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雲端服務龍頭Amazon每年冬天在美國拉斯維加斯舉行的re:Invent全球用戶大會上,都會發表最新雲端產品服務,去年卻突然大轉變,開始說要重視邊緣運算(Edge Computing),甚至還罕見一口氣推出三款非雲端產品。還不到半年,另一家雲服務競爭對手微軟也在今年Build 2017開發者大會開始大談邊緣運算的重要性,甚至連微軟執行長Satya Nadella都直接喊出要做一個聰明邊緣裝置。

前不久才宣布5年要重砸20億歐元投資IoT的雲端ERP商用軟體巨頭SAP去年也重金買下了一家義大利企業級IoT平臺供應商Plat.One,就是為了要布局邊緣運算。

即便是以前極力擁護雲端的一些主要雲端大廠,最近也都突然大轉變,開始重視邊緣運算,因為這些雲端廠商突然發現了自己的局限,驚覺只做雲端產品還不夠,雲端的手無法伸向地面的雲,所以還要推出非雲端產品,要把自己的雲端技術,布建到更靠近使用者附近的設備上。

電信業最早嗅到邊緣運算商機

不過,趕在雲端廠商發覺前,電信營運及設備商早從3年前,就已經開始將邊緣運算視為是未來發展新世代5G行動網路的關鍵技術之一,因為是在電信基地臺連接回程網路的近端,放置一臺伺服器,以便將傳回後端核心網路的資料攔截到伺服器上運算處理,所以這樣的網路架構又稱為行動邊緣運算(Mobile Edge Computing,MEC),甚至還由歐洲電信聯盟(ETSI)專門成立工作小組制定產業共通標準,來加速推動建立MEC生態系。去年9月,ETSI也首度展示了MEC概念性驗證的初步成果,可以運用在如企業服務、健康醫療及視訊分析等應用。

而臺灣電信業也不落人後,今年3月,中華電信也決定聯手Nokia展開行動邊緣運算技術的研發,提早搶先布局5G。過去擅長網路通訊及嵌入式系統研究的交通大學資工系教授林盈達也曾建議,政府規劃下一代5G發展方向時,必須將行動邊緣運算納入5G發展的重要關鍵技術。

不只雲端、電信業者紛紛押寶邊緣運算的市場,連全球最大開源社群Linux基金會今年4月也決定成立新專案來大力推動邊緣運算,要打造一套通用IoT邊緣運算框架,超過50家軟硬體廠商和新創加入,包括Dell、AMD、VMware等。在早之前,則有網通廠商思科為首在前2年成立的OpenFog聯盟,不過,OpenFog聯盟是使用「霧運算(Fog Computing)」當名稱,來與邊緣運算做區別,代表更重視雲端與霧運算之間垂直互通性的發展。OpenFog聯盟成立迄今已有包括ARM、Dell、Intel、微軟、鴻海、奇異公司、AT&T在內超過50家業者加入。

邊緣運算是什麼?為何連雲端龍頭都甘願為它推出非雲產品,而電信業者也將它視為發展5G不可缺少的重要關鍵技術,連全球最大開源社群都登高一呼成立專案來大力推動它,甚至連曾擔任Citrix雲端部門資深副總裁的美國知名創投A16z合夥人Peter Levine都斬釘截鐵的說:「邊緣運算將會吃掉雲端運算。」就連我們跨海遠距採訪到的Linux基金會物聯網資深總監Philip DesAutels都親口說出:「純雲端運算時代正在終結,邊緣運算開始興起」。

邊緣運算說穿了就是一種就近運算的概念,將運算更靠近資料源所在的本地區網(Local Network)內運算,盡可能不用將資料回傳雲端,以減少資料往返雲端的等待時間及降低網路頻寬成本。邊緣運算通常是在本地端和雲端兩邊交界的附近做運算處理,也就是資料進出區網附近的位置,這麼做的目的,在於既可以將運算環境放在本地,同時又可以靠近雲端邊界附近,藉此跟雲銜接。畢竟並不是全部的資料都能放在本地端運算,還是會有些需要更進一步分析及判斷的資料,最後還是要傳回雲端來處理,或是做為長期存取的使用。

邊緣運算架構也適合IoT應用

邊緣運算也適合用來部署IoT應用,特別是在新興IoT應用領域,例如自駕車、無人機、擴增實境(AR)/虛擬實境(VR),以及機器人等,這些嶄新應用特別強調即時的影像分析及辨識處理能力,對於網路的低延遲和高頻寬要求極高,需要在數十毫秒甚至微秒時間內就要反應,然而透過網際網路傳輸往返雲端,至少需要上百毫秒才能反應過來,所以這類型的應用,就很適合採用邊緣運算架構。

邊緣運算因為是在靠近資料源所在的區域網路環境內運算,所以可以是在一臺大型運算設備,或者是很多個中、小型運算裝置或設備組成的本地端網路內運算,這些運算設備可以是個人所有的行動裝置(如智慧手機、穿戴式裝置),也可以是終端設備(如閘道器、監視攝影機、銀行ATM),或是其他IoT裝置。因為運算裝置和裝置之間彼此靠得很近,網路傳輸更直接,如透過Wi-Fi、藍牙等,所以傳遞資料變很快。

閘道器(Gateway)是常見的一種邊緣運算設備,不過跟傳統只用來蒐集和轉發資料的IoT閘道器相比,新一代邊緣閘道器變得聰明,開始具有運算分析能力,能將靠近感測器和其他IoT裝置周圍蒐集的資料先運算處理,讓資料變少以後再回傳雲端,即使沒有網路,邊緣閘道器也能透過和其他運算設備組成一個具有分散式運算架構的本地端區網,自行就可以接手運算,等待網路恢復後,才將處理後的資料傳回雲端,若是邊緣設備運算能力足夠,甚至有時可以直接在本地端處理完,不必再送回雲端接續處理。

這也直接點出了邊緣運算和集中式的傳統雲端運算架構最大不同之處,因為採用分散式運算架構,可以將運算分散靠近地面資料源的近端設備處理,以分攤原本在雲端運算的工作量,而不需要大老遠將資料傳回雲端才能處理,因此速度變更快,甚至沒有網路,靠近地面的運算設備也能接手自己處理,無雲也沒關係。

邊緣運算因為是設計一個本地端運算網路環境,以便於能就近處理資料,而不需要像雲端離資料源太遠,所以有人說,邊緣運算是一朵地面的雲,但是不像霧運算比較是整個特定區域的地上雲,遍布範圍較廣,邊緣運算則可以是靠近資料源產生的一個小型區域的運算叢集,可以進到霧進不去的地方。所以邊緣運算其實就是一個本地端的雲,甚至是一個在室內的雲。從前天上的那朵雲到了地面變成霧,現在還縮小進到工廠、辦公室、汽車甚至變成你家中的一朵雲。

邊緣運算的興起,其實和近幾年企業IT架構發展逐漸改採混合雲架構來部署,也有些許相似之處,因為從應用角度來看,混合雲的出現,也是為了解決公有雲的網路傳輸及延遲的難題,畢竟和企業內部網路相比,終究網際網路的傳輸速度還是過慢,若企業要將關鍵應用整套搬上公有雲用時,就會被拖累,例如資料庫資料不同步等,以致於不少採用公有雲的企業,也同時會結合私有雲方式來部署,只不過以前這些私有雲是由許多臺企業級伺服器、儲存和網路設備所布建而成,現在,可以是由許多不同大小的運算裝置或設備組成。

雲端大廠相繼押寶邊緣運算

當然,邊緣運算之所以變得越來越重要,不只是解決了雲端與本地端連線的瓶頸,對雲端來說,這也是一個將天上的雲延伸到本地端的作法,只要透過邊緣運算裝置就能進到本地端,能讓地面的雲,也成為天上雲的邊界一部分。

在邊緣運算起飛之際,即便是以前極力擁護雲端的一些主要雲端大廠,最近也都突然大轉變,開始說要重視邊緣運算,連雲端服務龍頭Amazon都驚覺只做雲端產品還不夠,還要推出非雲端的產品。Amazon去年一口氣就發布的非雲端產品有三款,分別是能讓自家雲端Lambda程式開始能在AWS環境外的邊緣節點執行的Lambda@Edge,還有將無伺服器運算服務也帶到IoT裝置內的AWS Greengrass,甚至 Amazon後來還推出一個具備儲存和運算的資料儲存裝置 AWS Snowball Edge,內建Lambda執行環境,可做為離線使用,以便於在雲端不能服務時,程式還可以轉移到本地端的這臺裝置接手繼續執行。

另一家雲端大廠微軟也在今年押寶邊緣運算,甚至微軟執行長Satya Nadella在今年Build 2017開發者大會開場時更直接喊出:「 Intelligent Cloud and an Intelligent Edge(智慧雲與一個聰明邊緣裝置)」的口號,以取代原先「行動優先、雲端優先」的雲端戰略。微軟今年上半也推出兩大主攻邊緣運算的非雲端產品, Azure串流分析工具是其中之一,這是原本Azure雲端才有的串流分析服務,現在也能用於本地端,可以直接就近分析串流資料,以便於加快異常事件的預警反應。

雲端業者以外,網通大廠思科也與商用分析軟體業者SAS聯手,準備把商用分析技術帶進裝置內,讓邊緣裝置也具備商業分析能力。而臺灣也有廠商嗅到邊緣運算商機,例如老牌嵌入式系統廠商研華科技今年就發表了一系列邊緣智慧伺服器軟硬整合解決方案(Edge Intelligence Servers),可以先應用在工廠、零售、車隊物流、醫療,以及環境與能源等行業。

比雲端業者更早一步布局的電信業,近年來也有取得不錯的新進展。開始有大型電信商將電信網路服務與邊緣運算來結合,例如,美國電信巨頭Verizon就在今年OpenStack年度大會上,展示利用OpenStack打造的一臺虛擬用戶端設備(Virtual Customer Premises Equipment)。這是利用白牌伺服器打造的一臺虛擬網路設備,外型就像一個白色小方盒,可以提供虛擬化網路功能(VNF),如網路優化、安全等。這個小盒子因為具備LTE功能,可以直接放置在靠近辦公室最近的位置,以便於企業能隨時依需求來增減網路服務。Verizon 甚至用「Cloud in Box」來形容,這就像是把一朵雲縮小放進盒子,你走到哪,雲就跟到哪,還可以帶進到企業辦公室,就像是在辦公室的一朵電信雲,這其實就是一種利用網路功能虛擬化技術,實現行動邊緣運算的應用例子。

雲端大廠微軟也在今年押寶邊緣運算,微軟執行長Satya Nadella在今年Build 2017開發者大會開場時更直接喊出要做聰明邊緣裝置,要把自己的雲端技術布建到更靠近使用者附近的設備上。(圖片來源/Build 2017)

連全球最大開源社群也大力支持

邊緣運算雖然才剛竄起,但也逐漸有越來越多的科技、網通、晶片及物聯網各家業者紛紛搶進,也讓邊緣運算發展的生態系,開始變得越來越熱鬧了。甚至連身為全球最大開源社群的Linux基金會,最近也決定成立EdgeX Foundry這個新專案,專門要為邊緣運算來推動建立一套可互相溝通和協作的通用標準,讓身處在地面雲環境的運算裝置不用上到雲就可以自己來溝通。

為何Linux基金會非得需要出面推動這件事?最近才剛新接任EdgeX 專案執行董事的Philip DesAutels話講得很直接:「因為邊緣運算市場和技術已經準備就緒,而社群也正大聲嚷嚷吵著要呢!」他也指出,EdgeX提供的是一個可以用來建立IoT邊緣生態系的共通框架。 過去基於運算發展有了開源Linux,而在資料中心則有開源雲端應用平臺Cloud Foundry出現, 到了網通則有網路功能虛擬化(NFV),「現在,該是換我們挺身為物聯網邊緣做這件事的時候了。 」他說。

Linux基金會以外,還有去年底以中國電信設備商(華為)為首的少數幾家業者成立的邊緣運算產業聯盟(Edge Computing Consortium),則是致力於發展產業IoT邊緣運算的解決方案。

除了有雲端、開源社群力拱,近年來AI技術的成熟,也變成推動邊緣運算的另一股力量。當這些邊緣裝置的運算分析能力越來越強,現在開始也有更多廠商將機器學習、甚至是深度學習的能力帶進裝置內,使得現在的邊緣裝置也能做到雲端能做的事,應用也越來越廣了。例如微軟今年就搶先發行一套預覽版Azure IoT Edge,不只能串流分析資料,還開始將Azure機器學習及AI認知服務帶進裝置端,讓裝置想要就近結合機器學習變得更容易多了。SAP年初也另外推出了一套SAP Leonardo邊緣運算解決方案,開始把SAP雲端原有的機器學習和預測分析服務,帶進到物聯網邊緣設備內。除了AI技術外,也開始有包括晶片、GPU、網路及大數據管理廠商,專為邊緣裝置釋出新的AI開發工具、框架及分析平臺。

雲端正在邁向終結了嗎?

當更多的邊緣裝置開始具備AI能力,而且可以執行較複雜的AI應用時,裝置將變得更聰明。這也意味著,未來將有更多的雲端運算工作,可以在本地端就先處理完,不必再上雲,而雲端將來更像扮演一個中央的管理者或協調者,或是做為一座資料訓練中心。而當有越多的邊緣裝置接手以前雲端的大部分工作,也有人主張,雲端運算最後可能只剩下儲存用途而已,甚至去年Peter Levine就因此提出了「雲端運算正邁向終結」的說法,甚至他認為,邊緣運算最終會反過來吃掉雲端。

雖然雲端會不會終結,目前各界也持有不同的看法。像Philip DesAutels自己就相當認同雲端運算邁向終結的說法,甚至他更認為,這件事早已經再發生了。「但這並不是指雲端會就此消失,而是代表一個純雲端運算年代的終結。」Philip DesAutels強調,當更多運算可以交付邊緣設備處理時,雲端也會因為這些裝置變聰明而跟著越來越有智慧,「將來,雲端更像是扮演一個集中式協調管理的角色,成為一個具有分散式集體智慧的雲端大腦。」

不過多數學術圈及產業界人士的看法,則傾向支持這兩者是互補的關係,而非對立。林盈達就認為,邊緣運算的角色,最終目的並不是取代雲端,而是要透過邊緣運算採用的分散式架構,「讓原本集中式的雲可以去中心化,將雲端的邊際向外圍更進一步延伸,可以更靠近用戶所在的網路」,以便於滿足對於網路延遲、頻寬更高需求的新興應用,所以兩者目的並不衝突。

工研院資通所先進通訊系統與標準發展技術部經理楊人順也有相似的看法,甚至他認為,將來雲端非但不會消失,還會改變雲端運算現有的資料存取模式,以後的雲端服務模式將漸趨於擔任一個後援的管理團隊,來負責支援前線的邊緣裝置正常的運作,而比較不會直接和使用者接觸,只有在少數的情況下,才會由雲接手,例如需開啟網頁的網路服務等。

目前也是OpenFog聯盟成員的臺灣大學代表人之一的臺大電機系教授魏宏宇也直言,雲端運算要消失很難,因為雲端運算架構的好處並沒有不見,像是可以提供IaaS、PaaS、SaaS的雲端服務型式,讓規模不大的中小型企業,可以租用方式,來取得運算資源,而不需要前期投入大筆建置成本,而且雲端架構是以彈性擴充為設計考量,可以更有效集中資源,來滿足不同企業IT架構擴充的需求。

研華科技技術長楊瑞祥則從應用面來解釋,邊緣運算和雲端運算各自是分層負責的關係。他表示,將來資料上不上雲端完全看解決應用的需求是什麼,以及對應的邊緣運算裝置有沒有能力現場處理,例如需要利用巨量資料來訓練機器學習模型時,這時,邊緣運算就應付不來,還是得走雲端這條路。楊瑞祥也強調,「雲端這門生意,不會像傳統大型主機一樣,逐漸式微甚至消失,反而會因邊緣運算更加發展而持續壯大。」

雲端終結說雖然是有點誇張的說法,但從運算架構的演進來看,這其實也正反映出了未來邊緣運算扮演的角色,將變得更加重要,甚至不輸給現在的雲端。根據IDC的報告,從明年開始,全球裝置將有高達4成產生的資料量會就近在邊緣裝置來處理、分析及儲存,以降低網路傳輸的成本。另一份不同的IDC調查也顯示,去年開始導入邊緣運算架構的企業比例有高達4成,預計今年的採用比例也將持續攀升。

儘管,雲端運算將會繼續發展並不會停歇,但邊緣運算也正逐漸從現有的IT運算架構中,開始占有一席之地。雲端運算和邊緣運算有各自不同的優勢,也各自有擁護的陣營,但不論是天上的雲,還是地面上的雲,或是想進到你家裡的雲,只要可以幫助企業解決問題,就是好用的雲。過去幾年,企業不是專注於上雲端,就是想著擁抱更多的雲,現在,企業也得開始低頭注意身旁的這朵本地雲,如何善用不同的雲的優勢,來做更好的發揮,未來也將考驗著企業的智慧。


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