紫金山实验室：2023未来网络白皮书以网络IO为中心的无服务器数据中心白皮书（62页）.pdf

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1、 版权声明版权声明 本白皮书版权属于网络通信与安全紫金山实验室及其合作单位所有并受法律保护，任何个人或是组织在转载、摘编或以其他方式引用本白皮书中的文字、数据、图片或者观点时，应注明“来源：网络来源：网络通信与安全紫金山实验室等通信与安全紫金山实验室等”。否则将可能违反中国有关知识产权的相关法律和法规，对此网络通信与安全紫金山实验室有权追究侵权者的相关法律责任。编写说明编写说明 主要编写单位：主要编写单位：网络通信与安全紫金山实验室 北京邮电大学 主要编写人员：主要编写人员：吴海乔、黄韬、张晨、吴伟雄、张娇、朱海龙、刘江、刘韵洁 I 前 言 随着 5G、云计算、人工智能等新一代信息技术快速发展

2、，信息技术与传统产业加速融合，数字经济蓬勃发展，数据中心作为各个行业信息系统运行的物理载体，已成为经济社会运行不可或缺的关键基础设施。与此同时，碳达峰、碳中和的战略决策又对信息通信业数字化和绿色化协同发展提出了更高要求。因此，如何同时满足激增的算力需求和绿色低碳的要求，实现数据中心的可持续发展和高质量演进，成为业界亟需解决的重大挑战。以服务器为部署单元的传统数据中心存在资源利用率低、硬件拓展性不足、容错性低等问题。这些问题不仅浪费了大量电力资源，还限制了数据中心的可持续发展与灵活性。资源解耦技术通过将计算、存储和网络等资源进行解耦，实现了各类资源的池化和灵活配置使用，可有效提高数据中心的资源利

3、用率，降低能耗和硬件成本，并提供更高的可靠性和可扩展性。本白皮书首先系统地介绍了数据中心向资源解耦架构转型的背景与机遇、资源解耦架构的概念和关键技术，并探讨其在未来数据中心设计、部署和管理中的应用场景。同时，本白皮书对产业与学术界相关方案进行了简要的分析对比，并提出了一种新的资源解耦数据中心实现方案以网络 IO 为中心的无服务器数据中心（Serverless DC）。最后，本白皮书对未来资源解耦数据中心的发展趋势进行了总结与展望。II 本白皮书期望为业界提供一个全面的资源解耦数据中心的认知和理解，以促进行业内的知识共享和技术创新。我们希望通过这份材料，激发更多的讨论和研究，推动资源解耦技术在数

4、据中心领域的广泛应用，为构建更高效、可持续发展的数据中心做出贡献。III 目 录 前 言.I 目 录.III 一、资源解耦数据中心产生的背景.1 1.1 传统数据中心架构与问题.1 1.2 资源解耦数据中心架构与机遇.3 二、面向资源解耦架构的数据中心技术路线.12 2.1 以 CPU 为中心.12 2.2 以内存为中心.22 2.3 资源去中心化.28 三、以网络 IO 为中心的无服务器数据中心.31 3.1 Serverless DC 总体架构.31 3.2 Serverless DC 三大关键技术.32 3.3 Serverless DC 任务执行示例.39 四、资源解耦数据中心应用场景

5、.41 4.1 无服务器计算场景.41 4.2 分布式数据库场景.43 4.3 大数据分析场景.45 4.4 分布式训练场景.47 4.5 高性能计算场景.49 IV 五、总结与展望.51 附录 A：术语与缩略语.52 参考文献.53 1 一、一、资源解耦数据中心产生的背景资源解耦数据中心产生的背景 1.1 传统数据中心架构与问题传统数据中心架构与问题 传统数据中心架构如图 1-1 所示，其主要形态是以服务器为部署单元来实现计算处理与存储读写，并通过网络实现服务器间的连接与访问，其中，服务器内部通过总线连接 CPU、内存、GPU、硬盘等计算与存储资源。受限于服务器内部总线的局部访问和有限容量等

6、特性，各类资源之间只能以一种紧耦合的关系存在，因此传统数据中心往往采购各式各样型号的服务器以满足不同应用的计算、存储需求。RAMSSDCPUGPU总线服务器网络RAMSSDCPUGPU总线服务器RAMSSDCPUGPU总线服务器RAMSSDCPUGPU总线服务器RAMSSDCPUGPU总线服务器RAMSSDCPUGPU总线服务器.图 1-1 传统数据中心架构 总结起来，上述传统数据中心架构存在以下痛点：2 资源利用率低：资源利用率低：在资源耦合的数据中心中，任务所需的计算资源（如 CPU）和内存资源必须位于同一物理服务器。但是，不同任务拥有不同的存算资源需求，如计算密集型任务对计算资源需求大，