算網融合現狀及發展路徑研究綜述

樊蓉?譚子薇?王蕾

摘要：隨著數字經濟蓬勃發展和東數西算工程的全面推進，算網在供需對接、資源調度、時延帶寬等方面的要求不斷提高，算力和網絡融合共生已成為重要趨勢。目前，算網融合仍是較為前瞻的研究領域，是涉及技術、設施、服務等多個領域的系統性工程，而產業生態尚未對其發展路徑等形成明確的共識。本文從算網融合的參與主體出發，歸納算網融合的概念要素，梳理算網融合關鍵技術的發展情況，比較算網融合的發展路徑，并對目前發展所遇到的問題提出相關建議，以期為算網融合發展的進一步研究提供有益參考。

關鍵詞：算力網絡；算網融合；發展路徑

一、引言

隨著新一輪科技革命和產業變革的深化發展，算力成為推動數字經濟發展的核心生產力。網絡作為連接用戶、數據、算力的主動脈，與算力的融合共生已成為重要趨勢，通過網絡集群優勢突破單點算力的性能極限、提升算力的規模效能，成為業界共同關注的熱點。

全球各國正在加大對算力和網絡融合發展的新型基礎設施規劃建設的關注。美國于2021年提出1000億美元用于鋪設覆蓋全國的寬帶網絡；歐盟于2021年發布“2030數字指南針”計劃，擬部署1萬個邊緣計算節點，以實現歐盟家庭千兆連接；日本、澳大利亞、俄羅斯等也紛紛加大算力建設投入。算網融合也是我國戰略布局的重點關注方向。發改委、工信部等國家部委先后出臺《關于加快構建全國一體化大數據中心協同創新體系的指導意見》《全國一體化大數據中心協同創新體系算力樞紐實施方案》等政策，加速打通網絡通道，提升跨區域算力調度水平，構建全國算力網絡體系。北京、上海、天津、河北等也發布了一系列促進算力統籌和智能調度、構建多層次算力設施和服務體系的政策。

目前，算網融合仍是較為前瞻的研究領域，是涉及技術、設施、服務等多個領域的系統性工程，產業生態尚未對其發展路徑等形成明確的共識。本文從算網融合的參與主體出發，歸納算網融合的概念要素，梳理算網融合關鍵技術的發展情況，比較算網融合的發展路徑，就目前發展所遇到的問題提出相關建議，以期為算網融合發展的進一步研究提供有益參考。

二、算網融合的主要參與體

算網融合涉及眾多要素、領域和行業，參與者在該領域的行動呈現復雜多樣、充滿變化的特征，但融合需求和一體化建設是算網融合的共同建設重點[1]。產業層面對于算網融合的參與主體認知較為一致，主要包括運營商、云廠商、通信設備廠商和垂直行業用戶四類[2-4]。

運營商作為通用算力和網絡的主要提供者，目前提供的服務包括高速彈性、可靠靈活的算網服務和通用算力服務。未來預計主要聚焦自身在網絡基礎設施、網絡云化改造、算力一體化編排管理技術創新、算力交易技術創新等領域的新能力，例如強化底層網絡基礎設施建設，提供光互連、光靈活調度、SG專線等高速傳輸技術支撐；強化網絡云化和能力開放，形成對sRv6、基于IPv6的SD-WAN應用感知、網絡切片等的支撐；提升網絡自動駕駛等級，對算力設施進行云原生、算力原生技術改造。

云廠商作為通用云計算和智算的主要提供者，目前提供的服務包括高可靠、彈性的計算服務。未來預計主要聚焦于強化算力基礎設施技術創新、算力一體編排管理技術創新、算力交易技術創新等方面，例如構建涵蓋通用、智算、邊緣等的多層級算力資源供給體系，為以政府等為主體的統一算力調度提供有效的基礎能力儲備；改造數據中心內部網絡，提升算內網絡數據傳輸速率及可靠性。

通信設備廠商作為融合軟硬件產品的提供者，目前提供的服務包括高性能軟硬件設備、智能化解決方案。未來預計主要聚焦于加強算網融合軟硬件設備技術改造升級等方面，包括根據運營商、互聯網廠商、第三方服務商及行業客戶需求對通信產品功能、性能進行改進；提升算網一體化編排管理及運營服務的軟硬件產品定制化水平，以適應特殊算網融合需求。

垂直行業用戶作為通用算力、通用云計算、智算、邊緣算力的重要使用者，當前主要是向自身業務、消費者、員工提供云邊端算力服務。未來預計主要聚焦于利用算網融合實現云邊端算力高速流通、面向終端設備提供高效泛在的服務、積極參與算力交算網融合易等方面的拓展，包括積極提出算網融合技術需求、與其他參與主體開展技術合作；利用云原生、算力原生等改造升級云邊端算力基礎設施。

三、算網融合概念要素

隨著算力市場的逐步發展以及多項政策的推動作用，科研組織機構和通信企業積極開展算網融合的相關研究探索，但目前業界尚未形成具備普適意義的、嚴格的算網融合概念定義。

算網融合產業及標準推進委員會認為，算網融合是以通信網絡設施與異構計算設施融合發展為基石，將數據、計算與網絡等多種資源進行統一編排管控，實現網絡融合、算力融合、數據融合、運維融合、智能融合以及服務融合的一種新趨勢和新業態，“融合”作為其基本特征，具體表現在融合架構、融合設施、融合技術以及融合服務[5]。中國信息通信研究院提出，算網融合是指多元異構、海量泛在算力設施通過網絡連接形成的一體化算網技術與服務體系，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、算網服務智能隨需等特征，目前算網融合仍處于初始建設階段，需進一步強化算力底座、為上層算網融合應用打基礎[6]。中國移動將算力網絡的發展分為泛在協同、融合統一、一體內生3個階段，強調算力網絡實現多要素融合，但未明確具體應用場景[7]。

中國聯通將算網融合作為云網融合研究的持續，認為算網融合需要實現運營、管控、數據、算力、網絡、協議六大融合，并形成綜合服務能力[8]，目前應用場景試點主要以云邊端協同為主。文獻[9]認為算網融合不是某一個單點的技術，而是一種描述了連接海量數據和高效算力、向千行百業提供智能服務的未來網絡架構，包含了算力的服務化以及數據和算力之間的高效調度。此外，中國電信[10]、邊緣計算網絡產業聯盟（ECNI）[11]、中國智能計算產業聯盟[12]等均發布了算力網絡相關領域白皮書，進一步闡述了算網融合的重要觀點。

分析上述觀點要點可見，算網融合概念普遍包含政策、技術、服務三個關鍵要素，以政策要求、標準、規范和共識為基準，由算網基礎設施以及融合管理的技術作為支撐，由各類參與主體共同提供業務服務。在政策要素層面，算網融合發展應當滿足國家及地方政策要求，隨著算網融合業務場景的不斷出現而形成新的標準體系、行業共識和服務規范。

在技術要素層面，算網融合具備典型的融合基礎設施特征，一方面，底層算力和網絡基礎設施呈現出形態融合一體、算中有網、網中有算的特點；另一方面，有別于以往云網資源分別編排管理的態勢，可以全面統籌算網資源。在服務要素層面，算網融合服務面向多類型應用場景，是具備敏捷、彈性、隨需隨取、計量收費等基本特征的社會性普惠服務。

四、算網融合關鍵技術

目前，我國算網融合發展已具備一定的技術基礎，但網絡支撐能力、算力利用效率仍然不足，主要體現在以下三個方面：

①泛在算力呈現多級、分散、無序化特征[13]。算力歸屬多方，算力越向下分布越廣泛，碎片化、差異化、異構化屬性越強。

②算力和網絡之間獨立性仍然較強[14]。不同領域、不同網絡、不同資源池間的入口開通、管理控制、資源調度相互獨立。

③動態匹配連接問題尚無法得到完全解決。當前“盡力而為”的TCP/IP網絡體系結構難以滿足新興業務的低時延、高可靠業務需求，流動的數據源與可能同樣流動的算力源之間的動態匹配連接問題更為復雜[15]，現有網絡技術無法有效支持。

通過總結各參與主體算網融合技術架構相關資料以及調研結果可以發現，產業界普遍從優化升級算網基礎設施和實現算網融合服務兩個方面著手解決以上三個問題。總體來看，算網融合關鍵技術可以大致分為兩類：算網基礎設施協同關鍵技術和算網融合服務關鍵技術。算網基礎設施協同關鍵技術實現不同地域泛在算力在物理空間、不同層級云邊端算力在邏輯空間、多樣性算力在異構空間的融通，以支撐算網融合的服務能力要求。算網融合服務關鍵技術一方面對接算網基礎設施，以實現算力和網絡跨層、跨區域、跨專業的拉通；另一方面實現統一運營入口、能力開放、融合業務支撐，以實現算網的高效融合。

（一）算網基礎設施協同關鍵技術

目前算力設施及網絡設施基礎技術及能力提升技術相對成熟，部分新技術仍在廣泛研究和推廣[16]。

算力基礎設施技術及能力提升技術主要面向突破摩爾定律、馮·諾依曼架構（存/算分離）瓶頸、AI等訪存密集場景導致存儲墻、功耗墻等計算能力和效率進一步提升的問題。其中，云原生、異構計算/多樣型計算、無服務器計算、存算一體、可編程芯片、邊緣計算、通用計算、智能計算和超算等技術應用已經相對成熟，而超融合架構、算力原生、超融合芯片、算力卸載、超邊緣計算和端計算等技術應用仍待成熟[17]。

網絡基礎設施技術及能力提升技術主要面向突破網絡傳輸速率及可靠性的瓶頸等網絡運力進一步提升的問題。其中，確定性網絡、SDN/DCN/DCI、應用感知、SD-WAN、時延敏感網絡、NFV、5G、網絡切片和專線等技術應用已經相對成熟，SRv6/G-SRv6、無損網絡、RDMA/GDMA、自動駕駛網絡、全光高速互聯和全光靈活調度等技術應用仍待成熟[18]。

（二）算網融合服務關鍵技術

算力態勢感知是實現算網多要素智能編排調度和一體化運營的重要基礎。算力態勢感知利用算力資源信息感知技術、應用態勢感知技術等實現對全網算力節點和網絡鏈路相關狀態信息的全面感知，并基于AI技術形成算力資源地圖模型，對算力進行預測[19-20]。當前，算力和網絡各自領域內感知方案相對成熟，但是算、網、應用協同感知仍有難點，在構建算網全局視角統一規劃的算網感知體系和標準上需要進一步突破。

算網調度是算網實現最終融合的關鍵。算網調度在充分吸納全社會云邊端多級泛在的算力資源的基礎上，綜合考慮網絡的實時狀態、用戶的移動位置、數據流動等要素，實現對算力資源的統一管理、跨層調配及應用的敏捷部署和動態調整，從而解決算力的有序構建和供給問題[21-22]。目前，算網調度仍在研究初期，亟須解決新型算力路由與尋址機制、“算力+網絡”的多因子聯合調度算法等關鍵問題。

算網編排是算網融合發展的核心技術。算網編排是對算網資源進行組織，形成算網結合的服務模板，并針對多樣化、定制化的算網融合服務需求靈活裝配資源。相比于云網融合編排，算網編排傾向于向用戶提供更靈活、多要素、多層級的一體化編排能力[23]。目前，算網編排是算網融合建設的重點攻關方向，需要解決多要素編排模型、泛在資源調度算法、算力解構、技術標準化等關鍵問題。

算力計量是對算力、網絡資源進行標識和感知，并根據算力需求對所有算力資源采用統一標準進行計量，再基于網絡進行尋址，為后續算力需求調度提供支撐[24-26]。目前，相較于其他算網融合關鍵技術，算力計量的研究進展較為緩慢，主要歸納為底層算力資源計量的標準化統一、上層應用對底層算力資源需求的標準化統一兩個問題暫未得到完全解決。

算力網絡通過構建包含算力交易、多量綱、算力并網、算力封裝、意圖感知等關鍵技術的運營服務技術體系，使需求方獲取更加優質高效的算網融合服務，使提供方更好地售賣算網資源，從而實現信息服務產業生態的培育、算網服務的創新以及社會算力的整合[27-28]。目前已出現如上海算力交易平臺（試運行）等小范圍的集中平臺，但國家級試驗平臺還處于空白狀態[29]，在多方資源對接方案標準制定、商業模式設計等方面有待深入。

五、算網融合發展路徑

通過總結各類參與主體相關資料與調研結果來看，算網融合發展并非單一路徑，可以從應用場景出發設計發展路徑。近期，算網融合應用場景以東數西算、云邊端協同、高速互聯三類為主，遠期將面向更加多元的應用場景形成完善的算網融合體系。面向近期三類應用場景，算網融合實現大致可分為三種具體路徑[30-34]：

①面向“東數西算”場景。以算力調度、運營服務為核心，運營商、云廠商、設備廠商、行業客戶協商開展“東數西算”場景下的算網融合體系建設，通過構建統一算網運營平臺及開放接口，納管社會多樣算力，強化安全機制，實現算力共享和交易。

②面向云邊端協同場景。行業客戶基于自身業務需求，需要云邊端多種算力支持，可以利用算網融合技術強化云邊端協同，充分激活本地已有算力資源。除此之外，行業客戶可以共同構建面向行業的異構算力協同平臺，如國家能源工業互聯網平臺，以對接全國上千家發電廠安全數據。

③面向云間互聯場景。運營商面向特定的云廠商及行業客戶開放網絡接口，云廠商和行業客戶在一定程度上實現對云間互聯網絡的控制，并且可以自由配置互聯方案。同時，依托云間互聯網絡加強云間互聯，可以根據業務需要在云數據中心間進行分發。

六、結束語

隨著數字經濟蓬勃發展和東數西算工程的全面推進，算網在供需對接、資源調度、時延帶寬等方面的要求不斷提高，算力和網絡融合共生已成為重要趨勢。目前算網融合在概念定義、技術主線、發展路徑等方面尚未形成廣泛共識，研究仍面臨以下主要問題，并配有相關建議：

①運營商、云廠商所定義的算網融合目標內涵與行業客戶所需的算網融合仍有差距。建議對參與主體的能力和需求進行深入分析和匹配，明確統一的算網融合概念、內涵及要素。

②算網融合發展已具備一定技術基礎，但現有技術體系仍無法較好地支撐算網融合的感知、編排、調度等。建議明確較為統一的技術架構和技術突破目標，推動算網融合技術標準和建設標準制定。

③算網融合的體制機制和發展路徑仍需完備。建議明確較為統一的發展路徑和階段目標，推動算網融合產業加速發展。

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