算力网络部署策略研究与实现

欧阳恩山，夏 巍

（中国联通湖南省分公司，湖南长沙 430100）

0 前言

2022 年2 月18 日，国家正式启动“东数西算”工程，突显了数字经济在国家发展中的战略地位。2022年5 月27 日，湖南省政府办公厅印发《湖南省算力支撑能力提升行动方案（2022—2025 年）》，要求加强省内算力基础设施建设，建立一体化算力服务体系，全面提升数字经济发展的算力支撑能力。

面对新的时代机遇，湖南联通全面承接政府发展策略，积极筹划算力网络基础设施的建设工作。依据省内“十四五”发展规划成果，全面分析各地（市）、各行业数字经济发展趋势及其算力需求，基于自身网络资源现状，研究算力网络部署方案，构建多层次算力网络基础设施体系，全面支撑多样化的数字化转型发展需求。本文在深入分析、预测各种算力需求的基础上，针对各类业务算力冷、热、温数据特点，从算力资源、算网资源2个方面，研究适合未来发展需求的算力网络部署策略，并依此指导湖南联通算力网络的规划建设，打造低时延、广连接、便捷化的服务型算力网络。

1 算力需求分析

1.1 数字经济发展趋势

随着数字技术由消费领域向生产领域、由虚拟经济向实体经济延伸，以云为基础、网为核心的算力网络数字信息基础设施，正成为工业互联网、人工智能、大数据、区块链、物联网、元宇宙等新技术新应用的承载基础。算力网络时代新业务应用场景发展如图1所示。

1.2 湖南省政府“十四五”发展规划分析

围绕算力、算法、数据、网络、应用资源集约化和服务化创新，聚焦智能制造、视频文创等优势领域，加快布局建设一批算力应用场景。鼓励和支持互联网内容和应用服务企业，加快研发各类基于云和高带宽的应用产品，丰富应用类型和场景，壮大算力网络应用生态。省政府“十四五”规划涉及算力网络的内容包括：先进制造业，物联网产业强基工程，数字文化，中小企业上云，新型智慧交通网、能源网、水利网建设工程，创新平台建设计划等。

1.3 截至2025年全省算力需求测算

根据算力衡量模型与业务分类，同时结合湖南省“十四五”发展规划成果与业界算力增长定律（每12个月增长1 倍），经过详细分析，聚焦未来算力发展的十八大主要行业市场。基于现有案例数据，预计到2025年，全省算力总需求为10.1 EFLOPS、存储50 EB，详细数据如表1所示。

2 算力资源部署策略

算力网络布局，主要为承接国家与集团发展战略，满足省内数字经济发展要求，在中国联通算力网络体系架构下，夯实算力资源、算网络资源两大板块，构建以省级数据中心和地（市）数据中心相结合的泛在算力结构，打造低时延、广连接、智能化、便捷化的一体化新型算力网络。

2.1 算力资源部署策略及建设方案

2.1.1 基于“云边端”的算力布局

湖南联通以“3+12+X”作为全省目标架构，建设3个省级节点，12 个地（市）云池，若干个边缘云池。省内算力网络3 级云架构如图2 所示。3 个省级节点分别连接国家算力枢纽节点：长沙河西云基地数据中心西出湘西直连成渝；长沙阅读基地数据中心北出岳阳直连武汉、东出株洲直连昌九；衡阳数据中心南出郴州直连粤港澳，为中三角城市群提供数字经济发展的核心生产力。省内骨干枢纽发展思路如图3所示。

图2 省内算力网络3级云架构示意图

图3 省内骨干枢纽发展思路示意图

以“5G 网络+泛在数据中心”，打造“云-边-端”新3 层智慧连接架构。“云-边-端”新3 层智慧连接架构如图4所示。在云中心侧以领先的开放网络平台为核心，打造高性能、低成本、弹性可扩展的泛在算力解决方案，实现一点入云，多云可达。

图4 “云-边-端”新3层智慧联接架构示意图

2.1.2 地（市）算力需求测算

根据表1 的测算，全省算力总需求为10.1 EFLOPS、存储50 EB，湖南联通规划部署其中三分之一的算力资源，算力3 516 PFLOPS、存储17 670 PB。依据不同地（市）GDP、人口规模、人均社消、地域位置等因素，将总算力资源需求分配到全省14个地（市）：

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

其中，A为GDP占比，B为人口占比，C为人均社消占比，D为位置重要性占比，E为湖南联通部署总算力。其中，GDP、人口、人均社消、位置因素在全省规划部署总算力的占比权重分别设为50%、25%、15%、10%。

依此计算出到2025 年全省14 个地（市）的算力需求，详见表2。

表2 截至2025年全省各地（市）总算力部署规模详表

2.1.3 基于数据特征的地（市）算力资源布局

根据冷、温、热数据的特点，对各场景算力需求进行分类，作为省级骨干云池、地（市）级骨干云池、边缘云池算力部署规模的重要依据，按照以下策略分别确定各地（市）3级云池算力部署规模：

某地（市）边缘云池算力=某地（市）热算力=某地（市）总算力×10%

某地（市）骨干云池算力=某地（市）温算力=某地（市）总算力×65%

地（市）1（长沙）与地（市）6（衡阳）的温算力，直接部署到省级骨干云池。

省级云池算力=周边其他地（市）冷算力+本地（市）冷算力+本地（市）温算力

某地（市）冷算力取值为当地总算力的25%。

依此计算出到2025 年的省级骨干云池算力部署规模为1 672 PFLOPS、8 395 PB；地（市）骨干云池算力部署规模为1 492 PFLOPS、7 508 PB；边缘云池算力部署规模为352 PFLOPS、1 767 PB。

到2025 年全省骨干云池与边缘云池算力能力部署规模如表3所示。

表3 截至2025年全省骨干云池与边缘云池算力能力部署规模

2.1.4 安全容灾的算力布局

加强网络数据安全顶层设计，建设安全管理、安全技术、安全标准协同保障的三大安全体系，推动算网安全从单点可控迈向全程可信。根据应用对算力的不同需求，建设算力体系的容灾备份节点，提升算力体系的安全稳定性。容灾按区域进行规划，省级云池互为备份，地（市）骨干云池在省级云池做备份，分4个区域进行容灾备份，省级云池按当前存储100%+50%进行容量规划，未来按照100%+100%进行容量规划。

3 算网资源部署策略及建设方案

面向算网一体，构建覆盖所有DC新架构的“光+IP网”综合承载网络，具备无损网络、绿色超宽、品质联算、弹性敏捷、确定性体验、应用级保障六大特征，能够提供稳定、安全、智能、高效、灵活的算网融合服务能力，全省算力网络目标架构如图5所示。

图5 算力网络目标架构示意图

3.1 基础承载网架构优化

结合算力需求逐步优化现有网络结构，形成面向区域DC、核心DC、边缘DC 等3 级算力基础承载网络，提供高品质的云资源池及算力服务。基础架构演进方向如图6所示。

图6 基础架构演进方向

3.2 打造多级低时延圈

骨干光缆网主要优选低时延路由方式建设，通过对比分析不同传输路径的长度，确定合适的路由方案，首选高速公路与高铁线路形成最短路由。基于OXC+ASON 技术打造1、3、5 ms超低时延全光网络，最终实现：1 ms-城市内、3 ms-长株潭城市群、5 ms-省内的低时延目标。

3.3 全光底座部署策略

围绕全光ROADM/OXC 骨干网、OTN政企精品网，持续优化网络，推进光电融合，提升关键能力，打造超低时延、泛在光接入、智能敏捷、安全可控的算力时代全光底座。全光底座目标架构如图7所示。通过网络架构、光缆网、传输系统3 个方面的建设与布局，构建面向未来智慧全光底座。

图7 全光底座目标架构

a）“双节点、多路由、双平面”，确保一干出省、省干出地（市）“双局址”，地（市）间光缆“多路由”，省干网络“双平面”，提升网络的安全性和健壮性。

b）围绕DC 机房布局，干线统筹，完善地（市）间高速公路光缆布局，持续优化时延，为网络扁平化奠定基础。

c）省干传输网通过OXC+OTN 双节点、双平面架构，覆盖169 网骨干节点、省/地（市）数据中心、云资源池、重要大客户节点，满足以DC 为中心的组网需求，通过SDN 管控，实现算网业务的高质量传送，打造安全可靠、时延领先、竞争力强的政企精品网。

3.4 智能IP网络部署

面向算力资源的灵活承载和调度，依托现有网络资源和技术发展，研究构建能够提供确定性服务能力的智能IP 网络，为用户提供具有确定性时延、确定性带宽和确定性网络质量的网络服务。

3.4.1 打造算网一体的高品质互联网

短期内保持骨干网双平面，14 个本地网及2 个IDC 汇聚出口，以口字型直联骨干出口架构，根据业务预测适度超前进行网络扩容，推动与全国算力核心的直联，在省内加快与中国电信、中国移动直联点建设，满足业务发展需求。

进一步优化网络结构和传输网络，加大低时延平面的建设，如新增贵阳、南昌等方向的BR 直达电路，为用户提供更低时延、更高质量的网络保障。

3.4.2 打造面向边缘算力和多业务融合承载的智能城域网络

根据边缘算力和多业务承载需求，建设高质高效、智能化、有竞争力的综合智能城域网，实现各类业务的综合承载。发挥智能城域网简化架构、简化设备、自主可控、统一SDN 管控等优势，加快推进切片差异化服务能力和SRv6、EVPN、FlexE、iFit 等新技术部署，实现算力资源的“一跳入算、一跳入云”，算力资源快速送达，建设高品质的算力网络。

4 应用案例

湖南教育算力网络是以政企精品网作为底层网络承载，为全省教育行业打造的省、市、区/县3 级云架构算力网络，通过“算力+网+应用”的模式，将各种教育行业云应用，以算力的方式输送到校园内的各个场景，为教师、学生快速提供各种高品质的教学、安全等算网服务，实现教学、生活的智能化和数字化升级。湖南教育算力网络应用拓扑图如图8所示。

图8 湖南教育算力网络应用拓扑图

5 结束语

本文根据全省数字经济发展需求，对不同行业的算力需求进行了分析，深入研究了湖南联通的算力资源、算网资源部署策略和规划建设方案，目前正积极推进相关数据中心和网络的建设，全省已完成2 个省级云池、7 个地（市）云池的初期规模部署，并同步将算力网络应用到校园、工业制造、医院等场景。后续将根据技术的发展演进，持续跟踪研究算力的智能调度、确定性网络、算力网络应用等多方面的课题，为数字经济的发展构建新一代数字基础设施。