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Edge Server-邊緣運算伺服器發展趨勢
 

【作者: 施柏榮】   2019年11月11日 星期一

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彙整邊緣運算伺服器的功能範疇、布局業者與其產品,大約可以區分為五項邊緣運算伺服器發展趨勢,將會持續牽引產品的功能設計,甚至影響智慧聯網基礎建設型態。



圖一 : 從邊緣運算伺服器的功能範疇、布局業者與其產品,可區分為五項邊緣運算伺服器發展趨勢。(source:infoworld)
圖一 : 從邊緣運算伺服器的功能範疇、布局業者與其產品,可區分為五項邊緣運算伺服器發展趨勢。(source:infoworld)

這五項邊緣運算伺服器的發展趨勢分別為:「超融合技術與功能介面整合」、「靈活運算架構與節點多層化」、「軟體定義與虛擬化技術強化」、「開放化硬體架構與軟體堆棧」、「小型與防震型等環境適應力」。上述趨勢,將持續牽引2019年Q3、Q4之後的邊緣運算伺服器產品,與整體產業生態系的發展走向。


【產品趨勢1】超融合技術與功能介面整合

智慧聯網需求差異性高,邊緣位置必須在離線、沒有核心數據中心的支持情境之下,還能夠獨立執行現場的分析、分派任務;此外,為了讓客戶或使用者可以更加便捷地使用伺服器設備,因此,如何降低使用的「成本」與「使用複雜性」成為關鍵因素,這也推動邊緣運算伺服器產品朝向「超融合」進行發展。


包括Cisco的PowerEdge R740、PowerEdge XR2與Lenovo的ThinkSystem SE350等產品皆應用了「超融合」來陳述自身的產品,大約可以分為兩種主要內涵:


第一,運算、儲存、網路功能的超融合,此三種技術的融合形成了「超融合基礎建設」,此一架構具有快速布署、彈性擴充特性;第二,隨著現場數據量的大量增加,並且在運算成本的考量下,藉由分散式系統軟體,將多個邊緣運算伺服器形成「叢集」是相對較佳的解決方案,然而,此一種叢集化的解決方案,賴於是否能依據現場的環境資源與使用模式(如工控、電源配置模式),進行靈活性調度與處理,這進一步推動了資訊技術(Information Technology)與操作技術(Operation Technology,OT)的融合,邊緣運算伺服器便是融合的載體。



圖二 : 邊緣運算產品的七種功能介面(source:資策會MIC,2018年6月)
圖二 : 邊緣運算產品的七種功能介面(source:資策會MIC,2018年6月)

備註:Edge Server、Edge Gateway皆被視為Edge Node,扮演的功能具有差異

上述兩項內涵之中,又以IT、OT的融合最為重要,其更被視為邊緣運算能否在不同「現場」(Field)進行大規模布署與管理的關鍵因素,尤其是在設備、次系統數量愈多、愈複雜的場域,更尤其需要IT、OT端的融合。


在「超融合」的發展趨勢之下,除了將影響了邊緣運算伺服器產品設計,也將整合企業內部IT、OT(如工業控制)原先屬於不同部門的合作與分工模式。


【產品趨勢2】靈活運算架構與節點多層化

邊緣運算伺服器與傳統地方型伺服器的差別之一,在於邊緣運算伺服器所強調的並非封閉性的系統情境,而是可以按照不同的設備、通訊需求,進行多層的運算架構設計;也就是藉由數據、服務品質來判斷資訊數據分析與運算位置,並且藉由不同的「事件類型」,運算位置可在雲端、邊緣來進行靈活性的調整與分派。


AWS的Snowball Edge產品,便是靈活型運算架構的具現,然而,不僅AWS此種雲端服務提供商,幾乎所有邊緣運算伺服器布局業者,皆強調「伺服器」是介於雲端、終端之間的「節點」(Node)。屬於「雲端服務提供商」、「網通設備提供商」的不同業者,對於靈活型運算架構有兩種不同內涵:


第一,雲端服務提供商,對於邊緣運算伺服器功能,特重於雲端與邊緣的資料遷移能力,對於雲端服務而言,邊緣運算伺服器所能提供的服務,較類似於「朵雲」(Cloudlets),也就是考量客戶負擔的成本,以及就近客戶布署的需求,所創造的雲端服務延伸;第二,網通設備提供商,對於邊緣運算伺服器的功能,則較強調現場基礎建設建構,因此,相對於雲端服務提供商,比較側重於如何藉由「叢集」來串聯終端的運算資源池。


上述兩項不同的內涵,在2019年之後已有匯流的情況,並且「雲端服務提供商」、「網通設備提供商」,在5G、智慧製造等情境之下,已有日益增加的策略合作。


不過,值得注意的是,不同使用情境的設備、數據異質性差異甚大,因此,不同的服務情境將會有不同的層級架構,如何掌握現場設備數據生成與傳輸特性,藉由擬定「數據政策」(Data Policy)來設計多層級運算架構,會是延伸課題所在。


【產品趨勢3】軟體定義與虛擬化技術強化

藉由邊緣運算功能介面來觀察,可以發現邊緣運算與雲端運算,架構上最大差異之一在於邊緣運算除了有「垂直」層級關係,亦有「水平」層級關係,然而複雜層級關係已非傳統伺服器、閘道器、路由器所能因應,因此「虛擬化」與「軟體定義」便成為依賴的技術選項。


包括Advantech、Supermicro、Lenovo等對於自身邊緣運算伺服器產品的陳述,皆直接聚焦在虛擬化、軟體定義兩項技術,兩者主要目標,皆是希望超過硬體限制,讓整體網路中的運算效率提升。兩項技術內涵縱然不同,但彼此卻密不可分。


第一,虛擬化技術,可以進一步將運算、儲存與網路資源虛擬化,在邊緣的位置上形成一個資源池,最常應用的是網路功能虛擬化(Network Functions Virtualization, NFV),其將網路節點分割成為數個功能區塊,有利於動態規劃「封包傳輸路徑」,達到動態負載平衡;第二,軟體定義技術,則可以視為是整體基礎建設的軟體控制機制,藉此可以將上述的「虛擬資源」分配給資源取用者,可進一步分為軟體定義網路(Software Defined Storage, SDS)與軟體定義儲存(Software Defined Network, SDN)。


虛擬化與軟體定義技術,被視為5G電信數據封包核心網路(Evolved Packet Core Networks,EPC)的主幹,會有這樣的演變,除了設備異質性提高之外,主要推動力是服務提供商必須針對不同使用者需求,來彈性設定傳輸網路與傳輸路徑。邊緣運算伺服器作為基礎建設重要的節點,需要支援或具備「虛擬化」與「軟體定義」技術,讓整體網路更具備彈性化與可擴充性,同時也可降低運算基礎建設的建置成本。


【產品趨勢4】開放化硬體架構與軟體堆棧

強調去中心、分散化的邊緣運算架構,也嘗試定義新的產業生態系,而受到開源文化影響開放硬體、開源軟體思考逐漸被電信服務提供商、雲端服務提供商所接納,影響下世代邊緣運算伺服器產品設計思考,主要目標在於建構具有協同作業的架構與環境,以及增加設備與平台的互通性。



圖三 :  強調去中心、分散化的邊緣運算架構,也嘗試定義新的產業生態系。(source:medium)
圖三 : 強調去中心、分散化的邊緣運算架構,也嘗試定義新的產業生態系。(source:medium)

Nokia在2018年提出的Airframe Open Edge Server是第一個具有開放硬體思考的邊緣運算伺服器產品,其他如Quanta也提出類似的產品陳述,包含兩項內涵:


第一,開放硬體層面,由主導業者藉由釋放許可證的模式,開放硬體規格(線路圖、佈線圖、零件表等)與開發套件,提供其他業者、社群設計硬體設備,此舉對於主導業者而言,預期取得市場擴展的效果;第二,開源軟體層面,則是藉由開源專案的模式,來鼓勵更多開發社群,參與開發最佳化的開源軟體堆棧,開發社群亦將針對不同情境,提出驗證藍圖,強化其在不同情境的適用性,如Linux基金會旗下的LF Edge於2019年6月所推出Akraino Edge Stack,便是基於開源軟體堆棧衍生的成果。2019年之後,預期將有更多開放硬體、開源軟體在邊緣運算伺服器的產品開發實例。


雖然開放硬體、開源軟體背後的推動者的屬性並不相同,但可以發現智慧聯網的情境之下,建構可橫跨多個設備或服務提供商的「開放化」發展模式,對於大型業者而言,可以取得擴展平台的效果之外,也可以藉由開源專案吸引更多開發者參與、加入業者所領導的產業標準與體系。這樣的發展趨勢,對於邊緣運算環境建構而言具有助益,可以幫助邊緣運算伺服器等產品更具有彈性、靈活性之外,亦有可能降低建置成本。


【產品趨勢5】小型與防震型等環境適應力

邊緣運算伺服器與傳統伺服器所處的環境差異極大,相較之下,邊緣運算伺服器所處環境更為複雜,而且容易受到不同自然環境因子限制(如鏽蝕、溫度或環境震動等),這些因素,將直接反映在產品硬體的設計,如機體的外殼體積、機體內部的可擴展性,甚至是產品操作溫度範圍等設計思考。



圖四 : 從五項邊緣運算伺服器產品發展趨勢分析,可以發現在邊緣運算技術典範轉移情境之下,伺服器產品的未來產品形貌。(source:mytechdecisions)
圖四 : 從五項邊緣運算伺服器產品發展趨勢分析,可以發現在邊緣運算技術典範轉移情境之下,伺服器產品的未來產品形貌。(source:mytechdecisions)

HPE、AWS、Cisco、Advantech、Dell等布局業者,對於自身邊緣運算伺服器產品的陳述,特別著重於描繪其產品對於環境因子的適應力,其中具有兩項內涵:


第一,機體外部朝向小型化、機體內部朝向彈性化擴充,這意味著機體外型必須常是在有限空間來進行配置,同時機體的內部,也必須預留更多空間、電力來進行擴充,以符合客戶彈性化配置的需求;第二,強調「多規格」的產品規劃,或者可按照客戶實際的使用情境,進行需求導向型的產品設計,在此一思考之下,「設備」與「服務」之間的界線將日益模糊化,這也是為什麼Advantech等業者,會提出「設備即服務」(Equipment as a Service)產品敘述的背景。其他如防焰、防水、防震動、抗鹽鹼、耐高溫、可移動性、多元供電選項,亦是邊緣運算伺服器「環境適應力」的思考情境。


無論何種內涵,皆意味著邊緣運算伺服器必須思考客戶使用情境,彈性化設計產品;也由於邊緣運算伺服器配置的場域,受限於「極端化」的空間環境因素,因此,如何提升產品的環境適應力,與延長產品使用壽命,便成為不可或缺的思考。上述的思考,也意味著邊緣運算伺服器不再是單純的硬體設備,它將演化成新型態的「服務」,包括使用者操作、故障排除、產品責任範圍,甚至是客戶關係管理都將重新定義。


針對五項邊緣運算伺服器產品發展趨勢進行分析,可以發現:與其將邊緣運算伺服器視為一種相對於傳統伺服器的「新產品」,不如說它是在邊緣運算技術典範轉移情境(如雲端至邊緣的彈性化、靈活運算架構)之下,伺服器產品的未來產品形貌。


回到產品布局的角度來看,未來無論原先是屬於雲端服務提供商、網通設備提供商,皆必須認知到-智慧聯網的總體發展情境之下,運算與連結設備所面對情境異質性將會持續增加。


這意味著包括伺服器、閘道器等產品,都將朝向多樣化、客製化的模式來進行發展;同時也必須認知-公有運算的基礎建設與服務將隨著終端設備需求持續演化,掌握下世代商業機會的關鍵,便是掌握上述智慧聯網的演化方向。強化伺服器開放性、彈性擴充能力,則是當前必要的發展藍圖。


(本文作者為資策會MIC資深產業分析師)


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