在國(guó)家數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略與“十四五”發(fā)展規(guī)劃的推動(dòng)下，加快信息網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)的協(xié)同化、服務(wù)化、智能化進(jìn)程，深化國(guó)家新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)（“新基建”），已成為中國(guó)進(jìn)行大國(guó)博弈的重要基礎(chǔ)。在“新基建”中，5G、大數(shù)據(jù)中心以及人工智能等相關(guān)技術(shù)對(duì)新一代信息網(wǎng)絡(luò)提出了新的大算力、大模型處理等算力需求。這推動(dòng)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)從基本的信息數(shù)據(jù)通信向信息數(shù)據(jù)智能化處理轉(zhuǎn)變。2021 年5 月，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、中央網(wǎng)信辦、工業(yè)和信息化部等四部委聯(lián)合印發(fā)了《全國(guó)一體化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系算力樞紐實(shí)施方案》[1]，強(qiáng)調(diào)要推動(dòng)中國(guó)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)算網(wǎng)一體化、智能化的發(fā)展?！皷|數(shù)西算”工程同樣強(qiáng)調(diào)構(gòu)建以算力和網(wǎng)絡(luò)為核心的體系、優(yōu)化全國(guó)算力整體布局的重要性[2]。在此背景下，算力網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運(yùn)而生。算力網(wǎng)絡(luò)旨在通過泛在算力與網(wǎng)絡(luò)的融合，突破數(shù)據(jù)中心、超算中心、云計(jì)算、邊緣計(jì)算等“孤島”狀態(tài)下的計(jì)算能力限制，構(gòu)建算網(wǎng)一體的新型智能、高效、按需的算力服務(wù)體系，滿足國(guó)家與行業(yè)急需，促進(jìn)國(guó)家數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

1 算力網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

算力網(wǎng)絡(luò)作為中國(guó)提出且主導(dǎo)的科研技術(shù)，已得到業(yè)界的廣泛認(rèn)可。諸多產(chǎn)學(xué)研團(tuán)隊(duì)包括中國(guó)科學(xué)院、北京交通大學(xué)、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)電信等，已開展算力網(wǎng)絡(luò)的研究。各單位基于已有的設(shè)備、系統(tǒng)、平臺(tái)以及應(yīng)用場(chǎng)景，經(jīng)過長(zhǎng)期的積累已取得諸多成果，例如《中國(guó)電信云網(wǎng)運(yùn)營(yíng)自智白皮書》《中國(guó)移動(dòng)算力網(wǎng)絡(luò)白皮書》《中國(guó)聯(lián)通算力網(wǎng)絡(luò)白皮書》《中國(guó)通信學(xué)會(huì)算力網(wǎng)絡(luò)前言報(bào)告》的陸續(xù)發(fā)布[3-6]，算力感知網(wǎng)絡(luò)概念的提出等[7]。在國(guó)際上，互聯(lián)網(wǎng)研究工作組（IRTF）設(shè)立的在網(wǎng)計(jì)算研究組（COIN）致力于算網(wǎng)融合的新型傳輸架構(gòu)的研究，互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組（IETF）提出分布式方案架構(gòu)，國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）開展算力網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和場(chǎng)景的研究。相較于中國(guó)算力網(wǎng)絡(luò)的蓬勃發(fā)展，國(guó)際上的研究進(jìn)展相對(duì)緩慢。

目前，算力網(wǎng)絡(luò)的研究呈現(xiàn)百花齊放的繁榮景象，但相關(guān)架構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)依賴于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，尚未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系。目前，算力網(wǎng)絡(luò)的研究面臨著諸多新需求和新挑戰(zhàn)，例如：算力如何一體化？算網(wǎng)如何融合？數(shù)據(jù)與算力如何滿足應(yīng)用服務(wù)需求等。因此，算力網(wǎng)絡(luò)研究需要明確新需求與新挑戰(zhàn)所帶來的問題，例如：算力網(wǎng)絡(luò)中算力主要服務(wù)哪些主體？算力如何實(shí)現(xiàn)計(jì)算？算力依托哪些實(shí)體進(jìn)行計(jì)算等。此外，算力網(wǎng)絡(luò)作為一種新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，更需要從根本上明確算力網(wǎng)絡(luò)研究與建設(shè)過程中基礎(chǔ)理論體系、架構(gòu)設(shè)計(jì)、關(guān)鍵核心技術(shù)等方面的問題與挑戰(zhàn)。

2 算力網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)與建議

從算力網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)目標(biāo)與技術(shù)發(fā)展理念來看，算力網(wǎng)絡(luò)是通信、計(jì)算、存儲(chǔ)以及智能化調(diào)度的高度融合。算力網(wǎng)絡(luò)以泛在算力資源為基礎(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)通信為紐帶，智能化調(diào)度為核心，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)、云、邊、端、業(yè)務(wù)的高效協(xié)同與適配，滿足行業(yè)高差異化算力服務(wù)需求。算力網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際建設(shè)中通常存在兩種方向：“網(wǎng)中有算”和“算中有網(wǎng)”。“網(wǎng)中有算”是指以網(wǎng)絡(luò)為中心，算為網(wǎng)用，算力作為基礎(chǔ)資源嵌入網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)利用算力來提升網(wǎng)絡(luò)感知、資源調(diào)度以及服務(wù)功能的編排能力，實(shí)現(xiàn)智能高效的網(wǎng)絡(luò)算力服務(wù)?！八阒杏芯W(wǎng)”是指以云為中心，網(wǎng)為算用，網(wǎng)絡(luò)作為連接紐帶將離散的數(shù)據(jù)中心、超算中心等泛在算力進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)以云為中心的算力資源運(yùn)營(yíng)?；谝陨戏治?，面對(duì)算力網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)需求與挑戰(zhàn)，我們從總體建設(shè)目標(biāo)、理論體系架構(gòu)、關(guān)鍵核心技術(shù)3個(gè)方面提出研究建議。

2.1 總體建設(shè)目標(biāo)

算力網(wǎng)絡(luò)作為中國(guó)率先提出的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，相關(guān)研究應(yīng)以技術(shù)自主可控、功能性能國(guó)際領(lǐng)先為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)智能、高效、靈活的算力資源融合調(diào)度，滿足行業(yè)的差異化算力服務(wù)需求，為國(guó)家算力網(wǎng)絡(luò)發(fā)展與實(shí)施提供支撐。具體來講，在“算中有網(wǎng)”和“網(wǎng)中有算”兩個(gè)主要研究方向中，網(wǎng)絡(luò)是不可或缺的一部分，是算力網(wǎng)絡(luò)的重要基礎(chǔ)支撐與紐帶。算力作為一種高效的計(jì)算資源，可以提高網(wǎng)絡(luò)的資源管理、傳輸調(diào)度、路由規(guī)劃等性能。網(wǎng)絡(luò)可以連接、協(xié)同更多算力資源，提升算力的大數(shù)據(jù)、大模型處理效率?！熬W(wǎng)算”與“算網(wǎng)”相輔相成。因此，算力網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)應(yīng)統(tǒng)一融合算力與網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)突破算力與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)限制，構(gòu)建“統(tǒng)一調(diào)度、彈性適配”的算力網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)（如圖1 所示），實(shí)現(xiàn)全國(guó)范圍內(nèi)算力的高效協(xié)同調(diào)度與應(yīng)用，為中國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)打下算力基礎(chǔ)。

▲圖1 算力網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)設(shè)計(jì)與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系

算力網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)可分為應(yīng)用層面、適配層面和網(wǎng)絡(luò)層面。應(yīng)用層面利用算力來提升服務(wù)質(zhì)量，通過建立應(yīng)用層面的融合資源池，將超算中心、數(shù)據(jù)中心等云平臺(tái)算力進(jìn)行融合。應(yīng)用層面的算力服務(wù)單元依據(jù)資源池進(jìn)行劃分，并實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一的調(diào)度和彈性分配，滿足超算任務(wù)、人工智能（AI）任務(wù)等分布式與大模型的算力需求。網(wǎng)絡(luò)層面利用算力來支撐整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的融合，強(qiáng)化節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力以及節(jié)點(diǎn)間的主動(dòng)智能融合與協(xié)同能力。適配層面利用算力強(qiáng)化調(diào)度方法，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層服務(wù)與網(wǎng)絡(luò)層資源的動(dòng)態(tài)適配調(diào)度。此外，算力網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需要建立完善的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，包括算力建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、節(jié)點(diǎn)互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)共享標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)等，為算力網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)與應(yīng)用提供支撐。

2.2 理論體系與架構(gòu)

“算中有網(wǎng)”與“網(wǎng)中有算”都表明網(wǎng)絡(luò)是泛在算力的紐帶，是算力網(wǎng)絡(luò)不可或缺的一部分。然而，當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)面臨架構(gòu)靜態(tài)僵化、異構(gòu)并存、智能受限的狀況，行業(yè)“高移動(dòng)、高可靠、高安全、確定性”等差異化服務(wù)，成為算力網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的新需求與新挑戰(zhàn)。此外，新型網(wǎng)絡(luò)建設(shè)正處于謀求網(wǎng)絡(luò)深度融合、提升網(wǎng)絡(luò)智慧的新發(fā)展趨勢(shì)中。此趨勢(shì)與算力網(wǎng)絡(luò)研究與建設(shè)方向不謀而合。因此，算力網(wǎng)絡(luò)研究不僅要考慮算力，更要關(guān)注新型網(wǎng)絡(luò)，算力與網(wǎng)絡(luò)不能只是“算中有網(wǎng)”或“網(wǎng)中有算”的分離式協(xié)同，而是要實(shí)現(xiàn)“算力+網(wǎng)絡(luò)”的融合突破。目前來看，算力網(wǎng)絡(luò)研究剛好與新型網(wǎng)絡(luò)建設(shè)相呼應(yīng)：一方面網(wǎng)絡(luò)融合可以更好地實(shí)現(xiàn)異質(zhì)異構(gòu)、分布不均的泛在算力資源的互聯(lián)；另一方面，算力可以滿足大數(shù)據(jù)、大模型、AI 任務(wù)等高性能計(jì)算需求，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)以及基礎(chǔ)算力之間更高效、更智能的適配調(diào)度。算力網(wǎng)絡(luò)與新型網(wǎng)絡(luò)研究相輔相成。針對(duì)以上需求與挑戰(zhàn)，我們提出“三層三域”算力網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（如圖2所示）。

▲圖2 “三層三域”算力網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

在“三層三域”算力網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，“三層”包括廣義服務(wù)層、映射適配層、融合網(wǎng)絡(luò)層。廣義服務(wù)層主要負(fù)責(zé)服務(wù)與功能的標(biāo)識(shí)和描述，具體服務(wù)包括：虛擬計(jì)算平臺(tái)、虛擬存儲(chǔ)平臺(tái)、計(jì)算容器等虛擬服務(wù)以及傳輸服務(wù)功能單元、安全防護(hù)服務(wù)功能單元等功能服務(wù)；映射適配層主要負(fù)責(zé)服務(wù)需求與網(wǎng)絡(luò)資源的動(dòng)態(tài)適配，通過感知網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)與服務(wù)需求實(shí)現(xiàn)服務(wù)與算力資源的動(dòng)態(tài)適配；融合網(wǎng)絡(luò)層主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)與算力資源的協(xié)同自組管理，主要包括衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)、超算中心以及泛在算力單元（計(jì)算、存儲(chǔ)）、通信設(shè)備等。此外，架構(gòu)在“三層”之間還設(shè)計(jì)了層間解析映射，以強(qiáng)化層間交互性。廣義服務(wù)層與映射適配層的解析映射，是將用戶的服務(wù)需求映射轉(zhuǎn)化為對(duì)算力資源的需求。映射適配層與融合網(wǎng)絡(luò)層的解析映射，是將用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)的資源需求映射轉(zhuǎn)化為對(duì)實(shí)體算力資源的調(diào)度，指導(dǎo)算力資源的協(xié)同與運(yùn)行過程?！叭龑印迸c層間解析映射的設(shè)計(jì)既實(shí)現(xiàn)了用戶與網(wǎng)絡(luò)的解耦，服務(wù)與資源的解耦，又為算力服務(wù)與資源的高效適配奠定了基礎(chǔ)。

“三域”包括實(shí)體域、感控域、知識(shí)域。實(shí)體域用于格式化描述網(wǎng)絡(luò)實(shí)體組件以及服務(wù)功能虛擬實(shí)體，實(shí)現(xiàn)資源與虛擬服務(wù)功能的統(tǒng)一命名；知識(shí)域用于服務(wù)、策略、網(wǎng)絡(luò)對(duì)象三者的映射經(jīng)驗(yàn)信息收集與量化，生成拓?fù)渲R(shí)庫、狀態(tài)知識(shí)庫、功能知識(shí)庫等；感控域?qū)Ψ?wù)功能、執(zhí)行策略以及網(wǎng)絡(luò)對(duì)象進(jìn)行數(shù)字抽象，以知識(shí)域的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)為基礎(chǔ)，利用算力對(duì)服務(wù)、執(zhí)行策略以及網(wǎng)絡(luò)對(duì)象的適配進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，生成最優(yōu)適配策略并指導(dǎo)實(shí)體域完成服務(wù)。此外，架構(gòu)在“三域”之間設(shè)計(jì)域間解析映射，強(qiáng)化各域之間的交互性：知識(shí)域與感控域的解析映射是為了將知識(shí)域中各類知識(shí)庫與感控域中的各類策略進(jìn)行映射連接，便于在感控域策略生成過程中對(duì)知識(shí)域中的知識(shí)進(jìn)行提取與借鑒，提高感控域策略的準(zhǔn)確性；感控域與實(shí)體域的解析映射是為了使感控域高效感知實(shí)體域資源狀態(tài)以及屬性變化，便于策略調(diào)整以及策略下發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)體域資源的精確調(diào)度；知識(shí)域與實(shí)體域的解析映射是為了將知識(shí)域中的各類知識(shí)庫與實(shí)體域資源進(jìn)行對(duì)應(yīng)，根據(jù)實(shí)體域中資源的屬性變化來調(diào)整、更新對(duì)應(yīng)知識(shí)庫?！叭颉迸c域間解析映射的設(shè)計(jì)既實(shí)現(xiàn)了知識(shí)、策略、資源的動(dòng)態(tài)解耦，又為用戶服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)以及泛在算力資源的智能高效處理提供邏輯支撐。

2.3 關(guān)鍵核心技術(shù)

算力網(wǎng)絡(luò)研究與建設(shè)要實(shí)現(xiàn)“算力+網(wǎng)絡(luò)”的深入融合目標(biāo)，建立智能、高效、按需的算力服務(wù)平臺(tái)，從而滿足用戶高差異化算力服務(wù)需求。針對(duì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)與泛在算力資源異質(zhì)異構(gòu)、分布不均、資源跨網(wǎng)調(diào)度困難、智能化程度不足等問題，算力網(wǎng)絡(luò)研究與建設(shè)應(yīng)從多維標(biāo)識(shí)、智能映射、按需組網(wǎng)、協(xié)同傳輸、智能計(jì)算、系統(tǒng)安全6個(gè)方面進(jìn)行關(guān)鍵核心技術(shù)突破。

1）多維標(biāo)識(shí)關(guān)鍵技術(shù)。算力網(wǎng)絡(luò)建設(shè)集計(jì)算、存儲(chǔ)、傳輸資源為一體，關(guān)聯(lián)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心、超算中心、云平臺(tái)等多種網(wǎng)絡(luò)資源及平臺(tái)。網(wǎng)絡(luò)與設(shè)備的異質(zhì)異構(gòu)，導(dǎo)致算力網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度困難，融合受限。因此，研究需要突破多維標(biāo)識(shí)關(guān)鍵技術(shù)，建立算力網(wǎng)絡(luò)一體化標(biāo)識(shí)體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)泛在算力資源的計(jì)算、存儲(chǔ)、傳輸能力以及其他功能屬性的統(tǒng)一命名。

2）智能映射關(guān)鍵技術(shù)。算力網(wǎng)絡(luò)是多種平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)以及泛在算力資源的深度融合，但融合后的網(wǎng)絡(luò)資源數(shù)量繁多、服務(wù)能力差異大，在進(jìn)行統(tǒng)一的多維標(biāo)識(shí)后需要實(shí)現(xiàn)用戶服務(wù)需求與網(wǎng)絡(luò)資源的高效動(dòng)態(tài)適配。因此，研究需要突破智能映射關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)計(jì)建立完備的解析映射體系，實(shí)現(xiàn)用戶與網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)與資源的智能、高效映射。

3）按需組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)。算力網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是為了滿足國(guó)家與社會(huì)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求。高鐵、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)以及智能制造等行業(yè)的發(fā)展對(duì)網(wǎng)絡(luò)提出“高移動(dòng)、高可靠、高安全、確定性”的差異化算力需求。因此，算力網(wǎng)絡(luò)需要突破按需組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，根據(jù)差異化需求進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)資源的智能高效編排，將融合后的網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)組網(wǎng)調(diào)度與管理，滿足用戶服務(wù)需求。

4）協(xié)同傳輸關(guān)鍵技術(shù)。算力網(wǎng)絡(luò)是多種平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)以及泛在算力資源的融合，各平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)以及設(shè)備存在配置差異大、分布不均衡等問題，面對(duì)大規(guī)模、大模型的計(jì)算需求，算力資源需要進(jìn)行分布式跨平臺(tái)協(xié)作。因此，研究需要突破協(xié)同傳輸關(guān)鍵技術(shù)，根據(jù)計(jì)算服務(wù)需求對(duì)算力資源的數(shù)量、類型、位置以及互聯(lián)傳輸設(shè)備進(jìn)行協(xié)同傳輸管理，保障數(shù)據(jù)在各算力平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)以及資源間的高效交互，為算力服務(wù)的計(jì)算執(zhí)行提供高效的傳輸通信支撐。

5）智能計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)。算力網(wǎng)絡(luò)面對(duì)高差異化計(jì)算服務(wù)需求，不僅需要考慮計(jì)算、存儲(chǔ)、傳輸資源的選取問題，還要考慮資源費(fèi)用、節(jié)能等問題。因此，研究需要突破智能計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)，根據(jù)服務(wù)需求、資源配置、資源費(fèi)用、節(jié)能等進(jìn)行資源選取、任務(wù)分配、路由規(guī)劃的綜合考慮，提升算力網(wǎng)絡(luò)計(jì)算、存儲(chǔ)以及傳輸?shù)闹悄苄?，減少服務(wù)資源消耗并保障算力服務(wù)的高效性。

6）系統(tǒng)安全關(guān)鍵技術(shù)。算力網(wǎng)絡(luò)作為多種平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)以及泛在算力資源的融合，多種異質(zhì)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)、資源、平臺(tái)的互聯(lián)，使得整體算力網(wǎng)絡(luò)的安全風(fēng)險(xiǎn)呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。因此，研究需要突破系統(tǒng)安全關(guān)鍵技術(shù)，在滿足算力網(wǎng)絡(luò)大范圍、跨平臺(tái)、分布式協(xié)同計(jì)算需求的同時(shí)，解決算力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全防護(hù)問題，實(shí)現(xiàn)服務(wù)與安全的雙重保障。

3 結(jié)束語

算力網(wǎng)絡(luò)作為中國(guó)率先提出的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，是推動(dòng)信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展、支撐 “十四五”發(fā)展規(guī)劃中“網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)、數(shù)字中國(guó)”發(fā)展戰(zhàn)略的重要基礎(chǔ)。當(dāng)前算力網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的研究呈現(xiàn)出繁榮的景象，但在架構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)等方面尚未達(dá)成共識(shí)。未來算力網(wǎng)絡(luò)的研究與建設(shè)要立足中國(guó)算力基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)狀，著眼于算力與網(wǎng)絡(luò)的融合發(fā)展趨勢(shì)，研究探索算力網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)理論體系，突破關(guān)鍵核心技術(shù)，建立算力網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)，滿足國(guó)家與行業(yè)急需，促進(jìn)國(guó)家數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。