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边缘计算会颠覆云端运算吗?

日期: 2018-06-19
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云端服务龙头Amazon每年冬天在美国拉斯维加斯举行的re:Invent全球用户大会上,都会发表最新云端产品服务,去年却突然大转变,开始说要重视边缘计算(Edge Computing),甚至还罕见一口气推出三款非云端产品。还不到半年,另一家云服务竞争对手微软也在今年Build 2017开发者大会开始大谈边缘计算的重要性,甚至连微软执行长Satya Nadella都直接喊出要做一个聪明边缘计算装置。


前不久才宣布5年要重砸20亿欧元投资IoT的云端ERP商用软体巨头SAP去年也重金买下了一家义大利企业级IoT平台供应商Plat.One,就是为了要布局边缘计算。


即便是以前极力拥护云端的一些主要云端大厂,最近也都突然大转变,开始重视边缘计算,因为这些云端厂商突然发现了自己的局限,惊觉只做云端产品还不够,云端的手无法伸向地面的云,所以还要推出非云端产品,要把自己的云端技术,布建到更靠近使用者附近的设备上。


电信业最早嗅到边缘计算商机

不过,赶在云端厂商发觉前,电信营运及设备商早从3年前,就已经开始将边缘计算视为是未来发展新世代5G行动网路的关键技术之一,因为是在电信基地台连接回程网路的近端,放置一台伺服器,以便将传回后端核心网路的资料拦截到伺服器上运算处理,所以这样的网路架构又称为行动边缘计算(Mobile Edge Computing,MEC),甚至还由欧洲电信联盟(ETSI)专门成立工作小组制定产业共通标准,来加速推动建立MEC生态系。去年9月,ETSI也首度展示了MEC概念性验证的初步成果,可以运用在如企业服务、健康医疗及视讯分析等应用。


而台湾电信业也不落人后,今年3月,中华电信也决定联手Nokia展开行动边缘计算技术的研发,提早抢先布局5G。过去擅长网路通讯及嵌入式系统研究的交通大学资工系教授林盈达也曾建议,政府规划下一代5G发展方向时,必须将行动边缘计算纳入5G发展的重要关键技术。


不只云端、电信业者纷纷押宝边缘计算的市场,连全球最大开源社群Linux基金会今年4月也决定成立新专案来大力推动边缘计算,要打造一套通用IoT边缘计算框架,超过50家软硬体厂商和新创加入,包括Dell、AMD、VMware等。在早之前,则有网通厂商思科为首在前2年成立的OpenFog联盟,不过,OpenFog联盟是使用「雾运算(Fog Computing)」当名称,来与边缘计算做区别,代表更重视云端与雾运算之间垂直互通性的发展。OpenFog联盟成立迄今已有包括ARM、Dell、Intel、微软、鸿海、奇异公司、AT&T在内超过50家业者加入。


边缘计算是什麽?为何连云端龙头都甘愿为它推出非云产品,而电信业者也将它视为发展5G不可缺少的重要关键技术,连全球最大开源社群都登高一呼成立专案来大力推动它,甚至连曾担任Citrix云端部门资深副总裁的美国知名创投A16z合伙人Peter Levine都斩钉截铁的说:「边缘计算将会吃掉云端运算。」就连我们跨海远距採访到的Linux基金会物联网资深总监Philip DesAutels都亲口说出:「纯云端运算时代正在终结,边缘计算开始兴起」。


边缘计算说穿了就是一种就近运算的概念,将运算更靠近资料源所在的本地区网(Local Network)内运算,尽可能不用将资料回传云端,以减少资料往返云端的等待时间及降低网路频宽成本。边缘计算通常是在本地端和云端两边交界的附近做运算处理,也就是资料进出区网附近的位置,这麽做的目的,在于既可以将运算环境放在本地,同时又可以靠近云端边界附近,藉此跟云衔接。毕竟并不是全部的资料都能放在本地端运算,还是会有些需要更进一步分析及判断的资料,最后还是要传回云端来处理,或是做为长期存取的使用。


边缘计算架构也适合IoT应用

边缘计算也适合用来部署IoT应用,特别是在新兴IoT应用领域,例如自驾车、无人机、扩增实境(AR)/虚拟实境(VR),以及机器人等,这些崭新应用特别强调即时的影像分析及辨识处理能力,对于网路的低延迟和高频宽要求极高,需要在数十毫秒甚至微秒时间内就要反应,然而透过网际网路传输往返云端,至少需要上百毫秒才能反应过来,所以这类型的应用,就很适合採用边缘计算架构。


边缘计算因为是在靠近资料源所在的区域网路环境内运算,所以可以是在一台大型运算设备,或者是很多个中、小型运算装置或设备组成的本地端网路内运算,这些运算设备可以是个人所有的行动装置(如智慧手机、穿戴式装置),也可以是终端设备(如闸道器、监视摄影机、银行ATM),或是其他IoT装置。因为运算装置和装置之间彼此靠得很近,网路传输更直接,如透过Wi-Fi、蓝牙等,所以传递资料变很快。


闸道器(Gateway)是常见的一种边缘计算设备,不过跟传统只用来蒐集和转发资料的IoT闸道器相比,新一代边缘闸道器变得聪明,开始具有运算分析能力,能将靠近感测器和其他IoT装置周围蒐集的资料先运算处理,让资料变少以后再回传云端,即使没有网路,边缘闸道器也能透过和其他运算设备组成一个具有分散式运算架构的本地端区网,自行就可以接手运算,等待网路恢复后,才将处理后的资料传回云端,若是边缘设备运算能力足够,甚至有时可以直接在本地端处理完,不必再送回云端接续处理。


这也直接点出了边缘计算和集中式的传统云端运算架构最大不同之处,因为採用分散式运算架构,可以将运算分散靠近地面资料源的近端设备处理,以分摊原本在云端运算的工作量,而不需要大老远将资料传回云端才能处理,因此速度变更快,甚至没有网路,靠近地面的运算设备也能接手自己处理,无云也没关系。


边缘计算因为是设计一个本地端运算网路环境,以便于能就近处理资料,而不需要像云端离资料源太远,所以有人说,边缘计算是一朵地面的云,但是不像雾运算比较是整个特定区域的地上云,遍布范围较广,边缘计算则可以是靠近资料源产生的一个小型区域的运算丛集,可以进到雾进不去的地方。所以边缘计算其实就是一个本地端的云,甚至是一个在室内的云。从前天上的那朵云到了地面变成雾,现在还缩小进到工厂、办公室、汽车甚至变成你家中的一朵云。


边缘计算的兴起,其实和近几年企业IT架构发展逐渐改採混合云架构来部署,也有些许相似之处,因为从应用角度来看,混合云的出现,也是为了解决公有云的网路传输及延迟的难题,毕竟和企业内部网路相比,终究网际网路的传输速度还是过慢,若企业要将关键应用整套搬上公有云用时,就会被拖累,例如资料库资料不同步等,以致于不少採用公有云的企业,也同时会结合私有云方式来部署,只不过以前这些私有云是由许多台企业级伺服器、储存和网路设备所布建而成,现在,可以是由许多不同大小的运算装置或设备组成。


云端大厂相继押宝边缘计算


当然,边缘计算之所以变得越来越重要,不只是解决了云端与本地端连线的瓶颈,对云端来说,这也是一个将天上的云延伸到本地端的作法,只要透过边缘计算装置就能进到本地端,能让地面的云,也成为天上云的边界一部分。


在边缘计算起飞之际,即便是以前极力拥护云端的一些主要云端大厂,最近也都突然大转变,开始说要重视边缘计算,连云端服务龙头Amazon都惊觉只做云端产品还不够,还要推出非云端的产品。Amazon去年一口气就发布的非云端产品有三款,分别是能让自家云端Lambda程式开始能在AWS环境外的边缘节点执行的Lambda@Edge,还有将无伺服器运算服务也带到IoT装置内的AWS Greengrass,甚至 Amazon后来还推出一个具备储存和运算的资料储存装置 AWS Snowball Edge,内建Lambda执行环境,可做为离线使用,以便于在云端不能服务时,程式还可以转移到本地端的这台装置接手继续执行。


另一家云端大厂微软也在今年押宝边缘计算,甚至微软执行长Satya Nadella在今年Build 2017开发者大会开场时更直接喊出:「 Intelligent Cloud and an Intelligent Edge(智慧云与一个聪明边缘装置)」的口号,以取代原先「行动优先、云端优先」的云端战略。微软今年上半也推出两大主攻边缘计算的非云端产品, Azure串流分析工具是其中之一,这是原本Azure云端才有的串流分析服务,现在也能用于本地端,可以直接就近分析串流资料,以便于加快异常事件的预警反应。


云端业者以外,网通大厂思科也与商用分析软体业者SAS联手,准备把商用分析技术带进装置内,让边缘装置也具备商业分析能力。而台湾也有厂商嗅到边缘计算商机,例如老牌嵌入式系统厂商研华科技今年就发表了一系列边缘智慧伺服器软硬整合解决方案(Edge Intelligence Servers),可以先应用在工厂、零售、车队物流、医疗,以及环境与能源等行业。


比云端业者更早一步布局的电信业,近年来也有取得不错的新进展。开始有大型电信商将电信网路服务与边缘计算来结合,例如,美国电信巨头Verizon就在今年OpenStack年度大会上,展示利用OpenStack打造的一台虚拟用户端设备(Virtual Customer Premises Equipment)。这是利用白牌伺服器打造的一台虚拟网路设备,外型就像一个白色小方盒,可以提供虚拟化网路功能(VNF),如网路优化、安全等。这个小盒子因为具备LTE功能,可以直接放置在靠近办公室最近的位置,以便于企业能随时依需求来增减网路服务。Verizon 甚至用「Cloud in Box」来形容,这就像是把一朵云缩小放进盒子,你走到哪,云就跟到哪,还可以带进到企业办公室,就像是在办公室的一朵电信云,这其实就是一种利用网路功能虚拟化技术,实现行动边缘计算的应用例子。


云端大厂微软也在今年押宝边缘计算,微软执行长Satya Nadella在今年Build 2017开发者大会开场时更直接喊出要做聪明边缘装置,要把自己的云端技术布建到更靠近使用者附近的设备上。(图片来源/Build 2017)


连全球最大开源社群也大力支持


边缘计算虽然才刚窜起,但也逐渐有越来越多的科技、网通、晶片及物联网各家业者纷纷抢进,也让边缘计算发展的生态系,开始变得越来越热闹了。甚至连身为全球最大开源社群的Linux基金会,最近也决定成立EdgeX Foundry这个新专案,专门要为边缘计算来推动建立一套可互相沟通和协作的通用标准,让身处在地面云环境的运算装置不用上到云就可以自己来沟通。


为何Linux基金会非得需要出面推动这件事?最近才刚新接任EdgeX 专案执行董事的Philip DesAutels话讲得很直接:「因为边缘计算市场和技术已经准备就绪,而社群也正大声嚷嚷吵著要呢!」他也指出,EdgeX提供的是一个可以用来建立IoT边缘生态系的共通框架。 过去基于运算发展有了开源Linux,而在资料中心则有开源云端应用平台Cloud Foundry出现, 到了网通则有网路功能虚拟化(NFV),「现在,该是换我们挺身为物联网边缘做这件事的时候了。 」他说。


Linux基金会以外,还有去年底以中国电信设备商(华为)为首的少数几家业者成立的边缘计算产业联盟(Edge Computing Consortium),则是致力于发展产业IoT边缘计算的解决方案。


除了有云端、开源社群力拱,近年来AI技术的成熟,也变成推动边缘计算的另一股力量。当这些边缘装置的运算分析能力越来越强,现在开始也有更多厂商将机器学习、甚至是深度学习的能力带进装置内,使得现在的边缘装置也能做到云端能做的事,应用也越来越广了。例如微软今年就抢先发行一套预览版Azure IoT Edge,不只能串流分析资料,还开始将Azure机器学习及AI认知服务带进装置端,让装置想要就近结合机器学习变得更容易多了。SAP年初也另外推出了一套SAP Leonardo边缘计算解决方案,开始把SAP云端原有的机器学习和预测分析服务,带进到物联网边缘设备内。除了AI技术外,也开始有包括晶片、GPU、网路及大数据管理厂商,专为边缘装置释出新的AI开发工具、框架及分析平台。


云端正在迈向终结了吗?

当更多的边缘装置开始具备AI能力,而且可以执行较複杂的AI应用时,装置将变得更聪明。这也意味著,未来将有更多的云端运算工作,可以在本地端就先处理完,不必再上云,而云端将来更像扮演一个中央的管理者或协调者,或是做为一座资料训练中心。而当有越多的边缘装置接手以前云端的大部分工作,也有人主张,云端运算最后可能只剩下储存用途而已,甚至去年Peter Levine就因此提出了「云端运算正迈向终结」的说法,甚至他认为,边缘计算最终会反过来吃掉云端。


虽然云端会不会终结,目前各界也持有不同的看法。像Philip DesAutels自己就相当认同云端运算迈向终结的说法,甚至他更认为,这件事早已经再发生了。「但这并不是指云端会就此消失,而是代表一个纯云端运算年代的终结。」Philip DesAutels强调,当更多运算可以交付边缘设备处理时,云端也会因为这些装置变聪明而跟著越来越有智慧,「将来,云端更像是扮演一个集中式协调管理的角色,成为一个具有分散式集体智慧的云端大脑。」


不过多数学术圈及产业界人士的看法,则倾向支持这两者是互补的关系,而非对立。林盈达就认为,边缘计算的角色,最终目的并不是取代云端,而是要透过边缘计算採用的分散式架构,「让原本集中式的云可以去中心化,将云端的边际向外围更进一步延伸,可以更靠近用户所在的网路」,以便于满足对于网路延迟、频宽更高需求的新兴应用,所以两者目的并不衝突。


工研院资通所先进通讯系统与标准发展技术部经理杨人顺也有相似的看法,甚至他认为,将来云端非但不会消失,还会改变云端运算现有的资料存取模式,以后的云端服务模式将渐趋于担任一个后援的管理团队,来负责支援前线的边缘装置正常的运作,而比较不会直接和使用者接触,只有在少数的情况下,才会由云接手,例如需开启网页的网路服务等。


目前也是OpenFog联盟成员的台湾大学代表人之一的台大电机系教授魏宏宇也直言,云端运算要消失很难,因为云端运算架构的好处并没有不见,像是可以提供IaaS、PaaS、SaaS的云端服务型式,让规模不大的中小型企业,可以租用方式,来取得运算资源,而不需要前期投入大笔建置成本,而且云端架构是以弹性扩充为设计考量,可以更有效集中资源,来满足不同企业IT架构扩充的需求。


研华科技技术长杨瑞祥则从应用面来解释,边缘计算和云端运算各自是分层负责的关系。他表示,将来资料上不上云端完全看解决应用的需求是什麽,以及对应的边缘计算装置有没有能力现场处理,例如需要利用巨量资料来训练机器学习模型时,这时,边缘计算就应付不来,还是得走云端这条路。杨瑞祥也强调,「云端这门生意,不会像传统大型主机一样,逐渐式微甚至消失,反而会因边缘计算更加发展而持续壮大。」


云端终结说虽然是有点夸张的说法,但从运算架构的演进来看,这其实也正反映出了未来边缘计算扮演的角色,将变得更加重要,甚至不输给现在的云端。根据IDC的报告,从明年开始,全球装置将有高达4成产生的资料量会就近在边缘装置来处理、分析及储存,以降低网路传输的成本。另一份不同的IDC调查也显示,去年开始导入边缘计算架构的企业比例有高达4成,预计今年的採用比例也将持续攀升。


云端运算将会继续发展并不会停歇,但边缘计算也正逐渐从现有的IT运算架构中,开始占有一席之地。云端运算和边缘计算有各自不同的优势,也各自有拥护的阵营,但不论是天上的云,还是地面上的云,或是想进到你家裡的云,只要可以帮助企业解决问题,就是好用的云。过去几年,企业不是专注于上云端,就是想著拥抱更多的云,现在,企业也得开始低头注意身旁的这朵本地云,如何善用不同的云的优势,来做更好的发挥,未来边缘计算也将考验著企业的智慧。

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