2023-09-14-中移智库-2023在网计算_NACA_技术白皮书_32页_1mb

在网计算（NACA）技术白皮书总结

核心内容

在网计算（NACA）是算网一体原创技术体系中的核心技术之一，旨在通过网络设备进行近数据计算，实现计算与网络的深度融合，提升分布式应用的性能与效率。其核心目标是解决分布式系统通信瓶颈问题，提供高效、安全、可靠的算力增强服务，推动“东数西算”工程和数字中国战略的实施。

主要观点

• 在网计算通过将计算任务卸载至网络设备，实现数据处理与转发的同步，减少数据传输路径，提升系统整体性能。
• 在网计算是计算与网络双学科交叉融合的创新方向，适用于通用计算、智能计算、超算等多样化业务场景。
• NACA架构提出“四个统一”理念，包括逻辑物理统一、通信原语统一、编程范式统一和网内资源统一，以实现网络辅助计算加速。
• 在网计算可以有效降低服务器负载，提升算网资源利用率，同时支持Sub-RTT的快速响应，提高系统实时性。

关键信息

1. 背景和需求

• 人工智能和大数据等技术的快速发展对算力资源提出了更高要求。
• 传统计算模式面临算力增长受限、通信效率低下等问题。
• 在网计算通过网络设备进行近数据计算，有效解决通信瓶颈，提升系统性能。

2. 应用场景

2.1 在网计算赋能先进计算中心

• 高性能计算（HPC）：通过在网计算实现聚合通信加速，如AllReduce操作，减少带宽需求，提升计算效率。
• 高性能存储：利用交换机进行分布式一致性保障，如在网锁和在网序列器，提升系统响应速度和吞吐量。
• 大数据流式处理：通过在网计算实现数据过滤、聚合、排序等操作，减少端侧服务器的计算负载和I/O开销。

2.2 在网计算加速边缘万物智联

• 车联网：在网计算可实现数据识别、推理和聚合，减少回传云端数据量，提升实时性。
• 扩展现实（XR）：通过网络设备实现低延迟、高带宽的数据处理，支持AR/VR等业务的端云协同渲染。

3. 在网计算（NACA）技术架构

NACA架构包含五个核心功能层：

1. 异构网元：包括数据中心交换机、边缘交换机、端侧适配器等，支持多样化的在网计算场景。
2. 高性能互联：基于RDMA、CXL等协议实现跨设备资源一致访问，提升网络通信效率。
3. 在网计算通信库：为分布式应用提供统一的通信原语，如广播、聚合、同步等，实现跨场景通用支持。
4. 分布式应用：涵盖HPC、大数据、XR等应用，强调计算与网络的协同。
5. 编排管理：实现应用程序的编译、部署和资源管理，支持多租户、多业务场景下的灵活调度。

4. 关键技术及挑战

• 计算语义映射：将应用消息传递语义与网络数据包转发语义进行映射，分为显式连接和透明连接两种方式。
• 计算正确性保障：通过可靠性控制机制和计算状态维护，确保在网计算结果的正确性。
• 计算程序网内编排：基于资源约束和拓扑约束，实现程序的动态编译与部署，支持多设备协同运行。
• 网内资源池化：通过动态资源管理与一致性更新协议，实现跨设备资源的统一调度和高效利用。

5. 推进展望

• 中国移动呼吁产学研联合攻关，深化在网计算技术研究，推动其成为网络内生的普适能力。
• 联合推动在网计算技术开源及标准化，参与IETF、ITU、CCSA等标准组织，构建开放共享的生态。
• 开展联合试验验证，利用CFITI试验平台，推动在网计算在垂直行业的应用，助力千行百业数字化转型。

总结

在网计算作为算力网络的重要组成部分，通过将计算任务与网络设备结合，有效提升分布式应用的性能和效率。NACA架构通过“四个统一”理念，实现了计算与网络的深度融合，解决了传统计算模式中算力不足、通信瓶颈等问题。未来，随着技术的进一步成熟和生态的不断完善，NACA有望成为支撑数字中国、东数西算等国家战略的关键技术之一。