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作者簡介

李銘軒：中國聯(lián)通研究院高級(jí)工程師，美國IEEE高級(jí)會(huì)員，CCF高級(jí)會(huì)員，從事技術(shù)研發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)跟蹤工作；主要研究方向?yàn)樵朴?jì)算技術(shù)，大數(shù)據(jù)技術(shù)，業(yè)務(wù)平臺(tái)技術(shù)和IT支撐系統(tǒng)技術(shù)；參與CCSA、GSMA、ITU等國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)組織的會(huì)議。

引? 言

國家發(fā)改委等四部門聯(lián)合發(fā)布《全國一體化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系算力樞紐實(shí)施方案》，提出在京津冀、長三角、粵港澳大灣區(qū)、成渝以及貴州、內(nèi)蒙古、甘肅、寧夏建設(shè)全國算力網(wǎng)絡(luò)國家樞紐節(jié)點(diǎn)，啟動(dòng)實(shí)施“東數(shù)西算”工程，構(gòu)建國家算力網(wǎng)絡(luò)體系。

圖1?“聯(lián)接+計(jì)算”構(gòu)建國家新基建戰(zhàn)略核心

什么是算力網(wǎng)絡(luò)

在國內(nèi)如火如荼開展新基建發(fā)展之際，其核心要素就是“連接+計(jì)算”，所謂連接，就是通過5G、承載網(wǎng)等新型網(wǎng)絡(luò)連接形式能夠構(gòu)建一張面向應(yīng)用、面向業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)，并且通過網(wǎng)絡(luò)來建立連接，傳遞數(shù)據(jù)和信息；而計(jì)算就更不用說了，已經(jīng)成為國民經(jīng)濟(jì)最基本的生產(chǎn)資料。而傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)（CT）和計(jì)算（IT）的技術(shù)發(fā)展都是按照各自的技術(shù)路線演進(jìn)。用戶如果需要申請網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算需要分別申請相關(guān)的資源。而伴隨著ICT云網(wǎng)融合技術(shù)的發(fā)展，CT和IT逐漸開始借鑒對方的技術(shù)優(yōu)勢形成融合發(fā)展的態(tài)勢。傳統(tǒng)的云網(wǎng)融合則是在傳統(tǒng)云計(jì)算技術(shù)的基礎(chǔ)上統(tǒng)一構(gòu)建云計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)的資源統(tǒng)一管理和編排。算力網(wǎng)絡(luò)作為云網(wǎng)融合發(fā)展的下一個(gè)階段，也算是云網(wǎng)融合2.0，更加強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)的編排和管理能力，促進(jìn)了資源供給模式的變革，進(jìn)而發(fā)展為以網(wǎng)絡(luò)為中心的融合資源供給模式，用戶向網(wǎng)絡(luò)要資源，通過網(wǎng)絡(luò)來編排管理計(jì)算資源。

圖2 算力網(wǎng)絡(luò)資源供給模式變革

什么是異構(gòu)算力

什么叫“算力”？算力就是計(jì)算能力，可以概括為對數(shù)據(jù)進(jìn)行的運(yùn)算處理，而信息時(shí)代的根基就是計(jì)算，不論是使用手機(jī)發(fā)送微信、上網(wǎng)、訂外賣等生活場景，還是研究機(jī)構(gòu)里使用超級(jí)計(jì)算機(jī)分析基因研究的科研場景，亦或是企業(yè)使用數(shù)據(jù)中心進(jìn)行大數(shù)據(jù)處理的政企應(yīng)用場景，落到芯片中，其實(shí)都是數(shù)字比特信息的運(yùn)算處理。

異構(gòu)算力是伴隨著面向算力網(wǎng)絡(luò)的泛在連接，算力呈現(xiàn)異構(gòu)性的趨勢。另一方面，隨著芯片以及硬件的開源化，不同的設(shè)備廠商結(jié)合不同的場景，設(shè)計(jì)并開發(fā)了適合的計(jì)算芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。從而促進(jìn)了算力市場從傳統(tǒng)的通用性向?qū)Ｓ眯缘内厔莅l(fā)展。

面向海量的異構(gòu)算力，不同的場景需要不同的算力進(jìn)行協(xié)同處理。通過算力網(wǎng)絡(luò)來協(xié)同和納管調(diào)度異構(gòu)算力，構(gòu)建起“云、邊、端”一體的異構(gòu)算力協(xié)同網(wǎng)絡(luò)，從而更好的滿足包括高性能計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計(jì)算、人工智能等眾多場景的算力需求。

圖3 異構(gòu)算力滿足多場景需求

什么是FaaS

算力的納管和協(xié)同調(diào)度離不開云計(jì)算和云原生，在算力網(wǎng)絡(luò)中采用云計(jì)算和云原生來實(shí)現(xiàn)“云、邊、端”的算力統(tǒng)一納管和資源調(diào)度是目前實(shí)現(xiàn)異構(gòu)算力共享的主流技術(shù)手段。

隨著云計(jì)算和云原生技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)一步屏蔽底層算力和服務(wù)能力的差異化，為上層應(yīng)用提供無差別的服務(wù)能力是未來云計(jì)算發(fā)展的趨勢，Serverless目前是在行業(yè)內(nèi)關(guān)注比較緊密的未來云原生技術(shù)發(fā)展的演進(jìn)方向，號(hào)稱是云原生發(fā)展的下一個(gè)十年。所謂Serverless是一種構(gòu)建和管理基于微服務(wù)架構(gòu)的完整流程，允許在服務(wù)部署級(jí)別而不是服務(wù)器部署級(jí)別來管理應(yīng)用部署。與傳統(tǒng)架構(gòu)不同的之處在于，服務(wù)完全由第三方管理，由事件觸發(fā)，存在于無狀態(tài)（Stateless）、暫存計(jì)算容器內(nèi)。

FaaS（Function as a Service，函數(shù)即服務(wù)）和BaaS（Backend as a Service，后端即服務(wù)）目前是Serverless技術(shù)發(fā)展所涵蓋的兩個(gè)主流方向，其中FaaS意在無須自行管理服務(wù)器系統(tǒng)或自己的服務(wù)器應(yīng)用程序，即可直接運(yùn)行后端代碼。隨著云計(jì)算服務(wù)能力開放和函數(shù)能力開放，通過函數(shù)服務(wù)的形式對外提供中臺(tái)能力逐漸成為主流，因此，在現(xiàn)有的云原生能力開放架構(gòu)中FaaS得到廣泛應(yīng)用。

其中最著名的Knative是谷歌開源的Serverless架構(gòu)，由于其谷歌等互聯(lián)網(wǎng)大廠的推廣，因此在目前開源社區(qū)和行業(yè)中得到廣泛關(guān)注和應(yīng)用，并且和Kubernetes編排平臺(tái)天然適配，更加推動(dòng)了Serverless發(fā)展。

目前除了Knative框架之外，還有其他幾個(gè)比較著名的Serverless開源框架，諸如OpenFaaS等。其輕量化架構(gòu)在物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計(jì)算等場景下得到廣泛應(yīng)用。

面向Serverless的

異構(gòu)算力的最新成果

近年來在學(xué)術(shù)界，也在普遍考慮Serverless和異構(gòu)算力進(jìn)行結(jié)合。通過Serverless進(jìn)一步屏蔽異構(gòu)算力的差異性，從而更好的為不同算力之間的調(diào)度提供無差別的服務(wù)函數(shù)接口來實(shí)現(xiàn)不同算力的協(xié)同。

FDN（Function Delivery Network）函數(shù)交付網(wǎng)絡(luò)是中山大學(xué)李鵬飛教授團(tuán)隊(duì)提出的面向異構(gòu)算力的函數(shù)協(xié)同架構(gòu)。在2021年 IEEE 41st ICDCS會(huì)議上該團(tuán)隊(duì)發(fā)表了《Function Delivery Network：Extending Serverless to Hetergeneous Computing》論文，提出了通過FaaS平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)云計(jì)算、邊緣計(jì)算、異構(gòu)設(shè)備、高性能計(jì)算和公/私有云等能力開放，并且通過FDN網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)函數(shù)聲明和調(diào)度。開發(fā)者和用戶直接在FDN進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)和資源請求，而不需要面向不同的異構(gòu)計(jì)算資源分別進(jìn)行資源申請和部署，大大降低了使用者門檻。

除此之外，在2022年ACM的ASPLOS會(huì)議上，來自上海交大以及美國南加州大學(xué)的幾篇論文也是圍繞Serverless在異構(gòu)算力方面的相關(guān)成果展示的，得到了業(yè)界的廣泛關(guān)注。

綜上所述，圍繞通過Serverless 進(jìn)一步屏蔽底層異構(gòu)算力的差異性，如何實(shí)現(xiàn)更好的算力協(xié)同和算力部署，以及發(fā)揮異構(gòu)算力的算力效能目前是新技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)領(lǐng)域，隨著我國一體化算力樞紐計(jì)算中心的大規(guī)模建設(shè)和部署，需要考慮算力節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)同問題以及差異化問題。同時(shí)也需要考慮，如何為用戶提供無差異化的服務(wù)環(huán)境，從而進(jìn)一步降低用戶的使用門檻，更加專注于業(yè)務(wù)代碼的開發(fā)和服務(wù)創(chuàng)新。

本文的主要技術(shù)架構(gòu)

本文正是基于算力網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合最新的云原生Serverless模式提出了面向FaaS的算網(wǎng)異構(gòu)資源調(diào)度技術(shù)，提出了整體的技術(shù)架構(gòu)和異構(gòu)算力調(diào)度機(jī)制，并且在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出了整體平臺(tái)功能架構(gòu)，以期解決在目前算力網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)算網(wǎng)融合條件下通過FaaS對上層應(yīng)用進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)算力網(wǎng)絡(luò)能力開放的問題。

異構(gòu)算力相關(guān)研究成果

中國聯(lián)通研究院是行業(yè)內(nèi)較早從事算力網(wǎng)絡(luò)的研究團(tuán)隊(duì)。一方面，關(guān)注于IPv6、CFN和SRv6等新型網(wǎng)絡(luò)的研究；另一方面，同時(shí)也關(guān)注異構(gòu)算力的研究。在算力網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，如何通過新型網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)“云、邊、端”的異構(gòu)算力協(xié)同和統(tǒng)一納管。

2021年，中國聯(lián)通算力網(wǎng)絡(luò)團(tuán)隊(duì)在業(yè)界首次提出了異構(gòu)算力統(tǒng)一標(biāo)識(shí)和服務(wù)化，并且發(fā)布了業(yè)界首本關(guān)于異構(gòu)算力的白皮書《異構(gòu)算力統(tǒng)一標(biāo)識(shí)與服務(wù)白皮書》；2021年，提出了異構(gòu)算力標(biāo)識(shí)體系，并在CCSA成功立項(xiàng)異構(gòu)算力系列標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)。同年在ITU-T SG13成功立項(xiàng)《Computing power authentication scheduling architecture》。?

目前，中國聯(lián)通正在和ARM、微軟等國際廠商合作，聯(lián)合在開源社區(qū)推進(jìn)基于FaaS的算網(wǎng)融合設(shè)備的邊緣能力開放。

目前本團(tuán)隊(duì)積極將開源項(xiàng)目EdgeFaaS引入算力網(wǎng)絡(luò)技術(shù)架構(gòu)中，通過和SONiC集成，實(shí)現(xiàn)算網(wǎng)融合設(shè)備的算力納管和能力開放，通過算網(wǎng)融合設(shè)備提供邊緣網(wǎng)絡(luò)開放能力和異構(gòu)算力納管，將邊緣側(cè)的能力開放以函數(shù)申明的形式發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)中，用戶通過訪問請求來調(diào)用邊緣服務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)了一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)邊緣側(cè)的能力開放。目前該項(xiàng)目正在穩(wěn)步推進(jìn)中，相關(guān)成果后續(xù)會(huì)持續(xù)發(fā)布。

附? 錄

AKRAINO開源社區(qū)主題演講《EdgeFaaS?Collaborative R&D for Open Edge Scenarios》

視頻鏈接：

https://www.youtube.com/watch?v=3qK5zp7vRAQ&feature=share

全文如下：


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