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国家信息中心单志广:算力网络需要算力、存力和运力的协同最优调度

2022-08-16

算力对数字经济至关重要,是核心生产力,近几年我国数据中心规模快速增长,持续拉动投资。国家也从全国角度一体化布局,提出‘东数西算’超级工程,工程大刀阔斧地对全国算力资源进行调整配置。

8月9日,在世界5G大会期间举办的"Tech Talk 2022"前瞻论坛上,国家信息中心信息化和产业发展部主任、中国智慧城市发展研究中心主任单志广讲道,“东数西算”是一个将数据资源从分散到集中、从个体运营到国家统筹的过程,对国家治理、国防安全等,具有重要意义。但是从实施角度来看,还面临多方面挑战。

东数西算战略工程,建设“数字强国”之关键

据国家统计局测算,2020年,我国算力产业规模已达2万亿元,直接带动经济产出1.7万亿元,间接带动经济产出6.3万亿元。算力逐渐成为数字经济时代的新生产力,计算力指数每提高1点,对数字经济会有3.5‰的贡献,对于GDP有1.8‰的推动。

2021年底数据中心机架规模超过520万子架,预计“十四五”期间总投资规模3万亿元,平均年增速>30%。2022年,新开工数据中心项目25个,投资超过1900亿元。其中,西部地区投资比去年同期增长6倍,呈现出由东向西转移的良好趋势。

2016年我国就提出了构建全国一体化大数据中心的思路,提出要深刻认识互联网在国家管理和社会治理中的作用,以推行电子政务、建设新型智慧城市等为抓手,以数据集中和共享为途径,建设全国一体化的国家大数据中心,推进技术融合、业务融合、数据融合,实现跨层级、跨地域、跨系统、跨部门、跨业务(三融五跨)的协同管理和服务。

“东数西算”实现东西互补

“国家从全国角度一体化布局,提出‘东数西算’超级工程,大刀阔斧地对全国算力资源进行调整配置,既支撑东部算力需求,也带动西部发展,解决数据中心能耗高、资源利用效率不足、区域发展不协调等问题。”单志广讲道。

东西部互补,为“双碳”战略服务。东部地区能耗指标紧张,但算力诉求很大。西部地区气候环境适宜,清洁能源使用成本低。东数西算可以使得算力从东部外溢到西部,降低整体碳排放。

增强东西部经济活力,降低企业成本。数据中心的电力占到运维成本的七成,而西部地区的电价具有明显优势,是算力“西迁”的原生动力。东部海量数据通过全光网迁移到西部,也带动西部产业转型和就业增长。

有利于国家数据的安全。东部沿海和西部数据中心分散配置,实现数据多点灾备,一旦发生地震等灾害,数据安全将无后顾之忧。同时,加强东西部数据流动,也能最大化消除东西部在数字化转型不均衡的问题。

“五力”打造全国一体化大数据中心。数脑,深化各行业数据智能应用创新;数链,加速数据流通融合打造数字供应链;数纽,有效降低算力使用成本和门槛;数网,优化数据中心基础设施建设布局;数盾,强化对算力和数据资源安全防护。运力是将算力和存力输送到企业和家庭的关键链条。


优化数据中心布局,确保资源高效利用

原则上,将大型和超大型数据中心布局到可再生能源等资源相对丰富的区域,优化网络、能源等资源保障。在城市城区范围,为规模适中、具有极低时延要求的边缘数据中心留出发展空间,确保城市资源高效利用。

(一)数据中心集群。引导超大型、大型数据中心集聚发展,构建数据中心集群,推进大规模数据的“云端”分析处理,重点支持对海量规模数据的集中处理,支撑工业互联网、金融证券、灾害预警、远程医疗、视频通话、人工智能推理等抵近一线、高频实时交互型的业务需求,数据中心端到端单向网络时延原则上在20毫秒范围内。贵州、内蒙古、甘肃、宁夏节点内的数据中心集群,优先承接后台加工、离线分析、存储备份等非实时算力需求。起步阶段,对于京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝等跨区域的国家枢纽节点,原则上布局不超过2个集群。对于贵州、内蒙古、甘肃、宁夏等单一行政区域的国家枢纽节点,原则上布局1个集群。集群应注重集约化发展,明确数据中心建设规模、节能水平、上架率等准入标准,避免盲目投资建设。

(二)城市内部数据中心。在城市城区内部,加快对现有数据中心的改造升级,提升效能。支持发展高性能、边缘数据中心。鼓励城区内的数据中心作为算力“边缘”端,优先满足金融市场高频交易、虚拟现实/增强现实(VR/AR)、超高清视频、车联网、联网无人机、智慧电力、智能工厂、智能安防等实时性要求高的业务需求,数据中心端到端单向网络时延原则上在10毫秒范围内。

算力联网,时延至关重要

多样化算力资源虽地理位置分散,但通过网络可以整合为“一台计算机”为用户提供服务,这就不是简单的网,而是一张高品质的网实现算力高速互联,时延至关重要,全光网将是这张网络的最佳选择。

数据中心集群:引导超大型/大型数据中心集聚发展,重点支持对海量规模数据的集中处理,支撑科学研究、灾害预警、人工智能训练、视频渲染等非实时交互的业务场景。数据中心端到端单向网络时延原则上在20毫秒范围内。

省级/城市数据中心:支持发展高性能、边缘数据中心,作为算力“边缘”端,优先满足金融市场高频交易、VR/AR、超高清视频、智能工厂、智能安防等实时性要求高的业务。数据中心端到端单向网络时延在3~5毫秒范围内,甚至更低。

算力网络需要算力、存力和运力的协同最优调度

数据中心负责提供算力,地理位置上既有集中,又有分散部件。末端企业侧作为需求方和使用者,用户分散;运力上联算力/存力(供给端),下联企业家庭(需求端)。建设目标为,需要综合考虑各地的算力、存储、算法等资源,并结合网络信息(带宽、时延等),针对不同用户对算力的不同诉求,提供最优的资源服务与网络连接,为所有用户提供严格目标的业务质量保障。

“算力的使用需要像‘打开水龙头,就能用水’一样,随用随取,不需要知道自来水的源头在哪里。”单志广讲道。

算力网络对光网络提出了大带宽超长距、高安全可靠、泛在接入的需求。光网络采用光纤作为介质,不受电磁干扰,不会被监听;发生故障时,光网络又能在百毫秒内极速恢复;光网络还能做到单纤容量几十T,是当前业界最大的传输容量。光网络将是算力网络的最佳载体。

全国一体化的家大数据中心体系和“东数西算”工程,事关全局,事关长远。在推进工作中,要科学谋划、系统推进、攻坚克难、高质高效、持续发展。坚持网络适度超前建设,全光网打造高品质运力,与算力、存力联合构筑坚实的基础设施,助力数字经济参天大树高质量生长!

“东数西算”的理想与现实

据统计,2020年国内数据中心占全社会总用量的2.7%,总能耗超过2000亿度,而2000公里长距离输电的损耗是6%左右。“东数西算”能够减小电能传输距离,降低电网功率传输损耗;西部地区便宜的电价、地价,充足的空间,能够抵消数据传输增加的硬性成本;西部地区新能源消纳以及相应产业调整将带来的收益等。

此外,“东数西算”网络建设是一个将数据资源从分散到集中、从个体运营到国家统筹的过程,对国家治理、国防安全等,具有重要意义。但是从实施角度来看,还面临三方面挑战。

(1)算力网设施的原有节点与新增节点衔接联动

“东数西算”不是单纯地覆盖原有算力数据,而是要建设新节点,且以自筹为主,如政府机构、BAT、运营商等,但如何管理和统筹新旧节点的联动关系,以集中式结构为主,还是分散式布置,尚无定论。

要做好国家规划布局的国家算力枢纽节点、国家数据中心集群与现有的全国各地各类型算力设施的统筹、衔接和配合,形成合理分工、科学联动、高效协作机制,切实发挥国家布局的引领和示范作用。

(2)“数”“算”供需匹配度及安全性保障问题

因数据类型多样、业务需求各异,如何确保“东数西算”的“数”和“算”供需匹配,是由政府牵头,还是市场调控,尚无合理解决方案。如果数据来自珠三角等东部地区,而算力设施位于宁夏、贵州、甘肃等西部地区,网络性能、算力实时性、数据安全等各方面影响难以评估。

要在业务层面上做好供需匹配和精准对接,解决谁的“东数”由谁来“西算”的问题?没有业务保障,算力设施就无法发挥应用作用,从而造成设施空置和能源空耗。这种供需匹配可能需要在国家层面、省市级层面、企业层面、业务层面等多层级开展面向性能、价格、效益等多方面的测算,形成真正的应用需求供给和可持续的长效动力机制。

(3)“东数西算”的算力网络的统筹调度和运行机制问题

算力网络并不是简单的将全国的算力连接起来,而是要实现多目标优化控制,进行算力网络云网边的调度,业务的调度、价格的调度、安全的调度。

事实上,可利用多目标优化控制理念,灵活优化算力网络的云网边需求,但终极目标是全网调度、实时调度,还是面向业务需要,尚不可知,爆炸式的数据计算甚至有实时最优解不存在的可能。因此,与电力系统完善的分级调度不同,算力网络的调度机制短期内无法建立。

“随着5G、全光网、SDN等网络技术的发展,网络不再是瓶颈,能够按需将用户和资源池连接在一起。5G/6G的发展,可以为更多的地方提供不受限制的高速网络接入,提供更多的网络连接的可能性。”单志广讲道。

算力网络的本质是构建User-aware network ,application-aware network类似智慧城市的城市大脑,把全网当成一台计算机进行调度理论上说得通,实践上难度很大,可能存在“状态空间爆炸问题”,可能需要在整网最优难于获得的情况下,做系统分解、局部优化、近似优化,分而治之,综合集成。

面向未来,单志广总结道,全国一体化的大数据中心体系和“东数西算”工程,事关全局,事关长远,在推进工作中,要科学谋划、系统推进、攻坚克难、高质高效、持续发展要避免对近期的发展估计过高,更要避免对长远的发展估计不足!