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城市算力网,全国一体化算力网建设的“先手棋”

2024/08/22 11:44:31  

2023年12月25日,国家发展改革委、国家数据局、中央网信办、工业和信息化部、国家能源局联合印发《深入实施“东数西算”工程 加快构建全国一体化算力网的实施意见》(下称《实施意见》)。它是“东数西算”的进一步深化和拓展,目标是形成省市、区域、国家多级联动的全国算力“一张网”。

《实施意见》不仅提出要建设全国一体化算力网,还提出要“探索开展城市算力网建设”。因为,让全国一体化算力网落地,要先从局部城市、区域开始尝试。政策研究部门的设想是,城市算力网的建设运营可以让“全国一体化算力网”渐进式落地。随着建设模式逐渐成熟,城市算力网会逐渐扩展到区域、国家。城市算力网可以在实践中探索解决统一算力标准、公平算力调度、协调各方利益等重要问题。

本文为国家信息中心大数据发展部专家团队来稿。文章阐述了如何让城市算力网落地的一系列政策方案。国家信息中心是国家发展改革委直属事业单位,长期从事全国一体化大数据中心、“东数西算”工程、全国一体化算力网等政策研究工作。

城市算力网,这是全国一体化算力网政策中提出的设想。全国一体化算力网在2023年12月提出,是“东数西算”工程的升级版。当时,国家发展改革委、国家数据局、中央网信办、工业和信息化部、国家能源局联合印发《实施意见》。

全国一体化算力网是跨区域、跨领域、跨系统的重大资源配置工程,目标是促进全国范围内各类算力资源高比例、大规模一体化调度运营。和“东数西算”工程不同,全国一体化算力网的建设范围由国家八大算力枢纽节点为主拓展到全国各个省市,其本质由东西部算力资源高效配置深化为全国范围算力基础设施化。

城市算力网是全国一体化算力网的重要组成部分。《实施意见》提出,“探索开展城市算力网建设”,1毫秒时延城市算力网、5毫秒时延区域算力网、20毫秒时延跨枢纽节点算力网在示范区域内初步实现。

如果将全国一体化算力网视为一个宏大的工程,那么城市算力网则是全国一体化算力网建设的“先手棋”。城市算力网建设可以让全国一体化算力网渐进式落地。

城市算力网可以在实践中探索解决统一算力标准、高效算力调度、多方利益协调等重要问题。随着建设模式逐渐成熟,城市算力网将逐渐扩展到城市之外的区域和全国。各区域可以通过率先建成一批城市算力网,发挥引领示范效应。比如,在一个省或一个区域“连点成片”形成区域算力网,然后各区域算力网按照统一标准互联互通形成全国一体化的算力网体系。

建设城市算力网,应该充分发挥不同城市算力资源、绿电资源、产业资源的比较优势。落地城市算力网,需要尤其注意四个方面工作的落地。

一、通过多种手段降低算力、电力、网络成本

在算力产业中,算力、电力、网络是一盘棋。算力、电力、网络成本都会直接影响企业的积极性。降低城市内尤其是跨城市的网络、算力、电力综合使用成本,是城市算力网建设的首要目标之一。

算力方面,可以推动枢纽节点开展算力服务模式创新。促进机柜租赁、包年包月等长租模式向随接随用、按需付费等短租模式转变,满足多元化市场需求,显著降低算力使用成本,提升中小企业算力使用便利度。

电力方面,可以支持枢纽节点探索建立政府、电网、发电企业、用电企业四方合作机制,鼓励枢纽节点绿电自建自用,通过错峰供电、负载协同等方式,降低数据中心用电成本,从而降低算力成本。

网络方面,网络的时延、资费都会影响企业的算力成本。网络对算力成本的影响还在持续变大。随着人工智能大模型等应用技术飞速发展,大规模数据远距离传输业务爆发式增长。在单位网络成本不变的情况下,企业总体网络资费将会显著增加,企业负担也会因此加重。比如,大模型训练需要PB(1024 TB)级别的数据,一些企业为节省网络资费,甚至是用高铁或飞机把训练数据通过硬盘搬运到西部数据中心。

影响企业在东中西部城市之间的数据传输成本、时延的因素很复杂。在光纤中,数据传输速度是每200公里1毫秒。这几乎发展到了技术极限。西部地区网络时延是物理距离导致的,短时间无法通过技术优化。一些东中西部两地数据中心间数据传输时,没有直连网络。数据传输需要通过“国家骨干网-省级骨干网-城域网”绕转。

城市算力网建设过程中要解决这些问题。解题思路是,依托“东数西算”工程建设,积极建立枢纽节点专项网络传输计费机制,采用弹性带宽、数据快递等创新模式,降低企业网络使用成本。

近期,国家数据局会同国家发展改革委、工业和信息化部将在部分枢纽节点间试点开通“东数西算”的“公共传输通道”。这将探索采用多种服务方式,增强算力普惠易用水平,切实提升企业的获得感。

具体要如何建立东西部之间的高速稳定网络直连体系,降低网络传输时延?

一方面,强化枢纽节点一级骨干节点功能定位,支持电信运营商及产业链企业发展新型算力网络,面向枢纽节点之间以及与业务需求旺盛的非枢纽节点之间,建设跨区域数据中心高速直连网络。

另一方面,积极推进低时延、高带宽、低抖动的新兴网络技术在“东数西算”工程中应用,面向国内一线城市、省会城市、计划单列市及算力需求旺盛的非枢纽节点城市,构建城市级确定性传输网络应用体系,打通枢纽节点与非枢纽节点间网络主干道。目前,面向八大算力枢纽节点的直联网络正在稳步推进,有利于促进网络提速、增效、降费。

建设城市算力网,将推动更多新型网络技术大规模应用,降低城市内部及城市之间网络时延,促进更多低时延敏感型业务向周边城市迁移。从业务需求上看,通过建立东西部之间的高速稳定网络直连体系,降低网络传输时延,有助于促进VR、自动驾驶、工业互联网等业务从东部转移到中西部地区。

二、结对子,让东中西部城市发挥比较优势

算力、电力、网络在不同城市会有不同成本。因此,可以通过“结对子”的方式开展城市算力网建设。《实施意见》指出,鼓励以点对点“结对子”方式推动西部枢纽节点与东部、中部地区算力需求旺盛城市开展算力协同调度。

西部城市,尤其是枢纽节点地区,通常具有算力资源丰富、能源资源丰富的优势。东部、中部城市,通常具有应用、人才、业务场景的优势。双方可以“结对子”协同落地城市算力网。

西部算力资源富集地区尤其是西部枢纽节点地区,可以加快建设一批算力供给型城市算力网。西部算力供给型城市算力网,以“结对子”方式推动与中东部城市算力调度机制,不断优化算力供给能力,合理布局通用计算和智能算力资源,与中东部城市算力需求实现高效供需匹配。

西部地区依托城市算力网建设,利用绿电和算力资源,有利于培育壮大当地存算产业。尤其是随着人工智能产业蓬勃发展,重点打造一批人工智能典型应用场景,面向科研机构、中小微企业提供普惠算力及人工智能研发服务,带动西部地区人工智能大模型业态发展。

东中部城市在大数据、人工智能、区块链、智能制造、生物医药、数字医疗、智慧交通等领域有大量业务场景。东中部城市具备应用、人才优势,可以建设一批应用型城市算力网,以“结对子”方式与枢纽节点地区尤其是西部枢纽节点形成算力协同调度,带动产业创新发展。

通过“结对子”方式,可以解决东中部城市业务场景需要算力、能源支持的痛点,依托城市算力网建设,不仅能够有效解决算力、能源、能耗等约束,还能促进本地算力产业创新发展。通过面向科教、政务、金融、工业等领域开展算力资源并网调度,建立跨地域、跨系统的行业算力调度网,赋能千行百业数字化转型升级。

一些地方城市的探索实践已经取得了进展。近年来,郑州、庆阳、哈密三市在联合启动算力网实验场建设,打造以庆阳、哈密为“算力供给站”、郑州为“算力中继站”的数算电融合体系。苏州与贵阳、巴州签订战略合作协议,联合推进跨区域算力调度,为枢纽节点与非枢纽节点开展城市算力网建设提供了经验借鉴。苏州城市算力网以算力赋能产业升级转型及新兴产业发展为特点,预计2025年底基本建成低时延、大通量、高可靠的城市算力网体系,形成4000亿元的算力产业集群。

东中西部城市发挥比较优势“结对子”还有一个重要方向是——算电协同。因为,算力需要消耗电力,两者缺一不可。但是,同一区域内的算力、电力供需往往并不平衡,这需要不同城市之间协同配置资源。

中国信息通信研究院等单位发布的《绿色算力白皮书》指出,2030年我国数据中心总耗电量将达到5900亿千瓦时,是2023年数据中心总耗电量的1.79倍。

促进数据中心节能减排,正在成为城市算力网建设的重要任务。针对数据中心建设过程中存在的绿电并网难、消纳难、直供难等问题,尤其是西部地区仍有不少“弃风弃光”现象。可以通过促进算力电力协同,不断提升数据中心电力使用效能,增加绿电使用比例。那么,不同城市要如何“结对子”做好算电协同?

一是依托城市算力网建设,积极开展数据中心集群能源系统一体化建设,利用人工智能、大数据等技术预测和优化数据中心用电,提升绿色能源消纳率和利用率,支持算力和电力机构围绕算电协同开展业务标准、技术标准和管理标准编制及应用推广。

二是支持西部绿电资源丰沛城市开展数据中心“源网荷储一体化”(源网荷储指,按照“电源、电网、负荷、储能”整体规划的新型电力运行模式,让发电侧、负荷侧供需精准匹配)建设,打造绿色低碳、大型集约的数据中心集群,配套风电、光伏发电装机,促进数据中心备用电源绿色化。

三是鼓励城市之间,尤其是东部算力需求旺盛城市与西部绿电资源丰富城市之间,以“结对子”方式联合开展算力电力协同试点,探索开展绿电直供、自建自用等方式,提升数据中心绿色电力供给便利度,减少绿电资源损耗。

三、引导协调不同主体培育算力产业生态

算力和水力、电力的最大不同是,它目前不是一种标准资源,技术上尚未完全实现算力资源并网统一调度,仍需进行研发攻关。它背后还有一个庞大的产业生态,涉及云计算、大数据、人工智能、软件服务等一系列产业,需要被科教、政务、金融、工业等行业使用。城市算力网是做好算力资源的并网调度、引导协调社会各类主体的重要研发地和试验场。

如何在城市算力网中,引导协调社会各类主体,不断壮大算力产业规模?城市算力网建设,应充分借鉴城市电力公司运作模式,探索成立以地方国资主导、市场化运作的算力运营公司,统筹城市算力资源规划建设、并网调度、交易运营,为跨区域算力协同调度提供平台载体。

一是探索“政府推动、国资主导、市场运作”模式,打造地方国资主导的算力运营公司。由城市算力网运营公司具体负责实施,打造全市统一的算力调度平台,率先面向运营商及政府主导的数据中心,促进算力资源实现并网,积极探索成熟的商业模式、运营机制。

二是充分引导社会各类主体参与,最大限度调动市场各方积极性,将算力并网调度机制逐步拓展到社会小散数据中心。

三是面向华为、阿里、腾讯等头部互联网公司,积极推动闲置算力资源并网、调度,逐步实现全市算力资源一网统筹、一网调度。

如何做好算力资源并网调度?一个重要举措是,开展算力网共性关键技术研发应用。《实施意见》提出,探索建设全国一体化算力网原型技术实验场,支持产学研各方开展算力网共性技术研发及试验推广。因此,城市算力网会是创新性技术的研发地、试验场。

一是积极探索新型研发模式,面向不同需求、不同技术路线,打造若干全国一体化算力网实验场,围绕新型网络应用、算力并网、算力调度、算电协同、国产芯片适配等关键技术开展“揭榜挂帅”。

二是加快基础软硬件和新兴数字领域核心技术攻关,强化芯片等软硬件环境适配能力,分阶段实现国产化替代和关键技术安全可靠,不断提升算力网领域关键核心技术自主可控能力。

三是充分发挥科研机构、行业协会、产业联盟等作用,积极开展算力计量、算力并网、算力调度、算力结算等领域标准规范制定及应用。

四、建立多层级、立体化的保障机制

落地城市算力网,还需要做好国家、地方层面多层级、立体化的保障机制。

国家层面,一是在“东数西算”示范工程一期、二期顺利实施基础上,围绕网络直联、跨区域算力调度、算力电力协同等方面,启动全国一体化算力网示范工程,利用“结对子”方式推动东中西部城市算力网建设。二是支持城市算力网、算电协同等项目发行基础设施领域不动产投资信托基金(REITs),强化政策性金融支持,有序开展绿电、绿证交易,鼓励东西部城市之间跨区域开展碳汇互认结算探索。三是推动建立算力网统计监测评价体系,率先制定城市算力发展评价指标体系,定期发布城市算力发展指数报告,搭建国家算力统计监测平台,建立全国算力发展情况“一本账”。

地方层面,一是强化组织实施力度,由市长或主管市长牵头成立算力网建设领导小组,建立跨部门协调会商机制,由市大数据管理机构会同相关部门制定时间表、任务图,加快推进落实。二是启动城市算力网专项建设工程,在土地、财税、用能、生产空间及算力补贴等方面出台优惠政策,加强算力领域产业招商,培育本地算力产业集群。三是发挥政府投资示范带动作用,撬动社会资本积极参与,鼓励金融机构创新金融服务和融资产品,大力发展算力经济。

城市算力网是多源异构算力在市域空间范围的一体化连通整合,其本质是城市算力的基础设施化。需要通过构建类似电网、水网、路网一样的低成本、低门槛的城市算力网体系,打造未来数字经济时代城市的“新市政”。

在未来,应坚持“城市-省域-国家”的算力网建设路径,以城市算力网建设带动省域和区域性算力网横向延伸,分步骤、分阶段打造多级联动、融合创新、自主可控的全国一体化算力网体系。

(来源:《财经》杂志;作者:于施洋 国家信息中心大数据发展部主任,郭明军 国家信息中心大数据发展部算力经济处处长,郭巧敏、马骁 国家信息中心大数据发展部算力经济处干部)

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