【艾瑞】2022年中国算力网络全景洞察白皮书

算力网络丨研究报告

核心摘要:

行业特征:算力网络是以计算为核心,通过网络实现连接,通过感知实现匹配与调度的服务,以“计算+感知+连接”为千行百业带来高质量、低成本、低时延的算力。整体上看,算力网络的发展会经历泛在连接、融合感知无感调用三个阶段,目前尚处在发展初期,在未来的发展过程中,行业标准有待统一、算网融合技术有待突破、场景应用有待优化。

评估体系:算力网络的建设周期较长,其建设成熟度也因区域、行业、场景不同而有较大差异。基于研究积累及访谈成果,报告总结了评估算力网络发展成熟度的三个方向:(1)基础性能:评价算网资源充裕程度、算网调度能力和运营能力;(2)稳定性:评价算网整体安全性及运维保障能力;(3)发展潜力:基于算网投入产业实践后的商业表现和市场覆盖情况,评估算网是否出现规模效应。

建设方向:运营商建设基础资源层时,需要进行算力整合、算网融合,并实现算力的绿色供给,可以与合作伙伴就异构算力资源绿色数据中心解决方案展开合作;建设算网调度层时,需要建立算网资源与终端需求的感知与匹配,可以与合作伙伴就AI、大数据能力行业经验展开合作;建设算网运营层时,需要搭建算力交易平台保障算力交易参与者权益,可以与合作伙伴就区块链技术、意图引擎、撮合机制、上链服务能力等展开合作;建设算网安全层时,需要明确安全的权责划分,同时关注数字安全,可以与合作伙伴就访问控制、数据全周期防护、安全软硬协同等维度展开合作;建设算网运维层时,需要提升运维可视化与智能化水平,可以与合作伙伴就智能运维全区域监控系统展开合作。

发展方向:随着算力网络建设推进,建设重心逐渐从基础资源建设向场景化应用倾斜。随着AI能力及解决方案精细化,智能算力将成为未来重点发展方向。同时,算力网络的应用赋予终端了场景无限算力与确定性网络,会进一步推动业务场景创新与科研探索。

数字化时代下的算力

算力是数字化时代的基础设施和核心动能,需求侧科技进步与产业数字化、供给侧算力技术迭代共同驱动算力发展

对信息和数据进行加工,实现人与物的匹配和连接是当前数字化发展的主要特征,其中通过计算设备,按需求对数据与信息进行处理的能力就是算力,也是推动数字经济向前发展的核心动能。随着数字化的推进,算力逐渐蓬勃发展:(1)从需求端看,产业数字化加速对算力的“量”要求不断提升,专业科研和技术进步对算力的“质”提出了更高要求;(2)从供给端看,算力在自发性迭代,一方面算力基础设施逐步向边端渗透,另一方面异构芯片的研发让算力形态越发多元。

算力网络是算力发展的阶段产物

算力的发展难以满足全行业计算需求,催生算力网络的建设

随着数字化进程加速,算力也在自发性迭代,但仍无法完全满足全行业计算需求,出现了以下四种矛盾:(1)海量数据计算需求增加,而算力呈现东多西少、互联网多传统行业少等特点,在区域及行业分布不均,供求失衡;(2)算力自身架构不断迭代,GPU、DPU、FPGA等异构芯片的出现增加了算力度量和统筹管理的难度;(3)算力逐渐渗透各行业和场景,但对偶发性算力需求激增的场景仍缺乏弹性应对措施;(4)IDC厂商、运营商、云厂商等对数据中心的建设让算力布局更加复杂,各行业全级别计算需求对算力各节点的稳定性与安全性提出更高要求。

为解决以上难点,需要通过网络对分散、异构的算力进行感知、连接和统筹调度,以匹配终端计算需求,因此,算力网络应运而生。

算力网络内涵及架构

以计算为核心,通过网络实现连接,通过感知实现匹配与调度

算力网络是数字化时代的资源网,是以计算为核心,通过网络实现连接,通过感知实现匹配与调度的服务。算力网络有三大组成要素:(1)计算:算力网络的核心资源;(2)感知:对具体场景算力需求的感知及算力资源的感知;(3)连接:将分散、异构、多层级、闲置的算力集合起来。以上三大要素赋予算力网络功能属性和服务属性,让其能高效盘活全社会算力资源,并赋能产业应用。从算力网络的技术架构上看,从下到上可分为基础资源层、算网调度层和算网运营层,同时算网运维和算网安全贯穿全程,形成“三横两纵”的支撑形态。最终,算力网络会以产品或能力的形式,赋能产业应用。

算力网络的价值

为产业创新提供高质量、低时延、低成本的算力

政策推进算力网络的建设和发展

加快建设新型数据中心与东数西算,驱动算网能力协同进步

算力网络发展阶段及建设现状

处于泛在连接阶段,推进标准与资源共建,向无感调用发展

算力网络的建设和发展过程可以分为三个阶段:(1)泛在连接:强化算网连接属性,形成具有包容性、互联互通的算力和网络基础资源池;(2)融合感知:基于对业务场景和资源池的感知体系,形成算与网融合调度的新型运营模式;(3)无感调用:算力网络突破固有的物理空间限制,在端与端间建立确定性算力连接,让用户无感、无限使用算力。

目前算力网络的建设正处于“泛在连接”阶段,由运营商牵头各研究院和相关组织共同立项开展研究,同时推进大型数据中心和异构算力层面的算网资源补齐。放眼未来,算力网络的成熟应用还任重道远。

算力网络建设成熟度评价体系

根据不同建设阶段,对基础性能、稳定性和发展潜力进行评估

算力网络建设的主要难点

行业标准待统一,算网融合技术待突破,场景应用待优化

算力网络产业链及产业图谱

运营商深度协同算网资源提供方,为需求方提供算力支撑

算力网络共建方向

运营商提供基础资源为主,合作伙伴补齐软件技术和提供场景解决方案支撑,共建“算网生态联体”

算力网络的构建需要产业链各方参与者鼎力合作,在各领域、各环节和各层级优势互补,通过技术与场景的渗透融合,共同推进算力网络建设落地。整体上看,算力网络构建中运营商以提供顶层设计指导和基础资源为主,在资源纳管、调度、安全、运维等软件层面,算力交易商业模式和具体业务场景应用等领域均需要与各方参与者展开深度合作。

基础资源层:建设关注点

围绕异构算力整合算网资源,用智能数据中心构建算网基座

算力网络基础资源层主要围绕算力资源与网络资源的整合以及为进一步提升算网资源利用率构建绿色、可持续发展的数据中心展开建设。在算力层面,针对基础算力(CPU为主)主要采用硬件加速的措施;针对异构算力(GPU为主)和高性能计算可以更多的利用云原生技术以实现算力资源效用最大化。在网络层面,更强调软硬协同,在不断完善网络基础设施的同时,利用软件技术进一步优化对网络资源的管理和调度。最后,数据中心作为算网底层资源的载体,需要通过智能化来支持算网资源能力的发挥。也需要满足可持续发展的要求。在算力网络体系中,数据中心规模逐步扩大、分布日渐广泛、需要更便利、敏捷的模块化数据中心根据区域业务特征的差异,构建完善的算力网络体系。

基础资源层:共建模式探讨

异构算力容器化助力算网资源敏捷化,升级算网资源服务能力

依托模块化能力构建从中心到边缘的绿色数据中心,以满足国家PUE能耗要求,并结合智能运维工具提供全链路保障

算网调度层:建设关注点

提升智能感知技术,保障算网资源精确匹配终端需求

算网调度层作为算力网络的神经中枢连接着算网资源和应用,向下对接底层算力资源并进行注册和标识,向上解析终端业务场景的算力需求并智能分解至各个使能平台。算网调度层以算力感知、算力编排和算力路由为核心,现已处于探索和初步实施阶段。其中:(1)算力感知需要对底层异构资源进行统一标识和纳管,是算网调度的基础,也是连接资源供需方的关键环节,目前仍缺乏技术标准体系支撑;(2)算力编排需要统筹数据、技术和行业经验进行逻辑编排和架构建设;(3)算力路由正推进通告管理路径的建设和探索,同时基于底层算力虚拟化技术实现更灵活的调度。

算网调度层:共建模式及解决方案

AI+大数据+行业经验,构建与场景应用相呼应的算网编排体系

算网运营层:建设关注点

建设商业模式完善且安全可信的交易市场,保障参与者权益

算网运营是以成熟的算网编排调度技术为前提,形成的连接算力供给方、算力需求方和合作伙伴的可信算力交易服务体系。算力交易平台向上对接算力需求方,通过意图网络解析终端用户算力需求,并基于多量纲和算力封装为用户提供无感切换的算网使用体验;向下对接算力供应方与算力调度中枢,通过算力并网和算力路由将算力需求与供给连接起来。目前算力网络交易平台处在探索和试点阶段,相比体系化运营管理平台的搭建,算力交易的商业模式和计费标准的统一更为重要。

算网运营层:共建模式及解决方案

以区块链技术完善算网交易溯源体系,助力算网交易透明规范

算网安全层:建设关注点

明晰权责,软硬结合,建设以数据安全为中心的算网安全体系

算力网络将进一步模糊传统安全边界,需要利用云能力以更好地实现资源共享和明确资源权限,确保算力网络中的供需双方可以合理合法地利用算网资源。算力网络加速了数据的流通,提升数据溯源难度,更多样的企业业务和分散的数据对数据全生命周期各环节管理均提出更高要求。此外,还需要从底层硬件着手,提升自研能力与软硬件安全适配性。此外,将安全与算网融合,突破传统的安全硬件集成,将安全服务化,并通过订阅形式对运维等安全产品进行收费,将安全服务产品化。

算网安全层:共建模式及解决方案

利用云能力针对算网不同层级安全需求特征构建专业解决方案

算网运维层:建设关注点

算网运维需要协同各主体及要素,提升可视化与智能化水平

算力网络对运维的广度与深度均提出了新的要求。首先由于算力网络服务规模广,内容庞杂,因此其运维需要智能化的运维管理平台,以实现对资源的集中管理,并将资产和资源更好地可视化,进而兼顾管理的全面性和细粒度。此外,算力网络各环节连接紧密,出现潜在问题需要采用灵活多样的处理方式,及时高效地解决问题,以避免因某一要素变化对全局产生影响。

算网运维层:共建模式及解决方案

基于海量连接实践,构建端到端算网运维体系,保障运维效果

产业应用层:关注点及共建方案

通过软硬件终端传递算力网络的能力与价值

归处亦同的算网生态建设

合作重心随建设进度有所倾斜,整体朝着全员普惠方向发展

在算力网络建设过程中,运营商建设算网生态汲取行业领先技术与管理模式是必要途径。在国家战略牵引下,运营商一方面要与产学研各界通力合作,推进产业政策和标准规范制定,另一方面与终端用户服务商紧密合作,突破传统业务场景局限,并创新商业模式,共同推进全行业的算网业态新变革。运营商的生态建设重心会随着算力网络建设推进发生一定倾斜,但整体上看,算力网络的社会属性和战略意义不会变,未来运营商会转化竞合思路,更加求同存异,通过生态布局降低算网使用门槛,让算网价值惠及千行百业。

需求导向的算网行业解决方案

结合业务算力与网络需求特征,构建行业场景解决方案

根据业务对网络时延的要求可将业务分成:热业务、温业务、温冷业务、冷业务。为更好地服务相关业务体系,结合数据中心部署特征和业务场景平均算力需求,热业务、温业务、温冷业务场景有望成为算力网络行业建设的重点。伴随算力网络的完善。热业务在保证网络稳定性与低时延的同时,将进一步优化算力结构,智能算力能力将进一步被释放,以支持更多偏向“C端”的业务场景落地,优化使用体验,提升服务能力。温业务对算力资源需求最高,算力网络将进一步提升网络的“运力”水平,使其可以更好地服务复杂的大规模业务场景。温冷业务伴随算网建设的日渐完善,算网能力的整体提升将让更多目前偏“后台”的业务的服务效率,推动业务场景的创新,进一步推动前中后业务场景的协同性。

基于AI的算网产业协同

智能算力将成为算网重点,AI能力及解决方案逐步精细化

相较于2016年,智能算力在中国整体算力结构中只占据3%,在2021年,智能算力占比已超过50%,成为中国整体算力体系中的主要构成。一方面,算力网络的建设对智能化需求的提升将进一步推动智能算力的增长;另一方面,终端场景的智能化要求也逐步提升。因此,算力网络建设中,既需要进一步提升智能算力(GPU为主)的资源利用率,同时,为了更好地实现算力网络的经济社会价值,以AI为代表的、可满足更细致业务场景需求的能力建设和解决方案建设也愈加重要。

算力网络让科技更有吸引力

建设无感互联的生产生活新形态,同时推进对未知世界的探索

算力网络的低时延算力和确定性网络将在未来生产生活中大放异彩:(1)强化感知:人机交互数据触点实时感知,渗透家庭、娱乐、办公场景;(2)强化连接:本地自动化、智能化作业,异地穿透时空壁垒,实时远程协同;(3)强化计算:建立数字孪生世界,赋能工业制造模型训练与产品测试,监测城市运行体征。此外,算力网络还能推进全人类探索未知的脚步,通过高性能计算,触及星辰大海与生命科学。

 

 

 

时间:2022-12-30