【中国算力大会】算力网络部署策略研究与实现

 

  摘要: 

打造算力网络是建设新型数字基础设施的重要举措之一。通过分析数字经济发展趋势,以及到2025 年全省多个行业的算力需求,基于业务算力冷、热、温数据特点,从算力资源、算网资源等2 个方面,研究适合发展需求的算力网络部署策略,并依此规划建设全省的算力网络,从而提供更好的算网服务。

  前  言  

2022年2月18日,国家正式启动“东数西算”工程,突显了数字经济在国家发展中的战略地位。5月27日,湖南省政府办公厅印发《湖南省算力支撑能力提升行动方案(2022—2025年)》,要求加强省内算力基础设施建设,建立一体化算力服务体系,全面提升加快数字经济发展的算力支撑能力。

面对新的时代机遇,湖南联通全面承接政府发展策略,积极筹划算力网络基础设施的建设工作。依据省内“十四五”发展规划成果,全面分析各地(市)、各行业数字经济发展趋势及其算力需求,基于自身网络资源现状,研究算力网络部署方案,构建多层次算力网络基础设施体系,全面支撑多样化的数字化转型发展需求。本文在深入分析、预测各种算力需求的基础上,针对各类业务算力冷、热、温数据特点,从算力资源、算网资源2方面,研究适合未来发展需求的算力网络部署策略,并依此指导湖南联通算力网络的规划建设,打造低时延、广联接、便捷化的服务型算力网络。

01

算力需求分析

1.1 数字经济发展趋势

随着数字技术由消费领域向生产领域、由虚拟经济向实体经济延伸,以云为基础、网为核心的算力网络数字信息基础设施,正成为工业互联网、人工智能、大数据、区块链、物联网、元宇宙等新技术新应用的承载基础。算力网络时代新业务应用场景发展如图1所示。

图1 算力网络时代新业务应用场景发展

1.2 湖南省政府“十四五”发展规划分析

围绕算力、算法、数据、网络、应用资源集约化和服务化创新,聚焦智能制造、视频文创等优势领域,加快布局建设一批算力应用场景。鼓励和支持互联网内容和应用服务企业,加快研发各类基于云和高带宽的应用产品,丰富应用类型和场景,壮大算力网络应用生态。省政府“十四五”规划涉及算力网络的内容包括:先进制造业,物联网产业强基工程,数字文化,中小企业上云,新型智慧交通网、能源网、水利网建设工程,创新平台建设计划等。

1.3 截至2025年全省算力需求测算

根据算力衡量模型与业务分类,同时结合湖南省“十四五”发展规划成果与业界算力增长定律(每12个月增长1倍),经过详细分析,聚焦未来算力发展的十八大主要行业市场。基于现有案例数据,预计到2025年,全省算力总需求为10.1 EFLOPS、存储50EB,详细数据如表1所示。

表1  截至2025年湖南省各行业算力需求详表

02

算力资源部署策略

算力网络布局,主要为承接国家与集团发展战略,满足省内数字经济发展要求,在中国联通算力网络体系架构下,夯实算力资源、算网络资源两大板块,构建以省级数据中心和地市数据中心相结合的泛在算力结构,打造低时延、广联接、智能化、便捷化的一体化新型算力网络。

2.1算力资源部署策略及建设方案

2.1.1  基于“云边端”的算力布局

湖南联通以“3+12+X”作为全省目标架构,建设3个省级节点,12个地(市)云池,若干个边缘云池,省内算力网络 3 级云架构如图2所示。3个省级节点分别连接国家算力枢纽节点:长沙河西云基地数据中心西出湘西直连成渝;长沙阅读基地数据中心北出岳阳直连武汉、东出株洲直连昌九;衡阳数据中心南出郴州直连粤港澳,为中三角城市群提供数字经济发展的核心生产力,省内骨干枢纽发展思路如图3所示。

图2 省内算力网络3级云架构示意图

图3 省内骨干枢纽发展思路示意图

以“5G网络+泛在数据中心”,打造“云-边-端”新3层智慧联接架构。“云-边-端”新 3 层智慧连接架构如图4所示。在云中心侧以领先的开放网络平台为核心,打造高性能、低成本、弹性可扩展的泛在算力解决方案,实现一点入云,多云可达。

图4 “云-边-端”新3层智慧联接架构示意图

2.1.2  地(市)算力需求测算

根据表1的测算,全省算力总需求为10.1 EFLOPS、存储50 EB,湖南联通规划部署其中三分之一的算力资源,算力3 516 PFLOPS、存储17 670 PB。依据不同地(市)GDP、人口规模、人均社消、地域位置等因素,将总算力资源需求分配到全省14个地(市):

某地(市)算力=A×E×50%+ B×E×25%+ C×E×15%+ D×E×10%

其中,A为GDP占比,B为人口占比,C为人均社消占比,D为位置重要性占比,E为湖南联通部署总算力。其中,GDP、人口、人均社消、位置因素在全省规划部署总算力的占比权重分别设为50%、25%、15%、10%。

依此计算出到2025年全省14个地(市)的算力需求,详见表2。

表2  截至2025年全省各地(市)总算力部署

规模详表

2.1.3  基于数据特征的地(市)算力资源布局

根据冷、温、热数据的特点,对各场景算力需求进行分类,作为省级骨干云池、地(市)级骨干云池、边缘云池算力部署规模的重要依据,按照以下策略分别确定各地(市)三级云池算力部署规模:

某地(市)边缘云池算力=某地(市)热算力=某地(市)总算力×10%

某地(市)骨干云池算力=某地(市)温算力=某地(市)总算力×65%

地(市)1(长沙)与地(市)6(衡阳)的温算力,直接部署到省级骨干云池。

省级云池算力=周边其他地(市)冷算力+本地(市)冷算力+本地(市)温算力;

某地(市)冷算力取值为当地总算力的25%。

依此计算出到2025年的省级骨干云池算力部署规模为1 672 PFLOPS、8 395 PB;地(市)骨干云池算力部署规模为1 492 PFLOPS、7 508 PB;边缘云池算力部署规模为352 PFLOPS、1 767 PB。

到 2025 年全省骨干云池与边缘云池算力能力部署规模如表3所示。

表3  截至2025年全省骨干云池与边缘云池算力能力部署规模

2.1.4  安全容灾的算力布局

加强网络数据安全顶层设计,建设安全管理、安全技术、安全标准协同保障的三大安全体系,推动算网安全从单点可控迈向全程可信。根据应用对于算力的不同需求,建设算力体系的容灾备份节点,提升算力体系的安全稳定性。容灾按区域进行规划,省级云池互为备份,地(市)骨干云池在省级云池做备份,分4个区域进行容灾备份,省级云池当前存储100%+50%进行容量规划,未来按照100%+100%进行容量规划。

03

算网资源部署策略及建设方案

面向算网一体,构建覆盖所有DC新架构的“光+IP网”综合承载网络,具备无损网络、绿色超宽、品质联算、弹性敏捷、确定性体验、应用级保障六大特征,能够提供稳定、安全、智能、高效、灵活的算网融合服务能力,全省算力网络目标架构如图5所示。

图5 算力网络目标架构示意图

3.1 基础承载网架构优化

结合算力需求逐步优化现有网络结构,形成面向区域DC、核心DC、边缘DC等3级算力基础承载网络,提供高品质的云资源池及算力服务,基础架构演进方向如图6所示。

图6 基础架构演进方向

3.2 打造多级低时延圈

骨干光缆网主要优选低时延路由方式建设,通过对比分析不同传输路径的长度,确定合适的路由方案,首选高速公路与高铁线路形成最短路由。基于OXC+ASON技术打造1、3、5 ms超低时延全光网络,最终实现:1 ms-城市内、3 ms-长株潭城市群、5 ms-省内的低时延目标。

3.3 全光底座部署策略

围绕全光ROADM/OXC骨干网、OTN政企精品网,持续优化网络,推进光电融合,提升关键能力,打造超低时延、泛在光接入、智能敏捷、安全可控的算力时代全光底座,如图7所示。通过网络架构、光缆网、传输系统3个方面的建设与布局,构建面向未来智慧全光底座。

a)“双节点、多路由、双平面”,确保一干出省、省干出地(市)“双局址”,地(市)间光缆“多路由”,省干网络“双平面”,提升网络的安全性和健壮性。

b)围绕DC机房布局,干线统筹,完善地(市)间高速公路光缆布局,持续优化时延,为网络扁平化奠定基础。

c)省干传输网通过OXC+OTN双节点、双平面架构,覆盖169网骨干节点、省/地(市)数据中心、云资源池、重要大客户节点,满足以DC为中心的组网需求,通过SDN管控,实现算网业务的高质量传送,打造安全可靠、时延领先、竞争力强的政企精品网。

图7 全光底座目标架构

3.4 智能IP网络部署

面向算力资源的灵活承载和调度,依托现有网络资源和技术发展,研究构建能够提供确定性服务能力的智能IP网络,为用户提供具有确定性时延、确定性带宽和确定性网络质量的网络服务。

3.4.1  打造算网一体的高品质互联网

短期内保持骨干网双平面,14个本地网及2个IDC汇聚出口,以口字型直联骨干出口架构,根据业务预测适度超前进行网络扩容,推动与全国算力核心的直联,在省内加快与中国电信、中国移动直连点建设,满足业务发展需求。

进一步优化网络结构和传输网络,加大低时延平面的建设,如在省内BR新增贵阳、南昌核心BR的直达电路等,为用户提供更低时延、更高质量的网络保障。

3.4.2  打造面向边缘算力和多业务融合承载的智能城域网络

根据边缘算力和多业务承载需求,建设高质高效、智能化、有竞争力的综合智能城域网,实现各类业务的综合承载。发挥智能城域网简化架构、简化设备、自主可控、统一SDN管控等优势,加快推进切片差异化服务能力和SRv6、EVPN、FlexE、iFit等新技术部署,实现算力资源的“一跳入算、一跳入云”,算力资源快速送达,建设高品质的算力网络。

04

应用案例

湖南教育算力网络是以政企精品网作为底层网络承载,为全省教育行业打造的省、市、区/县三级云架构算力网络,通过“算力+网+应用”的模式,将各种教育行业云应用,以算力的方式输送到校园内的各个场景,为教师、学生快速提供各种高品质的教学、安全等算网服务,实现教学、生活的智能化和数字化升级,湖南教育算力网络应用拓扑图如图8所示。

图8 湖南教育算力网络应用拓扑图

05

结束语

本文根据全省数字经济发展需求,对不同行业的算力需求进行了分析,深入研究了湖南联通的算力资源、算网资源部署策略和规划建设方案,目前正积极推进相关数据中心和网络的建设,全省已完成2个省级云池、7个地(市)云池的初期规模部署,并同步将算力网络应用到校园、工业制造、医院等场景。后续将根据技术的发展演进,持续跟踪研究算力的智能调度、确定性网络、算力网络应用等多方面的课题,为数字经济的发展构建新一代数字基础设施。

 

 

作者简介:

欧阳恩山,高级工程师,博士,主要研究方向为移动通信,算力网络等;

夏巍,高级工程师,博士,主要研究方向为计算机网络、移动通信、无线网络优化等。

 

时间:2022-12-30