边缘计算最大的难题,有解了

2020年被业界视作边缘计算的“元年”,应用的落地实践开始密集。但行业众多、应用场景碎片化,大量边缘计算方案不得不进行定制化开发,边缘计算规模化落地依然受到制约。

走出碎片化、定制化的大坑,是边缘计算产业化的必由之路。

文|石兆

编|任晓渔

经历数年的概念孵化和落地探索后,2020年被业界视作边缘计算的“元年”。

人们通常用“章鱼”形容云计算和边缘计算的关系:章鱼浑身布满了神经元,但它脑部的神经元仅占40%,其余60%都分布在八条触角上。作为发生在“最后一公里”的计算,边缘计算就像章鱼触角上的神经元一样。最近几年,随着万物互联和边缘人工智能的需求,边缘计算在高速增长,在整个计算产业的版图中扮演越来越重要的角色。

不过,面对爆发的需求,边缘计算真正规模化落地依然受到制约。其中最大的阻碍之一是因为行业众多、应用场景碎片化,大量边缘计算方案不得不进行定制化开发,部署周期长、成本高、产出难以衡量。

走出碎片化、定制化的大坑,是边缘计算产业化的必由之路。浪潮信息提出了边缘计算服务器的模块化设计思路,改变以CPU为核心的设计,以系统架构为核心进行设计,定义了全新的边缘服务器模块化设计标准ECOM,并将标准中的各个部件模块产品化,贡献给开源组织,解决边缘计算规模化落地的难题。

01从试点走向批量落地

从2020年起,边缘计算应用的落地实践开始密集,浪潮信息也成立了专门的边缘计算事业部,以满足通信、能源、交通等行业爆发出的各类边缘计算应用需求。

刘香男,浪潮信息边缘计算产品线高级产品经理告诉数智前线:“两年以来,我们一个很深的体会是,一个应用从开始去发展,到能够成熟,是需要时间验证的。这两年浪潮信息与生态伙伴一起进行了大量的工作,到了今年,边缘计算已开始从试点走向批量部署。

在这个过程中,边缘计算的一些典型场景正在形成,比如它在智能制造、智慧城市中的应用都是“实打实的”。

在制造行业,工业质检是近年的一个爆款应用。边缘计算结合机器视觉和AI算法,对从汽车到手机、从钢板到轴承的大量工业产品实现了智能化缺陷检测,一些产品的缺陷检出率已达到99%以上。

在野外油田场景中,一些多年开采的油田地下勘探层含油量逐渐下降,抽油机(俗称磕头机)按照传统恒速运行,采油效率低,能源消耗成本高。浪潮信息联合石油企业开发的油井智慧监测解决方案,边缘计算结合了设备运行、生产工况数据,找到合适的采油频率,对磕头机进行智能启停。在这种安排下,石油开采效率反而更高也更节电。

在海外市场,浪潮信息与日本东京工业大学,联合开发了基于边缘AI的智慧停车项目,基于边缘计算和AI算法,只需0.05秒就能根据车辆信息自动完成停车扣费,停车场实现了快捷停车缴费,火灾、烟雾、车位长期占用等异常状态及时检测等功能,这套系统将在东京上百个停车场上线。

工厂的智能质检、油田上抽油机的智能启停、城市里面的停车场智慧停车,仅是海量边缘计算场景中的“沧海一粟”。近两年的一线实践中的摸爬滚打,刘香男他们认为,从技术和商业上,目前,边缘计算都达到了一个合适的投入时间点,行业也将迎来发展的关键期。

在技术方面,边缘计算为云、AI、5G和物联网提供了重要的落地承载平台。其中,AI从数据中心开始向边缘延展,成为边缘计算的一个重要驱动力量。

在商业方面,万物互联时代,众多新兴应用提出了低时延、高带宽、本地化、高安全、低成本的处理需求,这也推动着处于数据产生侧的边缘计算“迎难而上”。包括一些工厂出于对数据的敏感性,不希望上云,通过边缘计算,能满足它们的处理需求。

IDC预计,未来5年,对边缘计算的投资速度将远高于核心位置,到2025年,全球边缘计算服务器支出金额比重将从14.4%,提升到24.9%。浪潮信息也预测,边缘计算接下来的红利期至少在5~10年。

02定制化拦路虎

不过,边缘计算在走向批量落地中,也遇到了难题,定制化是最大的拦路虎。

相对于数据中心中那些已经标准化的服务器,业界对边缘服务器提出的需求还很庞杂,边缘计算要应对的局面颇为棘手。一个典型的例子是,数据中心的服务器,工作温度范围一般在0~35摄氏度,但边缘服务器所处的环境“很跨越”,往往要满足从零下40摄氏度到零上70摄氏度的宽温范围。

边缘服务器对算力的要求也很多变。即便同一条马路上的不同路口,由于摄像头从几路到十几路不等,对边缘计算的处理能力也高低不等。

网络的要求也更复杂。像海上风电场景中,网络环境不太友好。边缘服务器需要引入多种通信方式,除了有线,还有5G、WiFi、ZigBee等无线方式,满足各种意想不到的应用需求。

在室内外严酷的物理环境中,边缘服务器还要做到防雨、防震、防尘。

“客户的需求是无限的,如果我们都去做定制化,是不现实的。”刘香男说。定制化本身设计周期长,产品很难进行全面测试与售后保障,后期容易出现各种问题。碎片化、定制化也导致边缘服务器大规模落地存在困难,是制约边缘计算快速发展的根本性难题之一

面对这一问题,在经历了实践和反复论证后,浪潮信息提出了“产品设计中进行解耦和模块化”的思路,通过组合不同模块,来覆盖最广泛的市场。“不仅是边缘计算,未来数据中心的设计也会朝向解耦的方向发展。”刘香男称。

为什么这个思路能规避碎片化、定制化的大坑?浪潮信息边缘计算产品线高级硬件架构师付长昭告诉数智前线,这个思路首先从系统架构层面进行顶层设计,然后将核心计算平台、AI平台、管理、IO等模块进行解耦。抽离出来的模块进行单独设计,变成一块块功能化的“积木”,再通过已经定义好的规则,进行相应的整合,“搭”出用户需要的产品。这就像“百变金刚”,最大化满足客户需求。

在数据中心领域,业界也遇到过定制化需求太多的问题,浪潮信息联合互联网客户,也研发了可定制的模块化式整机柜服务器。

在边缘这个新的场景下,基于解耦和模块化设计的经验,经过反复摸索,浪潮信息团队摈弃了传统服务器以CPU为中心的设计思路。这不难理解,过去一提到服务器,人们就想到了它的计算力,产品的一切设计自然围绕CPU展开。现在人们对边缘服务器的需求五花八门,计算性能只是需求的一个方面。在这种状况下,转向系统架构为核心的设计思路更为科学。

实际上,在系统架构为核心的思路下,工程师们进一步将边缘服务器的“身材”从长宽约30cm大小,控制到了20cm左右,边缘服务器也由此有了更多“蜗居”的可能性,它可以藏身于交通路口的信控箱,也可以置身于油井现场的工控机。

03模块化方法论:解耦、归一

然而,产品要想灵活百变,说易行难。浪潮信息并不是第一个做这件事的企业,但业界一些企业要么没有坚持下来,要么走得不深。

这其中最大的难点之一,不仅要解决把过去几十年形成的体系化的系统分拆,还要考虑再以怎样的方式把它们严丝合缝地整合在一起,并做到最大程度不影响系统的性能和效率。

也就是说,“解耦”体现了一种能力,“归一”更体现了一种能力。

从模块化到组成系统,浪潮信息做了大量的探索。在系统分拆为模块后,浪潮信息花了大量精力,对各个模组之间的通信协议进行取舍和优化,既要保证性能,又要给予每个模块最大限度的拼搭自由,并对这些协议进行标准化

而经过长达1年半的锤炼和迭代升级,全新的边缘模块化设计架构ECOM(Edge Computing Optional Module)打磨完成。今年年初,浪潮信息将边缘计算模块化设计标准ECOM架构首次对外发布。

今年9月,浪潮信息将该设计标准贡献给全球三大开放计算组织之一的ODCC。这也是目前为止,国内首个在边缘计算服务器模块化方面的开源标准。

付长昭是这个标准设计的带头人。他称,当下边缘计算场景处于星星点火的起步期,期望该标准能起到一个抛砖引玉的作用,推动未来边缘服务器的标准的进一步深入。

数智前线获悉,基于ECOM架构所打造出的各种模块,本身是标准化的部件产品。针对CPU核心计算单元、BMC带外管理单元、AI计算单元等关键部件,设计门槛较高,不利于行业复制推广的问题,浪潮将其产品化输出,以加速产业化落地。

“相对于数据中心服务器已经锤炼了小几十年的标准,边缘服务器这个新赛道还有更多可以创造的空间。”付长昭说。

04边缘计算任重道远

在ECOM架构推出后,浪潮信息工程师们基于它,研发出了全新的边缘服务器产品EIS800,该产品因架构创新,获得了2022年德国红点设计大奖。

EIS800推出后,刘香男感受到了业界对这一灵活架构边缘服务器的需求。

在国内,一家企业正为一项国际体育赛事提供公共交通服务,有着紧迫的部署时间要求。他们需要一款产品,既能用ARM计算平台去处理视频,也能用X86计算平台处理雷达算法,还要做一些融合性应用。而且通过试点,客户的需求还处于调整变化中。“我们用3个月,就给客户提供了一款产品做试点,能满足它在这个过程中变化的需求。”

在海外如对品质要求极为严苛的日本市场,经历多轮PK,EIS800边缘服务器被一家大型日本ICT企业引入清单。

这些都是边缘计算发展历程的重要节点。但这个产业要真正迎来全面爆发,边缘服务器从技术商业到生态标准都还有大量的工作要做。边缘服务器ECOM标准的制定,不仅需要产业界更多上下游厂商的共同努力,也进一步推动了产业的合作。在产品方面,工程师们也可以基于用户反馈,对每个单独的模块做进一步的开发。比如,将更多主流芯片和通信模组轻量定制后纳入整个系统中,更快满足用户的需求。

边缘计算本身还面临多元生态的挑战。边缘计算正触及过去没有到达的行业,比如工业物联网这类OT领域以及边缘网关这类CT领域。此前,它们和边缘计算所在的通用IT领域相对独立,各类协议不太联通。为了融合,边缘计算需要打通协议,进行多元生态整合,从而实现融合算力。

“我们觉得边缘计算是机遇和挑战并存的,经过这两年的实践,我们已经了解了这些挑战,也找到了应对的方法。”刘香男说。

接下去浪潮信息和生态还有大量工作要做,边缘计算行业要真正成就自己的星辰大海,依然任重而道远。

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