算網融合和通信信息基礎設施

蔣林濤 中國信息通信研究院科技委主任

1 算網融合

算網融合是目前的熱門話題，大家都在談“算網融合”，“算網融合”觀點一致了嗎？“算網融合”有共識了嗎？從目前的情況來看都不是，“算網融合”融合沒有取得共識，大家談的“算網融合”往往不是同一件事。要推進“算網融合”的發(fā)展，必須首先要有共識。要做到這一點，首先要將各自的觀點發(fā)表出來，作廣泛和深度的研討，在廣泛研討的基礎之上才可形成共識。

共識首先要從定義出發(fā)來討論和研究。那么什么是“算網融合”呢？算網融合涉及的范圍很廣，但下述三方面是一定要研究的。

什么是“算”？從文字意義來說，“算”就是算力、計算能力，當然這是很窄義的定義，是一種對直接算力的定義。在這個定義下，首要的難題是，算力怎么度量？對直接算力度量是很難的，目前可以度量的算力只有CPU，對CPU算力的度量明確分為兩種：一種是運算能力，通常可以用MIPS(即每秒百萬次指令計算)來度量；另一種是交易能力，以一筆標準的交易為單位，通常可以用MTOPS(即每秒百萬次交易)來度量。GPU目前也可以度量，一般用MFLOPS(每秒百萬次浮點計算)來度量；另外還有一種度量方法，就是芯片中的CPU數和核數，這是對物理資源粗放的度量。除此以外還有嗎？沒有了，其他算力都很難度量。如TPU如何度量算力，DPU如何度量算力，XPU如何度量算力，ASIC如何來度量算力，專用的FPGA如何來度量算力，目前都沒有說法。算力度量是“算網融合”中基礎的基礎，度量偏偏又是“難題”，目前尚無解決辦法。另外，算力不能只考慮直接算力，還要考慮間接算力，間接算力如何度量也是問題。第二個難題是，算力如何標識，到目前為止算力標識是沒有共識的，算力標識是算力應用的必要條件，沒有標識，用戶如何能用上算力，目前的基本概念是：算力標識由兩部份組成，算力地址＋算力屬性，但沒有共識。第三個難題是算力要成為基礎設施，首先要解決算力池化和算力按需配置的問題，算力如何池化，算力如何分配和管理。由于第三個難題的基礎是前兩個問題，前兩個問題不解決，第三個問題是無法深入研究的。第四個難題是算力如何能夠按需、保質地到達用戶。提供方能夠供出的算力和使用方能夠使用到的算力是不同的，算力提供方是要經過網絡來向使用方提供的，網絡如果“不聽話”或“不給力”，算力也很難按需供出。這個問題是目前最大的問題，目前可以進行端到端傳輸的網絡只有IP網，偏偏IP網是“不聽話”“不可管控”的，如何將IP網作為基礎來支持算力遞送，是一個極大的難題。第五個難題是算力的提供形態(tài)，向用戶提供算力，算力到底是以直接算力的形態(tài)來提供，還是以間接算力來提供。以直接算力的形態(tài)來提供，碰到的難點是算力難以度量，用戶無法精準地提出算力需求，再有就是使用直接算力，對網絡提出極高的要求；以間接算力的形態(tài)來提供算力(對普通用戶)，可能是未來算力提供的主模態(tài)，即用戶使用平臺或軟件，平臺和軟件使用直接算力，這樣用戶是間接算力的使用方，如何提供統(tǒng)一的算力度量機制和統(tǒng)一的算力標識是極大的難題。窄義算力是指直接計算能力，但太窄義了，用戶是很難使用的。實際上用戶可以用的算力是廣義算力，廣義算力包括直接算力＋間接算力。從廣義上講，算力＝直接算力(窄義算力)＋間接算力，間接算力包括：算、數、智，平臺、軟件，這樣廣義算力就是信息技術(IT)資源的全部了。

什么是“網絡”？很顯然它不是指移動通信網，也不是指固定通信網，它是指作為基礎設施的通信網整體，是指連通算力供給方和算力使用方的連接。核心要求是連通能力，還必須包括提供能夠滿足用戶體驗的網絡性能。“算網融合”的網絡是端到端連接的數據網，它包含移動接入和固定接入，包含支持數據網網元間的點到點連接的傳送網，這里的網絡是通信技術(CT)整體的集合。目前用于算力融合的數據網是IP網，但是目前的IP網能力太弱了，除了提供“盡力而為”的傳輸能力外，一切能力依靠外掛。50年來的努力，外掛技術已經不少，但認真研究后，發(fā)現(xiàn)它們全部是局部技術，局部有效、全局無效。IP網的全局技術已經50年不變了，遠遠落后需要。數據網技術的變革是遲早的事。“算網融合”是兩個基礎設施的融合，一個是通信技術(CT)基礎設施，另一個是信息技術(IT)基礎設施。IP網在互聯(lián)網的發(fā)展中起到極為關鍵的作用，是互聯(lián)網已有的唯一基礎設施，即通信技術(CT)基礎設施。在算網融合中，目前通信技術(CT)基礎設施還是IP網，而信息技術(IT)也將成為基礎設施，目前IT還是以資源孤島形態(tài)存在，IT孤島資源要成為IT基礎設施，需要通信技術(CT)的支持，什么樣的通信網絡技術能夠支持目前是不確定的，IP網很難承擔此重任。

什么是“融合”？這是最沒有共識的部分。融合是什么，是“你中有我，我中有你”，兩個完全不同的實體融合在一起，物理上難以區(qū)分了，它是一個物理融合過程，并不產生第三實體，融合后，在實體層面難以區(qū)分了，在虛擬層面上仍是可分的?！叭诤稀笔俏锢磉^程，就像青銅，青銅是融合的產物，青銅是純銅(紅銅)中加入錫或鉛的合金(融合)，在青銅中銅還是銅、錫或鉛，只是它們的形態(tài)變了。化合就完全不一樣了，化合過程會使原來的實體沒有了，變成第三者(或第四者)新的實體。這一點認識很重要，“融合”是“你中有我，我中有你”“你還是你，我還是我”，質沒有變、形變了；“化合”則是你沒有了，我也沒有了，產生第三種(或更多)實體，如鹽酸和氫氧化鈉“化合”后產生氯化鈉和水。對于“融合”的看法，是否大家都認可它是一個物理過程，而不是一個化學過程，這一點是存疑的，但很重要，因為它決定了研究的技術路線。

NFV提出后，網絡中的網元已經不再全部是實體網元，網絡中的網元可以是實體網元也可以是虛擬網元。實體網元的硬件和軟件是一體的，是不可分離的；虛擬網元的硬件和軟件是分離的，虛擬網元的IT資源(計算、存儲、I/O等)是從云化數據中心中獲取，軟件是通過適當的渠道，加載到虛擬網元的IT資源上，只要虛擬網元的IT資源和實體網元中的硬件能力相同，它就可以成為與相應實體網元相同的虛擬網元，并可替代實體網元，在網絡中運行，起到實體網元相同的作用。在這種場合，實體網元在形態(tài)上從有形成為無形的了，通信技術(CT)和信息技術(IT)在物理系統(tǒng)層面融合了，但從虛擬的層面，兩者還是涇渭分明的，通信網還是獨立存在，通信網體系沒有變化，通信網能力也沒有變，并不因為虛擬網元的存在而改變。因此，“融合”在物理層面是“你中有我，我中有你”，兩個完全不同的實體融合在一起，物理上難以區(qū)分了；在虛擬層面，“你還是你，我還是我”，質沒有變、形態(tài)變了。這一點認識非常重要，涉及到研究的技術路線、采用的技術方案和相關的網元(或ICT信元)的引入。因為對這一點的認識是有深刻教訓的，CCSA TC1 在研究FDN(未來數據網)時，由于NFV技術的引入，對編排器、SDN控制器和網管的功能分配用了1年多時間的討論還是定不下來(實際上這個問題至今還沒有解決)，其關鍵還是對融合的定義的認識，如果認同融合是物理過程，這個問題就不難解決。編排器可以編排IT資源(特別是云化數據中心中的云資源，也可以編排云中的虛擬連接資源(云CT))，但沒有能力來編排廣域的通信技術(CT資源)，SDN控制器和網管的功能分配是混淆和不清晰的，結果是導致融合過程進展緩慢。實際上，目前的融合能力，連創(chuàng)建一個數據網物理創(chuàng)新平臺的能力都不具備。算網融合是很有挑戰(zhàn)性的，目前技術缺口還很大。但最主要還是認識問題，如果認可融合是物理過程，那么算和網的融合是物理層面的形態(tài)改變，虛擬(或邏輯)層面還是獨立的，那么算力體系的設計和網絡技術的設計是相對獨立的。算力體系和網絡體系獨立設計，并使其最優(yōu)化，再建立算力體系和網絡體系的聯(lián)系。

2 數字經濟和算網融合(通信信息技術(ICT)基礎設施)

互聯(lián)網技術的發(fā)展，極大地促進數字經濟的發(fā)展，已經成為數字經濟的基礎設施。支持互聯(lián)網的基礎設施是什么？這個問題很少有人討論，或者連想都沒有想過。這個問題實際上是很重要的，是要很好地進行研究和討論。互聯(lián)網發(fā)展的前期，它的基礎設施就是通信技術(CT)基礎設施，確切的說就是IP網，IP網是支持互聯(lián)網發(fā)展的核心，是其唯一的基礎設施。所以互聯(lián)網的發(fā)展是以IP網的覆蓋率來衡量的?！跋胍?，先修路”，同樣“要發(fā)展互聯(lián)網，先建設IP網”，早期的互聯(lián)網就是這樣發(fā)展起來的。傳統(tǒng)互聯(lián)網設計理念中的業(yè)務網和承載網(IP網)的徹底分離，互聯(lián)網業(yè)務全部是OTT形態(tài)的業(yè)務，只要有IP網，業(yè)務就“千姿百態(tài)”地發(fā)展起來，數字經濟隨著互聯(lián)網的發(fā)展迅速發(fā)展了。由于互聯(lián)網的業(yè)務發(fā)展太快了，特別是音視頻業(yè)務，音視頻業(yè)務對網絡的資源提出了很高的要求，IP網，特別是IP核心網和會聚網資源有限，難以承擔巨量的音視頻業(yè)務信息數據的傳送。內容分發(fā)網絡(CDN)就是在這種場景下發(fā)展起來(“應運而生”)了，內容分發(fā)網絡(CDN)是由多層級的存儲器(含計算和存儲能力)、在內容路由的基礎上發(fā)展起來的。目前內容分發(fā)網絡(CDN)已經成為互聯(lián)網中不可或缺的組成部分，它和IP網共同成為通信技術(CT)基礎設施。在內容分發(fā)網絡(CDN)中多層級的存儲器(含計算和存儲能力)是屬于信息技術(IT)資源，因此在內容分發(fā)網絡(CDN)中實現(xiàn)了IT和CT的融合。NFV的提出和應用，網絡中的網元已經不再是實體網元一種形態(tài)了，在網絡中可以有功能和性能和實體網元相同的虛擬網元。虛擬網元實現(xiàn)了軟件和硬件分離，虛擬網元的硬件(IT)資源取自云化數據中心(云計算)，一般來說是以虛機或容器形態(tài)來提供，軟件通過鏡像的形態(tài)加載到虛擬網元的硬件(IT)上，虛擬網元資源和鏡像形態(tài)的軟件結合構成了一個完整的虛擬網元。認真研究發(fā)現(xiàn)，在這種場合下，網絡技術并沒有發(fā)生變化，IPV4中的所有網元都可以以虛擬網元的形態(tài)來提供服務，同樣IPV6中的所有網元都可以以虛擬網元的形態(tài)來提供服務，IP網變了嗎？沒有變，IPV4網仍然是IPV4網，IPV6網仍然是IPV6網，只要虛擬網元的IT資源與實體網元的資源相同，網絡能力和性能也不會發(fā)生變化，變化的只是它的呈現(xiàn)形態(tài)，實體網元不見了，虛擬網元取代了它，在這種場合IT和CT融合了。融合的結果使它改變了網絡的形態(tài)，但沒有改變網絡的實質，網絡只是發(fā)生物理的變化。在互聯(lián)網的業(yè)務網層面，也在發(fā)生變化。互聯(lián)網的業(yè)務網通常由控制面、管理面、網站和終端等組成。早期的互聯(lián)網中，它們通常以實體形態(tài)存在，業(yè)務網的全部網元都是實體網元，網站也都是實體形態(tài)，終端也是一體機，軟件和硬件是不分離的?；ヂ?lián)網的發(fā)展，業(yè)務網中應用也發(fā)生很大的變化，以終端實現(xiàn)實時翻譯為例，早期一般是在終端安裝一個翻譯軟件，軟件和硬件是在一個終端中，翻譯工作都在終端中完成，由于終端資源(IT資源：計算和存儲資源)有限，翻譯的質量一般都不會高，現(xiàn)在的翻譯軟件一般都有“在線翻譯”的選項，什么是“在線翻譯”，實際上就是把翻譯所需要的IT資源從終端分離出去，目前的IT資源通常都是放在云化數據中心(云計算)中，由于云化數據中心有強大的IT資源，它可以完成終端難以完成的(計算、存儲等)任務，終端的工作需要有外部IT資源的支持。目前正在研究“云手機”，原因是手機的硬件資源(IT資源)，尤其是中低端手機的硬件資源，不足以支持高端App對IT資源的要求而無法運行，這里的資源主要是計算和存儲等資源不足，如果能得到外部IT資源的支持，中低端手機也能支持高端App，這就是“云手機”的設計理念。對于下一步工業(yè)互聯(lián)網中的制造用智能設備，由于成本上的原因，設備的配置往往不會很高，通常能滿足基本要求，當進行高端制造時，設備配置的IT資源往往不足，需要外部的IT資源來支持；另外，改造已有的智能設備同樣會有這樣的問題，一般地說，未來的發(fā)展趨勢是：設備的硬件和軟件分離，這時候IT資源將必須成為基礎設施才能滿足需要。終端是如此，主機更是如此，原來互聯(lián)網中的主機都是以獨立形態(tài)存在的，現(xiàn)在還有嗎？即使有，也很少。大量的主機已經沒有自己的獨立設備，它所需要的IT資源(計算、存儲、I/O等)都可以從云化數據中心(各類別的云計算)獲取。IT資源以孤島形態(tài)存在已經越來越不能滿足要求，IT技術資源的基礎設施化已是必然。將IT資源孤島變成IT技術資源基礎設施，核心是數據網(端到端通信)技術的能力是否能滿足要求，目前IP網從核心技術來說已經50年沒有發(fā)生變化了，50年來IP網增加的補丁技術沒有一項是涉及全局技術的，它們都是局部技術，在局部是有效的，但不能推廣到全網。典型的例子是MPLS，MPLS是面向連接的、提供點到點連接的隧道技術，存在N平方問題，局部可用，全局不可用?；ヂ?lián)網的前期，IP網是它唯一的基礎設施(CT基礎設施)，目前信息技術(IT)資源也要基礎設施化(IT基礎設施)，這將是互聯(lián)網發(fā)展的兩大支柱。

讓我們從數字經濟和ICT基礎設施的角度再來看一下算網融合。算網融合的“算”定義很重要?！八恪比绻皇侵刚x的直接算力，范圍太窄不好用。比較合理的定義是：“算”＝直接算力＋間接算力。間接算力包括：算、數、智、軟件、平臺等，如這個定義成立，算網融合等同于建設ICT基礎設施，ICT基礎設施＝IT基礎設施＋CT基礎設施。IT基礎設施就是“算”的部分，CT基礎設施就是“網”的部分，ICT基礎設施就是“算”“網”融合的信息通信基礎設施，是支持數字經濟運行的基礎設施。

“算網融合”中的“網”是指由數據網(IP網)、傳輸網(網元間連接)和接入網(無線接入和固定接入)。傳輸網和接入網發(fā)展總體上是順利的，技術上能滿足信息通信發(fā)展的要求，問題最大的是數據網，目前唯一可用的數據網是IP網，但是目前的IP網能力上嚴重缺位無法擔起此重任，需要有技術上和設計理念上有重大創(chuàng)新和突破的新型數據網。算網融合是建設ICT基礎設施的第一步，目前的關鍵是理念上的共識，有共識才能有效的發(fā)展和推進算網融合，推進ICT基礎設施的建設。