文 ｜ 劉韻潔（中國工程院院士）

    中國算力發展遇上“東數西算”工程，大家都在談論算力網。但當前，算力與網絡并未融合，無法提供“算力網絡服務”。我認為，只有建設“確定性網絡”才能保障算力網的健康發展。

    算力網絡的“確定性”挑戰

    建設確定性網絡的挑戰，可簡要提煉如下：

    第一是實時性的挑戰。目前互聯網幾乎沒有實時性能力，但不論是工業控制、能源，還是電力，都對網絡實時性提出了確定性指標，如時延指標、抖動指標。如果這些領域的網絡確定性問題得不到解決，算力網是根本沒法實現的。

    第二是帶寬的挑戰。FAST每天產生的數據大概有2000多TB，散裂中子源每天產生的數據有600多TB，這么大量的數據，每天要與全球網絡共享，網絡的帶寬不確定直接導致傳輸效率低下。

    第三是算力成網的挑戰?，F在的算力網是“煙囪化”的算力，相互獨立，缺乏感知和調度，算力利用率低，這使得大家使用算力的成本增加。

    未來的算力應該都是易用的，就像水、電一樣即取即用，這也是算力網的愿景。

    但從以上幾點來看，算力和網絡還是“兩張皮”。這背后需要大帶寬、低時延、低抖動、高可靠的“確定性網絡”為支撐，需要確定性的算力網做基礎。

    如何解決上述問題，使算力與網絡深度融合，無疑是一個非常大的挑戰。

    這已不是人們第一次面對確定性網絡的命題。但為何現在還沒有解決？因為難。要滿足人們對算力網絡大帶寬、低時延、零丟包等的需求，就好比在一條普通的馬路上，突然要建一段高速公路甚至高鐵。

    我們目前使用的互聯網就好比一條“普通馬路”，時延抖動難以控制。而確定性網絡則是利用新技術構建的“信息高鐵”，是完全暢通的一條路，時延抖動是可定制的，可按用戶需要提供服務，如此方能有效解決工業制造、能源、元宇宙等應用的精準控制問題。

    確定性網絡的實踐探索

    我認為，確定性網絡是我國數字經濟最重要的基礎之一，遠程醫療、交通系統、交易系統等應用場景，如果沒有確定性網絡做支撐，其既定的產業愿景就難以很好地實現。

    為了解決這一問題，我們（未來網絡團隊）不斷探索，并取得了一些成果。

    首先，針對當前互聯網從“消費型”向“生產型”的轉變需求，我們提出了服務定制網絡（SCN）技術體系，解決網絡架構問題。SCN包括“新型網絡承載”“網絡操作系統”與“云網超融合”三大平面，具有支撐產業互聯網發展所需的智能、安全、可定制等特性。

    其次，我們發展了用確定性網絡操作系統進行全網調度。未來網絡承擔了國家大科學裝置——未來網絡試驗設施（CENI）的建設工作。CENI是我國通信與信息領域首個大科學工程，將建成一個開放、易使用、可持續發展的大規模通用試驗設施，為研究新型網絡體系架構提供簡單、高效、低成本的試驗驗證環境。

    基于全新的網絡架構，CENI已具備按需定制服務能力、確定性服務能力、多云互聯服務能力、智驅安全防護能力四大關鍵能力，能夠為企業提供低時延、低抖動、高可靠網絡接入服務，更好滿足產業互聯網對網絡性能的苛刻要求。

    目前，依托未來網絡的確定性網絡技術，山東已建成并運行覆蓋16個地市、5600公里的全球首張確定性網絡。經中國信息通信研究院測試，該確定性網絡核心節點時延抖動控制在20微秒以內，主要性能指標達到國際領先水平。今年6月30日前，確定性網絡2.0版升級完成。升級后，山東省16個地市，任何兩個地市端到端的時延抖動都小于20微秒，而且能做到在高負載的情況下（負載92%）零丟包。

    此外，在南京到貴陽的傳輸距離上，我們用確定性網絡與非確定性網絡做了對比實驗，反復證明確定性網絡與非確定性網絡的傳輸差距明顯。

    在從南京到貴陽跨2450公里的100G試驗網絡中，由于傳統網絡存在大量的丟包與擁塞，帶寬利用率不足10%，難以滿足算力數據中心跨廣域的無損數據傳輸需求；而采用新型確定性無損傳輸技術后，系統性解決了網絡帶寬、時延、丟包問題，峰值傳輸速率可提升至88%，達到數據中心內部無損網絡傳輸水平。

    另外，我們還構建了確定性云網的算力網操作系統，即算網的操作系統，解決了算力資源和網絡資源統一調度問題。煙臺和濰坊部分能源企業實驗結果表明，算力速度比傳統方式大概提高了75%。

    確定性算力網絡剛剛開始

    基于確定性網絡，我們開展了一些業務應用示范。

    在遠程醫療場景，確定性網絡使手術操作跨越時空。今年2月，青島大學附屬醫院副院長牛海濤團隊，應用確定性網絡，在濟南操控一臺機器人，隔空給青大附院市南院區動物實驗室的實驗動物豬進行了遠程機器人輔助腹腔鏡下腎臟切除術，用時20多分鐘。整個過程網絡時延不到6毫秒，創造了新紀錄。

    目前通過確定性網絡進行遠程手術，已經有了幾十個成功案例。在確定性網絡的保障下，遠程手術中的時延、抖動都控制到了肉眼無法察覺的程度，醫生操作穩定無卡頓，大大提高了手術成功率，讓有需要的患者能夠享受到千里之外的專家級治療。

在濟南，我們針對智慧交通系統，通過確定性算力網絡采集攝像頭數據，得到了一份優化調度方案，提高了16%的交通流量。

    另外，我們和浪潮集團合作，利用其算力，建立礦山遠程操作系統。使用確定性網絡后，可實現整座礦山中礦車的無人駕駛，一個人就可以遠程操作多輛礦車，減少了人力成本，提高了工作效率。

    此外，確定性網絡+算力，在數字孿生、元宇宙等方面也大有可為。

    在中國，確定性算力網絡剛剛起步，我們相信在算力網絡建設方面，中國大有可為。未來，我們希望在標準體系、產業生態、原始創新等方面，與大家共同努力，開展更廣泛深入的合作，讓確定性算力網絡從技術創新走向生產生活的方方面面。