2022年算力网络科技创新成果.pdf
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1、 算力网络科技创新成果(2022)中国移动通信集团有限公司 前 言-i-前 言 着新一轮科技革命和产业变革的深入发展,数字经济已成为继农业经济、工业经济之后的主要经济形态和引领增长的重要引擎。数字经济发展速度之快、辐射范围之广、影响程度之深前所未有。算力作为信息社会的基础,已成为数字经济时代的核心生产力,对于做强做优做大我国数字经济、拓展经济发展新空间,具有重大的战略意义。面对新形势、新要求,作为信息通信领域的领先运营商,中国移动深刻洞悉算力发展趋势,把握算力时代脉搏,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,深化创世界一流“力量大厦”战略,以网强算,提出了“算力网络”全新
2、理念,引起业界的广泛关注和热烈讨论。算力网络作为“东数西算”工程、全国一体化数据中心的关键组成部分,是支撑国家“双碳”战略、推动行业数智化转型的基础底座。创新发展算力网络,将有助于我国突破单点算力瓶颈,提升整体算力水平,实现数字经济高质量发展。一年来,中国移动锐意进取,持续开拓创新,在资源布局、产品服务、算网大脑、技术攻关、标准开源、创新试验、产业生态等方面取得一系列进展,现将成果汇编成册,以加强业界对中国移动算力网络的理解,汇聚行业力量,共同推动算力网络的快速发展。随目 录-ii-目 录 1 继往开来,全面推进算力网络构建.1 1.1 算力网络发展历程.1 1.2 算力网络内涵进一步丰富.2
3、 2 形成一套技术栈,布局三十二大核心技术方向.4 2.1 算力网络核心技术体系.4 2.2 算力网络重点创新技术成果.4 2.2.1 新型算力.4 2.2.2 新型网络.11 2.2.3 算网一体.14 2.2.4 绿色安全.16 3 构建一系列标准体系,开创算力网络首个开源社区.21 3.1 构筑国内外标准体系.21 3.2 培育开源产业生态.21 4 建设一个跨区域、多主体互联的试验装置,孵化技术与应用.22 4.1 打造算力网络试验示范网 CFITI.22 4.2 构建新技术、新业务实验床.22 4.2.1 东数西算类业务验证.23 4.2.2 CHBN 类业务场景验证.23 4.2.
4、3 创新技术类验证.24 4.3 构建算力网络科学装置.27 5 打造一个多元融合的算力网络新生态,促进产业健康发展.29 5.1 践行链长责任推动产业薄弱环节突破.29 5.2 联合产业构建算网融合的新生态.29 6 乘势而上,开启算力网络新征程.30 1 继往开来,全面推进算力网络构建-1-1 继往开来,全面推进算力网络构建 1.1 算力网络发展历程 自算力网络概念首次提出至今已经一年有余,中国移动正以算力网络为重大发展方向,不断深化算力网络顶层设计、攻关关键技术、完善资源布局、构建服务体系,持续推动算力网络稳步快速发展。2021 年 8 月杨杰董事长首次提出了算力网络的理念愿景,2021
5、 年 11 月中国移动联合十余家产业合作伙伴共同发布算力网络白皮书,全面阐述了算力网络的定义内涵、总体架构、愿景目标、演进路径等,向业界正式提出了算力网络全新发展理念。2022 年1 月,算力网络进一步融入到公司整体发展战略,成为中国移动力量大厦新台基和“连接+算力+能力”新型信息服务体系中关键一环。2022 年 6 月,中国移动发布算力网络技术白皮书,创新提出算力网络十大技术发展方向和核心技术体系,进一步明确了技术发展路线和产业发展方向。一年以来,中国移动围绕算网基础设施构建、CHBN 业务融合创新、创新技术引领三条主线,不断推动算力网络成熟发展。面向算网基础设施构建,中国移动紧密围绕算力在
6、物理空间、逻辑空间、异构空间的“三个融通”,深入推进算网规划布局。在物理融通方面,积极融入国家“东数西算”战略,持续完善数据中心布局,在京津冀、长三角等热点区域及内蒙古、贵州等地建立超大型数据中心,与各省市数据中心一起形成“热点集约、跨区辐射、边缘覆盖”的梯次布局体系,数据中心机架超 120 万架;在逻辑融通方面,建设超过 1500 个 CDN 节点,发展1000 余个边缘计算节点,形成云边协同的算力体系;在异构融通方面,进一步加快异构算力供给,多样化算力服务器规模超 60 万台,满足不同场景算力需求。同时,以算为中心优化网络架构,构建基于 OXC 的新一代光电联动全光网和统一 IP 算网底座
7、,打造骨干(20ms)、省域/区域(5ms)、城市(1ms)三级时延圈网络,形成覆盖全国 320 多个地市的云专网,推进枢纽节点间网络带宽向单波 400G 演进。面向 CHBN 业务融合创新,中国移动以推动算力成为“一点接入、即取即用”的社会级服务为目标,加快算网产品能力升级和运营服务体系构建。中国移动以产品算力化和1 继往开来,全面推进算力网络构建-2-算力产品化为主线,融合云、网、边、端等多要素重塑产品能力,提供云游戏、云魔百和等算力产品,打造云专线、云组网、云主机等资源型产品,做强云桌面、云视讯、云空间等算网融合型产品,提供东数西算、中训边推等场景化即时性任务式服务,切入行业热点领域,打
8、造云数智人、港机远控、工业质检、远程手术等一体化解决方案。2022 年 7 月发布算网服务 1.0,赋能千行百业数字化转型,开创算网服务新模式。为进一步提升算网运营和服务能力,中国移动加快构建算网大脑,已初步实现移动云、边缘云、省内行业云等跨层次算力资源和云专网、SPN 等跨域网络资源的统一编排调度,在 2022 年 12 月发布 算网大脑白皮书,向业界系统阐述了算网大脑的总体架构、功能要求、演进路线等,推动算网大脑产业成熟。面向创新技术引领,中国移动持续推动算力网络技术的创新突破,构建算力网络核心技术体系,加快新型智算中心、400G 等技术的试点和落地应用,超前布局存算一体、算力原生、800
9、G、算网一体等创新技术,联合产学研协同攻关,全面推进算力网络标准体系制定和开源生态构建。同时,中国移动建设了算力网络创新试验示范网,锚定新技术实验床、国家示范基地、产业聚合平台和新业态孵化器四大定位,形成“1+9+9”多节点互联的 AB 双平面引擎,验证新技术、孵化新应用、探索新模式,加速算力网络技术与应用成熟。1.2 算力网络内涵进一步丰富 中国移动提出“算力网络是以算为中心、网为根基,网、云、数、智、安、边、端、链(ABCDNETS)等深度融合、提供一体化服务的新型信息基础设施。”一年来,在推进算力网络构建的同时,中国移动对算力网络的定义内涵有了更为深入的认识。算为中心:算力是数字经济的核
10、心生产力,给数字经济带来丰富的新内涵和强劲的内驱力。一是算不单是裸计算能力,而是一种业务服务的原动力表达,任何数智化服务都是算的一种外在表现形式。从更高层面来看,算力是能量和信息融合的载体,是人类文明发展到数字文明之后的核心驱动力。二是算推动网络发生重大转变,使网络正在发生从通信网络向信息通信网络转变的重大变革。三是“算为中心”是运营商的一次自我革命,是向信息服务提供商转型的关键,同时也是中国移动向世界一流信息科技创新公司转型的关键。1 继往开来,全面推进算力网络构建-3-网为根基:网络是我国的核心优势,以网强算,是发展算力网络的根本路径。算力与网络融合程度不断加深。算力网络推动算力从有界变成
11、无界、网络从刚性变成柔性、算网从分立变成一体。一是网络使能算力边界无极限,推动算力突破单点性能瓶颈,可无限生长。二是算力赋能网络平台化升级,算力承载的网络灵活度更高、服务能力更强。三是算力网络推动算力与网络一体共生发展,打破算网边界,最终实现算在网中、网在算中。多要素融合:算力网络不是简单的云和网的融合,而是技术要素、能力要素、资源要素等多要素有机融合的新型信息基础设施。技术要素是指最基本的存、算、网的基础要素,存力、算力、运力三者同等重要,呈现深度融合一体共生之势;能力要素是指 AI、大数据、区块链等,结合底层技术要素实现融合供给;资源要素是指更加广阔的能源、土地、经济等,实现融通发展。算力
12、网络推动不同领域的要素从孤立到融合再到一体的新发展范式。一体化服务:算力网络融通各层资源与能力,为用户提供多要素融合、任务式极简、算力普惠的一体化服务。一是多要素融合统一的一体化服务,算力网络通过对技术、能力、资源等多要素的统筹调度和灵活组合,提供统一供给和一体化服务。二是智能无感极简的任务式服务,算力网络推动服务模式由“资源式”向“任务式”演进,使用户享受一致性服务质量保障和智能无感的极致体验。三是多方算力并网的社会级算力服务,算力网络汇聚全社会算力资源,实现智算、超算、通用算力和终端算力的全面贯通,屏蔽地域分布、内核形态、供给主体等差异,提供社会级普惠算力供给。2 形成一套技术栈,布局三十
13、二大核心技术方向-4-2 形成一套技术栈,布局三十二大核心技术方向 2.1 算力网络核心技术体系 为进一步凝聚产业力量,加速技术和产业成熟,2022 年 6 月,中国移动携手 12 家产业合作伙伴共同发布了算力网络技术白皮书,创新提出了算力网络十大技术方向,明确了核心技术体系与技术路线。算力网络十大技术发展方向包括了泛在智能的新型算力、以数据为中心的多样性计算架构、光电联动的全光网络、超低时延驱动的确定性网络、算网深度融合的原创技术、融数注智的算网大脑、可信共享的算网服务、端到端的绿色低碳技术、算网一体化全程可信和空天地一体的星云算网,覆盖了算力、网络、算网一体、算网大脑、算网服务、绿色安全、
14、空天地一体等领域,全景式的展示了中国移动对算力网络技术发展趋势的判断。同时,中国移动通过对算力网络的关键技术进行体系化的梳理和深度挖掘,围绕算力网络十大技术发展方向,重点聚焦存算一体、算力原生、算力度量、算力路由、在网计算等三十二大核心技术,构建形成算力网络核心技术体系,横向映射算力网络三层体系架构,纵向串联各技术栈,打造算力网络技术的领先优势。2.2 算力网络重点创新技术成果 中国移动深入推动算力网络技术的创新与应用,在新型算力、新型网络、算网一体、绿色安全四个主要领域取得了一系列技术成果。2.2.1 新型算力 中国移动正加快构建以数据为中心的新型计算架构,围绕数据中心的第二颗大芯片GPU
15、和第三颗大芯片 DPU 开展深度攻关,提升多样化算力供给能力;超前布局,推动算力原生、存算一体技术成熟,屏蔽异构硬件差异,提升算能算效;拓宽算力供给,加快社会算力并网方案的探索与实践,构筑社会级算力服务能力。2 形成一套技术栈,布局三十二大核心技术方向-5-新型智算中心 智能算力是以 GPU、TPU、NPU 等智能计算芯片为基础,以多样化海量数据为对象,以算法为驱动,以提升 AI 效能为目标的关键计算能力。新型智算中心以智能算力为基础,专注于大规模 AI 模型训练的需求,已成为未来 AI 基础设施发展新趋势。目前新型智算中心发展存在多条技术路线,生态割裂问题突出,底层硬件差异导致业务开发、迁移
16、、部署的成本居高不下。为应对上述系列挑战,推动国内智算产业生态健康、长远发展,中国移动针对性地打造了智算技术架构、评估评测标准以及生态体系:一是完成智算中心整体设计方案的制定。通过计算、存储、网络、高密基础设施四大资源横向协同设计,实现智能算力极致性能释放。在计算方面,明确以 XPU+CPU 异构计算范式为主硬件技术路线,将复杂逻辑运算、高并发矢量、矩阵和张量运算模式特征结合,打造 CPU 与 XPU 协同机制。在存储方面,制定分布式融合存储方案,要求一套存储系统支持块、对象、文件等多种协议。在网络方面,为顺应数据、AI 模型的巨量化趋势,设计服务器节点内多卡互联网络和多服务器节点间网络互联方
17、案。其中,节点内的多卡互联方案以 PCIe、OAM 高速互联等标准互联协议为主;节点间网络方案将基于 RoCE 的以太网络技术搭建,实现池化资源间总线级交互,保证数据访问的极低时延。在数据中心基础设施方面,采用高密度功率机柜、高效制冷技术以实现绿色低碳目标。二是完成软硬协同框架设计和平台原型构建。兼顾软件平台与硬件资源的纵向协同设计,打造广泛支撑智能化应用场景的能力。明确以算力原生为技术锚点,AI 框架优化为辅的跨架构开发、编译、优化环境技术路线,从算子粒度上屏蔽底层智能硬件差异,对下使能智算应用跨架构无感迁移,对上释放 AI 框架协同运用效能,破解竖井式异构生态发展难题。三是联合产业构建了自
18、主评测体系,牵引 AI 异构产品能力有效迭代。为客观反映 AI芯片部件能力,中国移动已完成统一的功能、性能评估方案制定,通过打造训练、推理全场景验证环境,持续牵引产品优化升级,同时将评估体系纳入“芯巢”多样性算力孵化平台,通过高要求业务牵引芯片能力迭代,进一步支撑跨行业应用推广。为加快算力网络智算基础设施能力建设,2022 年 12 月,中国移动成立了新型智算开放实验室,围绕技术标准制定、产品评测验证、智算原生体系构建、智算平台应用赋能四2 形成一套技术栈,布局三十二大核心技术方向-6-大目标,与产业合作伙伴开展深度合作,共同挖掘智算新需求,推动智算技术及产业成熟。新型数据处理芯片(DPU)D
19、PU 是当前数据中心新兴的第三颗大芯片,专注于数据处理,可有效分担 CPU 的网络、存储、计算、安全等云化工作负载,达到卸载、加速和应用隔离的效果,在提高算效、降低能耗的同时,更好地支持裸金属弹性发放等服务,是算力网络以数据为中心的全新计算架构底座。当前,受限于软件的关联和硬件的适配,技术架构不明晰、软件标准不健全、硬件定制化严重已成为 DPU 行业健康发展需要解决的问题。为应对上述系列挑战,推动 DPU 产业稳步健康发展,中国移动针对性进行了体系化攻关:一是完成了 DPU 算力基础设施架构设计。DPU 算力基础设施由服务器硬件层、DPU软硬融合层、平台应用层三层组成,包含管理、网络、存储、计
20、算、安全五大基础功能系统。其中管理功能要实现虚机、容器、裸机的统一管理运维,网络功能要实现高性能vSwitch 转发、支持 RDMA 无损网络,存储功能要实现云盘灵活挂载和 NVMe 高性能存储加速,计算功能要实现 Hypervisor 卸载和虚机的安全隔离,安全要实现分布式 FW 卸载和网络数据加解密增强等。图 1 DPU 算力基础设施架构 二是明确了 DPU 软件标准化的关键领域,围绕 DPU 算力基础设施架构中的五大方面展开 DPU 软件功能及接口标准化工作,目标实现向上与云平台的解耦。网络方面,制定 vSwitch、RDMA 功能要求以及 vSwitch 控制面与转发面、RDMA 兼容
21、性编程接口等关键接口;存储方面,制定存储网络协议 iSCSI、NVMe-oF 卸载标准方案;计算方面,2 形成一套技术栈,布局三十二大核心技术方向-7-制定 Hypervisor 前后端分离架构与 libvirt 接口标准,管理方面标准化弹性裸金属发放流程和虚机、容器、裸机统一管理运维要求,安全方面,制定网络数据加解密和虚拟化安全增强要求。结合技术成熟度和中国移动业务需求,制定了中国移动 DPU 软件标准化发展两步走的发展路径,即一阶段重点关注弹性裸金属与 vSwitch 卸载相关功能,二阶段重点关注统一运维管理、高性能存储、无损网络、零信任安全等功能实现。三是确立了 DPU 服务器标准化“四
22、个统一”的方向,围绕 DPU 冷机自运行、远端重启服务器等核心功能在服务器整机结构、供电、散热等方向制定了标准要求,目标实现向下与服务器的解耦。包括统一整机结构及供电最大能力,约束服务器可支持卡的最大结构规格、最大功耗门限以及卡在服务器未开机状态启动;统一散热能力,约束服务器支持未开机状态对卡进行散热及调速;统一边带信号定义及管理功能边界,约束服务器能够提供给 DPU 的边带信号,逐步收敛带外管理设备的交互框架;统一运维策略,定义裸金属场景上下电、复位、固件升级、异常下电、故障处理等场景的开关机流程及处理策略。为固化相关成果,中国移动牵头在 CCSA 推进 DPU 相关标准立项,构建算力卸载软
23、硬件标准体系。2022 年 7 月,在世界数字经济大会上联合十余家产业合作伙伴发布了 中国移动 DPU 技术白皮书,系统性地阐述了基于 DPU 的算力基础设施架构、软件功能接口、服务器硬件三大标准化方向,旨在凝聚行业共识,推动 DPU 产业稳步健康发展。2022 年 12 月,中国移动联合产业合作伙伴成立 DPU 创新开放实验室,锚定业务场景孵化器、技术方案实验床、产业聚合平台三大定位,发挥中国移动产业链链长责任,拉通产业合作,引导业界产品成熟落地。算力原生 随着业务多样化需求的增长,以 CPU 为主的通用计算逐渐难以满足计算性能的要求,以 CPU、GPU、FPGA 等不同架构计算单元组合而成
24、的异构计算开始出现,用于满足通用计算和专有计算的不同需求。当前不同异构芯片的开发生态相对独立,应用的跨架构开发和迁移困难,不利于应用的创新以及算力资源的合理规划和高效利用,亟需通过开源、开放的方式建立可屏蔽底层硬件差异的跨架构开发平台。中国移动面向算力网络中远期的发展,原创性的提出了算力原生概念,通过构建标准统一的算力抽象模型及编程范式接口,打造开放灵活的开发及适配平台,实现各类异构硬2 形成一套技术栈,布局三十二大核心技术方向-8-件资源与计算任务有效对接、异构算力与业务应用按需适配、灵活迁移,充分释放各类异构算力协同处理效力、加速智算应用业务创新,实现异构算力资源一体池化、应用跨架构无感迁
25、移、产业生态融通发展的目标愿景。一年以来,算力原生技术受到了产业界及学术界的高度关注,为加速技术成熟,中国移动联合业内伙伴加大投入,持续对技术架构、演进路径及关键技术等进行了体系化研究攻关:一是完成了算力原生总体技术架构制定。明确了算力原生技术栈由算力池化层、算力抽象层两层组成。其中算力池化层对应用调用底层算力资源的请求进行重定向和再调度,从而实现应用对底层算力资源位置和数量的无感使用,支持业务可根据动态负载情况进行算力资源的弹性调度,充分应对潮汐效应和业务量突发等场景。算力抽象层一方面建立统一原生算力抽象接口及多模混合并行编程模型,以算力原生统一编程 API 及一组编译、优化、适配的核心工具
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