?邊沿計(jì)算硬件架構(gòu)介紹服務(wù)器和解決器平臺(tái)的重要趨勢(shì)布署在邊沿的硬件一向是專門為特定工作負(fù)載構(gòu)建的，普通是內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)或物聯(lián)網(wǎng)。隨著邊沿計(jì)算的普及和新的用例的出現(xiàn)，通用基礎(chǔ)設(shè)施也被布署來(lái)運(yùn)行類似云的工作負(fù)載。IDC預(yù)測(cè)到，邊沿網(wǎng)絡(luò)將占全部已布署云基礎(chǔ)設(shè)施的60%以上。除了已經(jīng)推動(dòng)邊沿增加的趨勢(shì)之外，大流行對(duì)勞動(dòng)力和運(yùn)行實(shí)踐的影響將繼續(xù)加速邊沿位置的基礎(chǔ)設(shè)施、應(yīng)用和數(shù)據(jù)資源的交付，這一影響將貫穿和將來(lái)幾年。熟悉的數(shù)據(jù)中心公司和云提供商將添加邊沿產(chǎn)品，但形態(tài)將越來(lái)越多樣化。例如，許多首批規(guī)模邊沿布署系統(tǒng)都是使用微模塊化邊沿?cái)?shù)據(jù)中心構(gòu)建的，而這些系統(tǒng)正快速被新的形態(tài)（如街邊機(jī)柜和燈桿附件）所增強(qiáng)。為了滿足整體持續(xù)性需求，特別是在需要計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)中的不同點(diǎn)，邊沿硬件將有所不同，從電信中心辦公室的全尺寸機(jī)架到工廠生產(chǎn)線上或通過專用5G連接的倉(cāng)庫(kù)中的智能攝像頭，或者加固的戶外地點(diǎn)，如賽道、石油鉆塔、工廠、辦公室，甚至飛機(jī)和船舶都能成為微型數(shù)據(jù)中心。IT和運(yùn)行技術(shù)（OT）越來(lái)越融合，這種趨勢(shì)在邊沿尤為明顯。也將帶來(lái)更多的變化：ARM服務(wù)器解決器、AI解決芯片、GPU、智能網(wǎng)卡（SmartNIC）和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）板將越來(lái)越普遍。在邊沿執(zhí)行的更廣泛的工作負(fù)載將增加硬件的異構(gòu)性，從而產(chǎn)生更廣泛的CPU，以及新型硬件和網(wǎng)絡(luò)加速器。基于ARM的芯片在邊沿的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中始終很常見，但是ARM新的Neoverse平臺(tái)的目的產(chǎn)品涉及服務(wù)器、存儲(chǔ)解決器以及網(wǎng)絡(luò)硬件。AWS在其基于ARM的Graviton實(shí)例上投入了大量資金，這有助于驗(yàn)證ARM作為通用服務(wù)器解決器架構(gòu)的價(jià)值。AWS還公布了其Outposts超融合系統(tǒng)的1U版本，其中涉及Graviton2解決器。微軟正在開發(fā)自己的基于ARM的硬件，用于CDN和其它邊沿場(chǎng)景，但尚未將其用到自己的數(shù)據(jù)中心之外的地方。Apple近來(lái)公布的基于ARM的M1解決器可能會(huì)增加對(duì)該領(lǐng)域的關(guān)注，消費(fèi)者能夠看到功率和性能的提高（并為數(shù)百萬(wàn)軟件開發(fā)人員提供架構(gòu)的輕松本地訪問），從而更加好地全方面理解ARM的平臺(tái)能力。與此同時(shí)，英特爾正在推動(dòng)為物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)立的Atom、Pentium和XeonDSoC，作為競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手在顧客邊沿設(shè)備中與ARM和AMD競(jìng)爭(zhēng)，例如用于工業(yè)應(yīng)用的攝像頭內(nèi)分析和實(shí)時(shí)檢查。FPGA、Xeon和ARM內(nèi)核都出現(xiàn)在SmartNIC中，英偉達(dá)熱衷于將其改名為DPU：數(shù)據(jù)解決單元為I/O、存儲(chǔ)、安全甚至虛擬化以及網(wǎng)絡(luò)加速提供CPU卸載，并可與GPU功效結(jié)合作為多用途硬件加速器。在中國(guó)供應(yīng)商的推動(dòng)下，開源的RISC-V硅架構(gòu)也有可能在這里發(fā)揮作用。近年來(lái)，超大規(guī)模云提供商已轉(zhuǎn)向FPGA，用于網(wǎng)絡(luò)卸載以釋放可出售給客戶的CPU資源，并且越來(lái)越多地用于AI加速，由于硬件能夠重新編程以適應(yīng)機(jī)器學(xué)習(xí)算法的改善。沒有多少組織含有自己構(gòu)建和運(yùn)行類似FPGA系統(tǒng)的技術(shù)能力，但隨著它們被打包到SmartNIC、DPU或其它加速器中，它們將變得更易于訪問。并且其電源效率更像是ASIC（專用集成電路）而不是GPU，因此非常適合邊沿計(jì)算。英特爾、英偉達(dá)和AMD也在采用方法為數(shù)據(jù)中心（涉及邊沿）提供完整的硬件和軟件堆棧。英特爾將推出首款獨(dú)立GPU，以及物聯(lián)網(wǎng)專用硬件、人工智能加速硬件、FPGA和智能網(wǎng)卡、旨在提高CPU推理速度的Xeon指令以及基于硅光子學(xué)的可組合網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。全部這些選項(xiàng)都由英特爾的oneAPI編程模型聯(lián)系在一起。為了與垂直堆棧競(jìng)爭(zhēng)，AMD和英偉達(dá)正在進(jìn)行重大收購(gòu)。英偉達(dá)已經(jīng)購(gòu)置了Mellanox的SmartNIC和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，并宣布故意收購(gòu)ARM。這將允許英偉達(dá)作為獲得許可的IP提供GPU和張量核加速，除了提供自己的集成硬件選項(xiàng)（如EGX邊沿AI平臺(tái)），并配有軟件即服務(wù)（Software-as-a-Service，SaaS）控制平面。AMD收購(gòu)Xilinx將為其帶來(lái)FPGA，涉及AlveoSmartNIC和加速器，該公司始終將其定位為英偉達(dá)GPU的競(jìng)爭(zhēng)。而另一種廣泛應(yīng)用于ARM核心SoC中的專業(yè)硬件加速技術(shù)也不會(huì)消失。開放硬件的影響外形規(guī)格的原則化是使布署更容易、成本更低的重要戰(zhàn)略，涉及尋找共享基礎(chǔ)設(shè)施投資的可擴(kuò)展點(diǎn)。類似于超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的硬件是如何圍繞開放計(jì)算項(xiàng)目的用例專門設(shè)計(jì)的，基礎(chǔ)設(shè)施邊沿的物理和操作現(xiàn)實(shí)的設(shè)計(jì)正在努力進(jìn)行中。Open19是一種辦法，它由LinkedIn、Flex、HPe和Vapor率先提出，現(xiàn)在是Linux基金會(huì)的一種項(xiàng)目，組員涉及Equinix和Cisco。Open19提供了合用于原則19英寸機(jī)架的外形尺寸的開源原則，該機(jī)架在現(xiàn)有的區(qū)域數(shù)據(jù)中心和電信中心辦公室中無(wú)處不在。Open19通過運(yùn)用“盲插”電纜系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電源和數(shù)據(jù)的無(wú)電纜安裝。這使計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施能夠與物理機(jī)架、網(wǎng)絡(luò)和電源基礎(chǔ)設(shè)施分開安裝和維護(hù)。這能夠明顯減少遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)位置的運(yùn)行和維護(hù)成本，并允許在機(jī)架或機(jī)架子單元中異構(gòu)布署專用硬件。讓機(jī)器人在需要更大容量時(shí)安裝新的Open19服務(wù)器還需要一段時(shí)間，但預(yù)先連接的機(jī)架在安裝任何計(jì)算之前能夠同時(shí)連接電源、冷卻系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)，已經(jīng)加速了Equinix等早期采用者的構(gòu)建和修復(fù)。基礎(chǔ)設(shè)施的壽命和可靠性大多數(shù)邊沿位置都將布署硬件以延長(zhǎng)使用壽命：云硬件的使用壽命為5-7年或更久，但是預(yù)期的維護(hù)和物理服務(wù)的頻率甚至更低。一種極端的例子是微軟的實(shí)驗(yàn)性水下數(shù)據(jù)中心ProjectNatick，它在產(chǎn)生了令人鼓舞的成果，不僅是由于預(yù)期的冷卻效率，還由于在氮?dú)猸h(huán)境下，沒有受到維護(hù)方面的干擾，服務(wù)器運(yùn)行的穩(wěn)定性和正常運(yùn)行時(shí)間：故障率為陸地上原則Azure數(shù)據(jù)中心中相似服務(wù)器的八分之一，這是除了必要性之外的一大優(yōu)勢(shì)。彈性和容災(zāi)也將在邊沿發(fā)展。最大化數(shù)據(jù)中心正常運(yùn)行時(shí)間的傳統(tǒng)辦法往往依賴于完全冗余（例如，2n+1）機(jī)械系統(tǒng)，這些系統(tǒng)普通成本太高，并且在邊沿位置占用太多空間。在邊沿環(huán)境中，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)間將由高可用性軟件和人工智能輔助自動(dòng)化提供，就像當(dāng)今重要依賴物理冗余的原則同樣。軟件編排允許開發(fā)人員在多個(gè)位置生成工作負(fù)載，高可用性軟件系統(tǒng)能夠使用實(shí)時(shí)和預(yù)測(cè)性遙測(cè)饋送將流量路由到最佳可用的位置，并在檢測(cè)到故障時(shí)重新啟動(dòng)附近位置的服務(wù)。虛擬網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)硬件正變得越來(lái)越基于軟件。電信公司正在推動(dòng)和采用數(shù)據(jù)中心熟悉的軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software-DefinedNetworking，SDN）和網(wǎng)絡(luò)功效虛擬化（NetworkFunctionsVirtualization，NFV）趨勢(shì)，但愿圍繞商品“白盒”服務(wù)器設(shè)備進(jìn)行原則化，從而允許將工作負(fù)載放置在低成本硬件上的更多位置。其中涉及在客戶終端將多個(gè)專有硬件設(shè)備整合到單個(gè)通用白盒設(shè)備上，這一點(diǎn)尤為重要。通用客戶終端設(shè)備（UniversalCustomerPremiseEquipment，uCPE）并不新鮮，但它已經(jīng)不再是預(yù)測(cè)，而是成為了現(xiàn)實(shí)。許多現(xiàn)有的uCPE設(shè)備使用英特爾解決器，但這是ARM重點(diǎn)瞄準(zhǔn)的領(lǐng)域。電信公司擁有充足運(yùn)用SmartNIC的網(wǎng)絡(luò)專業(yè)知識(shí)，隨著更多原則化軟件支持的到來(lái)，公司現(xiàn)在才能夠使用這些SmartNIC，但它們應(yīng)當(dāng)非常適合邊沿。數(shù)據(jù)解決單元（DataProcessingUnit，DPU）的功率預(yù)算僅比服務(wù)器中網(wǎng)卡的功率預(yù)算有所增加。因此，這些設(shè)備可能被證明是一種高效的方式，能夠在電力可用性有限的位置實(shí)現(xiàn)加速并釋放邊沿服務(wù)器上的CPU內(nèi)核。能夠運(yùn)行SoNIC等網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的SmartNIC還能夠在某些邊沿位置消除對(duì)單獨(dú)交換機(jī)的需求，這意味著非技術(shù)人員能夠通過插入電源線和以太網(wǎng)電纜來(lái)安裝服務(wù)器。存儲(chǔ)正如SmartNIC從CPU卸載特定網(wǎng)絡(luò)的解決同樣，計(jì)算存儲(chǔ)正在成為一種在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)確實(shí)切位置執(zhí)行數(shù)據(jù)解決和簡(jiǎn)樸的存儲(chǔ)有關(guān)應(yīng)用（如壓縮、加密、備份或搜索）的方式。這對(duì)于在邊沿運(yùn)行的數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用品有功率和性能優(yōu)勢(shì)，并且隨著存儲(chǔ)陣列中的嵌入式計(jì)算變得更加復(fù)雜，它能夠支持更多的工作負(fù)載。機(jī)器學(xué)習(xí)訓(xùn)練普通從存儲(chǔ)中讀取數(shù)據(jù)，并將模型寫回存儲(chǔ)中。將訓(xùn)練算法轉(zhuǎn)移到能夠在存儲(chǔ)設(shè)備上執(zhí)行搜索和聚合的設(shè)備上計(jì)算資源中，能夠釋放CPU用于其它工作，或通過允許工作負(fù)載在較低規(guī)格的設(shè)備上運(yùn)行來(lái)減少功耗規(guī)定。更低的延遲甚至能夠提高訓(xùn)練性能。計(jì)算存儲(chǔ)甚至能夠在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備上運(yùn)行云服務(wù)的邊沿版本，由于它采用SSD和非易失性存儲(chǔ)器原則（NonVolatileMemoryExpress，NVMe）封裝，適合沒有其它加速選項(xiàng)的設(shè)備。隨著三星加入了少數(shù)且鮮為人知的已經(jīng)提供計(jì)算存儲(chǔ)設(shè)備的供應(yīng)商的行列，這項(xiàng)技術(shù)有望在長(zhǎng)久內(nèi)成為主流。即使邊沿計(jì)算的現(xiàn)在趨勢(shì)普通涉及更緊密的加速集成，但超大規(guī)模云提供商正在開始研究分類體系構(gòu)造。為了減少熟悉的多租戶辦法不可避免的碎片化，其中計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)和內(nèi)存成為一組可組合的構(gòu)造，機(jī)柜式架構(gòu)（RSA）分別布署了CPU、GPU、硬件加速、RAM、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)容量。然后動(dòng)態(tài)組合資源以適應(yīng)任意規(guī)模的工作負(fù)載；甚至主板的組件也能夠進(jìn)行模塊化和分離。非易失性內(nèi)存模型，如NVMe和英特爾的Optane，提供了一組有趣的組件，將類似內(nèi)存的性能與持久存儲(chǔ)相結(jié)合，允許在電源可靠性可能存在問題的狀況下進(jìn)行高性能操作。隨著NVMeoverTCP原則添加到Linux內(nèi)核中，計(jì)算、RAM和存儲(chǔ)的分解變得更加引人注目和可靠。邊沿網(wǎng)絡(luò)低延遲網(wǎng)絡(luò)是邊沿計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施的重要構(gòu)成部分，必須以足夠的密度和本地臨近度來(lái)實(shí)施，方便網(wǎng)絡(luò)連接在端點(diǎn)設(shè)備附近終止。隨著通用邊沿網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，它們將重塑互聯(lián)網(wǎng)路由數(shù)據(jù)的方式。例如，隨著越來(lái)越多的數(shù)據(jù)在本地創(chuàng)立并保存在本地，互連密度將在邊沿激增，公共和私有互聯(lián)網(wǎng)骨干網(wǎng)將延伸到邊沿，對(duì)等互聯(lián)和數(shù)據(jù)交換將發(fā)生在接入網(wǎng)的一兩跳內(nèi)，這也是新一代邊沿CDN和邊沿云系統(tǒng)將運(yùn)行的地方。但邊沿網(wǎng)絡(luò)的挑戰(zhàn)不僅僅是時(shí)延和抖動(dòng)。例如，為了讓無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用邊沿計(jì)算、對(duì)等互聯(lián)和交換點(diǎn)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)必須能夠在本地終止數(shù)據(jù)連接。這被稱為本地突破，在不同的地理區(qū)域和不同的技術(shù)之間，其復(fù)雜性會(huì)有很大的差別。網(wǎng)絡(luò)生態(tài)系統(tǒng)邊沿網(wǎng)絡(luò)是使用固定和無(wú)線連接，并根據(jù)公共和私有解決方案構(gòu)建的。在某些狀況下，特別是對(duì)于本地布署，需要新的和升級(jí)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如通用客戶終端設(shè)備（uCPE），以運(yùn)用現(xiàn)在和新興的邊沿設(shè)備。另外，除了云增強(qiáng)和邊沿原生服務(wù)外，可能需要新設(shè)備來(lái)支持邊沿服務(wù)，涉及內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（CDN）和應(yīng)用分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（ADN）。下一代SD-WAN：邊沿的核心構(gòu)建模塊隨著邊沿計(jì)算解決方案的激增，它們需要敏捷的連接，以高效地適應(yīng)不同的操作環(huán)境和服務(wù)需求。當(dāng)邊沿解決方案依賴于跨異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的廣域網(wǎng)（WAN）連接時(shí)，狀況特別如此。例如，與自動(dòng)駕駛汽車和移動(dòng)游戲有關(guān)的移動(dòng)服務(wù)必須在WAN環(huán)境中可靠地運(yùn)行。軟件定義廣域網(wǎng)（SD-WAN）解決方案支持網(wǎng)絡(luò)資源的敏捷管理，方便在需要的時(shí)間和地點(diǎn)調(diào)配網(wǎng)絡(luò)資源。邊沿網(wǎng)絡(luò)、邊沿交換機(jī)和互連邊沿計(jì)算對(duì)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施提出了新的規(guī)定。為此，專用邊沿網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運(yùn)而生。傳統(tǒng)回傳網(wǎng)絡(luò)過載的背景下，新的后端服務(wù)可能需要在邊沿節(jié)點(diǎn)間遷移，保持足夠靠近有關(guān)的數(shù)據(jù)和設(shè)備，特別是當(dāng)設(shè)備處在運(yùn)行狀態(tài)時(shí)。在邊沿，網(wǎng)絡(luò)路由會(huì)監(jiān)控延遲和擁塞，同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)路由能夠根據(jù)QoS目的動(dòng)態(tài)重新配備。邊沿網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)適應(yīng)應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)條件的服務(wù)方面越來(lái)越敏捷，普通是通過整合數(shù)據(jù)中心和云技術(shù)，如VXLAN，這些技術(shù)允許創(chuàng)立動(dòng)態(tài)層2網(wǎng)絡(luò)。動(dòng)L2網(wǎng)絡(luò)能夠在保持IP地址不變的狀況下，簡(jiǎn)化后端服務(wù)從一種邊沿服務(wù)器到另一種邊沿服務(wù)器、從一種L2交換機(jī)到另一種L2交換機(jī)的實(shí)時(shí)遷移，同時(shí)確保服務(wù)的持續(xù)性。在其它條件下，這種服務(wù)的持續(xù)性難以實(shí)現(xiàn)。無(wú)線邊沿邊沿計(jì)算網(wǎng)絡(luò)與布署在邊沿的設(shè)備的連接依賴多個(gè)無(wú)線技術(shù)。極力而為的邊沿服務(wù)由Wi-Fi和低功耗無(wú)線接入（LowPowerWirelessAccess，LPWA）等未經(jīng)許可的無(wú)線技術(shù)支持。Wi-Fi用于本地提供寬帶服務(wù)，版本不停升級(jí)，如Wi-Fi6和802.11be。LPWA在非授權(quán)頻譜中提供廣域覆蓋，盡管只有窄帶能力。與此同時(shí)，越來(lái)越多的邊沿服務(wù)，特別是邊沿原生服務(wù)（如協(xié)作自動(dòng)駕駛汽車和移動(dòng)沉醉式游戲），對(duì)網(wǎng)絡(luò)可用性、可靠性、帶寬和延遲性能規(guī)定極高，可能超出非授權(quán)頻譜技術(shù)可提供的能力。衛(wèi)星連接用于全球覆蓋的邊沿計(jì)算服務(wù)的主干網(wǎng)絡(luò)，如海洋或石油平臺(tái)應(yīng)用。近年來(lái)，高吞吐量衛(wèi)星（HTS）技術(shù)的出現(xiàn)明顯提高了衛(wèi)星性能。衛(wèi)星星座按軌道可分為低軌（LEO）、中軌（MEO）和地球同時(shí)軌道（GEO）衛(wèi)星星座。更高軌道的GEO衛(wèi)星能夠提供更廣的覆蓋，并且所需的衛(wèi)星數(shù)量更