《中國信通院&CCNIS:算網基礎設施成熟度研究報告(2023)(31頁).pdf》由會員分享,可在線閱讀,更多相關《中國信通院&CCNIS:算網基礎設施成熟度研究報告(2023)(31頁).pdf(31頁珍藏版)》請在三個皮匠報告上搜索。
1、算網基礎設施成熟度研究報告(2023 年)版權聲明本研究報告版權屬于算網融合產業及標準推進委員會,并受法律保護。轉載、摘編或利用其它方式使用本研究報告文字或者觀點的,應注明“來源:算網融合產業及標準推進委員會”。違反上述聲明者,編者將追究其相關法律責任。參與編寫單位(排名不分先后)中國信息通信研究院、中國電信研究院、中盈優創資訊科技有限公司、中移(蘇州)軟件技術有限公司、浙江省新型互聯網交換中心有限責任公司、浪潮通信信息系統有限公司、上海締安科技股份有限公司、聯智科技(北京)有限公司、安徽省大數據中心、浪潮通信技術有限公司、中國科學院計算機網絡信息中心、中國科學院聲學研究所、浪潮網絡科技(山東
2、)有限公司主要撰稿人(排名不分先后)韓淑君、穆琙博、張寒月、柴瑤琳、畢立波、黨小東、陳敬、王巍、李雪婷、李鑫、簡建勛、盧云揚、楊揚、郝文杰、錢嶺、趙立芬、錢軍波、顧晨輝、劉伊莎、沈林江、初宇飛、李泉、肖紅梅、陳炬、林藝芳、涂詩怡、付鴻雁、劉揚、張靜、王紫程、高嫻、林巍、李俊、申罕驥、尤佳莉、劉磊、馬博韜、石勝兵,李金光,戴超、劉淑凡前言近年來,智能駕駛、智能制造、智慧金融等數字業務的快速發展,帶動了算力和網絡需求的持續擴張。算網基礎設施以用戶為中心提供最優資源服務與網絡連接,成為我國“十四五”時期的關鍵信息基礎設施。本研究報告聚焦當前國際政策形勢、應用需求驅動以及基礎設施升級部署等方向,深度梳
3、理算網基礎設施技術趨勢和產業現狀,規范算網基礎設施能力架構,提出算網基礎設施成熟度模型。因算網基礎設施發展空間巨大,技術能力、服務和應用仍在不斷演變,我們的研究和理解將隨著算網基礎設施的產業實踐不斷深化,本研究報告的內容觀點依據當前認知水平提出,難免存在不足之處,懇請各界批評指正。目錄一、算網基礎設施總體發展態勢.1(一)算網基礎設施成為數字化轉型的堅實底座.1(二)算網基礎設施已上升為各國信息戰略的重要抓手.2(三)算網基礎設施市場規模逐漸擴大.3二、算網基礎設施賦能數字經濟效應持續增強.4(一)多樣化算網場景對基礎設施能力要求呈現差異化.4(二)算網基礎設施架構逐漸清晰.10三、算網基礎設
4、施成熟度評價體系.14(一)分級分類.14(二)指標體系.20(三)成熟度評估模型.23圖 目 錄圖 1基礎設施能力模型.8圖 2算網基礎設施分層架構.11圖 3算網基礎設施成熟度模型.23算網基礎設施成熟度研究報告1一、算網基礎設施總體發展態勢(一)算網基礎設施成為數字化轉型的堅實底座算網基礎設施作為支撐數字時代差異化、智能化業務需求的信息基礎設施,推動算力與網絡的深度融合,以用戶為中心提供最優資源服務與網絡連接,已經成為我國“十四五”時期的關鍵信息基礎設施。隨著數字化的推進,算、網一體化的應用在各行各業加速落地推廣,已涉足到醫療、教育、科研、就業、社區服務等各方面,它不僅支撐著各行各業的數
5、字化進程,也是推動社會進步和經濟增長的關鍵因素。在制造業中,算網基礎設施的應用使得企業能夠實現智能制造和供應鏈優化。通過算網融合技術,企業可以建立算力節點協同機制,滿足工業場景對算力的多樣化需求,同時實現對算力資源的高效調配管理?;诠I算網對算力和網絡的協同感知調度能力,企業在工業生產過程中能夠實現工業機器人靈活、可靠的自適應作業。同時,算網基礎設施的高效資源配置能力,使得企業能夠根據市場需求快速調整生產計劃,實現供應鏈的敏捷響應。在醫療健康領域,算網基礎設施支持遠程醫療服務和智能診斷系統的發展。通過高速網絡連接,醫療專家可以遠程訪問患者的醫療記錄和實時數據,提供及時的診斷和治療建議。在金融
6、服務行業,算網基礎設施的安全性和穩定性為企業提供了堅實的數字基礎。金融機構可以利用云計算和邊緣計算技術,提供更加個性化和高效的客戶服務。同時,通過實施零信任安全架構等先進技術,保障客戶數據的安全和隱私。算網基礎設施成熟度研究報告2此外,算網基礎設施還在城市建設、能源管理、教育資源管理等多個領域發揮著重要作用。它不僅提升了城市管理的智能化水平,還促進了能源的高效利用和教育資源的均衡分配。算網基礎設施的建設和發展,為產業數字化和數字產業化提供了堅實的技術支撐和廣闊的應用前景。隨著技術的不斷進步和創新,算網基礎設施將繼續為數字化轉型提供強有力的支撐,推動數字經濟的全面發展。(二)算網基礎設施已上升為
7、各國信息戰略的重要抓手在全球數字化轉型的大背景下,算網基礎設施已經成為各國信息戰略的核心內容和重要抓手。各國政府認識到,強大的算網基礎設施對于支撐科技創新、促進產業升級、提升社會治理水平具有至關重要的作用。中國在算網基礎設施建設方面展現出了明確的戰略意圖和迅速的行動力。通過關于推動新型信息基礎設施協調發展有關事項的通知、信息化標準建設行動計劃(20242027年)、關于推動未來產業創新發展的實施意見等政策,中國正致力于構建高速泛在、天地一體、云網融合、智能敏捷、綠色低碳、安全可控的算網基礎設施體系。這些規劃不僅提出算網基礎設施和建設規劃,也注重全國一體化算力網整體建設布局,旨在推動數字經濟的高
8、質量發展。美國加強政策統籌,加快完善數字生態系統。2024年7月,美國國際開發署(USAID)發布了未來十年的新數字政策,提出將獲得 1460 萬美元的新資金用于支持數字基礎設施建設、數字知識和技術改進,以及隱私和安全保障等領域,通過技術創新推動數字經濟可持續發展。同年9月,美國宣布成立“智算中心基礎設施特別工作組”,旨在通過各種項目支持智算中心發展。算網基礎設施成熟度研究報告32023年3月,歐洲聯盟及其成員國通過2023-2024年數字歐洲工作計劃,提出將投入1.13億歐元用于數字建設,重點包括數字基礎設施建設、網絡安全能力提升、云服務、數據及人工智能能力提升等。2024年3月,英國政府出
9、臺了2024-2030數字發展戰略,政策強調大力投資建設先進的數字基礎設施,并確保高速寬帶和5G網絡的普及覆蓋,助力國家數字化轉型。算網基礎設施已經成為全球各國信息戰略的重要支柱。各國政府通過制定和實施一系列政策措施,不僅加強了算力資源的供給和網絡的互聯互通,也推動了算力技術的創新和應用。這些努力共同推動了全球數字經濟的發展,同時也為各國在全球競爭中贏得了有利地位。隨著技術的不斷進步和應用的不斷拓展,算網基礎設施將繼續在全球信息戰略中發揮著越來越重要的作用。(三)算網基礎設施市場規模逐漸擴大目前,我國算網基礎設施行業的市場規模正在穩步擴大。受益于政策驅動和產業建設速度加快等因素的影響,近幾年我
10、國算力規模實現逐年增長,截至2024年6月,我國在用數據中心機架總規模達到830萬標準機架1。網絡設施支撐能力持續增強,截至2024年3月底,我國累計建成5G基站364.7萬個,5G用戶普及率突破60%2。政策投資方面,中國政府高度重視算網基礎設施建設,并通過一系列政策推動市場的發展?!皷|數西算”工程自全面啟動以來,項目總投資已超過4000億元,直接推動市場規模的擴大。在此背景下,中國電信、中國聯通和中國移動等基礎電信運營商紛紛積極布局數據中心,并提供12024 中國算力大會工信部發展司副司長趙策發言2國新辦舉行 2024 年一季度工業和信息化發展情況新聞發布會算網基礎設施成熟度研究報告4算力
11、服務,以支撐數字經濟的發展,這也是推動市場規模增長的關鍵因素。行業細分方面,數據中心、網絡設備和云計算平臺是算網基礎設施行業的重要組成要素。數據中心涵蓋數據存儲、服務器和網絡交換等關鍵環節,在新基建、數字化轉型、數字中國愿景目標等政策背景下,我國數據中心行業市場規??焖僭鲩L,預計2024年市場規模將達3048億元3。網絡設備主要包括路由器、交換機和無線產品等,2023年中國網絡設備市場規模為752億元,盡管當前市場規模較小,但在云計算、大數據、人工智能等新技術推動下,預計2024年我國主要網絡設備市場規模將達到823億元4。而云計算平臺行業,云計算作為行業發展最快的領域,2023年中國云計算市
12、場規模已經達6165億元,并預計到2024年將達到8378億元,同比增長35.9%5。隨著數字化進程的深入推進,算網基礎設施將繼續在數字信息戰略中發揮著越來越重要的作用,為數字經濟的發展提供強大的動力。二、算網基礎設施賦能數字經濟效應持續增強(一)多樣化算網場景對基礎設施能力要求呈現差異化1.多樣化場景對基礎設施能力的要求隨著信息技術的飛速發展和數字化轉型的深入推進,算網場景日益多樣化、細分化,涵蓋了云互聯、大模型應用、智能應用、物聯網等多32022-2027 年中國數據中心建設市場需求預測及發展趨勢前瞻報告42024-2030 年中國網絡設備市場發展現狀及潛力分析研究報告5中國云計算行業市場
13、前景及投資機會研究報告算網基礎設施成熟度研究報告5個領域。這些多樣化的應用場景對算網基礎設施提出了不同的要求,使得基礎設施能力的差異化特征愈發明顯。(1)云互聯云互聯指利用云計算技術連接不同云服務商的云資源,形成一個互聯的、統一的、可管理的云資源池,幫助用戶更方便的管理和調度各種計算資源,實現資源的高效利用和靈活配置。在云互聯領域,涉及到科學計算、數字政府、數字渲染/元宇宙等多個方面,對算網的需求應用主要集中在資源的動態分配和管理上。計算密集型應用對于節點間通信時延有更高要求,存儲密集型應用對出口帶寬有更高要求,流媒體服務對帶寬和時延的平衡性有要求,部分特殊互聯網服務則對可靠性有更高要求。云平
14、臺需要能夠支持大規模的計算任務,同時保證資源的高效利用和彈性擴展。這就要求基礎設施具備高可用性、高可擴展性和高安全性等特點,這些計算層面和網絡層面的能力增強可以為算網帶來更靈活的應用場景。例如,數據中心的建設需要考慮到電力供應、散熱系統、網絡帶寬等多個方面,以確保云平臺的穩定運行和服務的連續性。(2)大模型應用大模型指具備大規模處理能力和復雜的計算結構的深度學習模型,通過用海量參數進行訓練,讓它可以處理更加復雜的任務和數據,已經在多個領域展現出廣泛的應用價值。在大模型應用領域,算網的應用場景則更加注重數據的存儲、處理和分析。模型訓練需要處理海量的數據,并進行實時或準實時的分析,以支持業務決策和
15、創新。因此,基礎設施需要具備強大的數據處理能力和存儲能力,同時還要支持多種數據格式和訪問方式。此外,數據的安全性和隱私保護也是大數據領域不可忽視的問題,需要基礎設施提供相應的安全保障措施。算網基礎設施成熟度研究報告6(3)智能應用智能應用能夠通過人工智能、大數據等技術,來提高設備、系統、軟件等智能化水平,這些應用能夠理解、學習、推理以及適應用戶的行為和需求,并具備自主處理任務的能力,提高任務處理效率和準確性。智能應用領域對算網基礎設施的要求則更加復雜。智能應用涉及到深度學習、機器學習等多個方面,需要基礎設施提供強大的計算能力和高效的算法支持。此外,由于智能應用的訓練和學習過程需要大量的數據支持
16、,因此基礎設施還需要具備高效的數據傳輸和存儲能力。同時,隨著人工智能技術的不斷發展,對基礎設施的智能化管理和自動化運維也提出了更高的要求。比如智算中心在算力規模上有指數型增長,為了支撐智算中心的算力規模增長需求,對應的計算和網絡設施都需要適配更新,避免成為算力增長的瓶頸。在智算中心內部,計算卡性能的持續增強和超大規模節點間互聯的需求對計算網絡的連接性能、吞吐量和傳輸可靠性管理都有更高的要求,智算網絡從物理層、網絡層到應用層都需要向下一代無損網絡演進。(4)物聯網物聯網以互聯網為載體,將各種物理設備、傳感設備、軟件進行連接和通信,實現自動化、智能化的互聯互通。物聯網領域的應用場景則更加廣泛,涉及
17、到智能家居、智能城市、工業物聯網、智能駕駛、智能制造等多個方面。物聯網應用需要基礎設施支持大量設備的連接和數據傳輸,同時還要保證數據的實時性和準確性。因此,基礎設施需要具備高并發、低延時的特點,同時還要支持多種通信協議和設備類型。此外,物聯網應用還需要考慮到設備的能耗和成本問題,對基礎設施的能效和成本控制也提出了更高的要求。為實現物聯網智能互連的需求,對于邊算網基礎設施成熟度研究報告7緣接入場景,算網需要對邊緣云的部署位置、邊緣接入網絡的服務質量、邊緣云的互聯通道以及邊緣云到中心云上聯通道的網絡能力提供更高的保障。在智慧家居場景中,在保護數據隱私及安全性的前提下為用戶提供個性化、智能化服務成為
18、對算網基礎設施的關鍵需求。目前包括差分隱私、聯邦學習等新技術不斷演進,算網基礎設施將提供有效支撐。在智能制造場景中,數據不出園區、不出廠區是垂直行業客戶對算網基礎設施的關鍵能力要求。通過5G及F5G行業專網或網絡切片為行業客戶提供與公共通信網絡隔離的網絡連接,并利用智能化管控機制與端側、邊緣側及云側的算力資源高效協同,形成算網融合的基礎設施平臺,進一步保障提升智能制造業務應用的確定性和可靠性。在科學計算場景中,科學計算應用程序將物理模型、計算方法和算法轉變為數值模擬代碼,越來越依賴于實際應用和高性能計算的交叉融合。通過搭建統一的高性能計算平臺,滿足各科研用戶對超算的計算環境需求,保證不同科研用
19、戶的個性化使用。2.基礎設施能力模型為了滿足不同應用場景的需求,我們需要根據不同領域的特點和要求,構建和優化相應的算網基礎設施體系,具備資源即服務、平臺即服務、應用即服務和安全即服務的模式。算網基礎設施成熟度研究報告8圖 1 基礎設施能力模型(1)資源即服務資源即服務(Resource as a Service,簡稱RaaS)涵蓋計算、存儲和傳輸等多個方面,并通過計算、存儲和傳輸等多方面服務化,為多樣化的算網場景提供更加靈活、高效和安全的資源利用方式,推動算網業務的快速發展。計算資源即服務(Computing as a Service)為用戶提供按需獲取的計算能力。無論是處理大規模數據、運行復
20、雜算法還是構建高性能應用,用戶都可以根據實際需求快速獲取所需的計算資源,而無需擔心硬件采購、部署和維護的繁瑣過程,助力降低企業運營成本,提高計算資源利用率,推動業務快速發展。存儲資源即服務(Storage as a Service)為用戶提供彈性可擴展的存儲空間。隨著數據量的不斷增長,傳統的存儲方式已經無法滿足企業的需求。通過存儲資源即服務,用戶可以輕松獲取大量的存儲空間,并根據業務需求進行動態調整,解決存儲容量痛點,提供數據備份、恢復和容災等功能,確保數據的安全性和可靠性。傳輸資源即服務(Transmission as a Service)為數據的快速傳輸和共享提供了有力支持。在數字化時代,
21、數據的流動和共享是業務發展算網基礎設施成熟度研究報告9的關鍵。通過傳輸資源即服務,用戶可以獲取高效穩定的網絡連接和數據傳輸能力,實現跨地域、跨平臺的數據共享和協作,有助于提高企業協同效率和創新能力。(2)平臺即服務平臺即服務(Platform as a Service,簡稱PaaS)為開發者提供構建、部署和管理應用程序所需的全部基礎設施和工具,大大降低應用開發門檻,并通過可視化、個性化的開發體驗,加速算網應用創新,創造更多商業價值。從數據的可視化分析到應用的實時監控,再到資源的動態調配,平臺即服務將復雜的底層技術抽象化,為開發者提供了一個直觀、易用的操作界面。不僅降低了技術門檻,賦能更多開發者
22、參與生態應用搭建,提高了開發效率,縮短應用上線時間?;谔峁┴S富API接口和定制化功能,開發者可根據用戶需求和市場變化快速創新,同時通過數據分析和挖掘,深入了解用戶行為和需求,提供更加精準、個性化的服務,提升客戶滿意度。(3)應用即服務應用即服務(Application as a Service,簡稱AaaS),通過構建統一的云端應用商店以訂閱和訪問等服務形式提供給用戶,在不需要對應用進行改造的前提下實現應用快速上云。與應用軟件即服務(Softwareas a Service,簡稱SaaS)相比,AaaS面向具有快速部署和管理應用需求的企業和個人用戶,強調對應用的云端部署、管理和交付。SaaS
23、面向企業、個人、各類組織等更廣泛的群體,以Web方式為用戶提供各種軟件應用程序和服務,強調軟件的即付即用和托管式自動更新和補丁管理。算網基礎設施成熟度研究報告10應用即服務通過虛擬化技術,將運行在客戶端的本地應用程序、數據等計算資源在云端或數據中心進行聚合和統一的標準化管理,支持用戶在不同地點或使用不同終端都能在應用商店進行訂閱和訪問。面向多種類應用存在的操作系統、瀏覽器等兼容問題,應用即服務通過按照操作系統、應用程序、數據對應用進行獨立封裝,保證應用的多樣性和版本的兼容性。(4)安全即服務安全即服務(Security as a Service,簡稱SECaaS)是保障數字化轉型順利進行的關鍵
24、。在數字化時代,網絡安全問題日益突出,企業面臨著來自各方面的安全威脅。通過安全即服務,用戶可以獲取專業的安全防護能力,幫助企業及時發現和應對安全威脅,保護企業的核心業務和數據資產。安全即服務將安全能力向云端服務轉變,為企業提供靈活、可擴展的多種安全服務,包括防火墻、入侵檢測、防病毒、數據加密等。企業可以結合自身業務需求和規模,在平臺進行按需申請、即時開通,靈活調整服務的配置和性能,選擇最適合自己的安全服務。面向日益復雜的安全攻擊,安全提供商采用持續監控、威脅情報共享等手段,幫助企業快速響應和處理不斷變化的安全威脅,將傳統被動防御的安全機制向主動防御和持續優化的方向改變,確保企業在安全威脅面前具
25、備高度的警覺性和應對能力。隨著大數據、云計算、人工智能等前沿技術的不斷發展,安全服務將向智能化、自動化加快演變,為企業提供持續有效性和適應性的安全策略。(二)算網基礎設施架構逐漸清晰算網基礎設施成熟度研究報告11圖 2 算網基礎設施分層架構由底至上,依次劃分為資源層,平臺層,應用層,運維管理層,同時增加安全層作為垂直系統支撐。能力要求架構在每個層級根據場景需求,列舉關鍵能力要求,具體分析如下:(1)資源層資源層是基礎設施的最基礎部分,包括算力基礎資源和網絡基礎資源等,用于向上層提供資源支撐,在滿足算網任務資源需求的同時,確保算網服務正常執行。資源層首先按照算力基礎資源和網絡基礎資源劃分。算力基
26、礎資源從算力構成、算力分配、算力分布三個維度進行劃分,分別提出了以下能力要求:異構計算:通過分配任務或進行任務拆解,合理使用不同類型算力。異構包括軟件異構和硬件異構,軟件包括操作系統,虛擬化技術等,如 linux 系統,國產系統,虛擬機,容器,WASM 等,硬件包括硬件架構,芯片類型等,如 X86,ARM,RISC-V,CPU,GPU,NPU 等。算網基礎設施成熟度研究報告12 分布式計算:分布式計算從分配角度,將算力需求進行拆解并選擇合適的算力節點進行承載,并進行計算結果的整合。算力泛在:算力應覆蓋云、邊、端,未來空天地一體背景下,還應覆蓋太空算力,根據需求選擇適合位置算力承載任務。網絡基礎
27、資源從接入,傳輸,保障三個維度進行劃分,分別提出了以下能力要求:泛在接入:網絡接入應該覆蓋包括無線,固網所有類型,確保任意方式接入網絡均可使用服務,如5G,衛星互聯網,寬帶等。高速傳輸:一方面要構建高品質網絡底座,如全光網絡,400G/800G傳輸,提供基礎保障,另一方面,結合 RMDA,SRv6,傳輸聚合等網絡技術,進一步提升傳輸效率。確定性網絡:通過TSN、靈活以太網等技術,實現確定性網絡,提供嚴格的服務質量保障。(2)平臺層平臺層介于應用層與資源層之間,向上支撐算網應用構建,向下進行算網資源的納管和感知,利用編排能力轉化應用需求為資源需求,基于調度能力為應用分配合理算網資源。平臺層作為整
28、個系統編排調度的核心,支撐和提高基礎算網融合業務為目標,需提供以下能力:融合編排:應具備基于網絡和算力需求,進行融合編排能力??缬蛘{度:應通過跨域的資源調度能力,選擇適合算力節點和網絡傳輸資源。資源納管:應具備同時納管不同節點算力和網絡資源能力。能力開放:應具備將算力和網絡資源通過能力開放的方式,提供上層應用調用的能力。算網基礎設施成熟度研究報告13 動態感知:一方面應實時感知算力和網絡資源狀態,另一方面應實時感知任務執行狀態。智能輔助:通過融入人工智能技術,在資源納管、編排調度,動態感知,能力開放等多方面提升執行效率,用戶體驗。(3)應用層應用層基于平臺能力進行開發或封裝,面向最終用戶,提供
29、融合服務能力。應用層以算網融合應用為基礎,降低用戶負擔為目的,應具備以下能力:融合應用:應提供算網融合的應用服務,減少算網割裂導致為用戶帶來的不便。任務式服務:基于用戶希望的結果,自動進行任務編排調度,避免過程復雜性帶來的用戶心智負擔。行業應用:通過對行業需求的深入理解,提供面向行業的垂直應用。(4)運維管理層運維管理層面向整個算網系統,提供包括監控、故障處理、數據備份、信息安全、系統升級等服務,確保整個系統穩定運行,并且在出現問題時能夠及時響應處理。運維管理層以解決算網業務運維復雜性問題為目標,列舉關鍵能力要求:統一運維:應具備算與網同時運維能力,可同時對算與網進行維護管理。資源可視:應具備
30、資源可視能力,直觀查看算與網的資源狀態。綠色節能:應基于綠色節能原則,進行算力與網絡資源的精確控制,避免資源浪費。智能運維:應通過融入人工智能技術,降低算網運維復雜性。算網基礎設施成熟度研究報告14(5)安全層安全層針對算網基礎設施的各個層面提供安全能力,確保端到端安全。安全層對垂直架構中的每個層級都需要提供安全支撐能力,應具備以下安全能力:資源安全:為保障基礎資源及系統不被入侵,竊取,破壞為目標,應提供如隱私計算,零信任網絡等安全能力。平臺安全:為確保應用請求安全,調度編排下發安全,管理安全等為目標,應提供如用戶身份驗證,資源請求安全性識別,算網任務安全性評估等能力。應用安全:為確保用戶數據
31、,隱私安全為目標,應提供如數據加密,最小化權限控制等安全能力。管理安全:為確保運維管理系統不被破壞,入侵,纂改為目標,應提供如安全備份恢復,日志審計,系統防護能力,確保運維。數字經濟時代,算網基礎設施面向各行各業數字化轉型差異化、智能化需求,通過構建算與網深度融合的新型架構,實現算力節點和網絡節點的統一納管,能夠動態實時感知資源狀態,進而統籌分配和調度計算任務,傳輸數據,最終構建開放、高資源利用率、高能效的新型數字基礎設施,全面賦能產業智能化改造和行業數字化轉型。三、算網基礎設施成熟度評價體系(一)分級分類算網基礎設施的演進將經歷三個階段,從初級算網基礎設施逐漸演變為算網協同基礎設施,最終發展
32、為算網融合基礎設施:算網基礎設施成熟度研究報告15(1)初級算網基礎設施階段,此階段的算網基礎設施資源相對分散,尚未形成統一的資源池,主要聚焦算力和網絡基礎設施的部署方面,對于算力基礎設施,主要是對通用算力、智能算力、超級算力等入網算力進行分類統計;對于網絡基礎設施,主要是針對現有四大互聯網骨干網,運營商公共骨干網/城域網/光接入網、4/5G無線接入網、各類局域網在內的各種網絡基礎設施,評價當前互聯網數據業務、語音業務等的綜合服務能力。(2)中期算網協同基礎設施階段,聚焦算網基礎設施協同感知能力,對算力資源、網絡資源及多樣化業務場景進行精準感知和協同調度。通過靈活調度機制,將業務按需分配至最優
33、節點,確保算網資源實現一體化編排、集中運維及持續優化,以最大化資源利用效率。(3)遠期算網融合基礎設施階段,這一階段算力已經無處不在。為實現云、邊緣計算及終端算力間高效的協同工作,需要構建統一的智能中樞,促進計算能力與網絡能力深度融合。1初級算網基礎設施階段初級算網基礎設施階段主要從算力和網絡的規模、種類、完備性等基礎設施部署程度進行分級評估。根據中國信息通信研究院的測算,2016年2022年期間,中國算力規模平均每年增長46%,數字經濟增長14.2%,GDP增長8.4%。從設備供給側看,我國算力總規模達到202EFlops,保持50%以上的增速,其中智能算力規模已經達到104EFlops,增
34、速達到85%,成為推動我國算力快速增長的關鍵驅動力。算網基礎設施成熟度研究報告16以2022年為初級算網基礎設施元年推算,按照2022年國內50.2萬億人民幣的數字經濟總量規模,當總體算力達到200EFlops量級時,算力和網絡呈現協同發展的強烈需求和技術演進的整體態勢。算力從種類和完備性角度主要包括以下幾種類型:(1)通用算力:由搭載CPU 芯片的通用服務器所提供的算力,主要用于基礎通用計算,如:服務器、基礎存儲、移動計算、移動服務、基礎物聯網等。一般來說,通用云計算、邊緣計算等均屬于通用算力。(2)智能算力:是由 GPU、FPGA、ASIC 等非通用計算架構芯片打造的加速計算平臺所提供的算
35、力,主要用于和人工智能相關的大數據、訓練、推演等計算,如智能語音、AI圖像、AI視頻、NLP屬于智能算力。(3)超算算力:由超級計算機等高性能計算集群輸出的計算能力為主,主要用于尖端科學領域、國防軍工等領域的計算,天文探測、氣象環保、電磁仿真、藥物分子設計、基因分析等屬于超級算力。對于算網基礎設施建設階段,在滿足整體算力體量的前提下,無需對各子類算力進行單獨規模指標要求。隨著初級算網基礎設施階段發展和成熟度的不斷提升,高等級算力占比會呈現逐年提升的態勢。網絡從網絡普及性能角度主要對以下幾類展開評估:(1)省際骨干出口帶寬:指基礎電信企業的各省骨干網出口帶寬總量。(2)時延確定性網絡:指在基于以
36、太網為多業務提供端到端確定性服務質量保障,主要指標考慮時延、抖動、丟包率等。(3)高可靠性網絡:指網絡在大部分時間保持服務狀態,極少出現中斷或服務降級情況,該指標主要用來衡量網絡的可用性水平。2算網協同基礎設施階段算網基礎設施成熟度研究報告17算網協同基礎設施階段,這一階段的核心是“協同”,包括計算、通信、應用多個層面的協同。該階段主要體現為物理層面數據中心與網絡基礎設施的協同規劃與建設,以及打破多元算力協同壁壘,實現算力與網絡在布局、運維、應用等維度上的統一協同。這個階段依托算力感知、算力調度、IPv6+等新興技術,持續優化算力和網絡資源,實現算網資源的靈活互調與統一供給。我國算網協同目標高
37、度匹配“十四五”算力基礎設施高質量發展行動計劃中算力和網絡相關關鍵指標體系的中期規劃目標:(1)計算力:算力規模超過300 EFLOPS,智能算力占比達到35%,東西部算力平衡協調發展。(2)運載力:國家樞紐節點數據中心集群間基本實現不高于理論時延1.5倍的直連網絡傳輸,重點應用場所光傳送網(OTN)覆蓋率達到80%,骨干網、城域網全面支持IPv6,SRv6等創新技術使用占比達到40%。(3)存儲力:存儲總量超過1800EB,先進存儲容量占比達到30%以上,重點行業核心數據、重要數據災備覆蓋率達到100%。(4)應用賦能:打造一批算力新業務、新模式、新業態,工業、金融等領域算力滲透率顯著提升,
38、醫療、交通等領域應用實現規?;瘡椭仆茝V,能源、教育等領域應用范圍進一步擴大。每個重點領域打造30個以上應用標桿。除了算力、網絡和應用等分類領域技術指標外,協同級分級指標也應該在本階段重點體現:算+網的高度協同能力。算網協同的調度能力,可以從輕算重網、算網平衡、重算輕網三大類應用場景來進行評估:算網基礎設施成熟度研究報告18(1)輕算重網場景:指對于算力需求相對較小,而網絡傳輸需求相對較大的應用場景。典型的移動和固定ToC業務大部分都屬于輕算重網場景,包括短信、語音、視頻、HTTP網頁、云存儲、游戲、廣播、組播等,這一類業務幾乎全部承載在對算力要求相對較低的通用服務器或云核心網等物理設備中,屬于
39、核心算力業務,對算力本身的需求較低,可以不納入考慮。這類業務的調度能力主要體現在接入網、承載網、核心網、骨干網、數據網的承載能力和QoS保障能力,主要指標包括保障帶寬、時延等級、時延抖動、丟包率等。(2)算網平衡場景:大部分邊緣/分布式算力都屬于算網平衡調度場景,該類場景以ToB應用為主,比如低時延園區/局域網、邊緣大數據服務器、AR/VR服務器、車聯網V2X、5G物聯網等。這類業務對算力和網絡均有特定要求,往往會通過專用邊緣服務器+專用ToB網絡/網絡切片的端到端方案進行業務綜合保障。該類方案的核心訴求是“算力靠近用戶、終端”、“網絡按需部署、隨業而動”,對應的指標主要是端到端時延、上行大帶
40、寬、確定性網絡、數據安全等。(3)重算輕網場景:主要是指以AI、量子安全、神經網絡、生物技術、超算科研等為主的計算類業務場景,該類場景對算力要求極高,而目標用戶對網絡要求一般來說相對較低,屬于東數西算的主要應用場景。由于計算量極大,對于智算網元、超算網元的需求更為強烈,該類場景對于算力考慮的成熟度指標包括:智算/超算的總體算力占比、單位算力能耗、分布計算能力、集群計算能力、骨干網省際出口帶寬等。3遠期算網融合基礎設施階段算網基礎設施成熟度研究報告19遠期算網融合基礎設施階段,針對協同推理、區塊共識等分布式計算應用場景,依托對算力資源和網絡資源的全面感知,強化算力任務與數據傳輸的協同調度機制,促
41、進算力與網絡的深度融合,支撐未來網絡生態中不斷涌現的新模式與新服務。作為算網基礎設施演進的關鍵一環,此階段以“融合”為核心驅動力,并依托統一的智能中樞,實現算力與網絡資源的一體化運營、統一編排和調度與統一的服務供給。在算力側,算力調度系統有效管理集群內的算力任務與容器化資源,通過綜合考慮CPU、內存及網絡帶寬利用率等關鍵指標,利用不斷優化的調度算法,提升集群整體資源利用效率。然而,當前網絡資源信息的精細化程度尚顯不足,缺乏精確的帶寬、時延等關鍵參數,導致算力服務路徑的可能不是最優化選擇,類似的問題也在DNS域名解析過程中影響終端請求的響應效率。因此,未來需進一步細化網絡資源信息的采集與管理,以
42、優化算力服務的路徑規劃與用戶體驗。在網絡側,針對AI分布式訓練和HPC高性能計算場景,采用RDMA方案有效解決集群網絡互聯課題。針對數據中心間虛機遷移需求,采用VxLAN+EVPN作為Overlay的方案,結合SRv6等更具有潛力的網絡技術,支撐算力和網絡更好融合。算網融合最重要的功能架構是智能中樞,目前中國三大運營商均已開始搭建智能中樞的架構體系,但部署方式和推進策略各有不同:中國移動計劃分階段逐步推進包括算網感知、智能管理、協同編排、能力開放等能力的算網大腦建設,推動實現“算隨業選、網隨算動”的算網能力。中國電信聚焦算力感知與評估、資源標識、資源整合、算力交易四大技術要點,加快推進智能中樞
43、功能建設。算網基礎設施成熟度研究報告20 中國聯通加速建設超算化云網引擎,支撐以高速泛在、云網融合、算網一體、安全可信、智慧敏捷為特色的場景化、智能化 中樞神經建設。智能中樞作為算網協同功能的關鍵組成,正逐步成為電信行業三大巨頭競相角逐的戰略高地。在強化感知、編排、調度、優化等核心能力的同時,智能中樞正向全面一體化、高度自動化及智能化方向加速演進,其產業演進或將顯現兩大顯著趨勢:一是業務場景的深度融合。未來智能中樞將緊密貼合實際業務需求,從理論框架的構建逐步過渡到解決實際問題的“量身定制”。二是體現在全產業鏈的深度融合與共創價值上。為在算網生態中占據主導地位,運營商需通過開放合作策略,運營商將
44、利用自身優勢賦能合作伙伴,促進產業鏈上下游的緊密協作,從單一的價值創造者轉變為價值共創的推動者,與產業各界共同構建繁榮的生態系統。(二)指標體系根據三級分類內容的各項要求,指標定義及含義分解如下,表格數據依據產業調研和分析得出,僅供參考:分類指標名稱單位基礎建設階段算網協同階段算網融合階段備注說明算力基礎指標算力總量EFlops100300500通用算力占比%50%45%40%智能算力占比%50%54%58%超級算力占比%0%1%2%存儲總量EB50010001500算力種類#-2050算網基礎設施成熟度研究報告21算力利用率%-40%60%單位算力耗電度/Pflops2500-網絡基礎指標省
45、際骨干出口帶寬Tbps204060時延確定性網絡ms20105兩層含義:1.低時延確定性,即有時延上限;2.時延抖動確定性,即抖動上下限;高可靠性網絡%99.9%99.99%99.999%URLLC 網絡中對于UR 的五個 9 定義整體丟包率#1.E-031.E-051.E-06算網協同業務指標(輕算重網)5G VoNR 語音占比%10%30%60%高清以上視頻(720p)占比%20%70%95%云游戲市場占比%1%7%20%AR/VR 業務占比%-成熟行業應用用戶級APP公有云存儲市場規模¥30 億40 億60 億算網協同業務指標(算網均衡)邊緣計算市場占有率%1%10%30%邊緣算網協同成
46、熟度指標5G 行業專網市場占有率%10%30%50%5G 行業專網占有率%1%10%20%企業/私有云市場占有率%15%30%40%專網+私有云的行業應用成熟度下沉式核心網設備份額%10%30%50%算網基礎設施成熟度研究報告225G 上行大帶寬Mbps101001000高清監控、車聯網、機器視覺%算網協同業務指標(輕網重算)智能 AI 需求成熟度(智算比例)%30%49%58%前期可以參考智能算力市場占比,后期可以根據企業級 AI 大模型的增長率推算超級計算需求成熟度(超算比例)%0%1%2%同上AI 訓練計算量占比%70%40%30%AI 推理計算量占比%30%60%70%算網技術融合指標
47、IPv6 用戶滲透率%25%40%70%移動 IPv6 總流量占比%30%70%90%SRv6 應用成熟度廣域VPN/網絡切片數據中心vSwitch衛星互聯網/車聯網5G 終端的算力需求成熟度云存儲/在線視頻云游戲/AR/VRAI 級應用通感一體化的感知算力占比%0%0%5%GPU 芯片關鍵技術智能中樞指標體系網絡編排能力(定性)-SRv6 流量工程/TE 選路算力調度種類#-1020算網基礎設施成熟度研究報告23網絡切片管理能力-L1 級公眾安全切片L3 級行業獨占切片L4 級定制 SLA行業切片智能中樞基礎設施成熟度-數據中心集中調度分布式算網調度編排表 1 算網基礎設施成熟度指標體系(三
48、)成熟度評估模型圖 3 算網基礎設施成熟度模型(1)基礎算力建設階段:指標體系中最重要的是算力和網絡的基礎設施總體規模,以及各自應用領域的基礎能力,對于網絡來說,一般僅考慮重網輕算的典型通信業務;對于算力來說,主要考慮計算、存儲和硬件發展水平。(2)算力協同發展階段:指標體系開始向算網均衡的企業級算力、邊緣計算、5G ToB專網等領域傾斜。初步考慮重算輕網的相關人工智能類業務的成熟度。最后也應該要兼顧算力基礎設施的進一步發展水平。算網基礎設施成熟度研究報告24(3)算力融合高級階段:指標體系應該全面向融合關鍵技術和算網基礎設施調度/編排等智能中樞功能傾斜,降低甚至無需考慮通信領域應用權重?;趯ξ覈憔W基礎設施發展的分析,并綜合中國移動、中國聯通和中國電信等相關機構和企業對算網基礎設施發展及相關指標體系的研究,結合算網基礎設施總體技術架構和算網基礎設施各個階段的技術特點、發展問題、未來趨勢等內容,從算力、網絡、調度控制、融合服務、低碳節能和安全可控六個維度選取關鍵技術特征建立我國算網基礎設施發展評估體系,全面客觀地評價我國算網基礎設施發展的狀況。算網融合產業及標準推進委員會(TC621)地址:北京市西城區宣武門西大街 28 號大成廣場郵編:100053網址: