算网融合现状及发展路径研究综述

樊蓉?谭子薇?王蕾

摘要：随着数字经济蓬勃发展和东数西算工程的全面推进，算网在供需对接、资源调度、时延带宽等方面的要求不断提高，算力和网络融合共生已成为重要趋势。目前，算网融合仍是较为前瞻的研究领域，是涉及技术、设施、服务等多个领域的系统性工程，而产业生态尚未对其发展路径等形成明确的共识。本文从算网融合的参与主体出发，归纳算网融合的概念要素，梳理算网融合关键技术的发展情况，比较算网融合的发展路径，并对目前发展所遇到的问题提出相关建议，以期为算网融合发展的进一步研究提供有益参考。

关键词：算力网络；算网融合；发展路径

一、引言

随着新一轮科技革命和产业变革的深化发展，算力成为推动数字经济发展的核心生产力。网络作为连接用户、数据、算力的主动脉，与算力的融合共生已成为重要趋势，通过网络集群优势突破单点算力的性能极限、提升算力的规模效能，成为业界共同关注的热点。

全球各国正在加大对算力和网络融合发展的新型基础设施规划建设的关注。美国于2021年提出1000亿美元用于铺设覆盖全国的宽带网络；欧盟于2021年发布“2030数字指南针”计划，拟部署1万个边缘计算节点，以实现欧盟家庭千兆连接；日本、澳大利亚、俄罗斯等也纷纷加大算力建设投入。算网融合也是我国战略布局的重点关注方向。发改委、工信部等国家部委先后出台《关于加快构建全国一体化大数据中心协同创新体系的指导意见》《全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案》等政策，加速打通网络通道，提升跨区域算力调度水平，构建全国算力网络体系。北京、上海、天津、河北等也发布了一系列促进算力统筹和智能调度、构建多层次算力设施和服务体系的政策。

目前，算网融合仍是较为前瞻的研究领域，是涉及技术、设施、服务等多个领域的系统性工程，产业生态尚未对其发展路径等形成明确的共识。本文从算网融合的参与主体出发，归纳算网融合的概念要素，梳理算网融合关键技术的发展情况，比较算网融合的发展路径，就目前发展所遇到的问题提出相关建议，以期为算网融合发展的进一步研究提供有益参考。

二、算网融合的主要参与体

算网融合涉及众多要素、领域和行业，参与者在该领域的行动呈现复杂多样、充满变化的特征，但融合需求和一体化建设是算网融合的共同建设重点[1]。产业层面对于算网融合的参与主体认知较为一致，主要包括运营商、云厂商、通信设备厂商和垂直行业用户四类[2-4]。

运营商作为通用算力和网络的主要提供者，目前提供的服务包括高速弹性、可靠灵活的算网服务和通用算力服务。未来预计主要聚焦自身在网络基础设施、网络云化改造、算力一体化编排管理技术创新、算力交易技术创新等领域的新能力，例如强化底层网络基础设施建设，提供光互连、光灵活调度、SG专线等高速传输技术支撑；强化网络云化和能力开放，形成对sRv6、基于IPv6的SD-WAN应用感知、网络切片等的支撑；提升网络自动驾驶等级，对算力设施进行云原生、算力原生技术改造。

云厂商作为通用云计算和智算的主要提供者，目前提供的服务包括高可靠、弹性的计算服务。未来预计主要聚焦于强化算力基础设施技术创新、算力一体编排管理技术创新、算力交易技术创新等方面，例如构建涵盖通用、智算、边缘等的多层级算力资源供给体系，为以政府等为主体的统一算力调度提供有效的基础能力储备；改造数据中心内部网络，提升算内网络数据传输速率及可靠性。

通信设备厂商作为融合软硬件产品的提供者，目前提供的服务包括高性能软硬件设备、智能化解决方案。未来预计主要聚焦于加强算网融合软硬件设备技术改造升级等方面，包括根据运营商、互联网厂商、第三方服务商及行业客户需求对通信产品功能、性能进行改进；提升算网一体化编排管理及运营服务的軟硬件产品定制化水平，以适应特殊算网融合需求。

垂直行业用户作为通用算力、通用云计算、智算、边缘算力的重要使用者，当前主要是向自身业务、消费者、员工提供云边端算力服务。未来预计主要聚焦于利用算网融合实现云边端算力高速流通、面向终端设备提供高效泛在的服务、积极参与算力交算网融合易等方面的拓展，包括积极提出算网融合技术需求、与其他参与主体开展技术合作；利用云原生、算力原生等改造升级云边端算力基础设施。

三、算网融合概念要素

随着算力市场的逐步发展以及多项政策的推动作用，科研组织机构和通信企业积极开展算网融合的相关研究探索，但目前业界尚未形成具备普适意义的、严格的算网融合概念定义。

算网融合产业及标准推进委员会认为，算网融合是以通信网络设施与异构计算设施融合发展为基石，将数据、计算与网络等多种资源进行统一编排管控，实现网络融合、算力融合、数据融合、运维融合、智能融合以及服务融合的一种新趋势和新业态，“融合”作为其基本特征，具体表现在融合架构、融合设施、融合技术以及融合服务[5]。中国信息通信研究院提出，算网融合是指多元异构、海量泛在算力设施通过网络连接形成的一体化算网技术与服务体系，具备算力资源高效集约、算网设施绿色低碳、算力泛在灵活供给、算网服务智能随需等特征，目前算网融合仍处于初始建设阶段，需进一步强化算力底座、为上层算网融合应用打基础[6]。中国移动将算力网络的发展分为泛在协同、融合统一、一体内生3个阶段，强调算力网络实现多要素融合，但未明确具体应用场景[7]。

中国联通将算网融合作为云网融合研究的持续，认为算网融合需要实现运营、管控、数据、算力、网络、协议六大融合，并形成综合服务能力[8]，目前应用场景试点主要以云边端协同为主。文献[9]认为算网融合不是某一个单点的技术，而是一种描述了连接海量数据和高效算力、向千行百业提供智能服务的未来网络架构，包含了算力的服务化以及数据和算力之间的高效调度。此外，中国电信[10]、边缘计算网络产业联盟（ECNI）[11]、中国智能计算产业联盟[12]等均发布了算力网络相关领域白皮书，进一步阐述了算网融合的重要观点。

分析上述观点要点可见，算网融合概念普遍包含政策、技术、服务三个关键要素，以政策要求、标准、规范和共识为基准，由算网基础设施以及融合管理的技术作为支撑，由各类参与主体共同提供业务服务。在政策要素层面，算网融合发展应当满足国家及地方政策要求，随着算网融合业务场景的不断出现而形成新的标准体系、行业共识和服务规范。

在技术要素层面，算网融合具备典型的融合基础设施特征，一方面，底层算力和网络基础设施呈现出形态融合一体、算中有网、网中有算的特点；另一方面，有别于以往云网资源分别编排管理的态势，可以全面统筹算网资源。在服务要素层面，算网融合服务面向多类型应用场景，是具备敏捷、弹性、随需随取、计量收费等基本特征的社会性普惠服务。

四、算网融合关键技术

目前，我国算网融合发展已具备一定的技术基础，但网络支撑能力、算力利用效率仍然不足，主要体现在以下三个方面：

①泛在算力呈现多级、分散、无序化特征[13]。算力归属多方，算力越向下分布越广泛，碎片化、差异化、异构化属性越强。

②算力和网络之间独立性仍然较强[14]。不同领域、不同网络、不同资源池间的入口开通、管理控制、资源调度相互独立。

③动态匹配连接问题尚无法得到完全解决。当前“尽力而为”的TCP/IP网络体系结构难以满足新兴业务的低时延、高可靠业务需求，流动的数据源与可能同样流动的算力源之间的动态匹配连接问题更为复杂[15]，现有网络技术无法有效支持。

通过总结各参与主体算网融合技术架构相关资料以及调研结果可以发现，产业界普遍从优化升级算网基础设施和实现算网融合服务两个方面着手解决以上三个问题。总体来看，算网融合关键技术可以大致分为两类：算网基础设施协同关键技术和算网融合服务关键技术。算网基础设施协同关键技术实现不同地域泛在算力在物理空间、不同层级云边端算力在逻辑空间、多样性算力在异构空间的融通，以支撑算网融合的服务能力要求。算网融合服务关键技术一方面对接算网基础设施，以实现算力和网络跨层、跨区域、跨专业的拉通；另一方面实现统一运营入口、能力开放、融合业务支撑，以实现算网的高效融合。

（一）算网基础设施协同关键技术

目前算力设施及网络设施基础技术及能力提升技术相对成熟，部分新技术仍在广泛研究和推广[16]。

算力基础设施技术及能力提升技术主要面向突破摩尔定律、冯·诺依曼架构（存/算分离）瓶颈、AI等访存密集场景导致存储墙、功耗墙等计算能力和效率进一步提升的问题。其中，云原生、异构计算/多样型计算、无服务器计算、存算一体、可编程芯片、边缘计算、通用计算、智能计算和超算等技术应用已经相对成熟，而超融合架构、算力原生、超融合芯片、算力卸载、超边缘计算和端计算等技术应用仍待成熟[17]。

网络基础设施技术及能力提升技术主要面向突破网络传输速率及可靠性的瓶颈等网络运力进一步提升的问题。其中，确定性网络、SDN/DCN/DCI、应用感知、SD-WAN、时延敏感网络、NFV、5G、网络切片和专线等技术应用已经相对成熟，SRv6/G-SRv6、无损网络、RDMA/GDMA、自动驾驶网络、全光高速互联和全光灵活调度等技术应用仍待成熟[18]。

（二）算网融合服务关键技术

算力态势感知是实现算网多要素智能编排调度和一体化运营的重要基础。算力态势感知利用算力资源信息感知技术、应用态势感知技术等实现对全网算力节点和网络链路相关状态信息的全面感知，并基于AI技术形成算力资源地图模型，对算力进行预测[19-20]。当前，算力和网络各自领域内感知方案相对成熟，但是算、网、应用协同感知仍有难点，在构建算网全局视角统一规划的算网感知体系和标准上需要进一步突破。

算网调度是算网实现最终融合的关键。算网调度在充分吸纳全社会云边端多级泛在的算力资源的基础上，综合考虑网络的实时状态、用户的移动位置、数据流动等要素，实现对算力资源的统一管理、跨层调配及应用的敏捷部署和动态调整，从而解决算力的有序构建和供给问题[21-22]。目前，算网调度仍在研究初期，亟须解决新型算力路由与寻址机制、“算力+网络”的多因子联合调度算法等关键问题。

算网编排是算网融合发展的核心技术。算网编排是对算网资源进行组织，形成算网结合的服务模板，并针对多样化、定制化的算网融合服务需求灵活装配资源。相比于云网融合编排，算网编排倾向于向用户提供更灵活、多要素、多层级的一体化编排能力[23]。目前，算网编排是算网融合建设的重点攻关方向，需要解决多要素编排模型、泛在资源调度算法、算力解构、技术标准化等关键问题。

算力计量是对算力、网络资源进行标识和感知，并根据算力需求对所有算力资源采用统一标准进行计量，再基于网络进行寻址，为后续算力需求调度提供支撑[24-26]。目前，相较于其他算网融合关键技术，算力计量的研究进展较为缓慢，主要归纳为底层算力资源计量的标准化统一、上层应用对底层算力资源需求的标准化统一两个问题暂未得到完全解决。

算力网络通过构建包含算力交易、多量纲、算力并网、算力封装、意图感知等关键技术的运营服务技术体系，使需求方获取更加优质高效的算网融合服务，使提供方更好地售卖算网资源，从而实现信息服务产业生态的培育、算网服务的创新以及社会算力的整合[27-28]。目前已出现如上海算力交易平台（试运行）等小范围的集中平台，但国家级试验平台还处于空白状态[29]，在多方资源对接方案标准制定、商业模式设计等方面有待深入。

五、算网融合发展路径

通过总结各类参与主体相关资料与调研结果来看，算网融合发展并非单一路径，可以从应用场景出发设计发展路径。近期，算网融合应用场景以东数西算、云边端协同、高速互联三类为主，远期将面向更加多元的应用场景形成完善的算网融合体系。面向近期三类应用场景，算网融合實现大致可分为三种具体路径[30-34]：

①面向“东数西算”场景。以算力调度、运营服务为核心，运营商、云厂商、设备厂商、行业客户协商开展“东数西算”场景下的算网融合体系建设，通过构建统一算网运营平台及开放接口，纳管社会多样算力，强化安全机制，实现算力共享和交易。

②面向云边端协同场景。行业客户基于自身业务需求，需要云边端多种算力支持，可以利用算网融合技术强化云边端协同，充分激活本地已有算力资源。除此之外，行业客户可以共同构建面向行业的异构算力协同平台，如国家能源工业互联网平台，以对接全国上千家发电厂安全数据。

③面向云间互联场景。运营商面向特定的云厂商及行业客户开放网络接口，云厂商和行业客户在一定程度上实现对云间互联网络的控制，并且可以自由配置互联方案。同时，依托云间互联网络加强云间互联，可以根据业务需要在云数据中心间进行分发。

六、结束语

随着数字经济蓬勃发展和东数西算工程的全面推进，算网在供需对接、资源调度、时延带宽等方面的要求不断提高，算力和网络融合共生已成为重要趋势。目前算网融合在概念定义、技术主线、发展路径等方面尚未形成广泛共识，研究仍面临以下主要问题，并配有相关建议：

①运营商、云厂商所定义的算网融合目标内涵与行业客户所需的算网融合仍有差距。建议对参与主体的能力和需求进行深入分析和匹配，明确统一的算网融合概念、内涵及要素。

②算网融合发展已具备一定技术基础，但现有技术体系仍无法较好地支撑算网融合的感知、编排、调度等。建议明确较为统一的技术架构和技术突破目标，推动算网融合技术标准和建设标准制定。

③算网融合的体制机制和发展路径仍需完备。建议明确较为统一的发展路径和阶段目标，推动算网融合产业加速发展。

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