“IPv6+”智能云網(wǎng)，構(gòu)建算力時(shí)代的聯(lián)接底座

導(dǎo)語：2022年4月2日，華為數(shù)據(jù)通信產(chǎn)品線研發(fā)總裁劉少偉接受央視《對(duì)話》欄目的采訪，暢談“東數(shù)西算”和算力時(shí)代，闡述華為如何基于“IPv6+”創(chuàng)新技術(shù)打造算力時(shí)代的聯(lián)接底座，并提出算力網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)期目標(biāo)是構(gòu)建 “全國(guó)一臺(tái)計(jì)算機(jī)”，算力將成為一項(xiàng)公共服務(wù)，用戶可以隨用隨取。

《對(duì)話》欄目：算力時(shí)代的中國(guó)機(jī)會(huì)

1.  實(shí)現(xiàn)算力需求和雙碳目標(biāo)平衡，“東數(shù)西算”恰逢其時(shí)

近日，國(guó)家發(fā)展改革委、中央網(wǎng)信辦、工業(yè)和信息化部、國(guó)家能源局聯(lián)合發(fā)布《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》，提出在京津冀、長(zhǎng)三角、粵港澳大灣區(qū)、成渝以及貴州、內(nèi)蒙古、甘肅、寧夏建設(shè)全國(guó)算力網(wǎng)絡(luò)國(guó)家樞紐節(jié)點(diǎn)，啟動(dòng)實(shí)施“東數(shù)西算”工程，構(gòu)建國(guó)家算力網(wǎng)絡(luò)體系。

“東數(shù)西算”是把東部地區(qū)的非實(shí)時(shí)算力需求以及大量生產(chǎn)生活數(shù)據(jù)輸送到西部地區(qū)的數(shù)據(jù)中心進(jìn)行存儲(chǔ)、計(jì)算并反饋。與“南水北調(diào)”、“西電東送”、“西氣東輸”等超級(jí)工程一樣，“東數(shù)西算”的根源在于國(guó)內(nèi)資源供給的不平衡，需要跨越地理維度解決資源分配問題，是實(shí)現(xiàn)未來爆炸式算力需求和雙碳目標(biāo)平衡的最優(yōu)解。

從算力需求來看，截止到2022年初，國(guó)內(nèi)已建成的數(shù)據(jù)中心為500萬標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架，整體算力達(dá)到130EFLOPS，國(guó)家整體算力以20%速度持續(xù)增長(zhǎng)。而且從數(shù)據(jù)增長(zhǎng)情況也能看到端倪，到2030年，80%的數(shù)據(jù)增長(zhǎng)都是非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的處理更多需要AI算力來支持，未來AI算力預(yù)計(jì)將有500倍的增長(zhǎng)。

在算力需求高速增長(zhǎng)的同時(shí)，我們也看到東、西部算力規(guī)模和發(fā)展并不均衡。根據(jù)中國(guó)信息通信研究院在《中國(guó)算力發(fā)展指數(shù)白皮書》中給出的數(shù)據(jù)：東部省市對(duì)算力的需求普遍較高，其中算力需求大戶互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)集中的北京、廣東、上海的算力規(guī)模位列前三；浙江、廣東、江蘇等東部省份算力增速超過60%；內(nèi)蒙古、貴州、甘肅等西部省份算力規(guī)模和增速偏低，數(shù)據(jù)中心上架率不足。

從數(shù)據(jù)分類角度來看，主要分為熱數(shù)據(jù)、溫?cái)?shù)據(jù)和冷數(shù)據(jù)三種類型。熱數(shù)據(jù)是處理時(shí)間要求高、需要立刻做決策并運(yùn)算的數(shù)據(jù)，例如自動(dòng)駕駛、遠(yuǎn)程醫(yī)療等，端到端傳輸時(shí)延需要小于10ms，熱數(shù)據(jù)只占總數(shù)據(jù)量的5%；溫?cái)?shù)據(jù)是訪問頻率介于熱數(shù)據(jù)和冷數(shù)據(jù)之間的數(shù)據(jù)，傳輸時(shí)延在10-30ms之間，占總數(shù)據(jù)量的15% 。冷數(shù)據(jù)一般指的是時(shí)效性需求不太高、對(duì)時(shí)延不敏感的數(shù)據(jù)，例如數(shù)據(jù)備份和離線訓(xùn)練等，傳輸時(shí)延在30ms以上，冷數(shù)據(jù)占比達(dá)到總數(shù)據(jù)量的80%； “東數(shù)西算” 將實(shí)時(shí)性要求不高的業(yè)務(wù)部署在西部節(jié)點(diǎn)，能夠促進(jìn)數(shù)據(jù)中心集約化、集群化發(fā)展。

從資源角度來看，東部數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速、算力的需求量大，但能源和土地資源有限。而充足的清潔能源保障、低成本電價(jià)、相對(duì)低廉的土地供應(yīng)成本以及涼爽的氣候，是西部地區(qū)的優(yōu)勢(shì)，也是發(fā)展數(shù)據(jù)中心、承接?xùn)|部算力需求的基礎(chǔ)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，西部地區(qū)可再生能源資源占全國(guó)資源總量的70%以上，而且由于環(huán)境優(yōu)勢(shì)使數(shù)據(jù)中心能效比PUE可以做到1.2，優(yōu)于東部平均值1.5。假設(shè)每1萬機(jī)架部署在西部綠色能源區(qū)域，就可節(jié)約3億千瓦時(shí)電力，減少20+萬噸碳排放，相當(dāng)于種下1300萬棵樹。

 實(shí)施“東數(shù)西算”工程，將推動(dòng)數(shù)據(jù)中心合理布局、優(yōu)化供需、綠色集約和互聯(lián)互通，有利于提升國(guó)家整體算力水平，實(shí)現(xiàn)整體資源的最優(yōu)化配比，降低算力使用成本，促進(jìn)算力普惠，同時(shí)有利于推動(dòng)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展，打開了西部開發(fā)新格局，“東數(shù)西算”建設(shè)正逢其時(shí)。

2.  算力是加速行業(yè)數(shù)字化及經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要引擎

算力作為數(shù)字經(jīng)濟(jì)的物理承載，正在像水和電一樣成為個(gè)人和企業(yè)社會(huì)活動(dòng)中不可或缺的基礎(chǔ)需求。近年來，各國(guó)紛紛制定行動(dòng)計(jì)劃，不斷運(yùn)用算力助推經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。從數(shù)據(jù)分析來看，全球各國(guó)算力水平與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)，根據(jù)《中國(guó)算力發(fā)展指數(shù)白皮書》，每1元的算力投入，可以帶動(dòng)3-4元的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出。

在實(shí)際的生產(chǎn)和生活中，算力發(fā)揮的作用已經(jīng)超出我們的想象。比如，傳統(tǒng)藥物研發(fā)面臨周期長(zhǎng)以及成功率低的問題，一款新藥研發(fā)周期通常為6到10年時(shí)間甚至更長(zhǎng)，且從規(guī)劃到最終上市成功率不足10%。算力在新藥研發(fā)規(guī)劃、新藥設(shè)計(jì)、藥物臨床試驗(yàn)等新藥研發(fā)環(huán)節(jié)中可以發(fā)揮重要作用，通過對(duì)包含有基因、蛋白、化合物分子結(jié)構(gòu)等信息的生物大數(shù)據(jù)以及海量的臨床大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，使得新藥研發(fā)上市周期顯著縮短，快速應(yīng)對(duì)診療需求或公共衛(wèi)生問題。再比如，清潔能源如光伏、風(fēng)電等，由于天氣情況的導(dǎo)致不可預(yù)測(cè)性，產(chǎn)生的電能并入電網(wǎng)難度大，出現(xiàn)部分棄風(fēng)、棄光等現(xiàn)象。隨著AI算力的發(fā)展，未來可以將氣象和能源結(jié)合，通過天氣、風(fēng)速等精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，構(gòu)建清潔能源發(fā)電數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)模型，通過跨界創(chuàng)新，更準(zhǔn)確的進(jìn)行控制和調(diào)度，提升清潔能源使用效率。 未來，算力將發(fā)揮更大的作用，更深層次改變我們的生產(chǎn)和生活方式。

3.  華為基于“IPv6+”創(chuàng)新技術(shù)打造算力時(shí)代聯(lián)接底座

在算力時(shí)代，算力是中心，網(wǎng)絡(luò)是根基。類似于“西電東送”的發(fā)電廠和電網(wǎng)，算力網(wǎng)絡(luò)由提供算力的數(shù)據(jù)中心和輸送算力的網(wǎng)絡(luò)組成，連接著用戶、數(shù)據(jù)和算力?！皷|數(shù)西算”是一個(gè)解決東西部算力規(guī)模和增速發(fā)展不均、提升跨區(qū)域算力調(diào)度水平的系統(tǒng)工程，其中網(wǎng)絡(luò)會(huì)貫穿算力的生產(chǎn)、傳輸和消費(fèi)的全流程，需要做到算力高效釋放、算力靈活調(diào)度、邊緣最優(yōu)服務(wù)，讓千行百業(yè)可以像用電一樣便捷使用算力。

· 算力高效釋放（數(shù)據(jù)中心內(nèi)）：數(shù)據(jù)中心是算力的發(fā)電站，必須保證算力的最大產(chǎn)出。由于單臺(tái)服務(wù)器算力有限，需要用網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接成千上萬的服務(wù)器組建大規(guī)模算力集群。聯(lián)接規(guī)模越大，聯(lián)接能力要求就越高。比如，海量服務(wù)器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)互訪時(shí)，很容易由于流量突發(fā)而產(chǎn)生丟包。以RoCE網(wǎng)絡(luò)為例，0.1%的丟包會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)吞吐率下降50%，造成算力資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。  

基于多年技術(shù)積累，華為創(chuàng)新地將智能無損算法引入數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，攻克了以太網(wǎng)丟包難題。在服務(wù)器規(guī)模不變的情況下，數(shù)據(jù)中心內(nèi)算力最高可提升93%。為了構(gòu)建超大規(guī)模算力集群，華為將直連拓?fù)浜妥赃m應(yīng)路由引入以太網(wǎng)領(lǐng)域，目前最高可支持27萬臺(tái)服務(wù)器的零丟包組網(wǎng)，組網(wǎng)規(guī)模達(dá)到業(yè)界平均水平的4倍，網(wǎng)絡(luò)跳數(shù)和時(shí)延可降低25%。未來，華為超融合數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)將引入網(wǎng)絡(luò)級(jí)負(fù)載分擔(dān)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)有效帶寬的倍增；同時(shí)通過與服務(wù)器網(wǎng)卡等端側(cè)配合的端網(wǎng)協(xié)同算法，實(shí)現(xiàn)單跳動(dòng)態(tài)時(shí)延從10-100μs縮短到1μs級(jí)，針對(duì)人工智能、高性能計(jì)算、高性能存儲(chǔ)等業(yè)務(wù)進(jìn)一步釋放算力。

· 算力靈活調(diào)度（數(shù)據(jù)中心間）：就像西電東送中的輸變電網(wǎng)絡(luò)一樣，算力網(wǎng)絡(luò)把算力從西部輸送到東部，算力網(wǎng)絡(luò)承載著海量企業(yè)成百上千的業(yè)務(wù)。如果把企業(yè)比作嗷嗷待哺的小鳥，那作為算力網(wǎng)絡(luò)的鳥媽媽，如何滿足每個(gè)小鳥的需求，又能公平高效的給小鳥喂食是個(gè)很大的挑戰(zhàn)。一方面，針對(duì)每個(gè)企業(yè)對(duì)算力的需求不同，我們通過智能云圖算法和基于IPv6+的新技術(shù)，按照業(yè)務(wù)實(shí)際情況為其提供一條最佳的算力網(wǎng)絡(luò)路徑，從而實(shí)現(xiàn)供需側(cè)的最優(yōu)資源配置。同時(shí)，我們通過切片技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)按業(yè)務(wù)類型劃分成不同車道，相互隔離，保證算力能夠高效、及時(shí)和準(zhǔn)確的送達(dá)。

· 邊緣最優(yōu)服務(wù)（邊緣算網(wǎng)）： 云游戲、自動(dòng)駕駛、VR/AR、物聯(lián)網(wǎng)及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)新型應(yīng)用對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、數(shù)據(jù)安全可控提出高要求，邊緣計(jì)算應(yīng)運(yùn)而生。Gartner認(rèn)為，到2025年，大約超過75%的數(shù)據(jù)將在邊緣側(cè)處理。邊緣算網(wǎng)將是算力網(wǎng)絡(luò)的重要場(chǎng)景，邊緣聯(lián)接設(shè)備數(shù)量劇增，聯(lián)接要安全可控的保障，算力要實(shí)時(shí)靈活的提供，都需要邊緣算力與網(wǎng)絡(luò)相互感知，實(shí)現(xiàn)“網(wǎng)絡(luò)+算力”在邊緣的聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度。解決這個(gè)挑戰(zhàn)的關(guān)鍵技術(shù)就是算力感知路由，華為積極探索算力感知路由創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用在邊緣算力資源池部署后，網(wǎng)絡(luò)從路由層實(shí)時(shí)感知和擴(kuò)散業(yè)務(wù)的算力負(fù)載，網(wǎng)絡(luò)接入節(jié)點(diǎn)根據(jù)應(yīng)用標(biāo)識(shí)對(duì)應(yīng)用進(jìn)行實(shí)時(shí)流量調(diào)度，從而提升整網(wǎng)算力、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等資源利用率，為用戶提供邊緣最優(yōu)算網(wǎng)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)算力普惠。

隨著網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算的融合，算力資源由“端”變“網(wǎng)”，未來在用戶的不同距離上會(huì)遍布許多不同規(guī)模的算力，通過網(wǎng)絡(luò)為用戶提供各類個(gè)性化的服務(wù)。如何保障用戶體驗(yàn)一致性？如何實(shí)現(xiàn)服務(wù)靈活動(dòng)態(tài)部署？這些挑戰(zhàn)只在“計(jì)算域” 內(nèi)是無法解決的，需要考慮“網(wǎng)絡(luò)域” 與“計(jì)算域”如何協(xié)同。為了攻克這些技術(shù)難題，包括算力感知網(wǎng)絡(luò)（CAN）、應(yīng)用感知網(wǎng)絡(luò)（APN）等新技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生 ，通過網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、算力等多維度資源的統(tǒng)一管理和協(xié)同調(diào)度，實(shí)現(xiàn)連接和算力在網(wǎng)絡(luò)的全局優(yōu)化，達(dá)成業(yè)務(wù)與資源的最優(yōu)配置。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也在國(guó)內(nèi)外多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組織獲得了廣泛的關(guān)注和實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，其工作組成立預(yù)討論會(huì)（BoF），吸引了業(yè)界200余位專家積極參與討論，華為與業(yè)界伙伴在IETF已經(jīng)合作發(fā)布了10余篇APN相關(guān)技術(shù)文稿。這些工作都為推進(jìn)相關(guān)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

算力作為數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代的新生產(chǎn)力，通過基礎(chǔ)設(shè)施化，從而廣泛服務(wù)于我國(guó)數(shù)字社會(huì)轉(zhuǎn)型中的方方面面。算力網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)期目標(biāo)就是構(gòu)建 “全國(guó)一臺(tái)計(jì)算機(jī)”，算力將成為一項(xiàng)公共服務(wù)，用戶可以隨用隨取。

在當(dāng)今數(shù)字化時(shí)代大潮中，機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存。華為將持續(xù)攜手客戶及合作伙伴，共同應(yīng)對(duì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型中的挑戰(zhàn)，持續(xù)聚焦聯(lián)接技術(shù)和計(jì)算技術(shù)融合的算力網(wǎng)絡(luò)，用領(lǐng)先的硬件、軟件和算法構(gòu)建數(shù)字世界的智能基礎(chǔ)設(shè)施。

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