刘韵洁院士：我国算力网发展前景及挑战

 中国网信杂志 2023-07-24

确定性网络技术成为推动算力网络发展的关键。

刘韵洁

中国工程院院士，网络通信与安全紫金山实验室主任

“东数西算”是我国为促进数字经济发展、建设数字中国而推动实施的一项国家战略工程。算力和网络的发展日益呈现一体共生趋势，网络从连接算力演进为动态感知算力、可定制承载算力，实现在网计算随需随算，算力无处不在。

数字经济发展对算力网络提出重大挑战

ChatGPT的出现让“算力网络”这一概念受到越来越多的关注，但美国通过限制相关技术和高端芯片的出口不断对我国进行挤压，企图通过5纳米、7纳米等高端GPU（图形器处理）芯片对中国禁运，让中国的算力尤其在智能算力方面永远落后于美国。面对这种情况，我们不仅要尽快突破算力网络关键核心技术，更要找到适合自身国情的算力网络发展路径。

以ChatGPT-3为例，它有1750亿个参数，其训练使用了微软的人工智能计算系统，该系统由1万个V100GPU和28.5万个CPU组成，每个GPU服务器拥有400Gb/s的网络性能，这样才能满足训练所需约3640PF-days（即假如每秒计算一千万亿次，需要计算3640天）的算力。由于美国高端人工智能芯片禁售，我国若要满足如此庞大的算力需求，除阿里、腾讯等大算力中心有这样的能力外，对于普遍需要大模型训练的单位而言，比较现实的路径就是把多个分散的数据中心通过网络连接起来，形成算力集群，开展协同计算、并行计算等来弥补单个数据中心算力不足的劣势。

然而，数据中心之间的连接和海量数据的传输又对网络提出更高的要求，即要能实现超长距离无损数据传输。国际上做过相关试验，在算力网络条件下，如果丢包率大于1%，传输效率将下降50%；如果丢包率大于2%，传输效率则将接近于0。这对我们实现数据远距离无损传输提出很大挑战，因此，我们建议利用确定性网络，并结合RDMA（远程直接数据存取）等无损传输技术来提升国家整体算力和网络资源效能。

确定性网络技术成为推动算力网络发展的关键

确定性网络技术得到国际同行的认可，相关研究也有很多。例如，IETF（国际互联网工程任务组）在2015年10月成立DetNet（确定性网络）工作小组，侧重研究为网络层数据传输提供确定性延迟、丢包、抖动以及高可靠性的标准和能力；3GPP（第三代合作伙伴计划）于R16、R17、R18标准先后支持IEEE（电气与电子工程师协会）TSN （时间敏感网络）协议的5G网络系统，确立5G系统的确定性机制并进行标准化；美国能源部、国际电工委员会（IEC）等组织也都制定了相关标准。国内方面，中国信息通信研究院联合国内多家网络相关单位共同组建的网络5.0产业和技术创新联盟，开展DIP（确定性IP）研究；工业互联网产业联盟启动“时间敏感网络（TSN）产业链名录计划”。

确定性网络正成为未来网络产业发展的核心，也是我国在网络领域实现“换道超车”的重要历史机遇。那么，如何实现网络的确定性服务能力呢？这就需要一个新的网络体系架构。基本思路就是把网络软硬件设备进行解耦，将网络资源尽量开放，功能细化，变成可重构、可调度的模块，实现网络资源的灵活调度控制和按需配置。基于此，我们在全球率先提出“服务定制网络（SCN）新型网络体系架构”，在网络承载、网络控制、网络服务三个平面实现多项核心技术突破，改变传统互联网TCP/IP协议僵化和不可控问题，实现互联网核心技术的自主可控和发展主动权。

而这个架构的实现需要有一个大网的操作系统，它就像网络的“超级大脑”一样，能对整个网络资源进行实时数据采集和分析，对网络进行融合控制，从而确保网络服务能力确定性可控。我国具有自主知识产权的大网操作系统目前已在400多个城市、1100多个节点的骨干网上稳定运行了5年。

在大算力场景下，确定性网络在满足数据高速、远距离、无损传输需求方面具有明显的优越性。从未来网络试验设施（CENI）现网测试数据可以看出，基于确定性网络技术的传输效率远远优于传统网络技术，如相较于FTP（文件传输协议）效率可提升36倍，相较于QUIC（快速UDP网络连接）效率可提升15倍，且对于线路延时、丢包的鲁棒性更好。因此，确定性网络将成为支撑大算力应用高速传输的坚实底座。

确定性网络正在助力数字经济高质量发展

实际上，目前相关团队正在规划将确定性网络应用在“东数西算”工程项目中，依托未来网络试验设施建设连接“东数西算”八大枢纽节点数据中心的“确定性新总线”，项目完成后将极大地提升我国算力资源使用效率，为电力、气象、能源等重大应急安全领域提供安全、可靠、高效的网络支持能力，助力我国数字经济高质量发展和碳达峰、碳中和目标的实现。

“东数西算”工程解读。

ChatGPT的出现加速了人工智能大模型时代的到来，未来每个行业，甚至每个企业都可以拥有自己的大模型，这要求网络能够提供全域确定性服务能力。目前，我国已基于未来网络试验设施构建了覆盖全国35个城市的广域确定性网络，可实现跨一万公里数据传输，端到端的时延抖动小于50微秒，做到零丢包、不乱序，可为将来不同行业、不同场景下的大模型训练提供确定性网络支撑能力，大大提升了大模型的生成效率。

此外，确定性网络还可为工业互联网、能源互联网、元宇宙、科学研究等典型场景提供高效的网络支撑能力。以“中国天眼”——500米口径球面射电望远镜（FAST）为例，当前，FAST每小时产生超过7TB的巡天数据，这对网络传输、数据存储、计算处理能力都带来严峻挑战。项目团队依托未来网络试验设施，建立算网融合的FAST巡天科研环境，协助FAST团队突破海量科学原始数据的快速传输、高通量计算难题，极大地提升了技术创新效率。

“中国天眼”——500米口径球面射电望远镜（FAST）位于贵州省黔南布依族苗族自治州境内。

面对互联网下半场发展，即从消费领域进入实体经济的历史机遇期，确定性网络有望解决传统互联网拥塞无序的问题，推动互联网从“尽力而为”到“确保所需”的技术体系变革。希望我们能抓住这一重大机遇，不断突破确定性网络核心技术，不断发展完善确定性网络相关产业生态，实现核心标准、芯片、设备的自主可控，引领算力网络技术和应用的发展。

来源：《中国网信》2023年第6期