算力網絡部署策略研究與實現

歐陽恩山，夏 巍

（中國聯通湖南省分公司，湖南長沙 430100）

0 前言

2022 年2 月18 日，國家正式啟動“東數西算”工程，突顯了數字經濟在國家發展中的戰略地位。2022年5 月27 日，湖南省政府辦公廳印發《湖南省算力支撐能力提升行動方案（2022—2025 年）》，要求加強省內算力基礎設施建設，建立一體化算力服務體系，全面提升數字經濟發展的算力支撐能力。

面對新的時代機遇，湖南聯通全面承接政府發展策略，積極籌劃算力網絡基礎設施的建設工作。依據省內“十四五”發展規劃成果，全面分析各地（市）、各行業數字經濟發展趨勢及其算力需求，基于自身網絡資源現狀，研究算力網絡部署方案，構建多層次算力網絡基礎設施體系，全面支撐多樣化的數字化轉型發展需求。本文在深入分析、預測各種算力需求的基礎上，針對各類業務算力冷、熱、溫數據特點，從算力資源、算網資源2個方面，研究適合未來發展需求的算力網絡部署策略，并依此指導湖南聯通算力網絡的規劃建設，打造低時延、廣連接、便捷化的服務型算力網絡。

1 算力需求分析

1.1 數字經濟發展趨勢

隨著數字技術由消費領域向生產領域、由虛擬經濟向實體經濟延伸，以云為基礎、網為核心的算力網絡數字信息基礎設施，正成為工業互聯網、人工智能、大數據、區塊鏈、物聯網、元宇宙等新技術新應用的承載基礎。算力網絡時代新業務應用場景發展如圖1所示。

1.2 湖南省政府“十四五”發展規劃分析

圍繞算力、算法、數據、網絡、應用資源集約化和服務化創新，聚焦智能制造、視頻文創等優勢領域，加快布局建設一批算力應用場景。鼓勵和支持互聯網內容和應用服務企業，加快研發各類基于云和高帶寬的應用產品，豐富應用類型和場景，壯大算力網絡應用生態。省政府“十四五”規劃涉及算力網絡的內容包括：先進制造業，物聯網產業強基工程，數字文化，中小企業上云，新型智慧交通網、能源網、水利網建設工程，創新平臺建設計劃等。

1.3 截至2025年全省算力需求測算

根據算力衡量模型與業務分類，同時結合湖南省“十四五”發展規劃成果與業界算力增長定律（每12個月增長1 倍），經過詳細分析，聚焦未來算力發展的十八大主要行業市場?；诂F有案例數據，預計到2025年，全省算力總需求為10.1 EFLOPS、存儲50 EB，詳細數據如表1所示。

2 算力資源部署策略

算力網絡布局，主要為承接國家與集團發展戰略，滿足省內數字經濟發展要求，在中國聯通算力網絡體系架構下，夯實算力資源、算網絡資源兩大板塊，構建以省級數據中心和地（市）數據中心相結合的泛在算力結構，打造低時延、廣連接、智能化、便捷化的一體化新型算力網絡。

2.1 算力資源部署策略及建設方案

2.1.1 基于“云邊端”的算力布局

湖南聯通以“3+12+X”作為全省目標架構，建設3個省級節點，12 個地（市）云池，若干個邊緣云池。省內算力網絡3 級云架構如圖2 所示。3 個省級節點分別連接國家算力樞紐節點：長沙河西云基地數據中心西出湘西直連成渝；長沙閱讀基地數據中心北出岳陽直連武漢、東出株洲直連昌九；衡陽數據中心南出郴州直連粵港澳，為中三角城市群提供數字經濟發展的核心生產力。省內骨干樞紐發展思路如圖3所示。

圖2 省內算力網絡3級云架構示意圖

圖3 省內骨干樞紐發展思路示意圖

以“5G 網絡+泛在數據中心”，打造“云-邊-端”新3 層智慧連接架構?！霸?邊-端”新3 層智慧連接架構如圖4所示。在云中心側以領先的開放網絡平臺為核心，打造高性能、低成本、彈性可擴展的泛在算力解決方案，實現一點入云，多云可達。

圖4 “云-邊-端”新3層智慧聯接架構示意圖

2.1.2 地（市）算力需求測算

根據表1 的測算，全省算力總需求為10.1 EFLOPS、存儲50 EB，湖南聯通規劃部署其中三分之一的算力資源，算力3 516 PFLOPS、存儲17 670 PB。依據不同地（市）GDP、人口規模、人均社消、地域位置等因素，將總算力資源需求分配到全省14個地（市）：

某地（市）算力=A×E×50%+B×E×25%+C×E×15%+D×E×10%

其中，A為GDP占比，B為人口占比，C為人均社消占比，D為位置重要性占比，E為湖南聯通部署總算力。其中，GDP、人口、人均社消、位置因素在全省規劃部署總算力的占比權重分別設為50%、25%、15%、10%。

依此計算出到2025 年全省14 個地（市）的算力需求，詳見表2。

表2 截至2025年全省各地（市）總算力部署規模詳表

2.1.3 基于數據特征的地（市）算力資源布局

根據冷、溫、熱數據的特點，對各場景算力需求進行分類，作為省級骨干云池、地（市）級骨干云池、邊緣云池算力部署規模的重要依據，按照以下策略分別確定各地（市）3級云池算力部署規模：

某地（市）邊緣云池算力=某地（市）熱算力=某地（市）總算力×10%

某地（市）骨干云池算力=某地（市）溫算力=某地（市）總算力×65%

地（市）1（長沙）與地（市）6（衡陽）的溫算力，直接部署到省級骨干云池。

省級云池算力=周邊其他地（市）冷算力+本地（市）冷算力+本地（市）溫算力

某地（市）冷算力取值為當地總算力的25%。

依此計算出到2025 年的省級骨干云池算力部署規模為1 672 PFLOPS、8 395 PB；地（市）骨干云池算力部署規模為1 492 PFLOPS、7 508 PB；邊緣云池算力部署規模為352 PFLOPS、1 767 PB。

到2025 年全省骨干云池與邊緣云池算力能力部署規模如表3所示。

表3 截至2025年全省骨干云池與邊緣云池算力能力部署規模

2.1.4 安全容災的算力布局

加強網絡數據安全頂層設計，建設安全管理、安全技術、安全標準協同保障的三大安全體系，推動算網安全從單點可控邁向全程可信。根據應用對算力的不同需求，建設算力體系的容災備份節點，提升算力體系的安全穩定性。容災按區域進行規劃，省級云池互為備份，地（市）骨干云池在省級云池做備份，分4個區域進行容災備份，省級云池按當前存儲100%+50%進行容量規劃，未來按照100%+100%進行容量規劃。

3 算網資源部署策略及建設方案

面向算網一體，構建覆蓋所有DC新架構的“光+IP網”綜合承載網絡，具備無損網絡、綠色超寬、品質聯算、彈性敏捷、確定性體驗、應用級保障六大特征，能夠提供穩定、安全、智能、高效、靈活的算網融合服務能力，全省算力網絡目標架構如圖5所示。

圖5 算力網絡目標架構示意圖

3.1 基礎承載網架構優化

結合算力需求逐步優化現有網絡結構，形成面向區域DC、核心DC、邊緣DC 等3 級算力基礎承載網絡，提供高品質的云資源池及算力服務?；A架構演進方向如圖6所示。

圖6 基礎架構演進方向

3.2 打造多級低時延圈

骨干光纜網主要優選低時延路由方式建設，通過對比分析不同傳輸路徑的長度，確定合適的路由方案，首選高速公路與高鐵線路形成最短路由?；贠XC+ASON 技術打造1、3、5 ms超低時延全光網絡，最終實現：1 ms-城市內、3 ms-長株潭城市群、5 ms-省內的低時延目標。

3.3 全光底座部署策略

圍繞全光ROADM/OXC 骨干網、OTN政企精品網，持續優化網絡，推進光電融合，提升關鍵能力，打造超低時延、泛在光接入、智能敏捷、安全可控的算力時代全光底座。全光底座目標架構如圖7所示。通過網絡架構、光纜網、傳輸系統3 個方面的建設與布局，構建面向未來智慧全光底座。

圖7 全光底座目標架構

a）“雙節點、多路由、雙平面”，確保一干出省、省干出地（市）“雙局址”，地（市）間光纜“多路由”，省干網絡“雙平面”，提升網絡的安全性和健壯性。

b）圍繞DC 機房布局，干線統籌，完善地（市）間高速公路光纜布局，持續優化時延，為網絡扁平化奠定基礎。

c）省干傳輸網通過OXC+OTN 雙節點、雙平面架構，覆蓋169 網骨干節點、省/地（市）數據中心、云資源池、重要大客戶節點，滿足以DC 為中心的組網需求，通過SDN 管控，實現算網業務的高質量傳送，打造安全可靠、時延領先、競爭力強的政企精品網。

3.4 智能IP網絡部署

面向算力資源的靈活承載和調度，依托現有網絡資源和技術發展，研究構建能夠提供確定性服務能力的智能IP 網絡，為用戶提供具有確定性時延、確定性帶寬和確定性網絡質量的網絡服務。

3.4.1 打造算網一體的高品質互聯網

短期內保持骨干網雙平面，14 個本地網及2 個IDC 匯聚出口，以口字型直聯骨干出口架構，根據業務預測適度超前進行網絡擴容，推動與全國算力核心的直聯，在省內加快與中國電信、中國移動直聯點建設，滿足業務發展需求。

進一步優化網絡結構和傳輸網絡，加大低時延平面的建設，如新增貴陽、南昌等方向的BR 直達電路，為用戶提供更低時延、更高質量的網絡保障。

3.4.2 打造面向邊緣算力和多業務融合承載的智能城域網絡

根據邊緣算力和多業務承載需求，建設高質高效、智能化、有競爭力的綜合智能城域網，實現各類業務的綜合承載。發揮智能城域網簡化架構、簡化設備、自主可控、統一SDN 管控等優勢，加快推進切片差異化服務能力和SRv6、EVPN、FlexE、iFit 等新技術部署，實現算力資源的“一跳入算、一跳入云”，算力資源快速送達，建設高品質的算力網絡。

4 應用案例

湖南教育算力網絡是以政企精品網作為底層網絡承載，為全省教育行業打造的省、市、區/縣3 級云架構算力網絡，通過“算力+網+應用”的模式，將各種教育行業云應用，以算力的方式輸送到校園內的各個場景，為教師、學生快速提供各種高品質的教學、安全等算網服務，實現教學、生活的智能化和數字化升級。湖南教育算力網絡應用拓撲圖如圖8所示。

圖8 湖南教育算力網絡應用拓撲圖

5 結束語

本文根據全省數字經濟發展需求，對不同行業的算力需求進行了分析，深入研究了湖南聯通的算力資源、算網資源部署策略和規劃建設方案，目前正積極推進相關數據中心和網絡的建設，全省已完成2 個省級云池、7 個地（市）云池的初期規模部署，并同步將算力網絡應用到校園、工業制造、醫院等場景。后續將根據技術的發展演進，持續跟蹤研究算力的智能調度、確定性網絡、算力網絡應用等多方面的課題，為數字經濟的發展構建新一代數字基礎設施。