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- 推動科技趨勢 - 隨著對即時行動的更高需求，持續成長的雲端運算技術可能會受限。
- 轉向邊緣運算 - 邊緣運算藉由降低成本和提升效能，為物聯網提供了更高的靈活性。
- 5G 時代的邊緣運算 - 下一代高速 WWAN 將實現創新，但需要新的基礎設施和網路拓撲。
- 堅固的邊緣 - 隨著邊緣運算越來越遠離雲端，堅固耐用的平台將是支援新技術的必要條件。
- 堅固型邊緣電腦的 5 大關鍵特性
推動科技趨勢
在過去的幾十年中，工業界經歷了重大的技術變革，所有操作都已實現數位化。將電腦引入傳統流程加速了創新，以幫助自動化和優化行業，從而實現高效增長。為了持續提高生產力和性能，複雜智慧感測器、人工智慧、大數據和先進機器人技術與改進的數據通訊結合，為新的工業時代鋪平了道路。
最初，雲端運算的普及是所有新創新的主要驅動力，它提供了更高的性能基礎設施，可以透過任何具有網際網路連接的設備存取。事實上，73% 的組織至少有一個應用程式或其企業運算基礎設施的一部分在雲端。1 透過將 IT 環境遷移到雲端，各行各業都能實現更大的成本降低並最大化增長。
這也是大數據透過整合智慧物聯網 (IoT) 感測器並將機器數位化，以記錄從車間到頂樓的每一點數據，為決策創造有價值資訊，從而主導地位的地方。
然而，如今的產業很快就意識到，集中的雲端平台可能不是所有未來應用程式的通用解決方案。物聯網感測器和設備產生的大量數據不能總是透過頻寬管道傳輸到遙遠的雲端。考慮到目前的頻寬限制和網路延遲，需要實際即時分析或處理更大複雜資料集的能力的應用程式將面臨潛在的瓶頸，否則將無法實現。為了突破這一障礙以提高性能並同時提供即時洞察，資料處理和通訊需要更接近來源，或也稱為「邊緣」。
轉向邊緣運算
脫離雲端運算的集中式特點是大多數新機會開始實現的地方。先進物聯網的快速發展將需要更高的靈活性和性能，以加速自動化、機器對機器通訊和電腦視覺等應用。這可以透過整合物理位置更接近資料來源的分散式邊緣運算平台來實現。
網路佈局中的「邊緣」位於雲端和產生資料的設備之間。雖然邊緣運算不是一個新概念，但智慧設備的進步和普及正在改變我們透過數位平台與世界互動的方式。隨著越來越多的設備透過共享的對等網路互連，資料處理的遷移正從資料中心進一步轉移到這些設備。因此，邊緣代表著一個不斷增長且尚未開發的機會領域，將改變業務運營。
邊緣運算部署是各種情況下的理想解決方案。與將一系列物聯網設備連接到雲端中的中央點相比，邊緣平台可以提供更高的效率，而不會持續消耗頻寬，而是僅傳輸有意義的已處理資料。
例如，考慮使用運動感測器 IP 攝影機的建築物智慧安全系統。在純粹基於雲端的系統中，這些攝影機將持續錄製視訊資料並將其串流到位於資料中心其他地方的伺服器。運動感測器應用程式會審查錄製的視訊資料，只會歸檔包含運動活動的影片。在這種情況下，安全系統會對建築物的網際網路基礎設施造成持續壓力，並且連續的原始視訊資料串流會消耗大量頻寬。
或者，智慧型邊緣電腦或伺服器可以透過將運動感測器運算移動到位於攝影機系統和雲端網路之間的獨立平台，來減輕基礎設施的壓力。攝影機將連接到附近的邊緣電腦，該電腦會分析所有視訊資料流的運動活動，進而只將打包成較小尺寸的有意義資料傳輸到雲端進行歸檔，以備不時之需。安全系統最大限度地減少了網路頻寬和資源，為伺服器騰出了其他任務，並顯著節省了成本。
此外，處理所有本地處理的邊緣電腦理論上可以完全脫離雲端網路，為可能沒有可靠網路連接的遠端位置的企業提供更大的靈活性。它還可以採用混合模型，在邊緣管理非時間敏感資料的運算任務，這些資料可以在一天結束時以日報的形式編譯到中央雲端伺服器。
邊緣電腦的多功能性為創新提供了新機會，因為它能夠部署在不同的環境中。Gartner 預計，到 2021 年，連接的邊緣設備將增長到 250 億台。2 邊緣運算不是一種旨在滿足市場需求的技術，而是一種正在透過物聯網技術和雲端存取來實現新解決方案的拓撲和框架。隨著智慧設備數量的增長，邊緣運算的媒介將促進在整個連續體中放置適當的處理中心，該連續體從一端的核心雲端到更接近資料生成來源的終端設備。
進步的邊緣運算範式由幾個關鍵因素得以實現，將概念帶入現代現實。該平台的成長和增強歸因於一系列智慧感測器、致動器和互連設備，每個設備都有自己的記憶體、處理器、儲存和網路功能，並考慮到相容性提高和市場准入便利性的趨勢。
- 降低運算和物聯網的成本
- 以更小的尺寸提高處理效能
- 大數據和頻寬限制呈指數級增長
- 機器對機器之間的連接和互通性
- 機器學習朝著聯邦學習的發展
直到最近，由於雲端的強大及其規模經濟，邊緣運算才被認為是必要的。集中式環境允許資料中心透過超大規模營運來最大化處理能力，並提供令人印象深刻的運算能力。然而，實施現實必須考慮頻寬速度的限制，這會阻礙需要即時運算和最小延遲的應用程式。再加上回傳大量資料的經濟成本和雲端輸入/輸出費用，企業很快意識到，集中式雲端和分散式邊緣環境對於未來的增長都是必要的。
目前對邊緣運算的大部分關注源於對開發能夠提供更智慧資料和有價值預測洞察的物聯網系統日益增長的興趣。儘管邊緣運算幾乎影響著 IT 領域的每個角落，但工業物聯網 (IIoT) 處於這一趨勢的最前沿。
資訊科技 (IT) 和營運技術 (OT) 正在許多行業領域融合，包括醫療保健、交通運輸、製造業、國防、航空、採礦、能源、公用事業和電信。越來越多的互連系統，包括無線感測器和執行器網路，正在整合到工業環境的管理中，例如水處理、電力和工廠。自動化、通訊和網路的結合是不斷增長的工業物聯網不可或缺的一部分。邊緣運算提供了平台容量，可以有效過濾和分析工業物聯網設備產生的大量資料，以進行本地即時操作。
透過創新的 IT 解決方案實現營運現代化，可以更直接地控制和更具凝聚力的監控，從機器驅動的資料中推斷出更多價值。隨著工業物聯網的採用穩步上升，工業組織正在尋找方法來幫助他們進一步實現資產價值並取得有意義的成果。
5G 的邊緣運算案例
邊緣運算發展的最終成果之一是 5G 網路，即第五代行動網路技術。就像其前身 4G 一樣，邁向 5G 的軌跡是為了直接回應智慧設備持續的指數級增長而開發的，這些設備需要改進的網路連接來管理大量數據。相比之下，4G 寬頻每平方公里只能支援多達 2,000 個活動設備，而 5G 標準旨在支援相同空間內多達 100 萬個連接設備，為大規模物聯網網路鋪平了道路。3
以比 4G 快 10 倍的速度處理更大容量的資料，將需要一個全新的系統環境，從網路基礎設施到每個單一的連接設備。鑑於大規模物聯網密度即時推論的複雜性，5G 的發展將推動對邊緣運算平台的需求。原因在於 5G 採用極高的頻寬頻率，這允許更快的速度但減少了整體範圍，從而為即時處理能力提供了結構。
為了合理分佈 5G 功能，需要將小型基地台整合到密集的區域中，以提供充足的 5G 覆蓋。這正是邊緣運算的定義，一個盡可能靠近終端用戶的系統，以提供更快的處理速度來支援即時運算。5G 技術將不得不依賴部署在每個基地台的邊緣運算中心，以實現時間關鍵型應用程式，例如自動駕駛汽車、高頻交易、擴增實境和工業自動化。
這些新興技術需要大量的即時運算，以隨時隨地為使用者提供可靠且可用的內容或指令。這種數位轉型將透過將資料內容保留在邊緣來幫助減少回傳流量，並提高服務品質。邊緣運算在 5G 的到來中扮演著關鍵角色，解決了延遲、管理、安全和監控等各種挑戰。
然而，邊緣電腦在滿足成功整合 IIoT 和 5G 的需求方面存在一些障礙。當在嚴苛的工業環境中實施時，敏感的電腦元件在極端條件下有損壞的風險，而在這些條件下，穩定性和持續運作是傳統機械的標準。為了使邊緣電腦蓬勃發展，工業強化是必要的，以在典型電腦不可持續的情況下提供新的運算功能。
堅固的邊緣
通常被稱為工業 4.0 或第四次工業革命，重工業的數位化是設備和流程的轉型，以建立一個端到端的生態系統，利用邊緣運算和工業物聯網的優勢。這個生態系統涉及企業資源規劃 (ERP) 的各個方面，從內部職能（包括銷售、採購、工程和研發）到供應商、物流和終端使用者等外部參與者。
邊緣運算的應用拓撲將數據、應用程式、服務和電源移動到更靠近數據生成來源的位置，這可以為尋求做出更明智戰略決策的工業工廠獲得有價值的洞察。數位化的好處不僅止於提高生產效率或擴大戰術區域化，它還為開發新產品和技術以開闢新的未開發垂直領域提供了可能性。
導入邊緣運算的優點顯而易見，然而，當部署在對電子元件有害的真實環境中時，需要專門的堅固型工業電腦才能將行動邊緣運算功能帶到新的領域。
例如，用於深層地下採礦作業的重型機械正在探索整合智慧工業物聯網感測器和堅固型邊緣電腦，以實現遠端控制和無人駕駛設備。操作人員可以安全地控制重型鑽孔機和裝載機，以進一步提高安全性、生產力和效率。鑑於地下採礦的性質，任何敏感的電腦元件都會受到高衝擊、振動、高溫和灰塵的嚴重影響。為了解決這個問題，邊緣電腦需要加固並驗證，以在嚴格的條件下可靠運行。增加物聯網數據和邊緣運算也透過製程優化為採礦業提供了更好的洞察力，以提高資產利用率、預測性維護、能源管理和即時分析，以進行戰略決策時的進階建模。
堅固型邊緣運算解決方案是專門為承受惡劣使用條件而開發的，例如工業採礦範例，並且能夠透過在整個產品設計中整合堅固型功能來實現高水平的耐用性。從外殼到內部組件，堅固型邊緣電腦的每個部分都是透過機械和熱工程的組合專門構建的，以解決強烈振動、極端溫度以及潮濕或多塵情況的問題。
適用於邊緣部署的 5 大關鍵堅固型邊緣電腦功能：
- 無線連接
- 行動性和遠端部署
- 效能加速器
- 多種 I/O 埠和 PCIe/PCI 擴充槽
- 堅固性和安全性
了解更多關於堅固型邊緣運算必備的 5 項硬體要求（可提供資訊圖）
