趋势洞察
算网时代的传送网架构与技术演进思考
当下,“算力网络”已成为国家战略的核心。光传送网如何演变为算力网络的“神助攻”,满足“超大带宽”“超低时延”和“差异入算”的传输需求?文中的思考为实现算力资源的高效调度与利用提供了重要参考。
文/华为全光网2.0高级解决方案架构师 杨明华
2023年12月25日,国家发展改革委和工信部等部门联合发布《关于深入实施“东数西算”工程,加快构建全国一体化算力网的实施意见》,对“算力网络传输效能”“算网协同运营机制”和“跨区域算力调度体系”做出了明确要求。此次文件内容也说明了“东数西算”真正进入了深水区,随着枢纽节点算力和存储等基础设施的第一阶段建设的完成,服务器上架率不断提升,下一阶段将会考虑真正推动“东数西算”的落地,运载力也成为这一阶段的关键能力,运营商从幕后也走向了前台,如何构建面向东数西算的“算力传输通道”成为全行业关注的焦点。
算网进入“运力网络周期”,需要传送网提供根本动力
早在2022年7月第一届(济南)中国算力大会上,信通院就对算力网络进行了三个领域细分,即算力、运力、存力三个子领域,同时发布白皮书及年度发展报告。这样的细分有利于各个行业聚集到自己的发展方向,有利于运营商更加清晰明确自身的战略定位,构建起运营商在算力网络时代的核心竞争力。在算力网络这一大战略上,光传送网作为运力网络的核心基础设施,承担起关键使命。
光传送网之于算力网络的关键价值可以参考电商物流。在网购时,客户对于电商的核心诉求是既要求物美价廉,又要求配送速度,最好有小时达或者当日达这样的优质体验。但目前唯有中国电商行业做到了“物美价廉”+“高效配送”,为什么其他国家就没有发展起来呢?透过现象看本质,这其中除了电商公司建设的物流仓储中心和高效配送系统之外,支撑底层的还是中国领先全球的高速公路和高铁系统,相比飞机和水运,高速和高铁无疑是时效率更优的运输体系。包括当前国家正在打造的立体交通架构,即主要城市群之间的小时级交通圈和城市内小时级生活区,推动城乡一体化,实现“全国123出行交通圈”(都市区1小时通勤、城市群2小时通达、全国主要城市3小时覆盖)。只有基础交通成体系建设,才能从根本上支撑中国的快速物流体系建设,最终推动商品低成本高效流动。
除电商物流运输体系外,中国还有一个全面领先世界的体系,就是电力网络,尤其是西电东输特高压输电网络,正因为有了长距离特高压输电技术以及三级调度系统,才给中国中东部的工业发展解决了电力供应问题,而算力网络的远景目标与电力网络有很多都是相似的。因此,算力网络发展需要的“超大带宽”、“超低时延”和“超高安全”的要求,仅仅依靠上层调度和运营系统是无法真正解决的,必须在光传送网提供基础传输系统提供支持,这就是当前和未来几年光传送网架构与技术演进的根本动力来源。
光传送网是算力网络“以网强算”的关键基础支撑
光传送网是一个有数十年发展历史的基础通信产业,也是目前中国在全球产业最完整以及竞争力最强的产业之一。面向算力网络时代,无论运营商“以网强算”还是“以网促算”,都是基于一个强大的光传送网基础设施。运营商的算力网络战略一方面正在通过网络集群优势突破单点算力性能极限,发挥算力规模效应,打通东数西算的主动脉、做强边缘算力的微循环;另一方面是推动算力服务全面升级和产业数字化转型,利用算力网络形成算力、网络、人工智能等多要素融合的一体化服务。双管齐下,推动算力成为与水电一样,能够“一点接入、即取即用”的社会级服务。其服务可以简单总结为:对于算力资源实现“集群互联,全网调度”,对于算力用户实现“一点接入,即取即用”。
作为运力网络的核心基础,光传送网既要保证算间高效互联,也要保证算力最终高品质连接到企业和家庭,这其中核心需求是不一样的,所以每个阶段对于光传送网的诉求也不一样,可以归纳为以下四个发展阶段。
阶段一:聚焦在基于算力网络的带宽需求
一直以来,光传送网都是作为业务的配套基础网络存在的。算力网络对光传送网最基本的需求就是时延更低,带宽更大。有行业专家提出了“400G就是传送网的5G时代关键技术”这样的观点。这个观点非常适合骨干网场景,尤其是东数西算迫切需要低成本大带宽的调度能力,400G显然是不可逾越的代际技术。但是算力网络要实现“一点接入,即取即用”的愿景目标,网络就必须下沉到综合业务区,当前综合业务区内传送网的带宽还是10G为主,下一步目标是升级到100G。因此建议更加准确描述算力网络时代传送网的带宽目标为“400G联算,100G到站”,这也代表了未来五年光传送网的带宽升级目标。
基于400G联算的战略目标,中国三大运营商都已经加大投资建设400G超级骨干网,实现覆盖算力枢纽和北上广深等主要一线城市,打通东数西算的主要算力传输通道;同时在“100G/200G打底网”层面持续提升边缘算力节点覆盖,创新基于算力应用的新商业模式。在提升传输效率和能力的同时实现传输成本的大幅降低,解决当前“算不好”、 “算不了”和“算不起”的主要问题。
阶段二:聚焦在如何构建低时延的需求
网络时延的概念一直比较“虚”,因为在历史上,除期货和高频交易等少数业务对时延敏感外,大多数业务实际上对时延并不是太敏感。但是随着5G的发展,“低时延”的概念已经深深植入到整个行业。光传送网除了大带宽以外,低时延也是其核心能力。在过去5年中,三大运营商也已经在OTN政企专网中落地了“低时延网络”相关专线产品。不过OTN政企专网的低时延更大程度上还是一个“竞争需求”,没有成体系构建时延能力。在中国移动2022年算力网络战略发布会上,杨杰董事长提出了“在全国构建1-5-20三级时延圈”的建网目标,这是运营商首次提出成体系构建时延能力,也是从算力业务服务能力的维度给运力网络提出的要求。对于算力网络来说,时延是算力最根本的需求。近一年来,华为等网络解决方案供应商也配合中国移动和中国联通等技术部门,针对低时延网络的构建提出了很多建网措施,包括构建新型ROA光调度站,采用“高铁模式”建网架构等等,这些都得到了集团和省内客户的高度认同,也给运营商下一步建设机房和光缆建设提出了新的要求。
基于政企业务需求和竞争考虑,中国电信早在2019年就匹配政企和云网战略,携手华为打造目前全球最大的一体化全光精品网络,覆盖了全国320个城市,超过3万个接入点,全国一体化调度,实现时延低,效率高,开通快的差异化产品竞争力,实现了中国电信提出东西向打造DC之间1ms,10ms,15ms的时延圈目标,和南北向根据应用场景的需求提供1ms,5ms,20ms等不同时延等级的算力接入服务目标。
阶段三:聚集如何体系化构建“运力网络”
自2023年初以来,行业一直在探索一个系统性的明确的全光运力网络目标网架构,尤其是1-5-20ms时延圈实际上包括了城市内1ms,枢纽内(省内)5ms,枢纽间20ms多个层级,因此我们需要结合不同的层级来给出目标网架构。例如中国电信集团进行了OTN一二干融合建网,中国联通多个省份实践了省市县一体化OTN建网,还有不少大城市开始构建打破行政区划打造“1ms都市圈”。究其本质,都是从当前基于行政规划的分层建网架构演进为真正以DC(算力)为中心的建网模式,这就需要打破行政区划,给当前的运营和运维体系带来巨大冲击。也正是因为这一巨大的阻力,以DC(算力)为中心的建网模式在过去十年中落地并不是很顺利,但是随着算力网络的真正到来,运营商将不得不面临传送网架构的演进以及由此带来的运营与运维体系的变革。
阶段四:聚焦在如何构建“差异化入算”
大带宽和低时延全光运力网络的建设,最终都是为算力资源的调度、分配和接入服务的。前三个阶段都是在解决如何进行算力的调度和分配问题,阶段四则是解决家庭和企业的入算网络。类似于国家电网公司的三级输电网络及变电站,在解决了不均衡的电力资源在全国的动态调度和平衡之后,最终还是要解决企业和家庭用电接入的末端配电网络,分为城市配电网,农村配电网、工厂配电网、园区专用配电网等等不同类型,对应的电压等指标也大不一样;同样的道理,入算网络根据对安全性、时延以及带宽等的要求不同,也会分为多种类型。例如近期热门的ChatGPT只需要通过互联网接入即可访问,体验已经相当不错。目前对于ChatGPT的体验短板主要是算力不足导致响应不及时。但是对于云网吧和云电脑这样的应用则大不一样,实际测试的数据表明,RTT超过1.5ms就会导致硬盘存取速度大幅下降,用户的操作出现延迟感;同时很多企业对于AI算力的需求不仅要求超低时延,还有安全隔离的需求,甚至很多企业提出了加密需求,如何针对这些需求构建一个稳定、便捷的接入网,是最终实现“一点接入,即取即用”战略目标的最后一个环节,也是未来运营商算力网络发展的关键竞争力。
目前,中国移动和中国联通都已经提出了“光算力锚点”的概念,中国移动 “九州”光算力网络架构白皮书,明确就提出了构建光算力锚点实现差异化承载入算的目标,预计会形成互联网(CMnet)、IP切片和OTN硬管道多种差异化入算模式,支撑商业差异化和品牌竞争力。
以上四个阶段是光传送网在算力时代行业关注以及分阶段落地的一些思考探索,在实际情况下,四个阶段并不是完全的前后承接关系,但最终的目标都是要达成这四个方面的能力升级,最终支持国家和运营商算力网络的战略成功。在不远的将来,我们有望见证一个全新的数字化时代的到来,算力资源将如同水电一样,成为社会基础设施的一部分,顺畅、高效地流动于未来的算力网络。
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