以“东数西算”为契机解决算力面临的三大问题和挑战

以“东数西算”为契机解决算力面临的三大问题和挑战 字体： 小 中 大 分享到： 以“东数西算”为契机解决算力面临的三大问题和挑战 2022-04-01 08:11:00 来源：人民邮电报

2021年5月24日，国家发展改革委、中央网信办、工业和信息化部、国家能源局联合印发《国家集成大数据中心协同创新体系计算枢纽实施方案》，明确提出建设国家集成计算网络国家枢纽节点布局，加快实施“东算西算”工程。随后，四部委分别于2021年12月20日和2022年2月7日正式批复，同意启动京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝、内蒙古、贵州、甘肃、宁夏国家计算网络枢纽节点建设。至此，“东算西算”工程全面进入建设期。

顾名思义，“东算西算”项目就是将东部地区的非实时计算能力需求和大量生产生活数据输送到西部地区的数据中心进行存储、计算和反馈。其目的是构建更加绿色、更加均衡、更加高效的国家计算网络体系，以满足新时代各行各业数字化转型和数字技术与生活场景加速融合带来的海量计算、传输和存储需求，最大限度实现数据中心产业的绿色集约发展，促进资源的整体利用和西部数字经济建设。可以预见，未来“东算西算”工程将发挥类似于众所周知的“南水北调”(建设国家优质水网)、“西电东送”(建设国家优质电网)的重要作用和价值，与当前国家重大政策如西部大开发、生态文明建设、双碳战略等紧密联系，同步发展。

综合来看，“东算西算”项目将围绕“五个一体化”的项目目标展开:

网络整合。围绕集群建设数据中心直连网络，建立合理的网络结算机制，增加网络带宽，提高传输速度，降低传输成本。围绕集群安全有序推进新型互联网交换中心和互联网骨干直联点建设。

能源整合。从国家双碳战略总体规划出发，充分挖掘西部丰富的风光等可再生资源，应对可再生能源波动，扩大清洁能源市场化交易范围，推动建立清洁能源消费市场化机制。从整体规划层面统一分配数据中心集群的能耗指标。

计算力的积分。在集群内部和城区两级计算布局下，推动各行业数据中心加强一体化联通调度，促进阴天之间、云和数据中心之间、云和网络之间的资源联动，构建计算服务资源池。

数据整合。搭建开放数据共享、政企数据融合应用等公共数据流通设施平台。尝试多方安全计算、区块链、隐私计算、数据沙箱等技术模式，构建可信数据流通环境。

应用集成。开展一体化城市数据大脑建设，选择公共卫生、自然灾害、市场监管等应急场景。，试行“数据靶场”建设，探索不同应急情况下的数据利用规律和协调机制。

回顾过去，中国在建设国家超级计算中心和基础服务环境方面已经积累了十几年，取得了举世瞩目的成就。在超大型数据中心和云计算平台建设方面，一些基础电信运营商和云服务提供商积累了大量经验，在该领域已经进入国际先进行列。然而，与预设的“从东向西计算”的目标相比，面对更广区域、更多参与方、更高质量要求的数据和应用流动场景，现有的技术储备、工程建设水平和市场化程度仍面临诸多挑战。

在笔者看来，“东算西算”项目可以在以下三个方面发力，解决遇到的问题和挑战。

第一，通过“算东算西”解决计算能力分布式使用面临的挑战

“东算西算”项目最显著的特点是提出了计算能力与网络相连，异地计算能力与网络协同工作的实现思路。这种思路希望突破传统计算和数据中心计算能力提供服务的局限，在目前已经广泛成功的大数据中心和云计算平台上实现广域扩展和顶层优化。然而，计算能力资源传统上来自计算和数据中心的内部资源，并且被集中部署和管理。要满足计算能力整合的需求，需要计算能力的无缝分布式使用，目前业界还没有成熟可靠的解决方案。计算的实现是以数据为基础的，计算力的流动首先要完成高效的数据流动，这就需要更加完善和先进的数据平台、服务和相关系统。在技术层面，可以借鉴数据网格、数据中心网络、广域和分布式文件系统的技术经验，整合新的存储介质和架构，推动新一代分布式数据访问协议、存储系统和基础软件(分布式数据库和分布式文件系统)的演进。在政策层面，应进一步加快数据要素市场体系建设，推动数据市场交易模式落地。

第二，通过“算东算西”解决计算力交付方式面临的困境

在云服务中，计算能力作为IaaS资源使用和管理。但是，单个云平台的调度范围(区域)是有限的，过大的管理调度范围会导致云服务交付无法保证服务质量。很难采用资源交付或者云服务交付。前者需要集成的资源管理平台，实现相对简单，对用户要求高；后者需要统一的云服务平台，会引入更多的服务因素，实现难度更大。在这方面，超级计算互联网正在做一些前期工作。“十四五”前期启动“高性能计算环境国家应用平台与服务体系”项目，建设高速网络连接无锡、广州、北京、天津、深圳、长沙、青岛多个国家超算中心，整合开发超算资源管理环境、通用应用函数库和工具软件，建立复杂机械系统与量子物理系统、生物与材料、环境控制与灾害预防三个重点领域的应用资源。跨不同计算架构的应用程序的有效部署仍然是这个项目面临的挑战和技术突破。同时，计算能力本身具有位置分散、能力各异、动态变化的特点，导致计算能力难以计量，从而影响计算能力使用结算系统的建设，进一步损害产业运营。因此，迫切需要做好计算力感知、计算力建模和计算力评估工作。面向全网的计算能力资源(计算、存储和网络)，对各类计算能力资源的状态、动态和分布进行分析、测量和建模，实现基于干扰分析的计算能力资源评估，这是计算能力资源发现、交易和调度的基础。

第三，通过“从东向西算数”解决计算能力使用面临的安全问题

在数据传输过程中，物理设施、网络安全、应用安全、数据安全和信息安全可能面临多重风险。然而，“东西计算”工程实现的计算能力资源的开放使用面临更多的信息安全问题。从应用到使用再到结算，算力资源至少跨越了用户和供应商的边界。一旦出现风险，不仅会导致计算力用户出现漏洞，还会导致计算力供应商出现隐患，从而给整个计算网络资源系统带来风险。因此，如何在开放的数据共享和广泛的多方集成应用的需求和场景下实现端到端的安全，需要技术突破和政策制定等多方面的努力，例如:采用和部署内生的安全基础设施，合理规划网络的安全区域和不同区域之间的访问权限，尝试多方安全计算、区块链、隐私计算、数据沙箱等技术模式，做好网络安全态势监控。

计算设施是数字经济健康发展的基础，对数字经济的健康发展起着巨大的推动作用。据统计，计算能力指数每提高1%，数字经济和GDP将分别增长0.33%和0.18%。计算网络的技术概念已经逐渐在业界达成共识。可以预见，“东算西算”项目将为中国以数据为中心的产业发展带来新的机遇，不断提升数据资产对经济发展的贡献，带动广大西部地区参与到智能引领的数字经济浪潮中。尽管面临上述一系列挑战，但随着“东西计算”工程的逐步建设，大数据、云计算、高性能计算技术、新一代网络技术、端到端安全技术的快速进步和完善，以及相关产业、政策法规、创新开放的业态和场景不断涌现。未来将逐步实现网络与计算的融合，有效赋能数字经济。(中国工程院院士郑为民)

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