力設施資源開展計算。二是在產業規劃等政策文件中提出“算網融合”發展目標，規劃演進路線，制定相應的建設任務。為了進一步發揮算網融合的價值，可在信息通信行業發展規劃、數字經濟發展規劃等政策文件以及“東數西算”工程相關的發展規劃中強化算網融合發展目標，推動算網融合高質量發展。三是鼓勵形成產、學、研一體的生態合作機制。算網融合內涵豐富，涉及主體眾多，需要多要素協同配合。在技術攻關方面，要發揮科研院所在算網融合新技術方面的攻關能力，鼓勵企業與科研院所合作，推動算網融合新技術從研究走向應用。在機制保障方面，搭建算網融合上下游企業合作交流平臺，促進算力供需方強化合作交流，共同推動算網融合發展。同時，需要進一步完善跨區域的算網服務結算機制，推動算網融合發展。

4.3 培育應用場景，推動融合應用

當前，盡管已經存在異構算力協同、云—邊—端高效協同、跨域遠距離傳輸等算網融合相關的需求場景，但是總體來看，這些應用場景規模依然較小，仍需進一步強化算網融合應用場景的開發，并通過需求引導帶動算網融合產業服務能力提升。算網融合可支持提供隨需隨取、按量付費、高速泛在、智能敏捷的算網服務，是滿足高性能算力需求場景的重要工具。未來，仍需進一步強化算網融合場景的開發，重點加強工業互聯網、金融交易、遠程醫療等低時延、高可靠算力需求場景下的算網融合技術支撐。

為了支撐相應的算力應用場景，應重點以構建全國一體化算力網絡為契機，加強算力調度、交易和共享平臺的建設，全面融通社會閑置算力資源，發揮閑置算力資源的價值，就近為用戶提供更加優質、高效的算力服務。在構建算力調度相關平臺過程中應充分保障算力服務的便捷性，使不同地區、不同行業的企業用戶、個人用戶能夠更加方便地獲取算力資源。同時，要提升算力資源分配的自動化、智能化程度，隨著平臺接入用戶的增長，算力感知、編排、調度的復雜性將同步提升，自動化、智能化的運維管理工具能夠有效提升平臺應用效率，保障算力資源得到合理的配置。

5 結束語

算網融合是算力和網絡融合發展的新模式，通過算網基礎能力升級以及算網統一度量、感知、編排、路由和交易等核心技術，提供高速、敏捷、智能、隨需的算力服務。未來，隨著算網融合技術及業務模式的不斷成熟，相關政策監管將愈趨嚴格，產業發展更加規范化。同時，算網融合發展市場運營機制及核心技術也將更加完善。算網融合是算網技術發展的重要趨勢，但同時也面臨著諸多挑戰，仍需進一步強化算網融合相關政策研究，加強應用場景開發，堅持市場需求導向，助力算網融合高速發展。