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Edge Server━边缘运算伺服器发展趋势
 

【作者: 施柏榮】2019年11月11日 星期一

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汇整边缘运算伺服器的功能范畴、布局业者与其产品,大约可以区分为五项边缘运算伺服器发展趋势,将会持续牵引产品的功能设计,甚至影响智慧联网基础建设型态。



图一 : 从边缘运算伺服器的功能范畴、布局业者与其产品,可区分为五项边缘运算伺服器发展趋势。(source:infoworld)
图一 : 从边缘运算伺服器的功能范畴、布局业者与其产品,可区分为五项边缘运算伺服器发展趋势。(source:infoworld)

这五项边缘运算伺服器的发展趋势分别为:「超融合技术与功能介面整合」、「灵活运算架构与节点多层化」、「软体定义与虚拟化技术强化」、「开放化硬体架构与软体堆栈」、「小型与防震型等环境适应力」。上述趋势,将持续牵引2019年Q3、Q4之後的边缘运算伺服器产品,与整体产业生态系的发展走向。


【产品趋势1】超融合技术与功能介面整合

智慧联网需求差异性高,边缘位置必须在离线、没有核心数据中心的支持情境之下,还能够独立执行现场的分析、分派任务;此外,为了让客户或使用者可以更加便捷地使用伺服器设备,因此,如何降低使用的「成本」与「使用复杂性」成为关键因素,这也推动边缘运算伺服器产品朝向「超融合」进行发展。


包括Cisco的PowerEdge R740、PowerEdge XR2与Lenovo的ThinkSystem SE350等产品皆应用了「超融合」来陈述自身的产品,大约可以分为两种主要内涵:


第一,运算、储存、网路功能的超融合,此三种技术的融合形成了「超融合基础建设」,此一架构具有快速布署、弹性扩充特性;第二,随着现场数据量的大量增加,并且在运算成本的考量下,藉由分散式系统软体,将多个边缘运算伺服器形成「丛集」是相对较隹的解决方案,然而,此一种丛集化的解决方案,赖於是否能依据现场的环境资源与使用模式(如工控、电源配置模式),进行灵活性调度与处理,这进一步推动了资讯技术(Information Technology)与操作技术(Operation Technology,OT)的融合,边缘运算伺服器便是融合的载体。



图二 : 边缘运算产品的七种功能介面(source:资策会MIC,2018年6月)
图二 : 边缘运算产品的七种功能介面(source:资策会MIC,2018年6月)

备注:Edge Server、Edge Gateway皆被视为Edge Node,扮演的功能具有差异

上述两项内涵之中,又以IT、OT的融合最为重要,其更被视为边缘运算能否在不同「现场」(Field)进行大规模布署与管理的关键因素,尤其是在设备、次系统数量愈多、愈复杂的场域,更尤其需要IT、OT端的融合。


在「超融合」的发展趋势之下,除了将影响了边缘运算伺服器产品设计,也将整合企业内部IT、OT(如工业控制)原先属於不同部门的合作与分工模式。


【产品趋势2】灵活运算架构与节点多层化

边缘运算伺服器与传统地方型伺服器的差别之一,在於边缘运算伺服器所强调的并非封闭性的系统情境,而是可以按照不同的设备、通讯需求,进行多层的运算架构设计;也就是藉由数据、服务品质来判断资讯数据分析与运算位置,并且藉由不同的「事件类型」,运算位置可在云端、边缘来进行灵活性的调整与分派。


AWS的Snowball Edge产品,便是灵活型运算架构的具现,然而,不仅AWS此种云端服务提供商,几??所有边缘运算伺服器布局业者,皆强调「伺服器」是介於云端、终端之间的「节点」(Node)。属於「云端服务提供商」、「网通设备提供商」的不同业者,对於灵活型运算架构有两种不同内涵:


第一,云端服务提供商,对於边缘运算伺服器功能,特重於云端与边缘的资料迁移能力,对於云端服务而言,边缘运算伺服器所能提供的服务,较类似於「朵云」(Cloudlets),也就是考量客户负担的成本,以及就近客户布署的需求,所创造的云端服务延伸;第二,网通设备提供商,对於边缘运算伺服器的功能,则较强调现场基础建设建构,因此,相对於云端服务提供商,比较侧重於如何藉由「丛集」来串联终端的运算资源池。


上述两项不同的内涵,在2019年之後已有汇流的情况,并且「云端服务提供商」、「网通设备提供商」,在5G、智慧制造等情境之下,已有日益增加的策略合作。


不过,值得注意的是,不同使用情境的设备、数据异质性差异甚大,因此,不同的服务情境将会有不同的层级架构,如何掌握现场设备数据生成与传输特性,藉由拟定「数据政策」(Data Policy)来设计多层级运算架构,会是延伸课题所在。


【产品趋势3】软体定义与虚拟化技术强化

藉由边缘运算功能介面来观察,可以发现边缘运算与云端运算,架构上最大差异之一在於边缘运算除了有「垂直」层级关系,亦有「水平」层级关系,然而复杂层级关系已非传统伺服器、闸道器、路由器所能因应,因此「虚拟化」与「软体定义」便成为依赖的技术选项。


包括Advantech、Supermicro、Lenovo等对於自身边缘运算伺服器产品的陈述,皆直接聚焦在虚拟化、软体定义两项技术,两者主要目标,皆是希??超过硬体限制,让整体网路中的运算效率提升。两项技术内涵纵然不同,但彼此却密不可分。


第一,虚拟化技术,可以进一步将运算、储存与网路资源虚拟化,在边缘的位置上形成一个资源池,最常应用的是网路功能虚拟化(Network Functions Virtualization, NFV),其将网路节点分割成为数个功能区块,有利於动态规划「封包传输路径」,达到动态负载平衡;第二,软体定义技术,则可以视为是整体基础建设的软体控制机制,藉此可以将上述的「虚拟资源」分配给资源取用者,可进一步分为软体定义网路(Software Defined Storage, SDS)与软体定义储存(Software Defined Network, SDN)。


虚拟化与软体定义技术,被视为5G电信数据封包核心网路(Evolved Packet Core Networks,EPC)的主干,会有这样的演变,除了设备异质性提高之外,主要推动力是服务提供商必须针对不同使用者需求,来弹性设定传输网路与传输路径。边缘运算伺服器作为基础建设重要的节点,需要支援或具备「虚拟化」与「软体定义」技术,让整体网路更具备弹性化与可扩充性,同时也可降低运算基础建设的建置成本。


【产品趋势4】开放化硬体架构与软体堆栈

强调去中心、分散化的边缘运算架构,也尝试定义新的产业生态系,而受到开源文化影响开放硬体、开源软体思考逐渐被电信服务提供商、云端服务提供商所接纳,影响下世代边缘运算伺服器产品设计思考,主要目标在於建构具有协同作业的架构与环境,以及增加设备与平台的互通性。



图三 :  强调去中心、分散化的边缘运算架构,也尝试定义新的产业生态系。(source:medium)
图三 : 强调去中心、分散化的边缘运算架构,也尝试定义新的产业生态系。(source:medium)

Nokia在2018年提出的Airframe Open Edge Server是第一个具有开放硬体思考的边缘运算伺服器产品,其他如Quanta也提出类似的产品陈述,包含两项内涵:


第一,开放硬体层面,由主导业者藉由释放许可证的模式,开放硬体规格(线路图、布线图、零件表等)与开发套件,提供其他业者、社群设计硬体设备,此举对於主导业者而言,预期取得市场扩展的效果;第二,开源软体层面,则是藉由开源专案的模式,来鼓励更多开发社群,叁与开发最隹化的开源软体堆栈,开发社群亦将针对不同情境,提出验证蓝图,强化其在不同情境的适用性,如Linux基金会旗下的LF Edge於2019年6月所推出Akraino Edge Stack,便是基於开源软体堆栈衍生的成果。2019年之後,预期将有更多开放硬体、开源软体在边缘运算伺服器的产品开发实例。


虽然开放硬体、开源软体背後的推动者的属性并不相同,但可以发现智慧联网的情境之下,建构可横跨多个设备或服务提供商的「开放化」发展模式,对於大型业者而言,可以取得扩展平台的效果之外,也可以藉由开源专案吸引更多开发者叁与、加入业者所领导的产业标准与体系。这样的发展趋势,对於边缘运算环境建构而言具有助益,可以帮助边缘运算伺服器等产品更具有弹性、灵活性之外,亦有可能降低建置成本。


【产品趋势5】小型与防震型等环境适应力

边缘运算伺服器与传统伺服器所处的环境差异极大,相较之下,边缘运算伺服器所处环境更为复杂,而且容易受到不同自然环境因子限制(如锈蚀、温度或环境震动等),这些因素,将直接反映在产品硬体的设计,如机体的外壳体积、机体内部的可扩展性,甚至是产品操作温度范围等设计思考。



图四 : 从五项边缘运算伺服器产品发展趋势分析,可以发现在边缘运算技术典范转移情境之下,伺服器产品的未来产品形貌。(source:mytechdecisions)
图四 : 从五项边缘运算伺服器产品发展趋势分析,可以发现在边缘运算技术典范转移情境之下,伺服器产品的未来产品形貌。(source:mytechdecisions)

HPE、AWS、Cisco、Advantech、Dell等布局业者,对於自身边缘运算伺服器产品的陈述,特别着重於描绘其产品对於环境因子的适应力,其中具有两项内涵:


第一,机体外部朝向小型化、机体内部朝向弹性化扩充,这意味着机体外型必须常是在有限空间来进行配置,同时机体的内部,也必须预留更多空间、电力来进行扩充,以符合客户弹性化配置的需求;第二,强调「多规格」的产品规划,或者可按照客户实际的使用情境,进行需求导向型的产品设计,在此一思考之下,「设备」与「服务」之间的界线将日益模糊化,这也是为什麽Advantech等业者,会提出「设备即服务」(Equipment as a Service)产品叙述的背景。其他如防焰、防水、防震动、抗盐硷、耐高温、可移动性、多元供电选项,亦是边缘运算伺服器「环境适应力」的思考情境。


无论何种内涵,皆意味着边缘运算伺服器必须思考客户使用情境,弹性化设计产品;也由於边缘运算伺服器配置的场域,受限於「极端化」的空间环境因素,因此,如何提升产品的环境适应力,与延长产品使用寿命,便成为不可或缺的思考。上述的思考,也意味着边缘运算伺服器不再是单纯的硬体设备,它将演化成新型态的「服务」,包括使用者操作、故障排除、产品责任范围,甚至是客户关系管理都将重新定义。


针对五项边缘运算伺服器产品发展趋势进行分析,可以发现:与其将边缘运算伺服器视为一种相对於传统伺服器的「新产品」,不如说它是在边缘运算技术典范转移情境(如云端至边缘的弹性化、灵活运算架构)之下,伺服器产品的未来产品形貌。


回到产品布局的角度来看,未来无论原先是属於云端服务提供商、网通设备提供商,皆必须认知到━智慧联网的总体发展情境之下,运算与连结设备所面对情境异质性将会持续增加。


这意味着包括伺服器、闸道器等产品,都将朝向多样化、客制化的模式来进行发展;同时也必须认知━公有运算的基础建设与服务将随着终端设备需求持续演化,掌握下世代商业机会的关键,便是掌握上述智慧联网的演化方向。强化伺服器开放性、弹性扩充能力,则是当前必要的发展蓝图。


(本文作者为资策会MIC资深产业分析师)


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