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邊緣運算

進階互聯加速 5G MEC 線路速率

5G MEC architecture, 5G vRAN workloads

即時娛樂活動與運動賽事的主辦單位,一直以來都在尋找更能令觀眾和粉絲身歷其境的虛擬體驗。5G 將會是實現這個目標的一大關鍵,但是在此之前,我們必須建立新的網路基礎架構。

很多時候,這樣的新基礎架構會以多接取邊緣運算(MEC)為基礎。MEC 是一種 ETSI 標準,能將網路、運算、儲存、安全防護與其他資源移到更接近邊緣的位置。由於 5G 要求的頻寬較上一代大幅增加,具備即時無線訊息存取網路資訊能力的 MEC,勢必能提供延遲低於任何同級雲端處理程序的服務。

MEC 架構的關鍵優勢,在於能免除邊緣應用程式對於遠端雲端或資料中心的依賴,並在過程中減少延遲、改善高頻寬應用程式效能,並盡量壓低資料傳輸成本。網路平台供應商 AEWIN Technologies 的行銷主管 Benjamin Wang 表示,MEC 能夠節省的成本絕對不僅止於此。

Wang 說:「MEC 的定位非常接近 5G 的基礎核心。只要系統夠強大,就能直接將 5G DU(分散式單元)與 MEC 堆疊整合。這樣一來,就能降低網路基礎架構的需求,節省金費。」

I/O 密集:提升邊緣網路啟用的互聯

話說回來,這些「夠強大」的系統到底是怎樣的系統,與傳統的網路設備又有何差異,能滿足 5G MEC 的需求?

由於 MEC 設備必須提供等同於小型資料中心的運算能力,AEWIN Technologies SCB-1932 網路設備這類多核心的多處理器系統已是不可或缺。該款 AEWIN 裝置能在電信伺服器機架中與其他平台搭配使用,可支援最多 40 個 CPU 核心之雙第 3 代 Intel® Xeon® 可擴充處理器(原名 Ice Lake-SP)。

但是由於 MEC 平台上的資料在 5G vRAN 工作負載或虛擬網路功能(例如防火牆、整合器、路由器)之間大量傳遞,效能瓶頸通常並非處理效能。一般而言,在共享虛擬工作負載的處理器和/或執行互相依存的程序及應用程式的處理器之間傳遞訊息時,所用的晶片與晶片、機架與機架之間的互聯,才是真正的瓶頸。

2017 年之前,Intel® QuickPath Interconnect(Intel® QPI)都是用來在多處理器系統的插槽之間傳遞資料。然而,現今的每秒 100 Gigabit 乙太網路(GbE)和更快的模組,很快就會佔滿 QPI 的可用頻寬。因此,市面上出現了「I/O 密集」的系統,讓異物資料在抵達處理器之前,先受介面限制擠壓,藉此增加延遲。

為了回應這項趨勢,Intel 處理器微架構,配備升級的插槽對插槽介面, 稱為 Intel® Ultra-Path Interconnect(Intel® UPI)。其低延遲、符合快取條件的記憶體 UPI,幾乎將 QPI 速度加至 11.2 GTps,或全雙頻寬 41.6 GBps。

但是 Intel UPI 只解決了晶片對晶片的資料傳輸問題,無法處理板架對板架或機架對機架的通訊問題。而每通道支援約 16 GTps 傳輸量的 PCI Express((PCIe)4.0 正能彌補這個缺口。將技術調整至符合其速度後,Intel 從 2020 年開始將 PCIe 4.0 納入第 3 代 Xeon 可擴充處理器等產品的設計。

因此,SCB-1932 這類系統中的資料,可以傳送至八個前端存取擴充槽中的任何一個,用於外掛 NVMe 儲存、應用程式特定加速器,或 PCIe Gen 4 的網路擴充模組(圖 1)。平台的 8 個 PCIe 4.0 x8 通道,能以 100 Gbps 的速度將資料傳輸至這些模組。

AEWIN PCI Express 硬體
圖 1. PCI Express Gen 4 支援讓 AEWIN SCB-1932 能夠以最高 100 Gbps 的速度,與網路擴充模組通訊。(來源:AEWIN Technologies)

這些現代介面使 SCB-1932 這類系統得以跟上 MEC 部署的要求,藉此為安全防護、影片處理等高需求的應用程式提供接近線路速率的效能。

由下而上的演變:確保資料持續流動

5G 效能提升不僅適用於一般消費者:現在無論是公司行號、體育場、醫學中心還是生產廠房,都開始採用低延遲的配置,來支援新的應用程式與服務。使用案例包括高速影片串流、擴增和虛擬實境,以及即時生物特徵辨識。這些應用都讓生活變得更有效率、更輕鬆,但也全都需要全新層級的邊緣網路效能才能實現。

隨著 MEC 逐漸普及,只要 SCB-1932 這些設備能保持低延遲的資料流動,我們應該會持續看到這類和更多新應用程式類型出現。從處理器介面這種最基本的連線技術開始,由下而上帶來改變。

作者簡介

Brandon is a long-time contributor to insight.tech going back to its days as Embedded Innovator, with more than a decade of high-tech journalism and media experience in previous roles as Editor-in-Chief of electronics engineering publication Embedded Computing Design, co-host of the Embedded Insiders podcast, and co-chair of live and virtual events such as Industrial IoT University at Sensors Expo and the IoT Device Security Conference. Brandon currently serves as marketing officer for electronic hardware standards organization, PICMG, where he helps evangelize the use of open standards-based technology. Brandon’s coverage focuses on artificial intelligence and machine learning, the Internet of Things, cybersecurity, embedded processors, edge computing, prototyping kits, and safety-critical systems, but extends to any topic of interest to the electronic design community. Drop him a line at techielew@gmail.com, DM him on Twitter @techielew, or connect with him on LinkedIn.

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