数字经济系列研究 | 算力行业观察：城市算力网络发展研究
数字经济系列研究 | 算力行业观察：城市算力网络发展研究
城市算力网络作为国家算力网络在城市层面上的延伸和拓展，是构建国家算力网络的关键支撑，是提升国家数字化能力和核心竞争力的重要力量。从城市全局出发，构建城市算力网络，针对各城市对于算力的需求形成精准匹配，有效整合政府、企业、社会等各方算力资源，形成更加高效、智能的算力网络体系，全力推动城市数字化转型，为社会高效发展赋能，为城市经济发展、城市治理和人民生活等各领域的数字化应用提供有力支撑。本文概述了城市算力网络的发展情况，总结了城市算力网络体系架构，并从政策、技术、基建、调度和产业等多维度出发，针对性提出了城市算力网络未来的发展方向和策略。
城市算力网络发展现状
城市算力网络建设已成发展刚需
近年来，随着人工智能、数字孪生、元宇宙等新兴技术的迅速发展和对算力需求的不断增长，算力网络作为支撑国家数字经济高质量发展的新型基础设施，迎来了大规模发展时期。2020年，全国一体化算力网络的概念正式提出。同时，随着“东数西算”国家战略工程的启动实施，加快布局国家算力网络建设，为驱动数字化产业发展进程助力赋能，已成为国家重点发展领域之一。国家算力网络建设应以城市为切入点，城市作为数字中国建设的重要载体和基础单位，构建城市算力网络是实现全国一体化大数据中心协同创新体系的必经之路。工信部等六部门联合发布的《算力基础设施高质量发展行动计划》一文中提出要“打造一批算网城市标杆”。在此背景下，如何构建城市算力网络，打造算网城市，将算力网络打造为数字城市“新市政”，以促进各城市间协同联动，增强全国算力资源整合，已成为实现国家算力基础设施高质量发展的关键。
城市算力网络发展探索
“东数西算”工程是我国从国家战略、技术发展、能源政策等多方面出发，在新基建的大背景下，启动的一项至关重要的国家工程，首次将算力资源提升到与水电燃气等基础资源一致的高度，统筹布局建设全国一体化算力网络。城市算力网络建设作为落实“东数西算”战略的核心抓手和关键路径，是指在市域范围内将多源异构算力进行一体化连通整合，其本质是城市算力的基础设施化，是设施、技术与服务的综合体。依托于网络基础设施底座，建设城市算力网络，有效整合、灵活调度各方算力资源，以满足政府治理、产业发展、社会民生等方面的算力需求。
当前，全国各地在政策引领和产业驱动下，均在积极推进算力网络建设，发展算力中心项目，加强算网资源供给，以服务支撑我国“数字经济”和“东数西算”重大战略。如北京、上海、深圳、郑州、苏州等地均在积极推进城市算力网建设。郑州自2022年以来全面启动数据、算力和算法基础设施产业规划项目研究，致力于率先建设“中部地区第一张城市算力网”；苏州预计到2025年，将初步建成苏州城市算力网体系；深圳发布《深圳市算力基础设施高质量发展行动计划（2024-2025）》，提出20条重点任务，强调要打造“多元供给、强算赋能、泛在连接、安全融通”的中国算网城市标杆等。
城市算力网络体系架构
为了实现算力的有效调度与资源的优化配置，需要打造涵盖算力中心、网络设施、算力互联网等方面的城市算力网体系，以满足不同用户的算力需求。城市算力网络作为国家算力网络下沉到城市一级的服务形态，共包含城市主算力、边缘算力、终端算力、周边算力及远程算力五种形态。目前对于城市算力网络体系架构尚未达成统一共识，本文基于“多元供给，优化布局、需求牵引，强化赋能、创新驱动，汇聚合力、绿色低碳，安全可靠”原则，提出了以算力供给为基础，算力应用为导向，算力调度及运营为重点，完善顶层设计为保障的城市算力网络总体架构，如图1所示。
图1：城市算力网络体系架构图
算力供给层：算力供给是城市算力网络发展的基础，城市算力网络发展首先需要加强城市核心算力、远程算力、周边算力、边缘算力、终端算力等多元算力基础设施建设，按照“城市+园区+边缘”的总体布局，实现包括城市数据中心、产业园区配套数据中心及分布式边缘计算中心的多层级数据中心分类分级布局体系。其次需要促进算力并网，面向算力生产商提供算力资源接入并网服务，为城市提供统一、稳定、可靠的算力，实现并网算力的高效接入和跨域资源整合。鼓励现有的算力资源以盘活闲置资源，提高投资收益的形式并网；引导新增的算力资源以集成模式、电商模式等多种形式并网。
算力应用层：城市算力网络发展需要为政府、企业、个人等消费端提升效益。围绕工业、教育、金融、交通、医疗、能源等重点领域行业需求，深化算力赋能行业应用，支持传统产业转型升级，加速算力应用落地。将数据和计算能力从云计算中心传输到各个行业和领域，为人工智能、大数据分析、物联网等技术提供强有力的支持，满足政府部门运作、企业运转和个体生活等需求。提供普及化的算力资源，降低算力使用的成本和门槛，帮助企业和个人等用户发现性能最佳的算力资源，按照业务需求来规划可靠的网络路径与传输服务，并帮助用户高效率地完成业务，使成本降到最低。
算力调度及运营层：算力调度是解决算力供需矛盾、算力网络传输问题、算力资源普惠问题的新型能力体系，实现跨行业、跨地区、跨层级的算力资源的协同联动与精准匹配。结合计算存储、互动存储、互动计算等算力调度场景，算力调度可划分为区域内算力调度、跨区域算力调度、云边端协同调度、算力与电力协同调度。其中区域内算力调度主要解决城市中各数据中心之间的算力需求分配问题，跨区域算力调度主要解决城市周边地区及远程算力跨区域传输及算力需求分配问题，云边端协同调度主要解决城市算力中云、边、端多级算力的协调联动问题，算力与电力协同调度主要解决电力网络波动对算力网络影响，保障电力资源充分利用问题。算力运营的职能是用尽各种手段保证算网业务系统的稳定性、可用性、安全性，打通算力封装、算力并网和算力接口等环节，形成行业统一标准，打造“一站式”算力运营平台，使其具备定价、交易、结算和维护等职能，形成闭环自动化的智能运营模式，实现跨厂商、跨地域、跨应用一体化智慧化运维。构建算力网络运营门户，面向算力需求方提供算力商城门户、面向合作伙伴提供算力生态门户及运营管理平台。
顶层设计：完善的顶层设计是城市算力网络发展的重要保障，应涵盖算力网络架构、算力度量、算力调度、算力网络安全保障及算力产品交易等领域，旨在规范和指导城市算力网络的建设、运营和发展，为城市算力网络发展提供可靠的机制保障。
城市算力网络发展策略和建议
优化完善顶层规划设计，为城市算力网络发展提供政策保障
在严格贯彻落实国家宏观政策要求的基础上，紧密结合城市实际发展需求，开展城市算力网络顶层规划设计研究，因地制宜制定并出台相关差异化政策文件和规划规范，强化顶层设计，建立健全城市算力网络产业主体的体制机制。通过一系列配套政策，鼓励龙头企业率先入驻，加大对研发和创新的投入，推动企业之间形成良性竞争格局，鼓励产业上下游交流合作，达成更多产业共识。依托产学研合作平台，联合行业企业、研究机构，共同推动城市算力网络建设相关的标准编制以及城市算力网络发展宏观研究。全面部署，多措并举，统筹规划，持续优化顶层设计，形成较为完善的城市算力网络政策和标准体系，牵引城市算力网络建设，为推动城市算力网络高质量发展提供有力支持。
深入关键技术研究，为城市算力网络发展提供技术支撑
算力资源的释放需要关键创新技术作为有力支撑，联合业界企业对城市算力网络薄弱环节开展技术攻关，逐步解决芯片、操作系统、核心算法等软硬件技术难题，抢占算力网络领域制高点。加快城市算力网络关键核心技术突破，开展算力技术创新应用，包括加快推动确定性网络等关键技术的创新发展，解决传统互联网技术路由路径、丢包和传输时延抖动不可控等问题，突破传统互联网在可靠性、安全性、业务灵活性等方面的短板，构建高质量、低时延、高可靠、广覆盖的城市算力网络坚实底座，加快算力、算法、算网与数据的融合发展，提供更好的技术保障，推动城市算力网络纵深发展。同时，培育和集聚高端创新人才，强化区域战略科技力量，加大研发投入，加强原创性、引领性核心技术攻关，增强核心技术自主创新和自主掌控能力。
系统布局算力基础设施，为城市算力网络发展提供坚实底座
结合城市本地产业空间布局，积极探索“算力飞地”发展模式。统筹引导多元异构算力中心布局，推动算力结构多元配置，以产业链为抓手，逐步合理开展城市智算中心、超算中心建设，促进边缘算力协同部署，有序引导重点区域算力基础设施布局。按照“城市+园区+边缘”的总体布局，优化算力设施建设布局，加快形成包括城市数据中心、园区配套数据中心、分布式边缘计算中心的多层级数据中心体系规划建设，实现合理分级分类梯次布局，达到算力部署与土地、水电等资源的协调可持续。
打造高效算力调度体系，为城市算力网络发展提供服务保障
建设城市级算力统筹调度平台，整合市域各类算力资源，进行统一汇聚、编排和调度。通过合理分配和使用计算资源，提高处理数据的效率，提升算力运输效率，强化城市内外算力、运力的高效协同，满足各类创新主体开展多元异构算力调度、应用、研发和验证，实现算力的统一编排和弹性分配，解决资源供需失衡、成本较高等现实问题，打破“算力孤岛”。将城市的多样性算力基础设施与最终用户相连，建设成统一调度供给，用户一点接入的算力网络，达到“算力一网化，统筹调度化，调度一站式”，实现跨行业、跨地区、跨层级的算力资源精准匹配。
推动算力产业生态发展，为城市算力网络发展注入强劲动能
城市算力产业的蓬勃发展离不开完善的城市算力网络生态体系，针对各城市产业体系发展特色，立足城市自身产业体系基础，以算力基础设施为抓手，统筹推进传统产业数字化转型升级，推动算力全产业链协同发展，激发产业链上下游企业活力。加快推进算力产业园高质量发展，支持本地算力产业龙头企业创新投入，打造以算力产业集群为特色的全新增长点，推动算力产业向规模化生产、市场化运营、普惠性应用方向发展。由政府主导推动，携手产业链上下游企业、研究机构、用户等，共同打造具备城市特色的产业生态体系。重视数字产业化和产业数字化的相互促进，加强与教育、科学、金融、交通等算力需求旺盛的行业联动，依托行业算力网建设，实现“算力入户”“算力入企”“算力入园”“算力入校”的社会愿景。
结语
在智能应用技术快速发展背景下，城市作为数字化转型的主战场，不仅对算力网络建设有迫切需求，也为算力网络提供了丰富的应用场景和广阔的市场空间。城市算力网络建设是未来信息技术革命的必经之路，也是我国数字化转型的必然举措。基于地方发展特色，建设城市算力网络，通过城市间的协同联动，逐步延展形成区域算力网络，进而打造国家算力网络，将算力转化为普适易用、高效互联的基础设施，以全面推动数字经济的持续健康发展。目前城市算力网络建设尚处于探索期和培育期，未来在城市算力网络发展过程中，需要各方的共同努力，从政策、技术、基建、产业、安全等多维度出发，将算力网络规划、建设与应用融入城市发展大局中，让算网城市赋能科技创新、产业培育，并满足人民对美好生活的需求，谱写数字经济时代的新篇章。