0 引言
近年来，我国数字经济高速发展，各行业数字化转型不断加快，云计算、大数据、人工智能等新一代信息技术正在广泛应用于社会生产生活的各个方面，社会总体算力需求随之快速增长。算力已经成为推动社会生产效率提升的重要方式，算力的发展对于推动数字化转型、加速数字经济发展具有重要意义。与此同时，随着数字化转型的深入推进，算力需求场景也日益复杂，异构算力互联、云—边—端高效协同等应用需求持续深入，高速敏捷、泛在协同、智能随需成为未来算力服务的基本要求。
算网融合是多元异构、海量泛在的算力设施，通过网络连接形成一体化算网技术与服务体系。算网融合具备算力资源高效集约、算网设施绿色低碳、算力泛在灵活供给、算网服务智能随需等特征，其发展对于提升算力服务水平具有重要意义。笔者从算网融合业务需求出发，明确了算网融合在提升算力服务能力、满足未来业务需求方面的基本要求。在此基础上，对算网融合产业现状、发展趋势进行了分析，并提出了算网融合发展建议。
1 算网融合业务需求
1.1 异构算力协同需求增长
随着数字化转型的深入推进，各类数字化场景对算力的多样化要求逐步增加，单一算力难以满足业务需求，亟需异构算力的融合支撑。从算力服务类型来看，不同数字技术应用场景对算力需求有很大不同，如石油勘探、航空航天、核武器等技术领域需要超算算力支持，无人驾驶、人脸识别、工业机器人等场景需要智算算力支撑，互联网、通信、金融等场景更多以通用算力为主。除此之外，上述应用场景往往并非单一云端集中式算力即可支持，还需要边缘算力的广泛参与。从计算设备来看，不同类型算力需求的增长促进了计算芯片的多样化发展，从以通用中央处理器（Central Processing Unit，CPU）计算为主，逐步向显示芯片（Graphics Processing Unit，GPU）、现场可编程逻辑门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）、专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）等异构算力芯片协同发展的态势。
中国算力大会发布的《中国算力白皮书（2022年）》数据显示，截至2021年年底，全球算力总规模达到521 EFLOPS（FP32），其中通用算力为398 EFLOPS（FP32）、智算算力为113 EFLOPS（FP32）、超算算力为10 EFLOPS（FP32）。随着数字化转型进程的深入推进，用户对异构算力协同服务的需求将进一步提升，未来一段时间，全球通用、智算和超算算力均将保持增长态势。
1.2 云—边—端算力协同需求增长
随着泛在物联终端数量的快速增加，算力需求逐渐从云端向边侧、端侧下沉和延伸，边端成为重要的算力节点。在无人驾驶、智慧工厂等云—边—端协同场景下，单一云端算力难以满足泛在物联终端对实时性、可靠性的需求，单一边缘端算力难以提供海量数据存储分析能力。因此，需要云—边—端算力的协同。未来，随着应用场景的丰富和发展，云—边—端算力协同的需求会持续增加。
1.3 算网服务需求多元化
随着业务应用的不断发展，用户需要更加敏捷、弹性、随需随取、按量付费的算网服务。算网的敏捷性指快速获取算力服务、快速实现网络连接，以及保障业务服务等级。算网的弹性指算力资源可扩容或缩减、网络资源可灵活调度。随需随取是指可获取多样性、差异化的算网资源，同时获取的途径和方法具有便捷性。按量付费是指用户可根据使用的算网资源量向算网供应方付费。近年来，随着我国算力基础设施、网络基础设施不断优化升级发展，算网服务的敏捷性、弹性正在逐步优化，但是在面向特定的算力需求场景时，依然表现不足，例如当前算网服务难以实现端到端毫秒级时延，边端支撑能力不足。除此之外，仍有不少算力基础设施资源池化水平不足，未开展云原生改造，云服务弹性不足，难以适应快速变化的算力需求环境。
2 算网融合发展现状
2.1 政策导向明确，鼓励算网融合发展
算力基础设施融合联动发展能够显著提升算力综合服务能力，并促进算力基础设施技术创新能力升级。我国高度重视算力基础设施技术创新和服务能力建设，推出多项政策，为算网融合发展提供了良好的政策环境。《全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案》提出要加强多云之间、云和数据中心之间、云和网络之间的一体化资源调度。《新型数据中心发展三年行动计划(2021—2023年)》提出要加强新型数据中心设施、互联网技术、网络、平台、应用等多层架构融合联动。2022年2月，“东数西算”工程正式启动，其重点内容之一就是建设全国一体化算力网络体系，通过该体系实现算力高效调度。目前，多个枢纽节点和集群在其实施方案中均提出加强算网融合能力建设，构建算网一体化调度平台的建设目标。
2.2 企业积极实践，推动算网融合尝试
算网融合是算力基础设施和网络设施融合发展的新形态，是面向新型业务需求的服务模式，国内外企业均在积极推动算网融合的产业实践。国外云商服务能力较强，谷歌、微软、脸书等头部云商业务范围覆盖全球，电信运营商专注网络服务，难以根据云商特定的网络需求提供服务，部分云商正在加速打造云间互联网络体系，实现内部算力资源的高效利用，如谷歌正在积极推动B4骨干网建设，通过自研交换机在全球数据中心部署软件定义广域网，用以连接其分布在世界各地的数据中心，实现数据跨域远距离高速传输。
国内算网基础设施建设良好，但资源配置不均衡，算网一体化服务能力有待提升，随着用户需求的不断升级，算网融合一体的服务逐步成为新的发展热点。电信运营商、互联网厂商及设备厂商积极参与算网融合理论研究与技术研发，推动产业融合发展。在电信运营商方面，运营商掌握算网资源，在算力领域和网络领域均具有较大的优势，具备开展算网融合研究的基础。同时，电信运营商也希望通过算网融合服务进一步提升传统网络业务的附加值，提高自身云服务能力。中国电信集团有限公司（简称“中国电信”）强调云网融合，形成云网一体化供给。中国移动通信集团有限公司强调要实现多要素融合，并形成算力网络概念，即“以算为中心、网为根基，网、云、数、智、安、边、端、链等深度融合，提供一体化服务”的新型信息基础设施。中国联合网络通信集团有限公司正在向算网一体演进，加速推动云边端试点。在云商方面，阿里云计算有限公司（简称“阿里云”）发布了云骨干网，用以连接其分布在全球的数据中心。同时，阿里云骨干网仍依赖运营商网络资源。总体来看，阿里云的技术实践在一定程度上促进了电信运营商网络服务变革，运营商正在进一步强化网随云动的技术升级，为云商提供弹性、敏捷、便捷的网络服务。在设备厂商方面，中兴通讯股份有限公司、华为技术有限公司（简称“华为”）针对算网融合场景提出了网络设备及技术方案。其中，华为提出构建区域内可感知、可调度的人工智能算力资源，并提出了超融合网络、自动驾驶网络相关技术，提升了网络弹性和运维效率。
2.3 技术创新发展，支撑算网融合落地
随着用户对数据中心访问流量的快速增长，数据中心与用户之间以及数据中心之间的网络传输变得愈加重要，数据中心运营商对网络云化可控能力提出了更高的要求，并推动了数据中心网络云化发展[10]。在网络云化过程中，网络不仅作为通信传输工具，同时也需要为云计算提供更加可靠、敏捷、弹性的联接服务，一方面根据用户流量变化及时做出调整，以此实现更加敏捷智能的传输，避免网络拥塞，并产生更高时延；另一方面，网络可更加深入地感知业务需求，并将业务传送到合适的算力节点，进一步推动算网融合的发展。当前，运营商、云商以及科研院所均在积极推动网络技术创新，提升网络传输性能和业务感知能力。如刘韵洁院士团队积极推动的未来网络相关技术研究，能够针对特定业务需求提供定制化的网络服务，构建更加开放、智能、安全、柔性的网络服务。中国信息通信研究院、中国电信、华为等共同构建了无损网络，通过拥塞控制、负载均衡、流量控制等技术实现“零丢包”“低时延”和“高吞吐”，全面提升网络基础能力。
在算网融合关键技术方面，对比运营商云网融合、算力网络相关的研究成果，并结合业界现有技术现状，可以发现当前算网融合架构体系基本上可分为四层，分别是算网基础设施层、算网融合层、服务运营层和应用平台层。其中，算网基础设施层是承载算网融合业务的底座，为上层业务应用提供基本的算力资源和网络资源，为了适应算网融合的服务能力要求，算力基础设施和网络基础设施均需要进行相应的优化和升级。算网融合层是实现算网融合服务的关键，主要是对算力资源、网络资源进行一体化感知、标识、度量，形成算网地图，对算网资源分布进行精确分析和应用[11]。同时，算网融合层还需要根据业务需求对算网资源进行编排，将算力需求调度到合适的算力节点，提升算网供需的匹配性。服务运营层主要负责用户身份信息验证，对算网资源进行统一计费计量，并可通过交互式界面进行资源展示。应用平台层主要是面向用户提供相应的应用平台，包括算力调度平台、算力交易共享平台等，用户可通过相关平台获取算网融合服务。
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