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Edge MicroDC—邊緣運算微型資料中心發展趨勢
[作者 施柏榮]   2020年04月30日 星期四 瀏覽人次: [3884]

邊緣運算微型資料中心(Edge Micro Data Center)採用分散式系統,在介於終端設備與雲端運算的位置之中,扮演數據緩存、過濾等「預處理」功能。


觀察微型資料中心之邊緣運算系統架構的功能位階、應用情境及相關的產品布局之後,發現微型資料中心的應用情境,多數以智慧製造與工業聯網為主要情境,其次則為商務IT環境,在進入2018年之後,則能發現有愈來愈多的微型資料中心,鎖定5G與行動邊緣運算的電信基站與通訊機房。



圖一 :  與公共雲相比,邊緣運算具有許多優勢。(source:production.de)
圖一 : 與公共雲相比,邊緣運算具有許多優勢。(source:production.de)

未來,也可以預期「智慧製造」、「商務辦公」、「電信基站」會是微型資料中心的三個核心情境,而這樣的情境與需要穩定操作環境的傳統資料中心有著相當的不同。


若進一步藉由產品的比較(雲端資料中心、傳統資料中心、微型資料中心)解釋微型資料中心被提出的原因,可再進一步區分為四項:


一、相對於雲端運算,微型資料中心的出現,是為了在邊緣端即進行數據處理,此舉具有客戶的「成本考量」,也就意味現場數據不需要皆傳送至雲端進行儲存;


二、數據的生成者、擁有者可能存在多個利害關係人,而「數據池」的型態也朝向水平連結,而非垂直型態發展;


三、相對於雲端運算、傳統資料中心來說,客戶所處的現場不一定具有足夠的佈署空間,也不一定有穩定的電源與通訊條件;


四、微型資料中心所佈署環境具「非標準化」的特性,客戶所預期佈署的環境,可能屬於狹小空間之外,可能也具有高溫、高濕度、多震動,甚至必須經常進行位置遷移的「惡劣環境」。



圖二 : 預期未來智慧製造、商務辦公、電信基站將會成為微型資料中心的三個核心情境。(source:IoT Evolution World)
圖二 : 預期未來智慧製造、商務辦公、電信基站將會成為微型資料中心的三個核心情境。(source:IoT Evolution World)

藉由上述的產品比較可以發現,雖然「智慧製造」、「商務辦公」、「電信基站」是微型資料中心被預期佈署的應用情境,但事實上最應該理解的是,微型資料中心佈署的現場已然有相當大的不同,佈署的樓板面積、通訊條件、數據存放型態與客戶所能擔負的總體成本,都會持續影響微型資料中心的產品發展趨勢。


如要再進一步解析微型資料中心的發展趨勢,不僅可以從「產品技術」演進來觀察,也可以發現布局業者在「商業營運」的層面,也提出了有別於以往的產品發展方向。


邊緣運算微型資料中心可歸結為:小型化、模組化、分散化、預處理及安全性等五項產品技術的發展趨勢。

以下將依循上述觀察,區分為「產品技術」、「商業營運」兩個層面來進行分析。


技術趨勢1:「小型化」硬體配置與機電整合

藉由2016年之後微型資料中心硬體規格來看,將持續朝「小型化」的方向來發展,所謂小型化是相對於傳統資料中心而言,近兩年微型資料中心將會以長200公分、寬70公分、高100公分左右的體積為主要,甚至發展出更狹窄、可壁掛的機櫃型態。


這在產品技術反映了兩項改變:首先,過去對於資料中心「可擴展性」的理解,多數是以大型機櫃內部是否有預留足夠的內裝、擴展空間,但在邊緣運算、分散式系統的思維之下,微型資料中心「可擴展性」轉為由軟體、通訊連結的能力來加以定義,也就是透過連結技術,所可能形成的微型資料中心的總體「叢集」總量;其次,機櫃內部空間必須被更有效率使用,因此,組件的體積也將朝小型化發展之外,組件的「線路配置」也保有更多的調整彈性,這也有賴於機櫃內部的機電整合能力。


從上述的變化來看,微型資料中心的「小型化」或微型化,不單只是外觀設計更小,事實上,微型資料中心仰賴的是更靈活的「機電系統」與「次系統整合」的能力。


技術趨勢2:「模組化」提高擴充與加快佈署

除了以「微型化」的命名來區隔與傳統資料中心的差異之外,「模組化」則是另一個被經常用來指稱微型資料中心的名稱,比如Zellabox、Dell便在其產品的陳述之中,強化微型資料中心能夠像「磚塊」一般靈活組建在不同的環境之中。


這同樣反映出兩項產品技術層面的變化:


首先,無論是工廠、電信機房的應用場域,除了微型資料中心之外,也包含各種資訊電子設備,因此,模組化的設計方便在現場針對不同需求進行「移動」與配置,同時,存在獨立機房空間的情境將會愈來愈少。


其次,管理軟體平台技術的演進,讓資料中心不需集中在特定機房空間來統一管理,藉由平台介面可以隨時監控資料中心的狀態,這也意味場域存在複雜的操作環境時,微型資料中心可以配置在更鄰近的位置,比如將其配置在工廠各自獨立的生產線旁。


微型資料中心「模組化」發展,反映出不同情境對於產品「敏捷性」需求的提升,而這樣的敏捷性,可以協助硬體提供商更迅速地佈署現場的IT基礎建設。@大標:技術趨勢3:「分散化」建置提升設備可靠性


邊緣運算強調的「分散式」系統思維,也將成為未來發展的重要方向,這直接反映出微型資料中心與傳統資料中心在控制體系上最大的區隔。在分散式系統的設計思維,微型資料中心就是散落的邊緣節點,彼此可以連結成為一個系統。



圖三 : 在分散式系統的設計思維,微型資料中心就是散落的邊緣節點,彼此可以連結成為一個系統。(source:Medium)
圖三 : 在分散式系統的設計思維,微型資料中心就是散落的邊緣節點,彼此可以連結成為一個系統。(source:Medium)

然而,觀察2016年布局業者對於微型資料中心加入分散式系統的陳述,可以再分為兩個意涵:


首先,以數據中心基礎建設管理(DCIM)為出發點,強調微型資料中心的各個組件,區分成為不同的模塊,並採用不同的管理系統來加以控制,如將電源、冷卻分屬於不同的系統來進行管理,如此可避免因單一模塊的失靈而造成整體停機。


其次,採用分散式運算、儲存思維,將單一的微型資料中心視為可連結集成的單元,彼此可以藉由光纖通道、乙太網路的數據交換,形成一個可持續擴充的「資源池」。


分散式的微型資料中心,預期在終端分散尺度較廣的情境大量採用,如需要大量佈署「電信基站」的5G與行動網路建設,便需要分散式系統來強化設備的「可靠性」。


技術趨勢4:「預處理」數據流量降低雲負載


圖四 : 邊緣運算微型資料中心預處理的目的在於過濾傳輸雲端的數據流量。(source:Towards Data Science)
圖四 : 邊緣運算微型資料中心預處理的目的在於過濾傳輸雲端的數據流量。(source:Towards Data Science)

「預處理」(Preprocessing)與「分散式系統」,是邊緣運算微型資料中心與傳統資料中心最大的兩個區隔。所謂的預處理,放置在資料中心的角色思考,相對必須要針對終端回應邊緣運算伺服器來說較為單純,它的目的是過濾傳輸雲端的數據流量。


這可以回到微型資料中心在「邊緣運算系統架構與階層與位置」來尋求解釋,它同樣反映出兩項重要的產品技術層面變化:


一、微型資料中心預先執行「流動數據分析」(Streaming Data Analytics),這樣的功能是相對於雲端運算而言,也就是去判斷數據的類型,需要傳輸至雲端進行商業智慧管理的數據,才進一步傳輸至雲端,此舉,讓微型資料中心必須賦予釐清數據政策進而過濾數據的能力。


二、與上述相似,但針對同一水平層級的資料中心,進行數據傳輸、資料同步化的判斷。


無論是哪種變化,事實上都反映出微型資料中心不再是單純的「儲存節點」,它必須賦予更多現場運算、甚至本地學習的能力。此舉也讓IT資訊電子的功能更為模糊化。


技術趨勢5:「安全性」提升數據與終端信任

有鑑於微型資料中心將可能佈署於遠端、室外的環境之中,因此,對於「安全性」的討論更為重要。它假設微型資料中心所放置的地方,普遍缺乏硬體、人員保護之下,如何盡可能降低微型資料中心受到各種危害的風險。


安全性的討論,可以回到「物理世界」與「數位世界」兩個產品技術層面基礎課題:


一、 在物理的技術層面,與其他IT基礎設備相同,微型資料中心也關注於機櫃、鎖匙的安全性,也就是在缺乏人員監控的情境之下,能否防止人為的外力破壞,除此之外,操作時的溫度冷卻,是否有造成停機的風險,也是物理安全性討論的範疇之一。


二、 數位層面的討論,則緊扣於資訊安全,比如遠端的訪問與存取權限的管理等,此外,區塊鏈與加密技術應用在數據傳輸,也預期將獲得更多關注。


微型資料中心安全性問題,將隨著微型資料中心大規模佈署之後,成為核心的課題,對於硬體提供商來說,物理與數位的安全性工具,將成為產品不可或缺的解決方案。


彙整上述多個層面的觀察,邊緣運算微型資料中心可歸結為:「小型化」、「模組化」、「分散化」、「預處理」以及「安全性」五項產品技術的發展趨勢。小型化、模組化已然是當前布局業者相同的發展路徑,但分散化、預處理的功能,則仍有存在差異,這樣的差異,主要反映出不同的布局業者對於關注情境的理解之外,也會與布局業者原先類屬的產業類型或陣營有關,比如雲端服務與工業控制硬體提供商對於產品切入的視角便存在顯著的不同。


而最終,關於安全性的解決方案,也尚未有統一的工具。也預期會朝向客製化設計之外,相關資訊安全與遠程監控軟體也將成為標準配備。這些產業技術趨勢,勢必重構微型資料中心的功能堆棧。


(本文作者施柏榮為資策會MIC資深產業分析師)


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