瑞薩電子基于邊緣計算和云計算的研究

在其經典小說《化身博士》中，講述了一個擁有雙重人格的人物的故事：溫文爾雅的杰基爾博士和邪惡且反社會的海德先生，如果只遇見其中一種人格，人們會把他們看作兩個完全不同的人，但他們又確實是同一個人的兩個面孔。在計算領域也是如此，人們可能看到的是兩種相對立的方法 - 邊緣計算和云計算，它們都在解決物聯(lián)網(IoT)中那些類似的問題，但這些計算方案就像同一枚硬幣的正反面。

邊緣計算隨著互聯(lián)網和移動行業(yè)的發(fā)展而得到普遍應用，它描述了一種架構，在這種架構里，靠近用戶節(jié)點預取和緩存網絡數(shù)據，通過超低延遲來改善客戶體驗。為了使這一概念標準化，邊緣計算行業(yè)做出了很多努力，比如“開放式邊緣計算”。在物聯(lián)網的背景下，邊緣計算意味著大多數(shù)設備計算任務都是在現(xiàn)場執(zhí)行的，這些任務可以在終端節(jié)點或網關(作為連接簡單終端節(jié)點和互聯(lián)網的橋梁)中完成。

而源自IT領域的云計算架構同樣描述了在連接到云服務器(而不是企業(yè)內部服務器)上執(zhí)行的企業(yè)軟件。在物聯(lián)網的背景下，這意味著大部分處理和決策都是在云端完成的。

理論上，這兩種計算是相互對立的。云計算方法意味著讓邊緣設備更簡單，功耗更低、性能更低、成本更低。因為所有的邏輯和編程都在云端，靈活、更新簡單，并且可以遵循完善的IT流程。

但是另一方面，邊緣計算也有它的好處。由于邊緣計算完成了大部分工作，所以它更適應網絡中斷，并且很容易實現(xiàn)全天候的可用性方案。設備直接處理傳感器數(shù)據，因此可以進行實時決策：從決策方面看，工業(yè)系統(tǒng)需要的確定性行為(可預測的延遲)，延遲通常在250us到20ms之間，而服務器和IT系統(tǒng)則可以接受的范圍是0.5-2s。最重要的是，只需要很低的速率連接到互聯(lián)網即可，因為所需網絡帶寬較低且云中的數(shù)據存儲較少，從而使得網絡和云的成本較低。

差異模糊化

雖然邊緣計算和云計算看似對立，但事實上兩者有著融合的趨勢，這使得取舍已經不那么重要。節(jié)點的性能越來越好，無論是節(jié)點還是網關，邊緣計算都變得更加智能。

在物聯(lián)網中，安全性和連接性變得更加重要。這要求更高性能的控制器、連接更多軟件以及更高的靈活性。將IP加入終端節(jié)點的好處是將高級通信棧推向邊緣，同時也需要功能更強大的處理器以及更多內存、性能和軟件。在邊緣進行根源可信性和運行安全監(jiān)控將成為常態(tài)，因為沒有人知道未來黑客會發(fā)現(xiàn)哪些安全漏洞，所以必須能夠為每個節(jié)點遠程更新固件。

隨著物聯(lián)網的發(fā)展，IT軟件和嵌入式軟件將會發(fā)生沖突，開發(fā)人員可通過編碼語言和開發(fā)平臺進行二者的融合。物聯(lián)網正在推動“ 硬件的軟件化 ”，亞馬遜最新發(fā)布的GreenGrass平臺承諾在云端使用的軟件與設備上相同——是這一趨勢的明顯證明。

在所有這些發(fā)生的同時，微處理器(MPU)和微控制器(MCU)的性能也在驚人地增長。具有兆字節(jié)閃存和百位千字節(jié)內存的200MHz頻率范圍的MCU已經很常見，如瑞薩電子Synergy S7系列。另外，如瑞薩電子RZ/A 系列，同樣能夠運行Linux的入門級MPU 。MCU和MPU系列都提供先進的軟件支持，包括開源或得到一家制造商的全面支持，瑞薩電子Synergy平臺就是如此。

混合計算方法

事實上，沒有哪一種選擇，純邊緣計算或純云計算，是完全令人滿意的。查看表1中突出顯示的優(yōu)點和缺點，再從客戶的角度想一想需要什么。每種解決方案的缺點都是不可接受的：沒有人想要費電的昂貴節(jié)點，沒有人希望發(fā)生服務中斷或者降低物聯(lián)網設備功能的網絡故障，沒有人愿意為網絡和云訪問付出太多的代價，因為訪問只是一項賦能技術，而不是物聯(lián)網提供的最終服務。

理想的物聯(lián)網設備，必須提供表-2中的所有優(yōu)勢。邊緣計算也可以成為云計算，在安全、網絡堆棧和平臺方面創(chuàng)造一種新環(huán)境，對云計算與邊緣計算進行融合，邊緣計算既可以像云計算一樣靈活，也可以像嵌入式設備一樣堅韌。性能更強的嵌入式設備使邊緣計算更加智能化，不論是在終端節(jié)點中還是經過網關，同時也控制了成本和功率。

邊緣云計算

科技領域的歷史學家肯定會指出，這種混合組合的想法并不新鮮。在計算機還很昂貴的時代，70和80年代的原始計算解決方案是“客戶端—服務器”模式，這意味著服務器大型機(云)完成所有工作，而客戶端(邊緣)只是一個用戶界面。隨著多年來顯著的性能改進和計算能力的成本降低，如90年代PC和工作站所彰顯的那樣，鐘擺已經完全擺動到了另一側。

當互聯(lián)網時代到來，業(yè)界的風向標再次被推向另一端。甲骨文在90年代后期嘗試引入“網絡計算機”的嘗試(失敗)。在過去的十年中，亞馬遜和微軟等大型企業(yè)不斷增加對服務器計算和存儲的投資，推動了SaaS和PaaS解決方案的發(fā)展趨勢，這兩種解決方案都是云計算選擇。然而，現(xiàn)在的邊緣比以往更加智能，最穩(wěn)妥的解決方案應該是邊緣和云共同為用戶提供最佳服務。

同樣的歷史正在物聯(lián)網中重演，速度也更快。從最初的只有傻瓜設備的云解決方案開始，市場正迅速向智能設備/智能云混合方式演進。當這兩種解決方案之間的二元論逐漸消失時，就是邊緣計算和元計算融合的時代了。