Điện toán biên là gì và tại sao nó lại quan trọng?

Điện toán biên đang thay đổi cách thức xử lý, xử lý và phân phối dữ liệu từ hàng triệu thiết bị trên khắp thế giới. Sự phát triển bùng nổ của các thiết bị được kết nối internet – IoT – cùng với các ứng dụng mới đòi hỏi sức mạnh tính toán thời gian thực, tiếp tục thúc đẩy các hệ thống điện toán tiên tiến.

Các công nghệ mạng nhanh hơn, chẳng hạn như không dây 5G, đang cho phép các hệ thống điện toán biên tăng tốc tạo hoặc hỗ trợ các ứng dụng thời gian thực, chẳng hạn như xử lý và phân tích video, ô tô tự lái, trí tuệ nhân tạo và người máy.

Trong khi các mục tiêu ban đầu của điện toán biên là giải quyết chi phí băng thông cho dữ liệu truyền đi quãng đường dài do sự phát triển của dữ liệu do IoT tạo ra, thì sự gia tăng của các ứng dụng thời gian thực cần xử lý ở biên đang thúc đẩy công nghệ này đi trước.

Điện toán biên là gì?

Gartner định nghĩa tính toán biên là “một phần của cấu trúc liên kết máy tính phân tán, trong đó việc xử lý thông tin được đặt gần biên — nơi mọi thứ và con người sản xuất hoặc tiêu thụ thông tin đó”.

Ở cấp độ cơ bản, tính toán biên mang khả năng tính toán và lưu trữ dữ liệu đến gần hơn với các thiết bị nơi nó đang được thu thập, thay vì dựa vào vị trí trung tâm có thể cách xa hàng nghìn dặm. Điều này được thực hiện để dữ liệu, đặc biệt là dữ liệu thời gian thực, không gặp phải các vấn đề về độ trễ có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của ứng dụng. Ngoài ra, các công ty có thể tiết kiệm tiền bằng cách xử lý cục bộ, giảm lượng dữ liệu cần được xử lý ở vị trí tập trung hoặc dựa trên đám mây.

Điện toán biên được phát triển do sự phát triển theo cấp số nhân của các thiết bị IoT, kết nối với internet để nhận thông tin từ đám mây hoặc cung cấp dữ liệu trở lại đám mây. Và nhiều thiết bị IoT tạo ra lượng dữ liệu khổng lồ trong quá trình hoạt động của chúng.

Hãy nghĩ về các thiết bị giám sát thiết bị sản xuất trên sàn nhà máy hoặc máy quay video có kết nối internet để gửi cảnh quay trực tiếp từ một văn phòng từ xa. Trong khi một thiết bị duy nhất tạo ra dữ liệu có thể truyền dữ liệu qua mạng khá dễ dàng, các vấn đề nảy sinh khi số lượng thiết bị truyền dữ liệu cùng lúc tăng lên. Thay vì một máy quay video truyền cảnh quay trực tiếp, hãy nhân nó với hàng trăm hoặc hàng nghìn thiết bị. Không chỉ chất lượng sẽ bị ảnh hưởng do độ trễ mà chi phí băng thông có thể rất lớn.

Phần cứng và dịch vụ điện toán biên giúp giải quyết vấn đề này bằng cách là nguồn xử lý và lưu trữ cục bộ cho nhiều hệ thống này. Ví dụ, một cổng biên có thể xử lý dữ liệu từ thiết bị biên, sau đó chỉ gửi dữ liệu liên quan trở lại thông qua đám mây, giảm nhu cầu băng thông. Hoặc nó có thể gửi dữ liệu trở lại thiết bị cạnh trong trường hợp ứng dụng cần thời gian thực. (Xem thêm: Các cổng cạnh là các công cụ hỗ trợ IoT linh hoạt, chắc chắn)

Các thiết bị cạnh này có thể bao gồm nhiều thứ khác nhau, chẳng hạn như cảm biến IoT, máy tính xách tay của nhân viên, điện thoại thông minh mới nhất của họ, camera an ninh hoặc thậm chí lò vi sóng được kết nối internet trong phòng nghỉ của văn phòng. Bản thân các cổng biên được coi là thiết bị biên trong cơ sở hạ tầng điện toán biên.

Thế giới mạng / IDG

Các trường hợp sử dụng điện toán cạnh

Có rất nhiều trường hợp sử dụng cạnh khác nhau khi có người dùng – cách sắp xếp của mọi người sẽ khác nhau – nhưng một số ngành đã đặc biệt đi đầu trong lĩnh vực điện toán biên. Các nhà sản xuất và ngành công nghiệp nặng sử dụng phần cứng tiên tiến như một yếu tố hỗ trợ cho các ứng dụng không chịu được độ trễ, giữ sức mạnh xử lý cho những thứ như điều phối tự động các máy móc hạng nặng trên sàn nhà máy gần nơi cần thiết. Lợi thế cũng cung cấp một cách để các công ty đó tích hợp các ứng dụng IoT như bảo trì dự đoán gần với máy móc. Tương tự, người dùng nông nghiệp có thể sử dụng tính toán biên làm lớp thu thập dữ liệu từ nhiều loại thiết bị được kết nối, bao gồm cảm biến đất và nhiệt độ, máy liên hợp và máy kéo, v.v. (Đọc thêm về IoT trong trang trại: Drone và cảm biến để có năng suất tốt hơn)

Phần cứng cần thiết cho các kiểu triển khai khác nhau về cơ bản sẽ khác nhau. Ví dụ, người dùng công nghiệp sẽ đặt cao hơn vào độ tin cậy và độ trễ thấp, yêu cầu các nút cạnh có độ bền cao có thể hoạt động trong môi trường khắc nghiệt của sàn nhà máy và các liên kết giao tiếp chuyên dụng (5G riêng, mạng Wi-Fi chuyên dụng hoặc thậm chí là kết nối có dây ) để đạt được mục tiêu của họ. Ngược lại, người dùng nông nghiệp được kết nối vẫn sẽ yêu cầu một thiết bị có cạnh chắc chắn để đối phó với việc triển khai ngoài trời, nhưng phần kết nối có thể trông khá khác – độ trễ thấp vẫn có thể là yêu cầu để điều phối chuyển động của thiết bị nặng, nhưng có khả năng cảm biến môi trường có cả phạm vi cao hơn và yêu cầu dữ liệu thấp hơn – kết nối LP-WAN, Sigfox hoặc loại tương tự có thể là lựa chọn tốt nhất ở đó.

Các trường hợp sử dụng khác hoàn toàn đưa ra những thách thức khác nhau. Các nhà bán lẻ có thể sử dụng các nút cạnh làm kho thanh toán tại cửa hàng cho một loạt các chức năng khác nhau, kết hợp dữ liệu điểm bán hàng cùng với các chương trình khuyến mại được nhắm mục tiêu, theo dõi lượng người ghé thăm và hơn thế nữa cho một ứng dụng quản lý cửa hàng thống nhất. Phần kết nối ở đây có thể đơn giản – Wi-Fi trong nhà cho mọi thiết bị – hoặc phức tạp hơn, với Bluetooth hoặc kết nối tiêu thụ điện năng thấp khác phục vụ theo dõi lưu lượng và các dịch vụ khuyến mại, và Wi-Fi dành riêng cho các điểm bán hàng và tự -Thủ tục thanh toán.

Thiết bị cạnh

Kiến trúc vật lý của cạnh có thể phức tạp, nhưng ý tưởng cơ bản là các thiết bị khách kết nối với mô-đun cạnh gần đó để xử lý nhanh hơn và hoạt động mượt mà hơn. Thuật ngữ khác nhau, vì vậy bạn sẽ nghe thấy các mô-đun được gọi là máy chủ biên và “cổng biên”, trong số các mô-đun khác.

Tùy chọn tự làm và dịch vụ

Cách một hệ thống cạnh được mua và triển khai cũng có thể rất khác nhau. Ở một đầu của quang phổ, một doanh nghiệp có thể muốn xử lý phần lớn quy trình từ phía họ. Điều này sẽ liên quan đến việc lựa chọn các thiết bị tiên tiến, có thể từ một nhà cung cấp phần cứng như Dell hoặc HPE hoặc IBM, cấu trúc mạng phù hợp với nhu cầu của trường hợp sử dụng và mua phần mềm quản lý và phân tích có khả năng thực hiện những việc cần thiết. Đó là rất nhiều công việc và sẽ yêu cầu một lượng lớn chuyên môn nội bộ về mặt CNTT, nhưng nó vẫn có thể là một lựa chọn hấp dẫn cho một tổ chức lớn muốn triển khai cạnh hoàn toàn tùy chỉnh.

Ở đầu bên kia của quang phổ, các nhà cung cấp nói riêng theo ngành dọc đang ngày càng tiếp thị các dịch vụ cạnh mà họ quản lý. Một tổ chức muốn thực hiện tùy chọn này có thể chỉ cần yêu cầu một nhà cung cấp cài đặt thiết bị, phần mềm và mạng của riêng mình và trả một khoản phí thường xuyên để sử dụng và bảo trì. Các dịch vụ IIoT từ các công ty như GE và Siemens thuộc loại này. Điều này có lợi thế là dễ dàng và tương đối không đau đầu về mặt triển khai, nhưng các dịch vụ được quản lý chặt chẽ như thế này có thể không khả dụng cho mọi trường hợp sử dụng.

Lợi ích

Đối với nhiều công ty, tiết kiệm chi phí chỉ có thể là động lực để triển khai điện toán biên. Các công ty ban đầu chấp nhận đám mây cho nhiều ứng dụng của họ có thể đã phát hiện ra rằng chi phí băng thông cao hơn dự kiến ​​và đang tìm kiếm một giải pháp thay thế ít tốn kém hơn. Điện toán cạnh có thể phù hợp.

Tuy nhiên, lợi ích lớn nhất của điện toán biên càng ngày càng tăng là khả năng xử lý và lưu trữ dữ liệu nhanh hơn, cho phép tạo ra các ứng dụng thời gian thực hiệu quả hơn vốn rất quan trọng đối với các công ty. Trước khi có điện toán biên, điện thoại thông minh quét khuôn mặt của một người để nhận dạng khuôn mặt sẽ cần phải chạy thuật toán nhận dạng khuôn mặt thông qua một dịch vụ dựa trên đám mây, điều này sẽ mất rất nhiều thời gian để xử lý. Với mô hình điện toán biên, thuật toán có thể chạy cục bộ trên máy chủ biên hoặc cổng hoặc thậm chí trên chính điện thoại thông minh, với sức mạnh ngày càng tăng của điện thoại thông minh. Các ứng dụng như thực tế ảo và thực tế tăng cường, ô tô tự lái, thành phố thông minh và thậm chí các hệ thống tự động hóa tòa nhà yêu cầu xử lý và phản hồi nhanh chóng.

“Điện toán biên đã phát triển đáng kể so với những ngày CNTT bị cô lập tại ROBO [Remote Office Branch Office] Kuba Stolarski, giám đốc nghiên cứu tại IDC, cho biết trong báo cáo “Dự báo về cơ sở hạ tầng biên giới toàn cầu (Máy tính và lưu trữ), 2019-2023”. “Với khả năng kết nối liên thông được nâng cao cho phép cải thiện khả năng tiếp cận các ứng dụng cốt lõi hơn và với IoT mới và các trường hợp sử dụng kinh doanh cụ thể trong ngành, cơ sở hạ tầng cạnh sẵn sàng trở thành một trong những động cơ tăng trưởng chính trong thị trường máy chủ và lưu trữ trong thập kỷ tới và hơn thế nữa. ”

Các công ty như Nvidia đã nhận ra nhu cầu xử lý nhiều hơn ở rìa, đó là lý do tại sao chúng tôi thấy các mô-đun hệ thống mới bao gồm chức năng trí tuệ nhân tạo được tích hợp trong chúng. Ví dụ, mô-đun Jetson Xavier NX mới nhất của công ty nhỏ hơn thẻ tín dụng và có thể được tích hợp vào các thiết bị như máy bay không người lái, rô bốt và thiết bị y tế. Các thuật toán AI yêu cầu một lượng lớn sức mạnh xử lý, đó là lý do tại sao hầu hết chúng chạy qua các dịch vụ đám mây. Sự phát triển của các chipset AI có khả năng xử lý vượt trội sẽ cho phép đáp ứng thời gian thực tốt hơn trong các ứng dụng cần tính toán tức thì.

Quyền riêng tư và bảo mật

Từ quan điểm bảo mật, dữ liệu ở rìa có thể gây rắc rối, đặc biệt là khi nó được xử lý bởi các thiết bị khác nhau có thể không an toàn như các hệ thống tập trung hoặc dựa trên đám mây. Khi số lượng thiết bị IoT ngày càng tăng, bắt buộc CNTT phải hiểu các vấn đề bảo mật tiềm ẩn và đảm bảo các hệ thống đó có thể được bảo mật. Điều này bao gồm mã hóa dữ liệu và sử dụng các phương pháp kiểm soát truy cập và có thể cả đường hầm VPN.

Hơn nữa, các yêu cầu khác nhau của thiết bị về công suất xử lý, điện và kết nối mạng có thể ảnh hưởng đến độ tin cậy của thiết bị cạnh. Điều này làm cho việc quản lý dự phòng và chuyển đổi dự phòng trở nên quan trọng đối với các thiết bị xử lý dữ liệu ở rìa để đảm bảo rằng dữ liệu được phân phối và xử lý chính xác khi một nút duy nhất gặp sự cố.

Điện toán cạnh và 5G

Trên khắp thế giới, các nhà mạng đang triển khai công nghệ không dây 5G, hứa hẹn những lợi ích của băng thông cao và độ trễ thấp cho các ứng dụng, cho phép các công ty đi từ vòi vườn đến vòi rồng với băng thông dữ liệu của họ. Thay vì chỉ cung cấp tốc độ nhanh hơn và yêu cầu các công ty tiếp tục xử lý dữ liệu trên đám mây, nhiều nhà cung cấp dịch vụ đang thực hiện các chiến lược điện toán biên vào việc triển khai 5G của họ để cung cấp tốc độ xử lý thời gian thực nhanh hơn, đặc biệt là cho các thiết bị di động, ô tô được kết nối và tự lái xe ô tô.

Các nhà cung cấp dịch vụ không dây đã bắt đầu triển khai các dịch vụ biên được cấp phép cho một tùy chọn thực hành thậm chí ít hơn so với phần cứng được quản lý. Ý tưởng ở đây là để các nút cạnh sống ảo, chẳng hạn như một trạm cơ sở của Verizon gần nơi triển khai cạnh, sử dụng tính năng cắt mạng của 5G để tạo ra một số phổ cho kết nối tức thì, không cần cài đặt. 5G Edge của Verizon, Multi-Access Edge của AT&T và quan hệ đối tác của T-Mobile với Lumen đều đại diện cho loại tùy chọn này.

Lộ trình chiến lược đến năm 2021 của Gartner về điện toán biên nhấn mạnh mối quan tâm liên tục của ngành đối với 5G cho điện toán biên, nói rằng lợi thế đã trở thành một phần của nhiều triển khai 5G. Quan hệ đối tác giữa các nhà cung cấp dịch vụ siêu cấp điện toán đám mây như Amazon và Microsoft và các nhà cung cấp dịch vụ mạng không dây lớn sẽ là chìa khóa để hiện thực hóa sự tiếp nhận rộng rãi của loại thế mạnh di động này.

Rõ ràng là trong khi mục tiêu ban đầu của điện toán biên là giảm chi phí băng thông cho các thiết bị IoT trong khoảng cách dài, thì sự phát triển của các ứng dụng thời gian thực đòi hỏi khả năng xử lý và lưu trữ cục bộ sẽ tiếp tục thúc đẩy công nghệ này phát triển trong những năm tới.

Bây giờ, hãy xem “Cách xác định xem Wi-Fi 6 có phù hợp với bạn hay không”