邊緣計(jì)算創(chuàng)新：事半功倍

COVID-19 大流行正在改變我們使用數(shù)據(jù)的方式，以及數(shù)據(jù)的消費(fèi)和生成位置。數(shù)據(jù)使用模型已從更傳統(tǒng)的集中式模型轉(zhuǎn)變?yōu)楸仨氈С衷S多遠(yuǎn)程用戶和連接點(diǎn)的模型。這些遠(yuǎn)程連接正在迅速改變現(xiàn)有的電信架構(gòu)，促進(jìn)分布式架構(gòu)的需求和發(fā)展，其中邊緣設(shè)備現(xiàn)在定義了接入點(diǎn)及其功能。

大流行推動(dòng)了對(duì)網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算的更大需求，以支持一些關(guān)鍵活動(dòng)，包括：

遠(yuǎn)程工作 – 在家或遠(yuǎn)程辦公室/分支機(jī)構(gòu) （ROBO）

遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)

遠(yuǎn)程醫(yī)療（遠(yuǎn)程醫(yī)療）

這些驅(qū)動(dòng)因素建立在對(duì)視頻流和游戲等媒體和娛樂(lè)（M&E）應(yīng)用不斷增長(zhǎng)的需求之上。此外，電信行業(yè)一直在不斷改善城市和郊區(qū)的最后一英里連接，如今的重點(diǎn)是擴(kuò)大無(wú)線5G連接。這將支持?jǐn)?shù)據(jù)創(chuàng)建的巨大潛在增長(zhǎng)。

如今，基于網(wǎng)絡(luò)的處理被廣泛用于支持智能手表應(yīng)用程序、流媒體視頻、智能家居應(yīng)用程序等等。但是，這種處理的大部分依賴于集中式體系結(jié)構(gòu)方法，其中所有收集的數(shù)據(jù)都必須回傳到中央“云”數(shù)據(jù)中心，在那里進(jìn)行處理。然后，這些處理結(jié)果將轉(zhuǎn)換為可能需要在數(shù)據(jù)源中收回的特定操作。移動(dòng)所有這些數(shù)據(jù)的成本，以及由于這種方法而產(chǎn)生的延遲，并不容易支持實(shí)時(shí)應(yīng)用程序，如增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、對(duì)話智能或自主系統(tǒng)（自動(dòng)駕駛汽車/卡車/輪船、機(jī)器人工廠等）。要求低延遲和高吞吐量的內(nèi)容富集應(yīng)用程序需要在網(wǎng)絡(luò)邊緣組合訪問(wèn)（連接）和計(jì)算資源。

邊緣計(jì)算及其分布式處理模型旨在滿足這一需求。這種方法使計(jì)算、存儲(chǔ)和控制服務(wù)更接近數(shù)十億個(gè)“物聯(lián)網(wǎng)”設(shè)備，如傳感器、執(zhí)行器、攝像頭，當(dāng)然還有用戶及其設(shè)備。成功的實(shí)施將計(jì)算資源放置在通信基礎(chǔ)設(shè)施中的最佳點(diǎn)，無(wú)論是在中央云、邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)還是終端設(shè)備本身。它將能夠動(dòng)態(tài)擴(kuò)展資源，以滿足這些不同點(diǎn)不斷變化的需求。

大流行從根本上加速了對(duì)邊緣計(jì)算的需求和依賴，這為支持當(dāng)今的需求提供了巨大的潛力，而且還提供了未來(lái)應(yīng)用程序的需求，這些應(yīng)用程序需要本地化處理以實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)和核心帶寬減少。預(yù)計(jì)網(wǎng)絡(luò)邊緣的訪問(wèn)位置和內(nèi)容交付的變化不會(huì)如此迅速地發(fā)生，現(xiàn)在它迫使行業(yè)改變其啟用和交付內(nèi)容的方式，同時(shí)提供一個(gè)安全的環(huán)境來(lái)交付和使用內(nèi)容。

在本地執(zhí)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)計(jì)算 - 鄰近處理 - 現(xiàn)在至關(guān)重要。如果將這些邊緣計(jì)算資源放置在距離端點(diǎn) 30 米以內(nèi)，它可以變得更加強(qiáng)大。然而，這需要進(jìn)一步的技術(shù)創(chuàng)新。

邊緣計(jì)算設(shè)備利用有線和無(wú)線連接方法。使用的有線連接方法主要是以太網(wǎng)。但是，用于提供與邊緣設(shè)備之間的連接的大多數(shù)方法都利用無(wú)線通信進(jìn)行無(wú)線訪問(wèn)。

不幸的是，沒(méi)有單一的網(wǎng)絡(luò)或無(wú)線接入方法可以解決所有連接和數(shù)據(jù)挑戰(zhàn)。例如，一些基本的無(wú)線連接協(xié)議包括LTE，5G無(wú)線，WiFi（802.11ax和6e），藍(lán)牙，BLE，ZigBee等。因此，這種新型邊緣計(jì)算設(shè)備應(yīng)支持多種無(wú)線接入方法。然而，大量無(wú)線電協(xié)議爭(zhēng)奪邊緣計(jì)算設(shè)備上的不動(dòng)產(chǎn)和電源，推動(dòng)了對(duì)提高功能集成水平的需求。

為了更好地支持低延遲、高帶寬的應(yīng)用，強(qiáng)大的、集成的面向消費(fèi)者的邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)（我們稱之為智能邊緣節(jié)點(diǎn)或 SENS）開(kāi)始出現(xiàn)。這些 SEN 支持多種無(wú)線接入方法，以及更多的安全計(jì)算、存儲(chǔ)和路由功能。它們采用更強(qiáng)大的處理器、片上系統(tǒng) （SoC） 設(shè)備、存儲(chǔ)器、天線、功率放大器和其他資源構(gòu)建，以更好地支持高速無(wú)線通信，同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備邊緣執(zhí)行復(fù)雜的功耗密集型應(yīng)用。

這讓我們感到熱火朝天。隨著功能和能力添加到任何設(shè)備中，功率和相關(guān)熱量會(huì)增加。必須去除這些熱量，否則電子設(shè)備將停止可靠地工作。用于散熱的一種典型方法是簡(jiǎn)單地增加器件的物理尺寸，以增加功耗表面積。然而，簡(jiǎn)單地增加物理尺寸通常與在增加功能時(shí)保持甚至減小SEN物理尺寸的預(yù)期目標(biāo)背道而馳。市場(chǎng)總是希望我們提供更多 - 用更少的錢。在這種情況下，可用于散熱的水平和垂直表面積較小。此外，邊緣設(shè)備通常在排除其他熱管理解決方案的環(huán)境中部署或使用，例如云數(shù)據(jù)中心中普遍存在的強(qiáng)制氣流或外部冷卻。

由于這些物理限制，高功率邊緣部署的設(shè)備外形尺寸通常由散熱驅(qū)動(dòng)。例如，SEN可以塑造為具有兩個(gè)細(xì)長(zhǎng)邊的四邊形長(zhǎng)方體，或者包括容納大型散熱器以增加散熱表面積的大外殼。

除了熱量之外，用于家庭和小型辦公室的 SEN 必須符合某些尺寸和物理設(shè)計(jì)要求，不需要安裝服務(wù)器機(jī)架。由于SEN與人共享物理環(huán)境，因此它應(yīng)該不顯眼或具有物理吸引力，以便可以輕松地將其放置在整個(gè)家庭或小型辦公室中。同時(shí)，這些物理屬性不得妨礙性能、功能和面向未來(lái)的性能或增加成本。

為了無(wú)線通信的利益，已經(jīng)發(fā)生了許多產(chǎn)品小型化的進(jìn)步;看看你今天的智能手機(jī)，與20年代后期的智能手機(jī)磚相比千世紀(jì)。當(dāng)然，隨著越來(lái)越多的無(wú)線接入?yún)f(xié)議和頻段被添加到我們的邊緣設(shè)備中，物理學(xué)需要更多的天線。當(dāng)添加新的無(wú)線電技術(shù)時(shí)，額外的功率需要更大的散熱器。簡(jiǎn)單的解決方案是隨著天線數(shù)量的增加，增加平臺(tái)的尺寸以容納更多/更大的散熱器。不幸的是，這不是市場(chǎng)愿意支付的。

天線的數(shù)量和散熱器的尺寸是決定SEN本身整體尺寸的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素。當(dāng)添加更多的無(wú)線接入功能時(shí)，典型的設(shè)計(jì)方法需要為每個(gè)新的無(wú)線協(xié)議或頻段提供更多的物理空間。我們?nèi)绾未蚱七@種明顯的僵局？

如果散熱器和天線是同一個(gè)怎么辦？最近的進(jìn)展成功地將天線與散熱器集成在一起，支持“事半功倍”的市場(chǎng)需求。這一整合領(lǐng)域?yàn)檫M(jìn)一步創(chuàng)新提供了機(jī)會(huì)。

圖1顯示了廣泛用于無(wú)線通信的平面倒置F天線（PIFA）和散熱器。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法要求有一個(gè)散熱器區(qū)域和一個(gè)RF天線區(qū)域，兩者永遠(yuǎn)不會(huì)相遇。但是，SEN使用在不同頻段工作的多個(gè)無(wú)線電。許多無(wú)線電系統(tǒng)（如 Wi-Fi ax 和 Wi-Fi 6e）需要多個(gè)頻段和天線來(lái)提供所需的大量帶寬，從而產(chǎn)生一系列無(wú)線電和天線。

（圖1散熱器和天線）

帶散熱器的集成天線如圖2所示。我們發(fā)現(xiàn)，集成的散熱器和天線是共生的，作為同一房地產(chǎn)的共同租戶運(yùn)行。具體來(lái)說(shuō)，散熱器為天線形成更大的接地層，從而實(shí)現(xiàn)性能更好的天線，并具有減少占用空間的額外好處。天線還充當(dāng)散熱器，幫助散發(fā)產(chǎn)生的熱量。這種天線和散熱器的組合可在更小的面積內(nèi)實(shí)現(xiàn)更好的電源管理和無(wú)線性能。當(dāng)創(chuàng)新成功發(fā)揮作用時(shí)，每個(gè)人都是贏家。

（圖 2 組合散熱器和天線）

通過(guò)這種集成的天線/散熱器，SEN可以散發(fā)與更大的傳統(tǒng)設(shè)備相同的熱量，并實(shí)現(xiàn)相同的熱性能，同時(shí)滿足無(wú)線電性能要求。通過(guò)減少部件，這種組合天線/散熱器組合還降低了材料和制造成本，可用于增加利潤(rùn)或提高市場(chǎng)價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力。

我們完全期望集成天線/散熱器創(chuàng)新將有助于培育產(chǎn)品小型化的新時(shí)代，不僅用于邊緣計(jì)算的智能邊緣節(jié)點(diǎn)的發(fā)展，而且用于許多其他非邊緣計(jì)算應(yīng)用。

審核編輯：郭婷