算力網(wǎng)絡研究進展：架構(gòu)、關鍵技術與未來挑戰(zhàn)

摘要：隨著數(shù)字經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，算力已成為推動經(jīng)濟增長的核心動力。算力網(wǎng)絡通過整合云、邊、端的計算資源，實現(xiàn)資源的高效管理和調(diào)度，以支持多樣化的數(shù)字應用需求。對算力網(wǎng)絡進行全面綜述，首先介紹了算力網(wǎng)絡的概念和重要性，隨后分析了其架構(gòu)設計、算力資源度量和算力網(wǎng)絡調(diào)度等關鍵技術。同時，探討了算力網(wǎng)絡在實現(xiàn)過程中遇到的挑戰(zhàn)，包括技術融合、安全風險和資源優(yōu)化等問題。最后，提出了算力網(wǎng)絡未來的研究方向，旨在推動算力網(wǎng)絡的進一步發(fā)展，為構(gòu)建智能世界提供堅實的技術基礎。

關鍵詞：算力網(wǎng)絡；架構(gòu)設計；算力資源度量；算力網(wǎng)絡調(diào)度；安全風險

中圖分類號：TP 391.41 文獻標志碼：A

數(shù)字經(jīng)濟時代，算力已經(jīng)成為拉動國家經(jīng)濟增長的核心引擎。2023 年發(fā)布的《中國算力發(fā)展指數(shù)白皮書》[1] 指出，當前，算力的戰(zhàn)略性地位和支撐性作用正成為普遍共識。算力作為數(shù)字經(jīng)濟時代的核心生產(chǎn)力，正在加速數(shù)字經(jīng)濟與實體經(jīng)濟深度融合。全球算力應用多元化、供需不平衡的挑戰(zhàn)仍在持續(xù)，以生成式人工智能（artificialintelligence generated content，AIGC）為代表的人工智能大模型等新應用、新需求的崛起，推動算力規(guī)?？焖僭鲩L、計算技術多元創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)格局加速重構(gòu)?！?021 —2022 全球計算力指數(shù)評估報告》[2] 指出，隨著全球數(shù)字經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定增長，數(shù)字經(jīng)濟占比預計到2025 年有望達到41.5%。同時，國家計算力指數(shù)與GDP 的走勢呈現(xiàn)出了顯著的正相關。15 個重點國家的計算力指數(shù)平均每提高1 點， 國家的數(shù)字經(jīng)濟和GDP 將分別增長3.5‰和1.8‰，預計該趨勢在2021—2025 年將繼續(xù)保持。并且，當一個國家的計算力指數(shù)達到40 分以上時，國家的計算力指數(shù)每提升1 點，對GDP 增長的推動力將增加1.5 倍。而當計算力指數(shù)達到60 分以上時，國家的計算力指數(shù)每提升1 點，對GDP 增長的推動力將提高3 倍，對經(jīng)濟的拉動作用更加顯著。

隨著算力作用愈發(fā)凸顯，算力需求也逐漸高漲。據(jù)華為發(fā)布的《計算2030》[3] 預測，2030 年，人類將進入YB 數(shù)據(jù)時代， 全球數(shù)據(jù)每年新增1YB，通用算力將增長10 倍到3.3 ZFLOPS，人工智能算力將增長500 倍， 超過100 ZFLOPS。當前，算力出現(xiàn)云、邊、端三級算力架構(gòu)的泛在演進趨勢，算力的分布將不再集中在數(shù)據(jù)中心，而是廣泛地分布在邊緣或者端側(cè)的任何位置。如果所有的這些算力節(jié)點之間沒有通過網(wǎng)絡互連，則這些算力資源無法被共享、調(diào)度、使用和協(xié)同。正如《算力網(wǎng)絡白皮書》[4] 中提到的，水力發(fā)展離不開水網(wǎng)，電力發(fā)展離不開電網(wǎng)，算力發(fā)展離不開“算力網(wǎng)絡”（computing force network， CFN）。算力網(wǎng)絡是新型基礎設施，要打造“一點接入、即取即用”的社會級服務，最終實現(xiàn)“網(wǎng)絡無所不達、算力無所不在、智能無所不及”。

如圖1 所示， 算力網(wǎng)絡通過無處不在的網(wǎng)絡，能統(tǒng)一管理和調(diào)度來自各方的計算、存儲等資源，以資源池的形式向外提供算力服務，用戶可以靈活地按照業(yè)務需求選擇合適的算力資源。實際上，算力網(wǎng)絡就是一種根據(jù)業(yè)務需求，在云、邊、端之間按需分配和靈活調(diào)度計算資源、存儲資源以及網(wǎng)絡資源的新型信息基礎設施。