信息社會(huì)進(jìn)入智能化新階段，信息基礎(chǔ)設(shè)施的主要作用已不是解決連通問(wèn)題，而是為人類的生產(chǎn)與生活提供充分的分析、判斷和控制能力。因此，計(jì)算能力和大數(shù)據(jù)資源成了新的信息基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵。算力作為數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代的新生產(chǎn)力，必須實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施化。
算力和國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）呈正相關(guān)的關(guān)系，未來(lái)算力指數(shù)可能是比電力指數(shù)更重要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。因此，未來(lái)信息基礎(chǔ)設(shè)施必須通盤(pán)考慮算力網(wǎng)絡(luò)和通信網(wǎng)，還要與電力等能源網(wǎng)絡(luò)協(xié)同配合，做好算力、通信、電力網(wǎng)全國(guó)“一盤(pán)棋”的頂層設(shè)計(jì)，統(tǒng)籌兼顧，力爭(zhēng)全局優(yōu)化。
算力網(wǎng)絡(luò)是新型基礎(chǔ)設(shè)施的一個(gè)組成部分，而“東數(shù)西算”又是算力網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)組成部分。我們要基于經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的大邏輯、大格局、大趨勢(shì)，做好頂層路線圖的設(shè)計(jì)，避免“只見(jiàn)樹(shù)木不見(jiàn)森林”。
不同視角下的未來(lái)信息基礎(chǔ)設(shè)施
計(jì)算機(jī)界和通信界對(duì)未來(lái)的信息基礎(chǔ)設(shè)施有著不同的視角。
計(jì)算思維的核心是分層次抽象，對(duì)應(yīng)到未來(lái)信息基礎(chǔ)設(shè)施，就是以新的抽象來(lái)屏蔽不同“云”的差異，實(shí)現(xiàn)“跨云計(jì)算”。眾所周知，互聯(lián)網(wǎng)是網(wǎng)際網(wǎng)，未來(lái)的信息基礎(chǔ)設(shè)施就是“互聯(lián)云”。
從計(jì)算機(jī)的視角來(lái)看，這是以云為中心，強(qiáng)調(diào)以云調(diào)網(wǎng)、云網(wǎng)融合、一云多網(wǎng)的信息基礎(chǔ)設(shè)施，重點(diǎn)是解決各種軟硬件的不兼容問(wèn)題。算力網(wǎng)絡(luò)基本載荷單元不是消息，而是計(jì)算任務(wù)。核心創(chuàng)新是做任務(wù)交換和高通量的計(jì)算，追求低熵有序。
而通信界的視角則是以網(wǎng)絡(luò)為中心，把計(jì)算和存儲(chǔ)能力看成是可調(diào)動(dòng)的資源，即“網(wǎng)調(diào)云”，因而強(qiáng)調(diào)算力資源評(píng)估、交易和調(diào)度，目標(biāo)是構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算高效協(xié)同的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)重視算力的感知、異構(gòu)算力的統(tǒng)一標(biāo)識(shí)和算力資源的標(biāo)準(zhǔn)化等。
目前，算力網(wǎng)絡(luò)被認(rèn)為是6G與未來(lái)網(wǎng)絡(luò)中一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)技術(shù)，即在網(wǎng)絡(luò)中部署數(shù)據(jù)處理能力。這一理念目前主要是電信運(yùn)營(yíng)商在推動(dòng)，中國(guó)電信等運(yùn)營(yíng)商先后發(fā)布了《算力網(wǎng)絡(luò)白皮書(shū)》，也提出了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。2021年7月，國(guó)際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)分局（ITU-T）發(fā)布了第一個(gè)算力網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)“Y.2501”。算力網(wǎng)絡(luò)的提出不僅僅是技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，更是市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需求。電信運(yùn)營(yíng)商希望在“連接+計(jì)算”一體化服務(wù)場(chǎng)景下實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)擴(kuò)展，避免被管道化。
工信部通信科技委常務(wù)副主任、中國(guó)電信科技委主任韋樂(lè)平曾提出“網(wǎng)是基礎(chǔ)、云為核心、網(wǎng)隨云動(dòng)、云網(wǎng)一體”，我認(rèn)為這是云網(wǎng)融合一個(gè)正確的發(fā)展原則。我希望通信領(lǐng)域的專家考慮“網(wǎng)調(diào)云”的時(shí)候，要充分理解哪些計(jì)算資源現(xiàn)在可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)配、哪些還不能。實(shí)際情況是，目前只有相當(dāng)少量的計(jì)算資源可以調(diào)配，很多還不能調(diào)配。
算力網(wǎng)絡(luò)是前景光明的宏偉目標(biāo)
“人工智能之父”約翰•麥卡錫早在1961年就提出效用計(jì)算（Utility Computing）的目標(biāo)：“有一天，計(jì)算可能會(huì)被組織成一個(gè)公共事業(yè)，就像電話系統(tǒng)是一個(gè)公共事業(yè)一樣。”讓計(jì)算能力成為像電一樣的公共基礎(chǔ)設(shè)施，這是計(jì)算機(jī)界已經(jīng)奮斗了半個(gè)多世紀(jì)的宏偉目標(biāo)。1984年，SUN公司提出的“網(wǎng)絡(luò)就是計(jì)算機(jī)”也是今天講的算力網(wǎng)絡(luò)的美妙前景。
從提出Utility Computing的奮斗目標(biāo)開(kāi)始，計(jì)算機(jī)界就清楚公共計(jì)算服務(wù)與公共電網(wǎng)不同，至少需要關(guān)注三個(gè)問(wèn)題。一是接口——用戶如何和資源進(jìn)行對(duì)接？二是服務(wù)設(shè)備——用戶通過(guò)什么設(shè)備將資源轉(zhuǎn)換成服務(wù)？三是產(chǎn)品的異質(zhì)性——計(jì)算是一種復(fù)雜的服務(wù)，存在多樣性，不同的編程語(yǔ)言和硬件如何兼容？通過(guò)幾十年的努力，人們已經(jīng)發(fā)明了用于遠(yuǎn)程接入的互聯(lián)網(wǎng)、管理物理計(jì)算資源的操作系統(tǒng)、把資源分給多人同時(shí)使用的虛擬化技術(shù)。近十年廣泛流行的云計(jì)算集成了這些技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)“計(jì)算的公共基礎(chǔ)設(shè)施”找到了出路。只要云、邊、網(wǎng)、端都盡可能地實(shí)現(xiàn)云化，就有可能將原本不是公共物品的計(jì)算能力變成虛擬的公共物品。從長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)來(lái)看，算力網(wǎng)絡(luò)的前景一定是光明的。
算力資源還需大量原始創(chuàng)新
媒體上有些文章將目前在做的算力網(wǎng)絡(luò)與交通網(wǎng)絡(luò)、電力網(wǎng)絡(luò)等量齊觀，認(rèn)為算力現(xiàn)在就可以做到像供水和供電一樣方便，這顯然太樂(lè)觀了。計(jì)算能力終究不是像水電一樣具有同質(zhì)性的公共品，每個(gè)算力產(chǎn)品都想通過(guò)專有的特性贏得競(jìng)爭(zhēng)，所以算力網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)比交通和能源網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜得多也困難得多。構(gòu)建算力網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)還不成熟，還需要做很多基礎(chǔ)性的原始創(chuàng)新和大量的技術(shù)攻關(guān)。
正在研究突破的與算力網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的計(jì)算技術(shù)包括任務(wù)交換技術(shù)、智能流抽象、資源賦名、控域、網(wǎng)程、標(biāo)簽化體系結(jié)構(gòu)、內(nèi)構(gòu)安全、在網(wǎng)計(jì)算等等，突破這些技術(shù)都需要付出艱苦的努力。通信與網(wǎng)絡(luò)界也要突破許多關(guān)鍵技術(shù)，其中確定性網(wǎng)絡(luò)對(duì)實(shí)現(xiàn)性能與用戶體驗(yàn)可控的算力網(wǎng)絡(luò)具有重要意義。
算力網(wǎng)絡(luò)要為減熵作貢獻(xiàn)
傳統(tǒng)的“信息高速公路”的技術(shù)天花板已出現(xiàn)。“信息高速公路”遵循“無(wú)序共享”原則，這一原則為現(xiàn)有的信息基礎(chǔ)設(shè)施埋下了巨大隱患——性能干擾，用戶可感知的服務(wù)質(zhì)量存在很大的不確定性（從信息論的角度看就是“熵”比較大）。由于采用大量冗余，各大云計(jì)算中心均面臨總體效率不高的問(wèn)題，許多數(shù)據(jù)中心的利用率甚至不到20%。因此，在計(jì)算機(jī)界人士的眼中，算力網(wǎng)絡(luò)作為未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的組成部分，要為減熵作貢獻(xiàn)。
中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所（以下簡(jiǎn)稱計(jì)算所）提出的“信息高鐵”就是建設(shè)高通量低熵算力網(wǎng)絡(luò)。“信息高鐵”強(qiáng)調(diào)“低熵有序”，針對(duì)高通量計(jì)算，其性能指標(biāo)是“通量”（goodput，通量=任務(wù)吞吐率×良率），即“保質(zhì)任務(wù)吞吐率”，也就是單位時(shí)間完成的保質(zhì)任務(wù)數(shù)。“信息高鐵”追求的目標(biāo)是可測(cè)、可控、可調(diào)、可信，希望能顯著改善應(yīng)用品質(zhì)，提升系統(tǒng)通量與效率。
“信息高鐵”按照“一橫一縱”的思路，重新定義下一代信息基礎(chǔ)設(shè)施的邊界。“一橫”是通過(guò)“聯(lián)邦制”的方式橫向聯(lián)通，最大化組織起所有愿意共享的大/小數(shù)據(jù)中心的各類異構(gòu)算力資源，為用戶提供統(tǒng)一封裝、抽象易用的算力資源；“一縱”是縱向打通云、網(wǎng)、邊、端全鏈路基礎(chǔ)設(shè)施資源，通過(guò)全鏈路多級(jí)多維度測(cè)調(diào)、控域隔離等方式，實(shí)現(xiàn)海量物端應(yīng)用的端到端服務(wù)確保質(zhì)量。
計(jì)算所對(duì)“信息高鐵”做了初步的測(cè)試實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，不管是任務(wù)的良率還是通量，都比傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)高出6~7倍。而且，越是負(fù)載高的時(shí)候，“信息高鐵”的優(yōu)勢(shì)越明顯，良率也是如此。
算力網(wǎng)絡(luò)要避免“帝國(guó)制”壟斷運(yùn)營(yíng)
從頂層設(shè)計(jì)的角度，我認(rèn)為國(guó)家算力網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)應(yīng)由三部分組成。第一部分是由國(guó)家或地方財(cái)政建立的公共算力基礎(chǔ)設(shè)施，第二部分是電信運(yùn)營(yíng)商和龍頭云服務(wù)商建設(shè)的骨干企業(yè)級(jí)算力基礎(chǔ)設(shè)施，第三部分是由大量中小型信息服務(wù)企業(yè)協(xié)作建立的算力網(wǎng)絡(luò)。
算力網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建要高度重視中小企業(yè)。我希望全國(guó)的算力網(wǎng)絡(luò)避免單一“帝國(guó)制”壟斷運(yùn)營(yíng)，探索新型的“聯(lián)邦制”管理模式，激活中小企業(yè)的參與熱情。運(yùn)行方式是否得當(dāng)，決定著算力網(wǎng)絡(luò)的前途。
在布局上，算力網(wǎng)絡(luò)既要“全局統(tǒng)一”，又要“環(huán)節(jié)解耦”。“全局統(tǒng)一”是指全國(guó)主要算力中心協(xié)同管理，形成東西互補(bǔ)、南北貫通的一體化算力網(wǎng)絡(luò)，提供統(tǒng)一的算力資源服務(wù)。“環(huán)節(jié)解耦”是指算力的設(shè)備提供商、運(yùn)營(yíng)商和增值服務(wù)商合理解耦，消費(fèi)者僅需按統(tǒng)一定價(jià)支付費(fèi)用就可得到多樣性服務(wù)。在我看來(lái)，算力網(wǎng)絡(luò)的生命力在于協(xié)同合作，過(guò)分強(qiáng)調(diào)一家企業(yè)的端到端一體化，不利于算力網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。
計(jì)算的應(yīng)用可分為實(shí)時(shí)（數(shù)據(jù)處理）和非實(shí)時(shí)兩大類。一般而言，有實(shí)時(shí)要求的應(yīng)用并不要求很強(qiáng)大的算力，但那些面向基礎(chǔ)研究的科學(xué)計(jì)算、人工智能的訓(xùn)練等，雖不要求實(shí)時(shí)的應(yīng)用，往往需要使用超級(jí)計(jì)算機(jī)和超大規(guī)模的人工智能訓(xùn)練平臺(tái)。
新藥研制和新材料研發(fā)、集成電路等新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)等，都需要巨大的算力。非實(shí)時(shí)的計(jì)算可能對(duì)國(guó)家發(fā)展具有更基礎(chǔ)、更長(zhǎng)遠(yuǎn)的作用，國(guó)家級(jí)的算力網(wǎng)絡(luò)資源應(yīng)優(yōu)先考慮非實(shí)時(shí)的高性能計(jì)算和智能計(jì)算（模型的訓(xùn)練）。實(shí)時(shí)性強(qiáng)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和金融網(wǎng)絡(luò)等大多由企業(yè)自建。此外，邊緣計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)大多有實(shí)時(shí)要求，算力網(wǎng)絡(luò)建設(shè)要高度重視確定性網(wǎng)絡(luò)的研究。
不能無(wú)限夸大“東數(shù)西算”的減排貢獻(xiàn)
啟動(dòng)“東數(shù)西算”工程，有利于集中建設(shè)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)我國(guó)西部地區(qū)的數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展，能在一定程度上緩解東部供電壓力。但是，放在全國(guó)的大盤(pán)子上，“東數(shù)西算”工程對(duì)全國(guó)節(jié)能減排只有一定比例的貢獻(xiàn)，不能無(wú)限制地夸大。
數(shù)字中心只要建了，不管建在東部還是西部，都是要耗電的。在西部建數(shù)據(jù)中心有兩方面的好處。
一是西部的電源使用效率（PUE）值低一點(diǎn)，相對(duì)于在東部建數(shù)據(jù)中心，有可能會(huì)節(jié)省20%的用電。但如果采用曙光公司發(fā)明的浸沒(méi)相變液冷技術(shù)，耗電量對(duì)數(shù)據(jù)中心所在地的平均氣溫就不是十分敏感。
二是傳輸線路的損耗，2000公里長(zhǎng)距離輸電的損耗在6%左右。根據(jù)中國(guó)信息通信研究院統(tǒng)計(jì)的各省區(qū)市2020年的算力規(guī)模，貴州、甘肅、寧夏、新疆、重慶等西部各省區(qū)市算力總和還不到5Eflops，只占我國(guó)數(shù)據(jù)中心算力總規(guī)模（140Eflops）的4%左右。即使未來(lái)幾年翻倍增長(zhǎng)，估計(jì)西部新建數(shù)據(jù)中心的算力5年內(nèi)也難以超過(guò)全國(guó)算力的20%。
全國(guó)數(shù)據(jù)中心每年耗電量在2000億度左右，未來(lái)西部數(shù)據(jù)中心最多用電120億度。能節(jié)省120億度電當(dāng)然是值得努力爭(zhēng)取的大事，但與我國(guó)總用電量8萬(wàn)億度相比，只占0.15%。與每年跨省輸電2萬(wàn)億度相比，也只有“西電東輸”的0.6%。
因此“東數(shù)西算”的意義不能光拿省電來(lái)說(shuō)事，也不能把“東數(shù)西算”看作是我國(guó)算力基礎(chǔ)設(shè)施的整體戰(zhàn)略和全部?jī)?nèi)容，應(yīng)從國(guó)家東西部平衡發(fā)展、構(gòu)建全國(guó)算力網(wǎng)絡(luò)新基礎(chǔ)設(shè)施的大局著眼。目前東部大城市建數(shù)據(jù)中心的需求很迫切，但沒(méi)有用電指標(biāo)，批地也很困難，向西部尋求算力資源是迫切而合理的選擇。
需要指出的是，我國(guó)現(xiàn)行的《供電營(yíng)業(yè)規(guī)則》不允許光伏和風(fēng)力發(fā)電站直接給數(shù)據(jù)中心供電——發(fā)電必須入網(wǎng)，電力統(tǒng)購(gòu)統(tǒng)銷。這種政策不利于在西部建設(shè)數(shù)據(jù)中心。建議國(guó)家給數(shù)據(jù)中心一定的靈活性，推行“源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化”理念，支持算力跟著能源走，促進(jìn)綠電的消納。
取得實(shí)效尚需艱苦努力
另外值得注意的是，雖然中西部地區(qū)數(shù)據(jù)中心在用機(jī)架數(shù)的全國(guó)占比已上升到39%，超過(guò)北京、上海、廣東三個(gè)數(shù)據(jù)中心聚集區(qū)的在用機(jī)架數(shù)的全國(guó)占比（31%），但機(jī)器利用率不高。“東數(shù)西算”工程在西部建設(shè)的四個(gè)數(shù)據(jù)中心基地如何開(kāi)展業(yè)務(wù)、大幅度提高算力的利用率，要做大量細(xì)致的工作。“東數(shù)西算”要達(dá)到“西電東輸”和“南水北調(diào)”的實(shí)效，還要做艱苦的努力。
美國(guó)擁有多個(gè)開(kāi)放的、全球性的、與算力網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的科研創(chuàng)新綜合試驗(yàn)平臺(tái)，它們?yōu)槊绹?guó)信息領(lǐng)域科研創(chuàng)新提供了肥沃的土壤。而我國(guó)現(xiàn)在僅有一個(gè)國(guó)家級(jí)的未來(lái)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，先進(jìn)算力、分布式系統(tǒng)、云計(jì)算、邊緣計(jì)算等領(lǐng)域的國(guó)家級(jí)科研試驗(yàn)平臺(tái)還處于空白狀態(tài)。
建議國(guó)家盡快成立算力基礎(chǔ)設(shè)施研究中心和“東數(shù)西算”工程技術(shù)的試驗(yàn)場(chǎng)，建設(shè)一些開(kāi)放性的平臺(tái)。這些平臺(tái)不能是一個(gè)“孤島”，應(yīng)該與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)互聯(lián)互通，研發(fā)面向“東數(shù)西算”的“聯(lián)邦制”管理、算力測(cè)調(diào)和撮合交易系統(tǒng)等，形成算力基礎(chǔ)設(shè)施化的核心技術(shù)、基礎(chǔ)軟件和關(guān)鍵系統(tǒng)，并向“東數(shù)西算”工程推廣，加快各環(huán)節(jié)關(guān)鍵技術(shù)從孵化到完善的全過(guò)程，最終形成一套可面向“一帶一路”推廣的新信息技術(shù)體系�！�
（作者系中國(guó)工程院院士、中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)名譽(yù)理事長(zhǎng)，記者趙廣立根據(jù)其在信息化百人會(huì)第八屆信息戰(zhàn)略論壇上的發(fā)言整理）