實現創新應用 Hyperscaler與5G必須團結一心
2022-04-18
作者
Sameh Yamany，Viavi Solutions技術長
將5G網路與超大規模資料中心業者相結合，可實現各種各樣的新一代應用；這些應用對較舊的技術來說是不切實際甚至步可能實現的。
儘管與5G相關的話題與超大規模資料中心業者(hyperscaler)似乎是彼此對立的，但5G網路與那些超大規模業者絕對是天作之合。
5G的大規模機器型通訊(massive machine-type communications，mMTC)功能組合能讓私有和公有網路，支援最高達每平方公里100萬台裝置的數量。無怪乎根據市場研究機構IDC的預測，物聯網(IoT)和其他連網裝置將在2025年實現一年73ZB (EETT編按：Zettabyte，為109TB、1012GB)資料量的產出。
所有這些資料都必須送到某個地方進行分析和採取行動，這就是超大規模業者發揮作用的地方。叫他們「超大規模資料中心業者」，既反映了他們所負責的設施規模──根據IDC的定義，超大規模資料中心是在佔地1萬平方英呎或更大範圍的建築物中，至少有 5,000 台伺服器──以及它們具備快速擴大規模以滿足需求的能力；後者包括透過增加硬體或擴大佔地面積來實現水平擴張，或是透過提升現有硬體頻寬與效率進行垂直擴張。
IoT正在改變和顛覆電子工程領域的幾乎每一個方面，當前趨勢之一是5G將藉由Gb等級速度、超低延遲、mMTC連結性、以波束成形實現的超密集化還有其他先進功能，取得渦輪增壓般的成長。6G則將提供更強大的功能，包括TerHz頻段通訊、太空物聯網(Internet of Space Things)和生物奈米物聯網(Internet of Bio-Nano Things)，所有這些都由世界上最先進的人工智慧(AI)引擎控制。而如果沒有超大規模運算，這些轉變將永遠無法充分發揮潛力。
就像5G的mMTC，以及強化行動寬頻(enhanced mobile broadband，eMBB )、超可靠低延遲通訊(ultra-reliable low-latency，URLLC)功能集，超大規模業者也擁有自己的下一代技術，以跟上 IoT前所未有的流量負載。舉例來說，在800G範圍的光收發器能夠在資料中心和智慧邊緣運算中心之間，提供兩倍或四倍的資料中心互連(DCI)容量。分散式邊緣運算是一大關鍵，因為它透過帶給使用者更接近IoT裝置的平面應用程式和網路功能性，降低了系統延遲；它也是實施先進AI分析和自動化(更接近活動平面)的理想場所。
利用5G和超大規模資料中心業者實現新應用與使用案例
將5G網路與超大規模資料中心業者相結合，可實現各種各樣的新一代應用；這些應用對較舊的技術來說是不切實際甚至步可能實現的。少數案例包括先進駕駛輔助系統(ADAS)、工業 4.0、無人資料中心，以及元宇宙(metaverse)應用。
- ADAS：ADAS藉由與其他來源交換資料，可實現超越如自動煞車、盲點偵測、防撞系統等現有的系統的新功能，例如車輛對網路、車輛對基礎設施通訊，能在駕駛人能看到之前，提醒他們路上有碎片或讓輪胎打滑的黑冰，以改善安全性和車流。這種先進的警告系統對於貨櫃聯結車(包括自動駕駛車型)來說特別有價值，因為大型車輛需要更多的時間煞車或變換車道。在這些應用場景中，每一秒都很重要，而5G的URLLC功能透過將延遲降低至1毫秒(millisecond)來解決問題。超大規模基礎設施能利用AI分析來自車輛的感測器，然後對附近所有的車輛駕駛(無論是人類駕駛或自動駕駛)發出警告。
- 工業4.0：工業 4.0利用mMTC等5G功能，支援圍繞著一座工廠的數以萬計IoT節點，包括工業機器人、自動化原物料處理器，以及偵測過度振動、過熱，和其他可啟動預防性維護的感測器。5G的eMBB和URLLC 功能分別有助於提供高頻寬和低延遲，以便快速地讓這些大量的資料傳輸到私有邊緣雲端，進行分析和採取相關動作。這些高水準的智慧和自動化讓「關燈工廠」成為可能，也就是只需要少許人力或幾乎不需要人力的生產線。
- 無人資料中心：與關燈工廠類似，下一代的資料中心——尤其是在邊緣的——絕大多數將會是「無人」形式。這種新模式利用自己獨家專屬的網路切片(network slice)，幫助加速資料中心IoT垂直領域的發展。這些資料中心將利用相同的即時5G IoT感測和遠端自動化，重新定義製造工廠、港口和城市。機器人或無人機能夠在中心內部有效執行重要的調查巡視任務，URLLC能夠用來隊列自動化連結以進行服務調度。就像運輸貨櫃中的智慧港口感測器；策略性部署溫度和濕度感測器，能回傳重要的環境資料，以實現自動化並加快硬體和冷暖空調設備(HVAC)的調整。
無人資料中心範例。
(圖片來源：Viavi Solutions)
- 元宇宙應用：市場研究機構Emergen Research指出，到2020年，全球元宇宙市場規模可達9億美元，並可望在2028年達到8,289.5億美元規模，預計從2021年到2028年間的營收年均複合成長率(CAGR)為43.3%。對微型網際網路(mini-internet)和AR/VR應用而言，這是一個充滿抱負的新時代，它們將高度仰賴超低延遲、超高密度網路，每台裝置需要好幾十GB的頻寬，以極快速的邊緣運算與儲存。這將是超大規模邊緣的新境界。
伴隨新技術而來的新挑戰
要實現種種優勢仍有許多工作要做。例如隨著5G崛起與電信業者、網路內容供應商(ICP)和大數據儲存應用需求呈現指數級增加，與超大規模運算相關的資源限制，突顯了可擴充性方面的挑戰。就算有像是實現800G DCI的創新技術，事實證明，資料中心要繼續水平擴充，在實體上與環境上都是無法永續的。
每個資料中心進行部署或擴充時，需要等比例增加光纖數目，這也帶來額外的光纖損壞、汙染或蓄意破壞等風險，這些都可能導致服務中斷、嚴重的違反服務等級協議(SLA)賠償，以及昂貴的維修費用。事實上，光纖建置者有20%的時間花費在排除障礙上，而DCI相關問題向來因為以高平均維修時間與恢復成本而聞名。
網路雲端化的過程。
(圖片來源：Viavi Solutions)
未來幾年，超大規模資料中心將面臨一些更艱鉅的挑戰，來自於分散的、分崩離析和雲端化的5G網路複雜性。根據三重約束理論(triple constraint theory)所假設，只要其規模與複雜性繼續沿著現有軌跡發展，資料中心的成本就會持續上升。舉例來說，虛擬化RAN、大規模MIMO和天線波束成形等技術，都能對企業和其他終端使用者帶來許多好處，但是也讓RF和網路性能測試變得更複雜，帶來了新的光譜分析、解調變和SLA一致性的挑戰。
為了克服這些挑戰，並確保5G與超大規模業者之間的聚合效應可以充分發揮其潛力，端對端的網路切片必須在每一個獨特的垂直應用領域進行無縫編排。這種巨大的挑戰不允許在網路管理上採用任何「旋轉椅」(swivel-chair，EETT編按：在不同的介面間切換)或孤島式(siloed)方法。過時的資料中心/網路測試與確保執行模式，與全自動、可程式化的網路切片和邊緣運算是背道而馳的，關鍵5G IoT應用案例在SLA一致性和可靠度方面，沒有犯錯的空間。
最重要的是，5G與超大規模資料中心業者的聚合，為實現企業、城市、消費性和其他各種應用帶來承諾，要實現這些承諾，還有許多工程技術開發任務需要完成。
責編：Judith Cheng
(參考原文：Hyperscalers and 5G: Collision or Collusion?，By Sameh Yamany, Viavi Solutions)
