段晓东：算网融合全光网络技术探讨

算网融合全光网络技术探讨 中国移动研究院段晓东 2023年6月29日上海 中国移动算力网络发展回顾 中国移动深刻把握算力时代发展脉搏，以网强算提出“算力网络”全新理念，全力推进算力网络发展，在业界取得了广泛共识，引起了巨大反响 算力网络是以算为中心、网为根基，网、云、数、 提出新概念 发布新理念融入新战略 成为“5G+算力 开创新方向 发布《算力网 开启新征程 发布《算力网络科技 创新成果》，CFITI试 迈向新阶段 成立算力网络 子链，组建14 智、安、边、端、链 （ABCDNETS）等深度 融合、提供一体化服务 杨杰董事长提出“算力网络”概念与愿景 发布中国移动 《算力网络白皮 书》和发展倡议 网络+能力中台”新型信息基础设施的关键一环 络技术白皮书》，提出十 大技术方向 验网与中国算力网、信息高铁互联，打造科学装置 支攻关战队 的新型信息基础设施。 2021.82021.12022.1 1 5G 2022.62022.1 2023.3 2 ——中国移动《算力网络白皮书》 算力智慧 网络中台 1 算力网络的发展过程既有基础设施的继往开来，也有技术创新的科学高峰，是工程+技术的有机结合 算力网络发展路径 起步阶段：泛在协同发展阶段：融合统一跨越阶段：一体内生 运营服务 编排管理基础设施 一站服务：一站开通算网服务协同运营：云网运营双入口拉通 协同编排 网随算动 融合服务：产品融合、确定性服务统一运营：统一入口、统一平台 智能编排算网融合 一体服务：多层次智简无感服务 模式创新：多方算力可信交易智慧内生 算网一体 2021-20232024-2025 十四五阶段 2025~ 十五五阶段及更长期 2 体系化推动算力网络发展 中国移动从三条主线系统性推进算力网络发展，加快构建基础设施、平台服务和技术赋能三位 一体的新型服务能力 主线一 面向算网基础设施构建 物理空间、逻辑空间、异构空间、多主体算力融通 “4+N+31+X”布局，1000边缘节点打造全光网20ms、5ms、1ms三级时延圈 SRv6/G-SRv6打造统一算网底座 主线二 面向业务融合创新 实现算网高效协同，支持CHBN业务融合发展，打造算网全新生态 产品算力化和算力产品化 发布算网服务1.0构筑算网大脑 主线三 面向创新技术引领 实现创新技术引领，打 造原创技术策源地 三横两纵体系架构提出十大技术发展方向三十二个核心技术体系 3 面向创新技术引领—构建核心技术体系，打造技术策源高地 中国移动持续推动算力网络技术的创新突破，构建算力网络核心技术体系，打造原创技术策源高地 算力网络核心技术体系 提出十大技术发展方向和核心技术体系 存算一体 智能算力 PON高速全光 接入 空天地一体 算网SPN 承载 方向十： 空天地一体星云算网 400G/800G 全光高速互联 在网计算 算力度量 算力卸载 应用感知 确定性网络 新一代 SD-WAN SRv6/G-SRv6 OTN灵活光电联动 算力路由 云原生 算力原生 方向四：确定性IP网络 方向五：算网深度融合 方向二： 多样性计算架构 算网基础设施层 泛在调度 智能网络调度 算网原生编排 方向三： 光电联动全光网络 算网数据感知 多要素联合编排 方向六： 融数注智的算网大脑 方向一： 泛在智能新型算力 编排管理层 方向七： 可信共享的算网服务 运营服务层 算网智能化 数据流通 算力交易 绿色 安全 方向八：端到端绿色 低碳 方向九：能力内生新安全 芯片 全程 节能 可信 服务器 节能 安全编排 数据中心 节能 低碳 隐私 能源 计算 2022年6月发布《算力网络技术白皮书》 全光网络IP网络算网融合 算网融合全光网创新技术突破 广域技术 400GOTN+400GE以太 G-SRv6广域RDMA 算力路由 局域技术 50GPON +FTTR 全调度以太网 在网计算 4 局域网络技术变革需求—打造新型智算中心，发展算力新高峰 智能算力将成为未来算力主流，中国移动加快发展智能算力， 以新型智算中心为发力点，打造算力高峰力网络实现智能跃迁 新型智算中心NICC （NewIntelligentComputingCenter） 效：高效节能控制管：异构算力池化 网：高速无损网络存：多元融合存储 算：GPU集群算力 以GPU、AI加速卡等智能集群算力为核心 集约化建设的E级超大规模新型算力基础设施，软硬件全栈环境，支撑AI大模型的高效训练，支撑行业数智化转型升级 新型智算中心 传统云数据中心 5 新型智算中心五大核心技术升级 五大核心技术全面升级，构建标准统一、技术领先、兼容开放的智算底座 新型智算中心 算 算力以CPU为主，单机双路 GPU为主，单机8卡，扣卡互联，最高带宽600G NFS、Posix、S3多协议融合，海量非结构化数据 云数据中心 存 单一存储协议，结构化数据为主 RoCE高速无损网络，200G/400G 网 普通以太网络，10G/25G GPU池化，算力原生跨架构迁移 管 CPU虚拟化、容器化 冷板或浸没液冷，单机柜40KW 效 传统风冷，单机柜7KW 6 广域网络技术变革需求—面向算力应用构建高品质新型基础网络 算力网络新业务带来新需求，通过技术创新，加速向“宽、快、稳、效”的新型基础网络迈进 新需求 宽 骨干网流量年增长近30% 快 ms级超低时延应用 稳 工业控制等提出零丢包、100us级抖动需求 效 算力和网络间高效协同 新型网络 骨干20ms、省域5ms、地市1ms时延圈 确定性网络，广域RDMA G-SRv6、算力路由高效承载 传统网络 以实现业务可达连接为主 以太队列调度，可能拥塞 骨干网IP+传输多级转发时延 100G系统，10GPON 骨干向400G系统，接入向50GPON演进 7 面向创新技术引领—构建核心技术体系，打造技术策源高地 中国移动持续推动算力网络技术的创新突破，构建算力网络核心技术体系，打造原创技术策源高地 算力网络核心技术体系 提出十大技术发展方向和核心技术体系 存算一体 智能算力 PON高速全光 接入 空天地一体 算网SPN 承载 方向十： 空天地一体星云算网 400G/800G 全光高速互联 在网计算 算力度量 算力卸载 应用感知 确定性网络 新一代 SD-WAN SRv6/G-SRv6 OTN灵活光电联动 算力路由 云原生 算力原生 方向四：确定性IP网络 方向五：算网深度融合 方向二： 多样性计算架构 算网基础设施层 泛在调度 智能网络调度 算网原生编排 方向三： 光电联动全光网络 算网数据感知 多要素联合编排 方向六： 融数注智的算网大脑 方向一： 泛在智能新型算力 编排管理层 方向七： 可信共享的算网服务 运营服务层 算网智能化 数据流通 算力交易 绿色 安全 方向八：端到端绿色 低碳 方向九：能力内生新安全 芯片 全程 节能 可信 服务器 节能 安全编排 数据中心 节能 低碳 隐私 能源 计算 2022年6月发布《算力网络技术白皮书》 全光网络IP网络算网融合 算网融合全光网创新技术突破 广域技术 �400G ③ G-SRv6广域RDMA ⑤算力路由 局域技术 50GPON ➂+FTTR ④ 全调度以太网 在网计算 8 1、世界最长距离400G光传输技术试验网络 400G SDH2.5GWDM10GWDM/OTN100GOTN400GOTN 光传输网的5G 1989 1996 20032013 2023 在2023年3月实现世界首个5616km极限传输的先导试验基础上，与业界联合进一步完成全球最长距离 的经典商用场景1673km传输 面向经典商用场景的现网试点 5616kmEDFA/部分拉曼+G.652D光纤2.1dB余量 贵州贵安←→湖南隆回 技术极限能力的现网试验 浙江宁波←→贵州贵安 1673km纯EDFA+G.652D光纤6.4dB余量9 三大技术变革构建400G全光网 400G系统面对超高速率、超宽频谱和新型器件、有源模块和光系统架构三大技术变革实现骨干网由的代际演进 1新器件 2新波段 3新损伤 符号率：~30GBd→~130GBd，提升四倍C波段→C+L波段，扩展三倍SRS转移：100G<1dB→400G~7dB，增加6dB 1超高速光器件 2超宽谱有源模块 3超宽带光系统架构 6THz12THz 光电合封、高性能DSP、先进工艺共同推动符号率从~30GBd提升到~130GBd 优化器件设计与材料工艺，减小EDFA、WSS在C/L波段性能差异，向C+L一体化演进 自适应SRS均衡，破解动态网络运维难题， 力争功率平坦度<±0.5dB10 2、50GPON+FTTR智能协同构建新型光接入网技术架构 >2.8亿户 截止2023年5月 中国移动有线宽带用户总数 >98% 光纤入户占比 >5000万户 截止2023年5月 中国移动千兆有线宽带用户数 2009 跟随 2016 并跑 >2022 引领 FTTR 50GPON 10GGPON GPON2.5/1.25G 提出PON+FTTR智能协同的新一代光接入网架构，进一步延伸光底座到房间打造千兆入算光锚点 PON·构建万兆光接入FTTR·增强千兆光覆盖 •进展：联合业界实现中国产业对50GPON代际技术和标准的引领，50GPON技术架构和标准体系已基本确立 •推进：需攻关50G突发模式光电器件，满足高功率预算需求 •进展：联合业界引领FTTR技术、标准和产业发展，提出基于光层OAM的FTTR系统架构 •推进：将加快FTTR协议层技术收敛和标准化，支撑产业应用 11 3、打造G-SRv6创新技术体系，构建算力网络IP底座 G-SRv6是我国少有的IP基础协议的重要突破，完成从概念到成熟和规模应用的全过程创新 Level3 应用创新 Level2业务保障 Level1基础协议 技术•原创提出G-SRv6压缩帧结构和转发机制 智享WAN 应用感知 网络跨域随流 切片互联检测 重路由内生基础及保护安全OAM G-SRv6转发机制和控制协议 创新•基于G-SRv6从三个层次形成全栈技术体系 标准•G-SRv6成为IETFSRv6三项基础标准之一 引领•围绕G-SRv6主导立项或发布10+项国际标准 产业•完成全产业链10+厂家互联互通 推进•构建全球最大的SRv6Policy骨干网络，并在海外南非 MTN等多个运营商规模商用 12 随着智算中心计算、存储器件性能大幅提升及分布式训练模型增大，中心内网络逐步成为性能瓶颈，智算中心网络向大带宽、低时延、高可靠的高性能总线级网络演进 4、全调度以太网（GSE），突破无损以太性能瓶颈 集群有效算力∝｛GPU单卡算力*总卡数*线性加速比*有效运行时间｝ 网络性能决定GPU集群算力加速比网络可用性决定GPU集群稳定性 中国移动联合产业提出全调度以太网（GSE）技术架构，最大限度兼容以太网生态，创新基于报文容器（PKTC）的转发及调度机制，构建无阻塞、高带宽、低时延的新型智算中心网络，形成标准开放的技术体系，助力AI产业发展 NIC NIC NIC NIC Incast GSOS（全调度操作系统） 协议层3大转变 从“流”分发到“报文”分发 将流拆分到不同“容器”，基于“报文容器” 负载均衡及调度，实现单流多路径 NICNICNIC 33%. 从盲发+被动控制到感知+主动控制 从被动拥塞控制，到基于“授权请求和响应机 制”的主动流控，最大限度避免网络拥塞产生 . 从“局部”决策到“全局”调度 全局视野的转发调度机制，实现集中式管理运维、 分布式控制转发，提高网络可用性 .... NIC 物理层 1大升级 推进100G到400G的代际演进升级，构建智算中心全新速率体系，助力智算中