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原文发表于《科技导报》2025年第9期《算力网络架构的演进与创新》

随着数字经济的快速发展，算力网络有望成为新一代信息基础设施，其对于发展“新质生产力” 的重要性日益凸显。《科技导报》邀请北京交通大学电子信息工程学院张宏科院士团队梳理并调研了算力网络的发展需求与现状、发展趋势、关键问题与挑战及应用示范验证。研究发现，算力网络呈现出多元泛在、智能敏捷、安全可靠、绿色低碳等特征。但当前仍处于起步阶段，在技术体系和工作机制方面尚未达成共识。因此建议从国家、行业和技术层面加快顶层设计和标准制定、推进关键技术研发、构建绿色产业生态等。

在数字经济时代，计算资源的需求呈现出爆炸式增长趋势，传统的计算基础设施难以满足日益复杂多样的应用需求。为了应对这一挑战，算力网络应运而生，成为下一代信息基础设施的重要支撑。

算力网络之所以成为当前新型网络领域的研究热点，其主要原因：首先，算力网络能够有效解决计算资源分布不均、利用率低下的问题；其次，算力网络能够支持边缘计算、云计算等新型计算模式的协同发展；最后，算力网络为实现计算资源的智能调度和优化配置提供了新的可能性。

从不同角度来看，算力网络呈现出多维度的特征。（1）网络视角：算力网络是一种承载于IP网络之上的新网络形态。（2）算力视角：算力网络以算力为中心，构建了一个多样化的算力资源调度和服务体系。（3）技术视角：算力网络融合了多种新兴技术，涵盖光传输、网络虚拟化、算力管理与交易、算网业务调度和编排等多个领域。（4）服务视角：算力网络将实现无感计算，使用户能够脱离底层技术细节，体验便捷、高效的计算服务。算力网络通过网络化调度和分配计算资源，突破了传统计算模式的局限，为数字经济时代的多元化需求提供了创新性解决方案。

随着中国加速推进数字经济战略，算力网络的重要性日益凸显，标志着信息技术基础设施正在经历深刻变革。算力网络作为中国率先提出的创新型网络架构，不仅代表了新一代网络技术从单纯的数据通信向智能化处理的转变，还体现了计算、存储和传输资源的深度融合。在此背景下，建设全国一体化的算力网络，推动算力基础设施化已成为衡量国家现代化水平的重要指标，也是应对急剧增长的算力需求、优化传统计算资源并重塑数字经济时代关键基础设施的必然选择。

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算力网络需求与发展现状

面对传统网络体系的局限性，算力网络的必要性逐渐显现，产业对算力网络的需求也日益增长，已成为全球网络领域的研究热点和国内重大战略规划的一部分，在国内外受到广泛关注和政策与技术支持。

美国制定了《引领未来先进计算生态系统战略计划》，构建覆盖政产学研的国家级算力体系；自然科学基金委员会启动了USIgnite等计划，旨在为未来互联网研究提供大规模、复杂网络的实验平台；欧盟则通过Horizon 2020计划、Horizon 2020−Secure societies计划和“2030数字指南针”计划为75%的欧盟企业提供大数据和人工智能云服务，对算力网络展开深入研究。工业和信息化部等6部门发布《算力基础设施高质量发展行动计划》，提到“智能算力占比达到35%，东西部算力平衡协调发展”“骨干网、城域网的创新技术使用占比达到40%”。2022年，鹏城实验室提出了“中国算力网—智算网络”计划，展望了国家级算力网络的发展愿景。

算力网络的发展也受到了中国电信运营商的高度重视，3大运营商的研究成果入选了中国通信学会2021年网络5.0领先创新科技成果，开启了对算力互联、算网协同等方向的探索，发布了一系列相关概念和白皮书。在标准化方面，中国在国际电信联盟（International Telecommunication Union，ITU）和国际互联网工程任务组（Internet Engineering Task Force，IETF）等国际组织中取得了显著成果，推动了多项算力网络相关标准的制定。这些努力共同构成了算力网络蓬勃发展的现状，反映了其在全球信息技术领域的重要地位和广阔前景。

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算力网络发展趋势

当前，算力网络尽管处于发展初期，但其发展趋势已呈现出明确方向。其未来发展轨迹主要聚焦于4个核心维度，即架构优化、能效提升、安全强化及智能化升级。

2.1算力网络化

计算资源的分布正在从集中式向多层次演进，其中边缘计算和终端计算等新兴计算模式的兴起，与大规模集中式计算形成了互补格局，共同成为各行业数字化转型的关键支撑（图1）。

图1 算力网络发展趋势

在算网深度融合的新阶段，计算节点与无处不在的网络连接紧密结合，形成了一种灵活多变的资源供给模式。计算与网络基础设施的深度融合，为各类应用场景提供了更加灵活和高效的资源支持，算力提高网络综合性能，网络提升算力调度效率，“网算、算网”一体深度融合，优化互补。

2.2算力绿色化

在未来网络中，算力需求将爆发式增长，数据中心的能耗问题日益突出。这不仅带来了巨大的电力消耗，也对环境保护和可持续发展提出了严峻挑战。如何提高能源利用效率，降低算力网络的使用成本，成为算力网络大规模部署和应用推广过程中的关键课题，特别是在国家努力实现“双碳”目标的背景下，以数据中心为代表的算力资源节能降耗更是成为了社会关注的焦点。

2.3算力可信化

算力网络的兴起将带来数据使用模式的根本性变革，从传统的集中式、统一化管理转向了所有权与使用权分离的模式，这种转变带来了一系列安全挑战。首先，数据所有权方面临着监管难度增加的问题，在复杂的数据使用环境中，违规行为和隐私窃取的风险显著增加。其次，云边端多级算力网络的构建模糊了传统的安全边界，扩大了网络的暴露面。为应对这些安全威胁，业界正在探索构建以身份认证为基础的零信任安全体系。这一体系旨在实现网络“不被控”、攻击“不可达”和隐身“不可知”的安全目标，推动安全防护从单点可控向云边端全面可信演进。

2.4算力智能化

AI技术显著提升了算力服务的智能化水平，在异构算力融合、算力虚拟化、智能调度和混合计算加速等方面发挥着重要作用。这些进展使得算力资源的管理和利用更加灵活高效，能够更好地适应不同场景的需求。未来的算力设施将更加智能化，能够根据需求自主调整和优化，实现“随愿自治”的运行模式。这不仅提高了资源利用效率，也为各行各业的智能化转型提供了有力支撑。

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算力网络面临的关键问题与挑战

我们分别从网络、用户、管理3个层面阐述算力网络面临的关键问题与挑战，如图2所示。

图2 算力网络面临的关键问题与挑战

3.1网络基础理论

在网络层面，算力网络的应用面临的首要挑战是如何有效评估、量化和编排日益复杂的异构网络资源。算力网络的首要任务是建立一套统一的算力评估和量化编排体系，这个体系需要能够准确捕捉不同异构网络的算力资源的特性和能力。然而，建立这样一个统一的度量体系面临诸多挑战。首先，不同类型的算力资源，如CPU（中央处理器）、GPU（图形处理单元）、FPGA（现场可编程门阵列）等，有着不同的性能特征，难以用单一标准衡量。其次，算力资源的地理分布和网络连接状况也会影响其实际可用性和性能。此外，不同业务对算力的需求也各不相同，如何建立一个能够适应多样化需求的编排机制也是一个复杂问题。

在基础理论层面，新型算力网络的体系结构、工作原理仍未统一。算力网络架构包含“三层”和“三域”2个维度。“三层”“三域”架构反映了算力网络与新型网络研究相辅相成、相互促进的特点，为解决现有网络设计体制差异大、深度融合受限等问题提供了新的思路，推动了融合网络技术的进步。

3.2用户核心技术

在用户层面，算力网络的目标是实现用户与网络的“解耦分离”，即算力资源的即时接入和使用，这需要研究多维统一标识技术，设计“实体、感控、知识”解耦机制，融入算力资源，构建动态解析映射，横向“三域”结构。

同时，在对算力资源完成精细量化后，就要完成算力资源的调度，即解决“在哪算”的问题。算力网络的发展对路由决策能力提出了新的挑战，在算力网络环境中，有效调度用户业务流量至适当的算力资源池成为关键。这要求网络具备基于算力负载均衡进行精确路由计算的能力，而非仅依赖传统的链路基础度量值。

为应对这一挑战，产业界引入了多种算力和网络信息的度量方式，包括CPU、GPU、FPGA等算力指标，以及带宽、时延等网络性能指标。这种机制的引入使得路由决策能够更全面地考虑网络和算力资源的状态，从而为不同类型的业务需求提供更精确、更优化的路径选择。

3.3交易管理平台

在管理层面，需要研究用户、网络、应用等异构资源统一管控和协同技术，解决现有网络和算力基础设施资源的“烟囱式”独立管理问题，特别是用户与算力网络之间的交易，构建高效、透明、可信的算力交易平台成为核心问题，区块链技术为解决这一问题提供了可行方案。在此基础上，算力交易平台作为承上启下的关键角色，可以归一化各种形态的计算资源，并与不同的操作系统和平台对接。

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应用示范验证

目前，算力网络初步实施方案旨在实现算力资源与网络深度融合。初步方案融合了异构网络环境，包括有线公共传输通道、4G/5G 无线网络及卫星网络，构建了一个多层次、全方位的算力资源调度体系。这种方案不仅促进计算资源的优化配置，还为未来大规模分布式计算、边缘计算，以及人工智能应用的部署奠定了基础。

新型算力网络的远景实施方案与初步实施方案相比，是核心技术原始创新、兼容替代、功能性能领先的新型基础设施。实现了卫星通信、超级计算、数据中心，以及多代移动通信网络等多元化网络资源的无缝整合，为实现跨网络协同、智能化资源调度和高效应用部署提供了更为强大的基础。

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算力网络发展建议

5.1国家战略实施层面

我国高度重视算力基础设施建设，将其纳入新型信息基础设施范畴，并制定了一系列战略规划和政策措施。这些政策旨在构建全国一体化算力网络，推动算力基础设施高质量发展。

在顶层设计方面，相关部门应发挥统筹指导作用，设立专门委员会推进算力网络关键技术攻关，还应增设重大科技专项，组织大规模协同研究。同时，构建“中国算力网”基础理论及共性关键技术研发体系，积极引入云原生、超宽带低时延光网、算力路由机制、算力感知流量调度方法等创新技术。通过加强顶层设计、政策引导和技术创新，中国正加速构建全国一体化算力网，以支撑数字经济和实体经济深度融合，推动经济高质量发展，为实现数字中国建设目标奠定坚实基础。

5.2行业需求发展层面

在移动互联网领域，数据流量消费规模的持续扩大直接反映了算力需求的增长。在企业市场，算力应用正从互联网等传统领域逐步向更广泛的行业拓展。不只是传统的电信和金融行业，未来的交通、医疗、游戏等诸多行业，也将成为算力应用的主要领域，如车联网、远程手术、虚拟现实的应用。

针对各行业对算力网络的发展需求，建议采取多方面的综合措施。对于企业市场，建立行业特定的算力解决方案中心，推动云计算、大数据和人工智能技术在各行业的深度应用。在新兴行业方面，加大对车联网、远程医疗、虚拟现实等领域的算力支持，推动5G+边缘计算的应用。针对制造业，加快工业互联网平台建设，支持开发面向智能制造的算力解决方案。

5.3核心技术攻关层面

算力网络的发展需要通信、计算、存储和智能化调度的高度融合，以实现算力资源的即时接入和便捷使用。在这个过程中，确定性网络技术的引入可以有效解决算力网络中超低时延业务的需求。因此，算力网络与确定性网络的融合成为关键。这需要在网络层面攻克异构网络深度融合的难题，构建统一资源调度的“一张大网”。同时，需要研究时间同步机制、资源预留机制、流量控制机制等关键技术，以支持确定性的超低时延传输。未来，确定性机制将成为算力网络不可或缺的一部分，促进算力网络的发展和应用生态的繁荣。

本文作者：张维庭，任家栋，张宏科作者简介：张维庭，北京交通大学电子信息工程学院，副教授，研究方向为新型网络、算网融合。文章来源：张维庭, 任家栋, 张宏科. 算力网络架构的演进与创新[J]. 科技导报, 2025, 43(9): 24−30.本文有删改，”获取全文。

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