讓邊緣計算成為云計算打破瓶頸的鑰匙

物聯(lián)網(wǎng)時代，萬物互聯(lián)的設(shè)想讓應(yīng)用開發(fā)面臨諸多挑戰(zhàn)：更高效率、更低功耗、更加安全以及更易開發(fā)等。要解決這樣的難題，傳統(tǒng)用于數(shù)據(jù)計算、存儲和傳輸?shù)?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/492547.html">云計算便開始出現(xiàn)“體力不支”。正如瑞薩電子中國 Enterprise Infrastructure 事業(yè)部部長陳建名（Angus Chan）所言，“在未來的幾年里，預(yù)計將會有超過一萬億的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接至云端。但中心化的云計算，需要高速網(wǎng)絡(luò)帶寬的支持，以及處于邊緣的設(shè)備對計算的響應(yīng)速度要求越來越高。低延遲和高流量的計算負(fù)載壓力導(dǎo)致了云計算這種集中式的計算處理模式越來越受到詬病?！?/p>

瑞薩電子中國 Enterprise Infrastructure 事業(yè)部部長陳建名（Angus Chan）

在這樣的背景下，已經(jīng)提出多年卻一直不溫不火的邊緣計算開始爆發(fā)。邊緣計算可以在數(shù)據(jù)產(chǎn)生源端或者附近就對數(shù)據(jù)計算處理，只把處理后的結(jié)果數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)中心，相比于把源數(shù)據(jù)傳送到云計算中心或者數(shù)據(jù)中心集中處理，極大地節(jié)省了數(shù)據(jù)通信帶寬。同時，由于有了邊緣計算，更少的敏感信息被集中傳輸?shù)皆贫?，提高了信息安全保障?/p>

陳建名認(rèn)為，網(wǎng)絡(luò)邊緣智能化將成為未來重要的發(fā)展方向。伴隨 5G 網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，物聯(lián)網(wǎng)成為重點網(wǎng)絡(luò)之一。業(yè)內(nèi)預(yù)計，到 2020 年將有超過 500 億的終端與設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，僅中國就會產(chǎn)生 100 億以上的物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)。各行各業(yè)都希望部署物聯(lián)網(wǎng)，為客戶提供更加智能、便捷的產(chǎn)品和服務(wù)。邊緣計算因其技術(shù)上具備的敏捷、實時、智能、安全等特點，成為物聯(lián)網(wǎng)終端的必然發(fā)展方向。

但是，發(fā)展邊緣計算并非直接是要革云計算的命，而是邊緣計算將給現(xiàn)在的云計算帶來極大的性能提升，兩者將攜手面對物聯(lián)網(wǎng)時代的數(shù)據(jù)洪流。陳建名對此的理解是：

如果說云計算系統(tǒng)是一個人的大腦的話，那么邊緣計算便是人用來感知世界的眼睛、耳朵、手腳。再智慧的的大腦，如果失去了對外界的感知，那么也就再無用武之地?；氐皆蹅兊脑掝}本身，在如今的大數(shù)據(jù)時代下的應(yīng)用往往存在著這樣一個痛點，那就是如何采集到最及時、最準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。而邊緣計算的出現(xiàn)，通過在現(xiàn)場安裝和連接智能設(shè)備實時采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行簡單處理，免除了通過網(wǎng)絡(luò)上傳數(shù)據(jù)所帶來的信息延遲，大大提升了效率?？梢哉f，邊緣計算的出現(xiàn)為云計算本身帶來了全新的變革。但是，不論是完全依賴云計算， 還是單純依靠邊緣計算，都會產(chǎn)生各種各樣的問題。但當(dāng)二者共同協(xié)作，云計算把握全局，邊緣計算專注局部，才能發(fā)揮最大的功效。

邊緣計算時代的到來，數(shù)據(jù)量將繼續(xù)呈指數(shù)性增長，對于數(shù)據(jù)中心的需求將會只增不減，但是，需求本身將會發(fā)生一定的改變。在半個多世紀(jì)以來，大型數(shù)據(jù)中心一直是網(wǎng)絡(luò)計算和連接的支柱。但在邊緣計算時代到來后，大量數(shù)據(jù)源將會呈碎片式分散化。此時，由于地理距離以及數(shù)據(jù)量等因素，大型數(shù)據(jù)中心便顯得力不從心。在我看來，邊緣計算時代下的數(shù)據(jù)中心將會更加側(cè)重于大規(guī)模計算與小規(guī)模設(shè)施。為了滿足目前的全新需求，將會有越來越多的邊緣數(shù)據(jù)中心建設(shè)以及部署，這種小規(guī)模的數(shù)據(jù)中心將會提供更快的數(shù)據(jù)處理及分析速度，以及更好的數(shù)據(jù)安全性。

他表示：“隨著邊緣化計算時代的到來，會有越來越多的應(yīng)用領(lǐng)域需要邊緣化的數(shù)據(jù)處理，以保障數(shù)據(jù)的實時處理效率與數(shù)據(jù)的隱私安全。目前我們?nèi)鹚_的邊緣計算產(chǎn)品已經(jīng)覆蓋多個領(lǐng)域，包括工業(yè)、人工智能、無人駕駛、物聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)?！?/p>

他認(rèn)為任何產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都是源于需求的帶動，全新的數(shù)據(jù)需求也就促成了邊緣計算的爆發(fā)。他將其分為三類：

首先是個人邊緣計算的需求，比如說我們?nèi)粘Ｊ褂玫?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E6%99%BA%E8%83%BD%E6%89%8B%E6%9C%BA/">智能手機(jī)、家用機(jī)器人、可穿戴手表、智能音箱等一系列設(shè)備，這些設(shè)備都會在日常的使用中產(chǎn)生數(shù)據(jù)；

其次是業(yè)務(wù)邊緣計算的需求，適用于公司等辦公地點，用于支撐小范圍區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時的集中、交互、以及處理；

最后是云邊緣計算的需求，也就是云平臺的相互協(xié)同，例如語音處理、人臉識別、AI 醫(yī)療等需要多個云平臺的共同協(xié)作，這些都需要邊緣計算提供更為實時準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

值得注意的是，當(dāng)前的邊緣計算雖然展現(xiàn)出了潛力且發(fā)展態(tài)勢迅猛，但是依然有諸多難題待解，比如基準(zhǔn)程序和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，又比如可編程性和服務(wù)管理……陳建名對此深有感觸。

他指出：

隨著邊緣計算技術(shù)的高速發(fā)展，目前學(xué)術(shù)界與工業(yè)界已經(jīng)著手去研發(fā)了許多針對不同邊緣計算場景的硬件或軟件系統(tǒng)平臺。傳統(tǒng)的計算場景都有著自己獨特的經(jīng)典基準(zhǔn)測試集（Benchmark），例如并行計算場景中的 PARSEC、高性能計算場景中的 HPCC、大數(shù)據(jù)計算場景中的 BigDataBench。但是邊緣計算目前來說算是比較新的計算場景，所以目前業(yè)界還沒有一個相對較為權(quán)威的，用于對這些軟件或硬件系統(tǒng)及進(jìn)行評測的經(jīng)典基準(zhǔn)測試集（Benchmark）出現(xiàn)。

由于邊緣計算本身所有的場景覆蓋面極廣的特性，目前來看是不會出現(xiàn)一個統(tǒng)一性的基準(zhǔn)測試集可以適應(yīng)所有場景下的邊緣計算平臺。如今行之有效的方法便是針對邊緣計算的每一類計算場景推出一個經(jīng)典的基準(zhǔn)測試集，之后各個基準(zhǔn)測試集互相融合借鑒，找出邊緣計算場景下的若干類核心負(fù)載，最終形成邊緣計算場景中的經(jīng)典基準(zhǔn)測試集。當(dāng)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)后，產(chǎn)品兼容部署困難這一難題便會迎刃而解。

關(guān)于動態(tài)調(diào)度與數(shù)據(jù)安全問題，首先動態(tài)調(diào)度是由于在邊緣計算中，設(shè)備產(chǎn)生的的海量數(shù)據(jù)無法通過現(xiàn)有的帶寬資源傳輸?shù)皆朴嬎阒行倪M(jìn)行集中式計算，且不同邊緣設(shè)備的計算、存儲能力均不相同，因此，邊緣計算系統(tǒng)需要根據(jù)任務(wù)類型和邊緣設(shè)備的計算能力進(jìn)行動態(tài)調(diào)度。所以邊緣計算的服務(wù)模式較為復(fù)雜，具備很強(qiáng)的實時性?，F(xiàn)在的邊緣計算領(lǐng)域主要依靠邊緣云，采用分布式計算與存儲，實現(xiàn)分布式資源的動態(tài)調(diào)度與統(tǒng)一管理。通過統(tǒng)一的分布式管理數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的安全性上將得到很大程度的保障。

雖然困難重重，不過邊緣計算行業(yè)近一兩年取得的進(jìn)步還是有目共睹。在未來，隨著新興網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和新的器件的出現(xiàn)，邊緣計算將展現(xiàn)出更大的技術(shù)魅力。比如邊緣計算和 5G 的結(jié)合就讓從業(yè)者充滿美好的寄予。陳建名分別從設(shè)備域、網(wǎng)絡(luò)域、數(shù)據(jù)域、應(yīng)用域四個層面闡述了 5G 和邊緣計算的結(jié)合。

先談?wù)勗O(shè)備域：邊緣計算在這一層，可以對感知的信息直接進(jìn)行計算處理。比如在視頻采集、音頻采集中直接部署智能鑒別的能力；又或者像手機(jī)一樣，能夠由語音輸入直接轉(zhuǎn)換成文字輸出。5G 時代，連接設(shè)備數(shù)量會大量增加，網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)會產(chǎn)生龐大的數(shù)據(jù)量。如果這些數(shù)據(jù)都由核心管理平臺來處理，則在敏捷性、實時性、安全和隱私等方面都會出現(xiàn)問題。但采用邊緣計算，就可以就近處理海量數(shù)據(jù)，大量設(shè)備可以實現(xiàn)高效協(xié)同工作，諸多問題迎刃而解。

再談?wù)劸W(wǎng)絡(luò)域：通過部署計算能力，實現(xiàn)各網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的自動轉(zhuǎn)換，對數(shù)據(jù)格式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。要解決物理網(wǎng)中數(shù)據(jù)異構(gòu)的問題，就需要在網(wǎng)絡(luò)域中部署邊緣計算，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)格式的標(biāo)準(zhǔn)化和數(shù)據(jù)傳遞的標(biāo)準(zhǔn)化（例如將所有的感知數(shù)據(jù)都換算成 MQTT 類型數(shù)據(jù)，并通過 HTTP 方式傳遞）。同時，網(wǎng)絡(luò)域的邊緣計算，還能對“融合網(wǎng)絡(luò)”進(jìn)行智能化管理，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的冗余，保證網(wǎng)絡(luò)的安全，并可進(jìn)一步參與網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化工作。

下面要談到的是數(shù)據(jù)域：邊緣計算使得數(shù)據(jù)管理更智能、存儲方式更靈活。首先，邊緣計算可以對數(shù)據(jù)的完整性和一致性進(jìn)行分析，并進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗工作，消滅系統(tǒng)中的“臟”數(shù)據(jù)。其次，邊緣計算可以對計算和存儲能力、以及系統(tǒng)負(fù)載進(jìn)行動態(tài)地部署。最后，邊緣計算還能和云端計算保持高效協(xié)同、合理分擔(dān)運(yùn)算任務(wù)。

最后講一下應(yīng)用域：邊緣計算提供屬地化的業(yè)務(wù)邏輯和應(yīng)用智能。它使得應(yīng)用具有靈便、快速反應(yīng)的能力，并在離線的情況下（和云端失去聯(lián)系時），仍能夠獨立地提供本地化的應(yīng)用服務(wù)。邊緣計算與 5G 的結(jié)合，應(yīng)用領(lǐng)域主要分為四個大類，即無線類業(yè)務(wù)、大視頻、車聯(lián)網(wǎng)、智能制造。

“目前的云計算市場經(jīng)過近幾年的快速發(fā)展已經(jīng)成為了一個龐大的全球化信息產(chǎn)業(yè)。但沒有技術(shù)架構(gòu)是完美無缺的，云計算的發(fā)展目前也遭遇了瓶頸，而邊緣計算便是云計算打破瓶頸的那把鑰匙?！?陳建名講到。

從陳建名的言語里我們可以看出瑞薩電子對邊緣計算研究頗深，且寄予厚望。作為全球領(lǐng)先的微控制器、模擬功率器件和 SoC 產(chǎn)品供應(yīng)商，瑞薩電子在邊緣計算領(lǐng)域推出了多款產(chǎn)品。

通過陳建名的描述我們總結(jié)到：

針對邊緣計算所要求的高性能運(yùn)算和存儲需求，瑞薩電子推出了兆字節(jié)閃存和百位千字節(jié)內(nèi)存，200MHz 頻率范圍的 Synergy S7 系列。以及針對實時系統(tǒng)(也支持 Linux) 的入門級 MPU RZ/A 系列。RZ/A 系列搭載了高容量和高速內(nèi)部 RAM, 能大大簡化電路設(shè)計從而減少所需空間。

瑞薩電子的器件幫助客戶提高產(chǎn)品的安全特性。在工業(yè)設(shè)備領(lǐng)域，“功能安全性”越來越成為防止故障和事故對工廠運(yùn)行產(chǎn)生不利影響、人員傷害對社會造成不利影響以及遭受相關(guān)經(jīng)濟(jì)損失的重要方法。由于功能安全性標(biāo)準(zhǔn)廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域，為了減少客戶的開發(fā)負(fù)擔(dān)，瑞薩電子提供功能安全性解決方案安全包、安全參考套件以及具有安全支持（IAR 系統(tǒng)）的開發(fā)工具。

同時，瑞薩電子還推出了安全 IC 解決方案 RSA Security，經(jīng)過現(xiàn)場驗證的瑞薩安全 IC 解決方案是一整套硬件和軟件。其硬件有一個專用的安全協(xié)處理器，它基于用于流行的先進(jìn)引擎系列微控制器的核心技術(shù)開發(fā)。軟件由開放資源 Java Card OS 和強(qiáng)大的高速加密算法庫組成，可提供較高水平的性能和安全性。

此外，瑞薩電子還推出了為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)端點設(shè)備提供高級別安全性的 Platform 新增低功耗 S5D3 MCU 產(chǎn)品組，并推出了安全創(chuàng)新分析工具 - 圖形用戶界面（GUI）CAR（可定制分析報告）工具，可讓客戶快速將瑞薩產(chǎn)品集成到其與安全相關(guān)的產(chǎn)品中，同時提高用戶對系統(tǒng)符合最新安全標(biāo)準(zhǔn)的信心。

在邊緣計算要求的低功耗方面，瑞薩電子已經(jīng)推出的 RL78 系列產(chǎn)品，功耗最低可達(dá) 46μA/MHz，擁有豐富的低功耗模式，包括暫停（DMA 及所有外設(shè)都工作）模式、SNOOZE（ADC、CSI/UART 工作）模式、以及豐富的 STOP 模式（RAM 保持）。RL78 在 STOP 模式下，可以靈活配置各種外設(shè)，以達(dá)到安全性和靈活性的最大平衡，并保持低功耗特性。同時，STOP 模式下 RAM 數(shù)據(jù)可以保留，從而實現(xiàn)喚醒。在低功耗模式下啟用 WDT（看門狗），功耗只有 0.45μA，而家電產(chǎn)品常用的時鐘+RTC 運(yùn)行時，也只有 0.49μA，而全外設(shè)開啟的低功耗模式為 0.81μA，整體功耗還是很低。

其他的低功耗產(chǎn)品有：MCU 78K0/Kx2-L、4Mb 靜態(tài) RAM R1LP0408D、RTC、64Mb 與 32Mb 的 SRAM 產(chǎn)品系列等。

陳建名表示：“瑞薩電子將把握住這一市場機(jī)遇，不斷在技術(shù)研發(fā)上突破創(chuàng)新，助力邊緣計算釋放技術(shù)紅利，推動邊緣計算產(chǎn)業(yè)生態(tài)蓬勃發(fā)展，賦能下游企業(yè)，為用戶帶來低時延、高效率、更安全的體驗?！?/p>