5G引爆邊緣計算

• 2019 年 10 月 7 日
• 筆記

隨着5G時代的日益臨近，實時、智能、安全、隱私這四大趨勢催生了邊緣計算與端智能的崛起。5G通信的超低時延與超高可靠要求，使得邊緣計算成為必然選擇。

據悉，全球物聯網終端設備安裝數量有望在2019年達到256億台，2020年將有超過500億的終端與設備聯網，邊緣計算市場規模將超萬億，成為與雲計算平分秋色的新興市場。

邊緣計算，5G時代的萬億市場

邊緣計算（Edge Computing）是在靠近物或數據源頭的網絡邊緣側，融合網絡、計算、存儲、應用核心能力的分佈式開放平台，就近提供邊緣智能服務。

從邊緣計算聯盟（ECC）提出的模型架構來看，邊緣計算主要由基礎計算能力與相應的數據通信單元兩大部分所構成。

隨着底層技術的進步以及應用的不斷豐富，近年來全球物聯網產業實現爆髮式的增長，這也為邊緣計算提供了更多的場景。

全球物聯網終端設備安裝數量有望在2019年達到256億台，年複合增速高達21%。

國內物聯網市場的增速更高，據CEDA預測，2020年我國物聯網市場規模有望達到18300億元，年複合增速高達25%。

與此同時，5G通信的超低時延與超高可靠要求，使得邊緣計算成為必然選擇。在5G移動領域，移動邊緣計算是ICT融合的大勢所趨，是5G網絡重構的重要一環。

據報告稱，到2020年，將有超過500億的終端與設備聯網，而有50%的物聯網網絡將面臨網絡帶寬的限制，40%的數據需要在網絡邊緣分析、處理與儲存。

因此，邊緣計算市場規模將超萬億，成為與雲計算平分秋色的新興市場。

5G時代「邊雲協同」，服務器市場迎來巨大增量

雖然雲計算中心具有強大的處理性能，但是邊緣計算不僅能夠克服雲計算網絡帶寬與計算吞吐量的性能瓶頸，還能夠更實時地處理終端設備的海量「小數據」，並在保證終端的數據安全。

因此，在有了雲計算的同時，邊緣計算市場潛力依舊巨大。5G時代，將會是一個「邊+雲」的「邊雲協同」時代，邊緣計算與雲計算各有所長、協調配合。

作為5G商用的元年，國內的三大運營商無疑都在加緊部署5G基礎設施，這其中就包括大量的基站設備。

但由於5G基站的密度大於傳統的4G基站，這也就意味着更大量的基礎設施投入。

與此同時，相對於4G，5G定義了eMMB（更高數據速率）、URLLC（更低延遲和更可靠的鏈接）和mMTC（超大規模設備鏈接）等三大應用場景。而這些場景化概念的引入無一不對基站的計算性能提出了更高的要求。

因此，5G基站背後的服務器市場不僅將迎來爆發性需求增長，其產品升級也是勢在必行的。

這一潛在的巨大市場需求也正是浪潮、曙光、華為等一系列設備製造商不遺餘力推動OTII標準迅速落地。

OTII，Open Telecom IT Infrastructure，開放電信IT基礎設施，是ODCC組織下發展的一個針對通訊類企業的服務器規格。它不僅與交換機等設備規格相同，並且很容易部署在基站附近的設備機架上，而且具備更好的耐熱、耐腐蝕、抗潮濕特性。

與通用服務器相比，邊緣計算服務器面向5G和邊緣計算等場景進行針對性定製，能耗更低、溫度適應性更寬、運維管理更加方便。

2017年6月，中國移動與中國電信、中國聯通、英特爾、浪潮等公司共同發佈《OITT定製服務器參考設計和行動計劃書》，形成運營商行業面向電信應用的深度定製、開放標準、統一規範的服務器技術方案及原型產品。

5G MEC近在咫尺，通信光模塊市場受益最大

1、吸取4G教訓、全球統一標準

在4G網絡標準制定中，由於並沒有考慮把邊緣計算功能納入其中，導致出現大量「非標」方案，運營商在實際部署時「異廠家設備不兼容」，網絡互相割裂等，常常需要進行定製化的、特定的解決方案設計，不僅提高了運營商成本，還造成網絡架構不能滿足低時延、高帶寬、本地化等需求。

為了解決4G痛點，早在5G研究初期，MEC（多接入邊緣計算，Multi-Acess Edge Computing）與NFV和SDN一同被標準組織5G PPP認同為5G系統網絡重構的一部分。2014年ETSI（歐洲電信標準協會）就成立了MECISG（邊緣計算特別小組）。

在2018年，3GPP的第一個5G標準R-15已經凍結。3GPP SA2在R15中定義了5G系統架構和邊緣計算應用，其中核心網部分功能下沉部署到網絡邊緣，RAN架構也將發生較大改變。

預計2020年5G商用以後，MEC邊緣雲的應用將進入百花齊放、百家爭鳴的開放階段。

2、光模塊是5G物理層基礎單元，受益巨大

光模塊是5G網絡物理層的基礎構成單元，廣泛應用於無線及傳輸設備，其成本在系統設備中的佔比不斷增高，部分設備中甚至超過50~70%，是5G低成本、廣覆蓋的關鍵要素。

從2G~4G，光模塊技術迅速迭代，逐步向高速率發展。

2000年初，2G、2.5G基站從銅纜向光纖光纜切換，光模塊從1.25GSFP向2.5GSFP模塊發展。2008~2009年3G基站光模塊速率躍升至6G。

標準組織3GPP提出新的5G接口標準eCPRI，如果採用eCPRI接口，前傳接口帶寬至少需要25G光模塊，但前傳25G和100G都會並存，以應對5G三大應用場景的需求。

另外，5G光芯片也將從6G/10G升級到25G的芯片模組，光模塊產業鏈市場規模顯著變大。隨着速率的提高，光模塊製造工藝門口大幅提升，產品附加值將較4G有所提高，有利於具有深厚儲備的光模塊公司。

5G作為十年一遇的迭代升級，將是光通信行業下一個爆發機會。

3、三大運營商積極布局5G MEC

5G時代，運營商將會採用通用數據中心雲化的組網方式，以區域、本地和邊緣三層的數據中心為基礎，來構建整個雲化網絡。同時，5G邊緣計算促進採集、控制類業務將會帶來運營新的2B業務增量，包括精密工控、遠程醫療、車聯網等。

對於運營商，5G MEC的部署價值巨大。

目前，中國聯通是三大運營商中規劃最明確的，中國聯通提出MEC邊緣雲演進路標主要分四個階段，計劃在2025年實現100%雲化部署。

而從2014年ETSI成立MECISG開始，中國移動就積極跟蹤並加入。2017年中國移動發佈MEC白皮書。目前，中國移動已經在10省20多個地市現網開展多種MEC應用試點。同時中國移動要將MEC預製到5G中，為此將從標準、技術、產業等方面發力。

中國電信認為工業互聯網是MEC的重要場景，5G MEC是運營商切入工業互聯網的重要技術手段。目前，中國電信進行了一些MEC的探索，例如打造邊緣計算開放平台ECOP，構建邊緣雲網融合的網絡服務平台及應用使能環境，推進邊緣業務應用創新發展。

4、雲數據中心資本開支持續增長

為了應對大工作負載和低延遲需求，雲數據中心正在遷移到「葉脊」架構。

傳統大型雲數據中心網絡架構為三層網絡，主要採用縱向的傳輸方式。伴隨着虛擬化、雲計算、超融合系統等應用，使得東西向數據流成為主要流量。

原有的結構難以應對日益增長的需求，因而「葉脊」拓撲結構開始成為主流，這種結構在傳統縱向傳輸的基礎上增加對橫向傳輸的支撐。

葉脊網絡結構使得網絡規模變大、網絡扁平化、光纖覆蓋率提升，使得網絡需要更多的交換機、葉/脊交換機之間更快的傳輸速率，更需要更多橫向的流量接口實現（光模塊）。

葉脊架構所需要的高端光模塊數量10倍於傳統三層架構。帶來100G高速率光模塊市場容量大幅增加。

根據IDC統計，雲數據中心內網絡設備投資占整個雲數據中心ICT投資的32%，僅次於服務器投資，光模塊是網絡設備間通信重要組成部分。

2019年200G和400G模塊有望放量。40G~200G光模塊市場規模將從2017年的79億美元增長到2020年的139億美元。

同時，數通100G光模塊市場規模也將從2017年34億美元增長到2020年75億美元，複合增速達到30%。

邊緣計算典型應用場景

5G時代將迎來一大批新興應用場景，如自動駕駛、安防前端智能化、工業控制、遠程操控（如醫療手術等）等。它們由於需要低於10ms的網絡時延，因此邊緣計算的發展最迫切，也最需要。

1、自動駕駛：車載平台算力需求在20T以上

隨着汽車自動駕駛程度的提高，汽車自身所產生的數據將越來越龐大。

根據英特爾CEO測算，假設一輛自動駕駛汽車配臵了GPS、攝像頭、雷達和激光雷達等傳感器，則上述一輛自動駕駛汽車每天將產生約4000GB待處理的傳感器數據。不誇張的講，自動駕駛就是「四個輪子上的數據中心」。

高等級自動駕駛的本質是AI計算問題，車載邊緣計算平台的計算力需求至少在20T以上。

從最終實現功能來看，邊緣計算平台在自動駕駛中主要負責解決兩個主要的問題。1）處理輸入的信號（雷達、激光雷達、攝像頭等）；2）做出決策判斷、給出控制信號。

2、安防：國內智能前端市場有望突破1500億

安防產業智能化升級是行業發展的大趨勢，前段智能不僅能夠為後端提供高質量、初步結構化的圖像數據，還能極大地節省帶寬和後端計算資源。後端智能化產品的核心功能則是利用計算能力對視頻數據進行結構化分析。

從產業調研結果來看，2018年以來，主流深度學習攝像頭芯片開始成熟量產，有效解決目前限制前端智能攝像頭放量的計算芯片瓶頸。

按照2021年智能攝像頭滲透率達到45%測算，預計國內智能安防前端硬件產品空間在2021年預計將超過1500億元。

3、低時延工業級應用：機械人、自動化、無人機

工業高精度控制對時延和可靠性的敏感度極高，無論是中國、韓國和日本的運營商，都非常關注5G新業務中工業級客戶（2B）的價值。

這些行業市場包括運輸、物流、能源/公共設施監測、金融、醫療和農業。實現工業國產自動化、無線化和智能化，典型場景包括視頻監控、機械人控制、自動巡查安防等。

1）機械人控制：同步實時協作機械人要求小於1毫秒的網絡延遲。到2025年，預計全球狀態監測連接將上升到8800萬，全球工業機械人的出貨量也將從36萬台增加到105萬台。

2）饋線自動化：當通信網絡的延遲小於10ms時，饋線自動化系統可以在100ms內隔離故障區域，這將大幅度降低發電廠的能源浪費。參考華為5G白皮書，從2022年到2026年，預計5GIIoT的平均年複合增長率（CAGR）將達到464%。

3）視頻監控和無人機巡檢：配備無人機進行基礎設施、電力線和環境的密集巡檢是一項新興業務，LiDAR掃描所產生巨大的實時數據量將需要>200Mbps的傳輸帶寬。ABI Research的估計，小型無人機市場將從2016年的53億美元迅速增長到2026年的339億美元，包括來自軟件、硬件、服務和應用服務的收入。

4、VR/AR遊戲：實時反饋讓雲VR/AR成為可能

現階段VR遊戲體驗不佳，本地重度遊戲為主，設備典型盤根錯節，用戶容易絆倒；聯網遊戲時延至容易高達50ms，導致用戶眩暈問題。

未來5G設備實現直接邊緣雲端訪問，VR/AR時延問題解決：實時CG類雲渲染VR/AR需要低於5ms的網絡時延和高達100Mbps至9.4Gbps的大帶寬。同時，5G可以支持多用戶近距離連線。

雲VR/AR將大大降低設備成本，從而提供人人都能負擔得起的價格。5G將顯著改善這些雲服務的訪問速度雲市場以18%的速度快速增長。

5、視頻云：遠程醫療、4K/8K高清視頻

遠程醫療依賴5G網絡的低延遲和高QoS保障特性，例如無線內窺鏡和超聲波這樣的遠程診斷依賴於設備終端和患者之間的交互。力反饋的敏感性決定低延遲網絡才能滿足要求。

其它應用場景包括醫療機械人和醫療認知計算，這些應用對連接提出了不間斷保障的要求（如生物遙測，基於VR的醫療培訓，救護車無人機，生物信息的實時數據傳輸等）。

ABI Research預測，智慧醫療市場的投資預計將在2025年將超過2300億美元，智慧醫療市場將在2025年超過2300億美元。

同時，5G的高速率特性將是用戶不僅能觀看當下各類視頻內容，還將隨時隨地體驗4K以上的超高清視頻。

參考英特爾的《5G娛樂經濟報告》，預計未來10年內5G用戶的月平均流量將有望增長7倍，而其中90%將被視頻消耗，預計到2028年，僅憑消費者在視頻、音樂和遊戲上的支出就會增加近一倍，全球總體量將達到近1500億美元。

由於數據量大、實時性需求高、數據隱私保護等問題，海量的物聯網設備對邊緣計算有着大量需求。隨着5G與AI芯片的崛起，邊緣計算已經越來越成為當下最熱門的話題之一，受到創投、設備、芯片等廠商的追捧。

如今線上的流量入口日益減少，並且價格高昂。未來人工智能的流量入口將分佈在大大小小的比邊緣設備上，包括手機、攝像頭、傳感器、機械人等。端智能將會涵蓋我們生活中的方方面面，而這其中的很多領域巨頭都沒有完全覆蓋，是無數中小創企的絕佳機會。(來源：智東西）