算网融合和通信信息基础设施

蒋林涛 中国信息通信研究院科技委主任

1 算网融合

算网融合是目前的热门话题，大家都在谈“算网融合”，“算网融合”观点一致了吗？“算网融合”有共识了吗？从目前的情况来看都不是，“算网融合”融合没有取得共识，大家谈的“算网融合”往往不是同一件事。要推进“算网融合”的发展，必须首先要有共识。要做到这一点，首先要将各自的观点发表出来，作广泛和深度的研讨，在广泛研讨的基础之上才可形成共识。

共识首先要从定义出发来讨论和研究。那么什么是“算网融合”呢？算网融合涉及的范围很广，但下述三方面是一定要研究的。

什么是“算”？从文字意义来说，“算”就是算力、计算能力，当然这是很窄义的定义，是一种对直接算力的定义。在这个定义下，首要的难题是，算力怎么度量？对直接算力度量是很难的，目前可以度量的算力只有CPU，对CPU算力的度量明确分为两种：一种是运算能力，通常可以用MIPS(即每秒百万次指令计算)来度量；另一种是交易能力，以一笔标准的交易为单位，通常可以用MTOPS(即每秒百万次交易)来度量。GPU目前也可以度量，一般用MFLOPS(每秒百万次浮点计算)来度量；另外还有一种度量方法，就是芯片中的CPU数和核数，这是对物理资源粗放的度量。除此以外还有吗？没有了，其他算力都很难度量。如TPU如何度量算力，DPU如何度量算力，XPU如何度量算力，ASIC如何来度量算力，专用的FPGA如何来度量算力，目前都没有说法。算力度量是“算网融合”中基础的基础，度量偏偏又是“难题”，目前尚无解决办法。另外，算力不能只考虑直接算力，还要考虑间接算力，间接算力如何度量也是问题。第二个难题是，算力如何标识，到目前为止算力标识是没有共识的，算力标识是算力应用的必要条件，没有标识，用户如何能用上算力，目前的基本概念是：算力标识由两部份组成，算力地址＋算力属性，但没有共识。第三个难题是算力要成为基础设施，首先要解决算力池化和算力按需配置的问题，算力如何池化，算力如何分配和管理。由于第三个难题的基础是前两个问题，前两个问题不解决，第三个问题是无法深入研究的。第四个难题是算力如何能够按需、保质地到达用户。提供方能够供出的算力和使用方能够使用到的算力是不同的，算力提供方是要经过网络来向使用方提供的，网络如果“不听话”或“不给力”，算力也很难按需供出。这个问题是目前最大的问题，目前可以进行端到端传输的网络只有IP网，偏偏IP网是“不听话”“不可管控”的，如何将IP网作为基础来支持算力递送，是一个极大的难题。第五个难题是算力的提供形态，向用户提供算力，算力到底是以直接算力的形态来提供，还是以间接算力来提供。以直接算力的形态来提供，碰到的难点是算力难以度量，用户无法精准地提出算力需求，再有就是使用直接算力，对网络提出极高的要求；以间接算力的形态来提供算力(对普通用户)，可能是未来算力提供的主模态，即用户使用平台或软件，平台和软件使用直接算力，这样用户是间接算力的使用方，如何提供统一的算力度量机制和统一的算力标识是极大的难题。窄义算力是指直接计算能力，但太窄义了，用户是很难使用的。实际上用户可以用的算力是广义算力，广义算力包括直接算力＋间接算力。从广义上讲，算力＝直接算力(窄义算力)＋间接算力，间接算力包括：算、数、智，平台、软件，这样广义算力就是信息技术(IT)资源的全部了。

什么是“网络”？很显然它不是指移动通信网，也不是指固定通信网，它是指作为基础设施的通信网整体，是指连通算力供给方和算力使用方的连接。核心要求是连通能力，还必须包括提供能够满足用户体验的网络性能。“算网融合”的网络是端到端连接的数据网，它包含移动接入和固定接入，包含支持数据网网元间的点到点连接的传送网，这里的网络是通信技术(CT)整体的集合。目前用于算力融合的数据网是IP网，但是目前的IP网能力太弱了，除了提供“尽力而为”的传输能力外，一切能力依靠外挂。50年来的努力，外挂技术已经不少，但认真研究后，发现它们全部是局部技术，局部有效、全局无效。IP网的全局技术已经50年不变了，远远落后需要。数据网技术的变革是迟早的事。“算网融合”是两个基础设施的融合，一个是通信技术(CT)基础设施，另一个是信息技术(IT)基础设施。IP网在互联网的发展中起到极为关键的作用，是互联网已有的唯一基础设施，即通信技术(CT)基础设施。在算网融合中，目前通信技术(CT)基础设施还是IP网，而信息技术(IT)也将成为基础设施，目前IT还是以资源孤岛形态存在，IT孤岛资源要成为IT基础设施，需要通信技术(CT)的支持，什么样的通信网络技术能够支持目前是不确定的，IP网很难承担此重任。

什么是“融合”？这是最没有共识的部分。融合是什么，是“你中有我，我中有你”，两个完全不同的实体融合在一起，物理上难以区分了，它是一个物理融合过程，并不产生第三实体，融合后，在实体层面难以区分了，在虚拟层面上仍是可分的。“融合”是物理过程，就像青铜，青铜是融合的产物，青铜是纯铜(红铜)中加入锡或铅的合金(融合)，在青铜中铜还是铜、锡或铅，只是它们的形态变了。化合就完全不一样了，化合过程会使原来的实体没有了，变成第三者(或第四者)新的实体。这一点认识很重要，“融合”是“你中有我，我中有你”“你还是你，我还是我”，质没有变、形变了；“化合”则是你没有了，我也没有了，产生第三种(或更多)实体，如盐酸和氢氧化钠“化合”后产生氯化钠和水。对于“融合”的看法，是否大家都认可它是一个物理过程，而不是一个化学过程，这一点是存疑的，但很重要，因为它决定了研究的技术路线。

NFV提出后，网络中的网元已经不再全部是实体网元，网络中的网元可以是实体网元也可以是虚拟网元。实体网元的硬件和软件是一体的，是不可分离的；虚拟网元的硬件和软件是分离的，虚拟网元的IT资源(计算、存储、I/O等)是从云化数据中心中获取，软件是通过适当的渠道，加载到虚拟网元的IT资源上，只要虚拟网元的IT资源和实体网元中的硬件能力相同，它就可以成为与相应实体网元相同的虚拟网元，并可替代实体网元，在网络中运行，起到实体网元相同的作用。在这种场合，实体网元在形态上从有形成为无形的了，通信技术(CT)和信息技术(IT)在物理系统层面融合了，但从虚拟的层面，两者还是泾渭分明的，通信网还是独立存在，通信网体系没有变化，通信网能力也没有变，并不因为虚拟网元的存在而改变。因此，“融合”在物理层面是“你中有我，我中有你”，两个完全不同的实体融合在一起，物理上难以区分了；在虚拟层面，“你还是你，我还是我”，质没有变、形态变了。这一点认识非常重要，涉及到研究的技术路线、采用的技术方案和相关的网元(或ICT信元)的引入。因为对这一点的认识是有深刻教训的，CCSA TC1 在研究FDN(未来数据网)时，由于NFV技术的引入，对编排器、SDN控制器和网管的功能分配用了1年多时间的讨论还是定不下来(实际上这个问题至今还没有解决)，其关键还是对融合的定义的认识，如果认同融合是物理过程，这个问题就不难解决。编排器可以编排IT资源(特别是云化数据中心中的云资源，也可以编排云中的虚拟连接资源(云CT))，但没有能力来编排广域的通信技术(CT资源)，SDN控制器和网管的功能分配是混淆和不清晰的，结果是导致融合过程进展缓慢。实际上，目前的融合能力，连创建一个数据网物理创新平台的能力都不具备。算网融合是很有挑战性的，目前技术缺口还很大。但最主要还是认识问题，如果认可融合是物理过程，那么算和网的融合是物理层面的形态改变，虚拟(或逻辑)层面还是独立的，那么算力体系的设计和网络技术的设计是相对独立的。算力体系和网络体系独立设计，并使其最优化，再建立算力体系和网络体系的联系。

2 数字经济和算网融合(通信信息技术(ICT)基础设施)

互联网技术的发展，极大地促进数字经济的发展，已经成为数字经济的基础设施。支持互联网的基础设施是什么？这个问题很少有人讨论，或者连想都没有想过。这个问题实际上是很重要的，是要很好地进行研究和讨论。互联网发展的前期，它的基础设施就是通信技术(CT)基础设施，确切的说就是IP网，IP网是支持互联网发展的核心，是其唯一的基础设施。所以互联网的发展是以IP网的覆盖率来衡量的。“想要富，先修路”，同样“要发展互联网，先建设IP网”，早期的互联网就是这样发展起来的。传统互联网设计理念中的业务网和承载网(IP网)的彻底分离，互联网业务全部是OTT形态的业务，只要有IP网，业务就“千姿百态”地发展起来，数字经济随着互联网的发展迅速发展了。由于互联网的业务发展太快了，特别是音视频业务，音视频业务对网络的资源提出了很高的要求，IP网，特别是IP核心网和会聚网资源有限，难以承担巨量的音视频业务信息数据的传送。内容分发网络(CDN)就是在这种场景下发展起来(“应运而生”)了，内容分发网络(CDN)是由多层级的存储器(含计算和存储能力)、在内容路由的基础上发展起来的。目前内容分发网络(CDN)已经成为互联网中不可或缺的组成部分，它和IP网共同成为通信技术(CT)基础设施。在内容分发网络(CDN)中多层级的存储器(含计算和存储能力)是属于信息技术(IT)资源，因此在内容分发网络(CDN)中实现了IT和CT的融合。NFV的提出和应用，网络中的网元已经不再是实体网元一种形态了，在网络中可以有功能和性能和实体网元相同的虚拟网元。虚拟网元实现了软件和硬件分离，虚拟网元的硬件(IT)资源取自云化数据中心(云计算)，一般来说是以虚机或容器形态来提供，软件通过镜像的形态加载到虚拟网元的硬件(IT)上，虚拟网元资源和镜像形态的软件结合构成了一个完整的虚拟网元。认真研究发现，在这种场合下，网络技术并没有发生变化，IPV4中的所有网元都可以以虚拟网元的形态来提供服务，同样IPV6中的所有网元都可以以虚拟网元的形态来提供服务，IP网变了吗？没有变，IPV4网仍然是IPV4网，IPV6网仍然是IPV6网，只要虚拟网元的IT资源与实体网元的资源相同，网络能力和性能也不会发生变化，变化的只是它的呈现形态，实体网元不见了，虚拟网元取代了它，在这种场合IT和CT融合了。融合的结果使它改变了网络的形态，但没有改变网络的实质，网络只是发生物理的变化。在互联网的业务网层面，也在发生变化。互联网的业务网通常由控制面、管理面、网站和终端等组成。早期的互联网中，它们通常以实体形态存在，业务网的全部网元都是实体网元，网站也都是实体形态，终端也是一体机，软件和硬件是不分离的。互联网的发展，业务网中应用也发生很大的变化，以终端实现实时翻译为例，早期一般是在终端安装一个翻译软件，软件和硬件是在一个终端中，翻译工作都在终端中完成，由于终端资源(IT资源：计算和存储资源)有限，翻译的质量一般都不会高，现在的翻译软件一般都有“在线翻译”的选项，什么是“在线翻译”，实际上就是把翻译所需要的IT资源从终端分离出去，目前的IT资源通常都是放在云化数据中心(云计算)中，由于云化数据中心有强大的IT资源，它可以完成终端难以完成的(计算、存储等)任务，终端的工作需要有外部IT资源的支持。目前正在研究“云手机”，原因是手机的硬件资源(IT资源)，尤其是中低端手机的硬件资源，不足以支持高端App对IT资源的要求而无法运行，这里的资源主要是计算和存储等资源不足，如果能得到外部IT资源的支持，中低端手机也能支持高端App，这就是“云手机”的设计理念。对于下一步工业互联网中的制造用智能设备，由于成本上的原因，设备的配置往往不会很高，通常能满足基本要求，当进行高端制造时，设备配置的IT资源往往不足，需要外部的IT资源来支持；另外，改造已有的智能设备同样会有这样的问题，一般地说，未来的发展趋势是：设备的硬件和软件分离，这时候IT资源将必须成为基础设施才能满足需要。终端是如此，主机更是如此，原来互联网中的主机都是以独立形态存在的，现在还有吗？即使有，也很少。大量的主机已经没有自己的独立设备，它所需要的IT资源(计算、存储、I/O等)都可以从云化数据中心(各类别的云计算)获取。IT资源以孤岛形态存在已经越来越不能满足要求，IT技术资源的基础设施化已是必然。将IT资源孤岛变成IT技术资源基础设施，核心是数据网(端到端通信)技术的能力是否能满足要求，目前IP网从核心技术来说已经50年没有发生变化了，50年来IP网增加的补丁技术没有一项是涉及全局技术的，它们都是局部技术，在局部是有效的，但不能推广到全网。典型的例子是MPLS，MPLS是面向连接的、提供点到点连接的隧道技术，存在N平方问题，局部可用，全局不可用。互联网的前期，IP网是它唯一的基础设施(CT基础设施)，目前信息技术(IT)资源也要基础设施化(IT基础设施)，这将是互联网发展的两大支柱。

让我们从数字经济和ICT基础设施的角度再来看一下算网融合。算网融合的“算”定义很重要。“算”如果只是指窄义的直接算力，范围太窄不好用。比较合理的定义是：“算”＝直接算力＋间接算力。间接算力包括：算、数、智、软件、平台等，如这个定义成立，算网融合等同于建设ICT基础设施，ICT基础设施＝IT基础设施＋CT基础设施。IT基础设施就是“算”的部分，CT基础设施就是“网”的部分，ICT基础设施就是“算”“网”融合的信息通信基础设施，是支持数字经济运行的基础设施。

“算网融合”中的“网”是指由数据网(IP网)、传输网(网元间连接)和接入网(无线接入和固定接入)。传输网和接入网发展总体上是顺利的，技术上能满足信息通信发展的要求，问题最大的是数据网，目前唯一可用的数据网是IP网，但是目前的IP网能力上严重缺位无法担起此重任，需要有技术上和设计理念上有重大创新和突破的新型数据网。算网融合是建设ICT基础设施的第一步，目前的关键是理念上的共识，有共识才能有效的发展和推进算网融合，推进ICT基础设施的建设。