算力网络白皮书

中国移动China Mobile算力网络白皮书COMPUTINGFORCENETWORKWHITEPAPER中国移动通信集团有限公司2021.11 前言为信息通信领域的领先运营商，中国移动充分发挥中央企业“网络强国、数字中国、智慧社会”主力军的作用，持续推动我国数字经济的健康发展。在创世界一流信息服务科技创新公司的过程中，中国移动深刻认识到算力和网络融合共生、一体服务对全社会数智化转型的重大意义，积极展开研究实践，提出“算力网络”的全新理念。发展“算力网络”既是国家、社会、产业发展的战略要求，也是运营商转型发展的重要机遇。面向国家十四五规划的落实，同步考虑未来十五五规划，制定了中国移动算力网络的总体发展策略。本白皮书是中国移动对算力网络（(ComputingForceNetwork，CFN)的产生背景、核心理念、应用场景、发展路径以及技术创新的系统阐释，希望联合产业各方从产业推进、技术攻关、服务创新与生态构建等多方面共同推动算力网络的发展，并最终实现“网络无所不达、算力无所不在、智能无所不及”的愿景。本白皮书的版权归中国移动所有，未经授权，任何单位或个人不得复制或拷贝本白皮书之部分或全部内容。 算力网络目录1.发展趋势011.1政策形势1.2产业趋势1.3技术趋势2.核心理念052.1发展愿景2.2发展目标2.3体系架构2.4发展定位3.场景展望103.1赋能生活，提供用户极致生活新体验3.2赋能行业，打造行业数智能力新基石3.3赋能社会，开创社会算力交易新业态4.发展路径144.1阶段一：泛在协同4.2阶段二：融合统一4.3阶段三：一体内生5.技术创新185.1技术图谱 算力网络目录5.2算力基础设施关键技术5.2.1构建灵活敏捷的算力底座5.2.2打造更加泛在的算力分布5.3网络基础设施关键技术5.3.1构建光电联动的全光网络底座5.3.2打造云边端全连接的智能IP网络5.4算网一体关键技术5.5编排管理关键技术5.6运营服务关键技术5.7绿色与安全关键技术5.3.1低碳节能构筑绿色算网5.3.2安全可信护航算网服务6.产业发展倡议286.1问题与挑战6.2发展倡议缩略语列表30参考文献31 1发展趋势1.发展趋势1.1政策形势近年来，数字经济的新引擎作用愈示，2020年，我国数字经济规模为5.4万加凸显。习近平总书记近期在我亿美元，位居世界第二，同比增长9.6%。国数字经济健康发展的集体学习为推动数字经济发展，我国陆续出台了中强调，数字经济发展速度之快、辐射范多项政策，正加快构建以算力和网络为核围之广、影响程度之深前所未有，正在成心的新型基础设施体系。2021年5月，国家为重组全球要素资源、重塑全球经济结发改委等四部委联合出台《全国一体化大构、改变全球竞争格局的关键力量。要加数据中心协同创新体系算力枢纽实施方决新型基础设施建设，加强战路布局，加案》，明确提出布局全国算力网络国家枢纽快建设高速泛在、天地一体、云网融合、智节点，打通网络传输通道，提升跨区域算力能敏捷、绿色低碳、安全可控的智能化综调度水平，加快实施“东数西算”工程，构合性数字信息基础设施，打通经济社会发建国家算力网络体系。7月，工信部印发《新展的信息“大动脉”。我国数字经济呈现型数据中心发展三年行动计划（2021-2023爆发式增长趋势，据中国信通院数据显年）》，明确用3年时间形成布局合理、技术1 1发展趋势先进、绿色低碳、算力规模与数字经济增建计划”，其中投入500亿美元资金用于新长相适应的新型数据中心发展格局。国务型芯片研发，1000亿美元用于铺设覆盖美院也曾于2017年7月，发布《新一代人国全境的高速宽带网络。欧盟于2021年3月工智能发展规划》，将人工智能上升为国发布“2030数字指南针”计划，拟到2030家战略，提出了面向2030年我国新一代年累计部署1万个边缘计算节点，为75%的人工智能发展的战略思想、战略目标、重欧盟企业提供云计算、大数据和人工智能点任务和保障措施。服务，让所有欧盟家庭实现千兆连接。此各国也在加大对数字经济的战略布局外，日本和澳大利亚等国的人工智能应用和对新型数字化基础设施的规划建设。美和云计算发展迅猛，南非、巴西、俄罗斯作国于2020年11月发布《引领未来先进计为新起步者也纷纷加大算力建设投入。算算生态系统战略计划》，计划构建覆盖政力和网络融合发展的新型基础设施已成为产学研的国家级算力体系，巩固本国算力多国的重点关注方向。优势。2021年4月提出2万亿美元“新基 1发展趋势1.2产业趋势数字经济时代，新技术、新业态、新年算力需求将增长约2000倍；VR游戏的算场景和新模式不断涌现，新经济形态成为力需求将增长约300倍，端到端的时延至少经济发展的新动能。随着新一轮科技革命需小于20毫秒。和产业变革的深入发展，一个以算力为核随着摩尔定律趋近于极限，面对不断心生产力的时代加速到来。算力已成为全倍增的算力和网络需求，通过网络集群优社会数智化转型的基石，将直接影响数字势突破单点算力的性能极限，提升算力的经济的发展速度，直接决定社会智能的发整体规模，成为了产业界共同关注的热点。展高度。网络作为连接用户、数据、算力当前产学研正在积极探索，共同推动算力的主动脉，与算力的融合共生不断深入。网络布局。行业层面，依托联盟形成“区域由新兴技术、应用、场景带来的数据量协同，政企合作，产研融合”的算力产业创持续增长，各行各业对算力和网络提出了新体系。企业层面，以运营商为代表，在标更为追切的需求。在算力需求方面，2020准制定和试验验证方面取得一定进展。三年我国算力总规模已达到135EFLOPS，同大运营商均积极投入算力网络标准化工比增长55%，超过全球增速约16个百分作。中国移动在ITU-T牵头算力感知网络的点。在网络需求方面，业务升级对网络提出国际标准，推动算力感知网络成为ITU下了更高速率、更低时延、更广覆盖的需研究期重要方向，向业界发布首个算力感求。以无人驾驶场景为例，从2018年到知网络自皮书，在IMT-2030推动算力网络2030年，无人驾驶对算力的需求将增加作为6G网络发展基础之一；同时，中国移动390倍，未来L4和L5级别对网络带宽的需推动成立了多样性算力产业及标准推进委求将大于100MbpS，时延要求达到5-10毫员会，共促算力产业生态繁荣，多次在国内秒的水平；数字货币场景下，2030年较2018外展示算力网络创新技术和原型系统。 1发展趋势1.3技术趋势（3）要素融合互促算力将成为多技术融合、多领域协同互联网、大数据、云计算、人工智的重要载体。算力内核的极致化和专用化能、区块链等技术创新，加速了数学经济的(如GPU/DPU)推动了人工智能、大数发展。数字经济的发展将推动海量数据产据、区块链等技术的性能不断提升。行业数生，数据处理需要云边端协同的强大算力字化转型也需要综合应用组合技术创和广泛覆盖的网络连接。多样性算力、算网新。如区块链解决了多方数据可信的问融合等成为重要趋势，具体体现在以下几个题，大数据为人工智能提供了海量的训练方面：集，人工智能提升了区块链的效率等。人工智能、大数据、区块链等技术的融合和跨(1)算力多样泛在领域协同，进一步提升算力服务的智能化算力呈现出内核多样化、分布泛在化水平、可信交易能力，推动算力服务向纵深的趋势。除了通用计算外，高性能计算、智发展。能计算的出现，算力内核不断向GPU、FPGA和NPU等异构化方向发展。近(4)算网一体服务年来，随着物联网、边缘计算的繁荣发算力与网络的深度融合，推动算网服展，海量终端接入网络，算力逐渐向边缘侧务向极简一体化方向转变。算网服务从过和端侧延伸，边缘算力逐渐丰富。算力整体去云+网服务的简单组合，转变为算网深度上呈现云边端三级架构，具备云算力超集融合、灵活组合的一体化服务。云原中、边端算力超分布的特征。生、SDN、SD-WAN、Serverless（无服务器计算）、FaaS等技术不断成熟和在网计(2）算网深度结合算、意图感知等技术的探索，让服务开始从网络的发展让算力更易泛在扩展，让资源型向任务型发展，跨层次、多形态的极数据更易流动，用户更便捷使用。算力要简一体化能力将更加丰富。发挥极致性能呼唤网络技术变革创新。通过网络连接泛在算力，可突破单点算力的性能极限，发挥算力的集群优势，提升算力的规模效能，通过对算网资源的全局智能调度和优化，可有效促进算力的“流动”，满足业务对算力随需使用的需求。同时，伴随着行业应用对网络在端到端质量方面的极致要求，网络需从尽力而为向端到端确定性保障演进，网络协议也需创新发展。 2核心理念2.核心理念提供低时延、高可靠的算力连接，让用户享受更优质的算网服务。ABCDNETS多要素深度融合：2.1发展愿景面向社会更广泛的业务需求，算力网络在提供算力和网络的基础上，需要融合国移动主动拥抱产业变革，深度丰富的技术要素为用户提供多要素融合的把握行业趋势，大力推动技术发一体化服务。结合当前技术发展趋势，算力展和服务创新，在实施“5G+AIC-网络融合了“ABCDNETS”八大核心要素，DE”计划促进社会数字化转型、布局多层其中云、边、端（Cloud/Edge/Terminal)次数据中心提供高品质移动云服务、推进作为信息社会的核心生产力，共同构成了多多样化算力构筑产业健康生态、探索算网层立体的泛在算力架构；网络(Network)融合新技术推动算网一体发展等实践的基作为连接用户、数据和算力的桥梁，通过与础上，提出了“算力网络”的新理念。算力的深度融合，共同构成算力网络的新算力网络是以算为中心、网为根基，型基础设施；大数据（Data）和人工智能网、云、数、智、安、边、端、链（ABCD-(AI）是影响社会数智化发展的关键，算力NETS）等深度融合、提供一体化服务的新网络需要通过融数注智，构建算网大脑，打型信息基础设施。算力网络的目标是实现造统一、敏捷、高效的算网资源供给体系；“算力泛在、算网共生、智能编排、一体服区块链(Blockchain）作为可信交易的核心务”，遂步推动算力成为与水电一样，可技术，是探索基于信息和价值交换的信息“一点接入、即取即用”的社会级服务，达数字服务的关键，是实现算力可信交易的成“网络无所不达、算力无所不在、智能无核心基石；安全（Security）是保障算力网所不及”的隐景。络可靠运行的基石，需要将“网络+安全”的一体化防护理念融入到算力网络体系中，形成内生安全防护机制。算为中心，网为根基：在行业数字化转型过程中，个人及行业一体化服务：对信息网络的主要需求已从以网络为核心通过算、网、数、智等多原子的灵活组的信息交换逐渐转变为以算力为核心的信合，实现算力服务从传统简单的云网组合息数据处理，算力将成为信息技术发展的服务，向多要素深度融合的一体化服务转核心之一。在发展过程中，网络作为连接用变。算力网络的服务模式逐渐从“资源式”产、数据与算力的桥染，需要与算力的深度可“任务式”转变，为用户提供智能、极简、融合，形成算网一体化新型基础设施。中国无感的算网服务。移动发展算力网络，将以算为中心，网为根基，充分发挥自身的网络优势，以网强算，水力发展离不开水网，电力发展离不基于广泛的网络分布和组网能力，为用户开电网，算力发展离不开“算力网络”。为5 2核心理念了让用户享受随时随地的算力服务，发展同层级算力资源；第二，逻辑空间的融通，算力网络需要重构网络，使其形成继水网、构建中国移动集中加边缘的数据中心布电网之后国家新型基础设施，打造“一点接局，为进一步满足业务低时延、数据不出场入、即取即用”的社会级服务。最终实现等需求，算力将呈现云边端的立体泛在分“网络无所不达、算力无所不在、智能无布；第三，异构空间的融通，由于应用对算所不及”。力专业化的需求越来越高，计算硬件出现了多样化异构形态，算力网络通过构建统一2.2发展自标的算网基础设施层，纳管X86、ARM、RISC-V等多样性芯片架构，对外提供CPU、为了实现算力网络的发展愿景，中国GPU、FPGA等多样性算力的统一供给。移动将以“算力泛在、算网共生、智能编排、一体服务”为最终发展目标持续推动算力网