算力網絡 到底是如何工作的？

　　我們詳細看看算力網絡的組網架構和技術體系。

　　算力網絡的架構

　　算力網絡的作用，是為用戶提供算力資源服務。

　　它將算力資源徹底“融入”通信網絡，以一個更整體的形式，提供最符合用戶需求的算力資源服務。

　　這是一個高度靈活、高度智能的網絡。

　　算力網絡的核心特征，是它通過算力，實現(xiàn)了對算力資源、網絡資源的全面接管，可以讓網絡實時感知用戶的算力需求，以及自身的算力狀態(tài)。經過分析后，算力網絡可以調度不同位置、不同類型的算力資源，為用戶服務。

　　我們可以把它理解成一個“萬能水龍頭”。它總能夠按你的需要，提供合適強度、合適溫度、合適酸堿度的水流，讓你擁有最好的用水體驗。

 

　　那么，我們自然會很好奇，這個“萬能水龍頭”的背后，究竟是一張怎樣的“水網”?它是如何進行資源控制和調度的?

　　接下來，我們就看看算力網絡的體系架構。

　　首先，我需要提前說明一下，算力網絡目前還是一個研究中的技術，并沒有完全定型。所以，我下面給出的，只是各個運營商和設備商的算力網絡架構(設想)圖，相互之間會存在一定的差異。而且，未來也很可能在發(fā)生變動，請大家知悉。

　　下面的這幾張，就是運營商和設備商比較有代表性的算力網絡架構(設想)圖：

　　中國移動(來自《算力網絡技術白皮書》，2022)

　　中國移動(來自《算力網絡白皮書》)

　　中國聯(lián)通(來自華為WIN-WIN創(chuàng)新周，2022)

　　中國聯(lián)通算力網絡架構(來自《算力網絡架構與技術體系白皮書》)

　　中國電信云網融合目標技術架構(來自《云網融合2030技術白皮書》)

　　華為(來自華為WIN-WIN創(chuàng)新周，2022)

　　這些圖都有點復雜，相信大家都不太看得懂。我畫一個簡單的示意圖，大家應該能看明白：

　　簡單來說，還是信息通信的分層思想，按層級來看，就能理清思路。為了減輕閱讀壓力，大家可以先把右邊的綠色低碳和安全防護先pass掉。

　　我們從下往上，一層一層來看。

　　算網基礎設施

　　算力網絡的最下層，依然是算網基礎設施層，這個逃不掉的。在算力網絡中，基礎設施不再僅僅是算力資源(CPU、存儲、GPU等)，還包括了網絡資源。

　　在算力資源這邊，對算力基礎設施的整合，依舊是以云技術為核心，包括云原生、虛擬化、容器等。

　　在這里，和算力有關的一些底層新技術創(chuàng)新，也值得關注，例如異構計算、無服務計算(Serverless Computing)、存算一體、算力卸載等。大家可以先不管，以后再專題介紹。

　　網絡這邊，變化比較大。前幾期文章給大家介紹過，云網融合趨勢下的網絡變化，用一句話來解釋，就是把封閉的網，變得更開放(解耦)，讓它變成像計算機一樣，可以通過軟件的方式(軟件定義)，去給它下“命令”。

　　網絡的底層(物理層、數(shù)據(jù)鏈路層)，在傳輸網這邊，依舊是光(只有光，才能保證通信帶寬和容量等基本硬指標)。光底層的技術，例如OTN、OXC、ROADM、C+L頻段、400G/800G啥的，都還是它們，沒有什么區(qū)別。

　　在接入網那邊，5G NR、PON(50G-PON)，也沒有什么特別(除了邊緣算力會有點關系之外)。

　　變化大的，在網的上層。我們待會再講。

　　算網一體(算力資源管理、網絡資源管理)

　　再往上，開始有不一樣了。因為算力網絡要調度算力和網絡資源，所以，需要對資源進行“預處理”和“銜接”。(這一層，其實很多架構里都歸于編排管理層。我覺得單獨拎出來，會比較容易理解一些。)

　　這一層，最值得關注的是算力路由。

　　算力網絡和傳統(tǒng)網絡的最大區(qū)別，在于它所擁有三大特性。第一大特性，就是算力路由。

　　在算力之前，先要說說算力感知。

　　算力感知是網絡對算力資源和算力服務的部署位置、實時狀態(tài)、負載信息、業(yè)務需求的全面感知。中國移動的算力感知網絡白皮書，就是站在算力感知的角度，進行分析的。

　　算力感知網絡的體系架構(來自中國移動《算力感知網絡CAN技術白皮書2021》)

　　一方面，各算力節(jié)點將算網信息度量建模后統(tǒng)一發(fā)布，網絡通過對多節(jié)點上報的算網信息進行聚合，構建全局統(tǒng)一的算網狀態(tài)視圖。另一方面，網絡完成對業(yè)務算網需求的統(tǒng)一解析，實現(xiàn)對業(yè)務的全面感知，為基于業(yè)務需求進行算力調度提供保障。

　　算力狀態(tài)感知與通告(來自《算力感知網絡CAN技術白皮書2021》)

　　說白了，算力感知的目的，就是摸清手上到底有多少資源，用戶到底有怎樣的需求。

　　感知的對象，肯定需要進行度量和標識。于是，就有了算力度量和算力標識。

　　這兩塊，運營商目前非常重視。

　　算力這個東西存在多樣性，也存在異構硬件芯片，所以，目前還沒有形成統(tǒng)一的度量體系和標準。這會對建立統(tǒng)一的算力模型造成麻煩。很簡單，度量單位都不一樣，如何進行算力評估和計費?

　　算力標識的話，就相當于算力的身份證。用戶通過算力標識指示所需服務，網絡通過解析算力標識獲取目標算力服務、算力需求等信息，為算力調度等提供基礎。這個算力標識，必須是全局統(tǒng)一且可驗證的。

　　好了，接下來，就是算力路由。

　　在剛才那個中國移動的算力感知網絡架構圖里，在算力資源層之外，還單獨劃了一個算力路由層。

　　算力路由層是算力感知網絡的核心功能層，支持對網絡、計算、存儲等多維資源、服務的感知與通告，實現(xiàn)“網絡+計算”的聯(lián)合調度。

　　算力路由層，包括算力路由控制技術和算力路由轉發(fā)技術，實現(xiàn)業(yè)務請求在路由層的按需調度。

　　說到算力路由，肯定就要說到CFN(Computing First Networking，計算優(yōu)先網絡)。

　　CFN廣義上有時候會被用來指代整個算力網絡。但是，在這里，CFN是一種分布式路由協(xié)議，在不同邊緣云之間，按需進行著算力的調度和均衡。

　　

CFN技術架構(來自《算力感知網絡技術白皮書》)

　　CFN這個東西其實很有意思。我們傳統(tǒng)理解的路由，都是數(shù)據(jù)報文的路由。CFN這里的路由，是將計算資源狀況和網絡資源狀況作為路由信息，發(fā)布到網絡。然后呢，網絡基于虛擬的服務ID，將計算任務報文，路由到最合適的計算節(jié)點。

　　目前，CFN協(xié)議主要通過在業(yè)務路由的BGP報文頭中，以擴展字節(jié)信息的方式攜帶算力信息，將網絡中計算節(jié)點的負載情況實時向全網進行擴散。

　　很顯然，算力路由和CFN，是上一層進行算力調度的前提。

　　編排管理

　　再往上，就是算力網絡的核心關鍵部分——編排管理。

　　搞過核心網NFV(網元功能虛擬化)的同學，對編排一定非常熟悉。在NFV架構里，就有編排。這是一個很有意思的詞，把你給“收編、安排”了。說白了，就是完全控制和調度。

　　算力網絡的第二大特性，就是算力調度。

　　算力調度，就是基于算網大腦，進行全網算力資源的智能編排、彈性調度。

　　更具體來說，是：完成算力運營及算力服務編排，完成對算力資源和網絡資源的管理，包括對算力資源的感知、度量和OAM管理等;實現(xiàn)對終端用戶的算網運營，以及對算力路由層和網絡資源層的管理。

　　算力資源被感知、標識和感知之后，為了進行管理，還有一個算力資源管理的邏輯過程(也有被單獨稱為：算力管理層)。主要包括算力注冊、算力OAM(性能監(jiān)控、故障管理)、算力運營(計費管理、服務合約等)。

　　算力管理層(來自《算力感知網絡CAN技術白皮書2021》)

　　這個功能劃分就很麻煩。在有的運營商架構圖里，這塊被定義為算力管理層，單獨存在。而在有的架構圖里，沒有這一層，劃在了編排管理層。所以說，各個理解都不一樣，很頭大。反正大家要知道，有這么一個功能組。

　　想要實現(xiàn)它，肯定離不開一個控制網絡的“神經中樞”。

　　調度和編排算力網絡的核心控制部分，有的運營商把它叫做“算網大腦”。

　　這個“算網大腦”，有四個重要的作用：

　　1、獲取全域實時的算、網、數(shù)資源，以及云、邊、端分布情況，構建全域態(tài)勢感知地圖。

　　2、跨域協(xié)同調度，將多域協(xié)同的調度任務智能、自動地分解給各個使能平臺，實現(xiàn)算、網、數(shù)的資源調度。

　　3、多域融合編排，針對多域融合業(yè)務需求，基于算、網、數(shù)的原子能力按需靈活組合編排。

　　4、智能輔助決策，基于不同業(yè)務的SLA要求、網絡整體負載、可用算力資源池分布等因素，智能、動態(tài)地計算出算、網、數(shù)的最優(yōu)協(xié)同策略。

　　算網管理編排層，維護全局靜態(tài)的算力、服務和網絡拓撲信息，并同步給各入口算力路由節(jié)點。算力路由節(jié)點維護算力服務的拓撲信息以及算力資源和網絡的資源實時狀態(tài)信息，通過分布式算力路由節(jié)點進行算網協(xié)同調度。

　　“算網大腦”是算力網絡的神經中樞，統(tǒng)籌全局資源，重要性不言而喻。

　　在“算網大腦”中引入AI人工智能，那肯定是不用說了。除了AI之外，現(xiàn)在，運營商和設備商還打算往里面塞“數(shù)字孿生”、“意圖引擎”，極力提升“算網大腦”的智能化水平。

　　說實話，仔細看管理編排層，我就有一種感覺，算力網絡就是SDN和NFV技術的升級加融合，處處都是這兩個技術的影子。只不過，表面又加上很多其它的技術，形成了一個更完整、更龐大的體系。

　　服務運營

　　算力大腦之上，是不是就沒有了?并不是，別忘了，我們還有服務運營層。

　　服務運營層，說白了，就是給上層應用提供管控算力網絡的接口。算網大腦不是真正的老板，只是一個“大管家”。真正管控網絡的，是上層用戶和應用。

　　服務運營層的目的，就是向上提供算力網絡的能力開放。重點技術包括：算力交易、算力并網、算力封裝、意圖感知等。

　　算力網絡的第三大特性，就是算力交易。

　　路由、調度、交易，是算力網絡三大特性

　　算力交易是算力網絡的一個重要創(chuàng)新。

　　在算力和網絡沒有融合之前，用戶使用誰家的云計算，就給誰錢，使用誰家的通信網絡，就給誰錢。算網融合后，算力到處都是，調度來調度去，你到底該給誰錢?

　　算力交易，就是為了解決這個問題。

　　在算力交易場景中，會有一個可信泛在算力交易平臺。

　　來自《算力網絡——云網融合2.0時代的網絡架構與關鍵技術》

　　大致過程是這樣的：

　　首先，算力消費方提出詳細的算力需求。然后，算力交易平臺根據(jù)需求，將可用的資源整合，生成一個算力網絡資源表。根據(jù)時延和成本等因素，會有對應的報價。接下來，算力消費方根據(jù)資源表，選擇一個最適合自己的“套餐”。然后，就是在算力交易平臺上簽訂交易合約。再然后，交易平臺根據(jù)合約，通過算力網絡調度資源，并且更新資源信息。最后，合約結束，服務終止，釋放資源。

　　算力網絡交易平臺(來自《整合多方算力網絡，實現(xiàn)計算資源利用率最優(yōu)》，雷波)

　　在21世紀，凡是提到交易模式，就一定會牽扯到一個詞——區(qū)塊鏈。

　　是的沒錯，算力交易平臺，也是借助區(qū)塊鏈技術，實現(xiàn)分布式賬本、匿名交易等功能。

　　綜上所述，算力網絡緊密圍繞用戶的算力需求，覆蓋了算力產生、調度、交易、消費的全生命周期。算力網絡想要實現(xiàn)的，就是算隨人動，算隨“需求”動，達到極致完美的算力供給與需求匹配，一點也不將就，一點也不浪費。

　　算力網絡的標準進展

　　這幾年，算力網絡在國內非常熱門。不管是運營商還是設備商，都極為重視這個概念。

　　尤其是國內運營商，對算力網絡簡直就是到了狂熱的地步。

　　原因很簡單，國外運營商很少碰網，基本上就是搞搞通信，最多搞搞傳統(tǒng)通信的云化。而國內運營商，既有網，又有云，特別希望把網和云的資源融合、盤活。而且，我們國家比較重視基礎設施建設，算力網絡是重要的數(shù)字基礎設施，所以，運營商作為國企，也特別看重這塊的積累。

　　一方面，為了掌握技術標準的主動權，另一方面，為了品牌宣傳和形象造勢，三大運營商在算力網絡上就開始卷起來了。

　　2019年，是公認的算力網絡元年。這一年的11月1日，中國聯(lián)通率先行動，在北京PT展期間，發(fā)布了《中國聯(lián)通算力網絡白皮書》。這是國內第一本和算力網絡相關的白皮書。

　　此后，國內運營商們爭先恐后，陸續(xù)發(fā)布了多本白皮書，以及積極推動算力網絡的標準制定。

　　在標準推進方面，我根據(jù)網上的資料，整理了一張表格，大致記錄了各大標準組織在算力網絡標準制定方面的情況，僅供參考：

　　綜合自中信證券，各大白皮書，官網消息

　　試驗進展：

　　來自中信證券

　　結語

　　從實際情況來看， 算力網絡離我們還有很長一段距離。目前，我們處于云網融合的進展階段，算網一體或算力網絡，還在研究之中。

　　盡管如此，算力網絡作為算力和聯(lián)接力未來的發(fā)展趨勢，是毋庸置疑的。算與網的融合一體，是必然的，也是整個通信行業(yè)的歸途。傳統(tǒng)通信作為“管道”，無法提升自己的價值，唯有全面投入云的懷抱，才是最好的出路。