2023算网操作系统白皮书-紫金山实验室_93页_10mb

报告摘要

本白皮书阐述了算网操作系统的架构、原理及其在实现“东数西算”战略中的核心作用。主要内容包括：

算力与网络协同需求
算力被视为数字经济发展中的“心脏”，网络为“血管”，二者需形成有机协同以保障高效运转。传统技术体系因算力与网络管理分立，难以实现深度融合。算网操作系统通过统一调度能力，解决资源分配与通信质量保障的端到端问题，实现“全国一台超级计算机”的愿景。
业务与资源发展趋势
云原生技术通过容器、微服务等实现应用弹性扩展，但受限于预付费模式。Serverless技术则允许按需使用资源，无需用户管理基础设施，成为云原生的演进方向。分布式云与算力网虽目标相似，但前者注重跨云互操作性，后者强调网络资源的统一调度，二者共同推动算力与网络的融合。
算网操作系统架构
采用算网协同网关和协同调度引擎实现资源与网络的联合管理。网关通过服务标识感知应用需求，引擎结合多维度资源模型（资源量、供需关系、时空属性）进行动态决策，支持应用分发、流量转发及服务质量保障。
基础理论体系
基于资源抽象模型，将算力视为节点，网络视为链路，构建统一的算网拓扑。业务建模通过应用组件与流量关系描述系统需求，形成“业务蓝图”作为调度依据。调度框架包括定性（如地理位置）与定量（如带宽/延迟）模型，并通过分级跨域拓扑结构（对等式、级联式、混合式）实现资源分配优化。
工作原理与调度机制
系统支持资源统一管控、需求联合声明及算网协同调度。调度模式分三种：先应用后流量（应用触发网络路径规划）、先流量后应用（流量驱动应用部署）、联合调度（并行匹配）。跨域调度流程通过分级拓扑结构实现资源动态分配和流量路径优化，确保多级协同调度的高效性。
与东数西算的结合
算网操作系统针对东数西算需求，提供以下核心能力：
- 统一化资源接入：通过注册与纳管实现多集群、多网络资源的全局调度；
- 确定性服务保障：依赖确定性网络技术（如FlexE、SR）实现跨广域网的高通量、低延迟传输；
- 效用式付费机制：支持按资源实际用量计费，优化成本效益；
- 跨域业务建模：针对通算（如直播电商）、智算（如分布式训练）、超算（如科学模拟）场景，定义差异化资源需求与调度策略。
运营模式与政策建议
- 中立平台模式：平台不直接提供资源，仅作为供需匹配桥梁，需强化资源质量监控与责任判定；
- 自营平台模式：平台主导资源供给，但易引发资源垄断与偏向性问题；
- 政策建议：推动统一资源并网标准、跨集群数据存储中间件开发、异构算力驱动接口标准化、以及基于AI的智能代码编译技术。
未来挑战与发展方向
- 系统调用接口：需设计支持分布式资源（如跨域算力）的原生接口，实现“并行透明”；
- 存算分离架构：构建异构资源池并利用网络实现资源互联，突破传统服务器限制；
- 光电融合网络：结合光传输与路由器能力，解决动态带宽调整与确定性时延需求；
- 异构资源管理：通过中间指令集（IR/WASM）和标准化运行时环境，提升应用兼容性与可移植性；
- 统一数据建模：制定跨存储类型（块/文件/对象）的接口标准，增强数据流动性。