DFI替5G微型基地台與邊緣運算伺服器挹注無窮的動力

小型5G基地台需要大變革

友通發佈基於COM Express Type 7規範下全新開發的嵌入式模組「DV970」，此模組專為提升網路傳輸速度以及針對需要即時回應的雲端運算應用所設計，不僅改善運算效能、降低功耗，更擁有豐富的擴充能力。因此，一家業界領先的基地台廠商與DFI合作，將DV970整合到到其5G小型基地台。

區域：台灣

應用：5G小型基地台概念驗證

解決方案：DFI DV970

面向未來擴展5G

5G網路的普及實乃大勢所趨。與4G相比，5G網路可將下載速度提高100倍，延遲降低10倍，並且在相同的地理空間內連接500倍的設備。這些增強功能有望幫助迎來一系列的新興應用，從自動駕駛汽車、無人機、增強現實和4K / 8K視訊串流，都是5G可大顯身手的領域，而「萬物連網」更是5G的終極願景。

俗語說的好，萬丈高樓平地起，在邁向萬物連網之前，須建立起足以支撐巨量資料處理的基礎架構，必須有足夠的餘裕支撐未來十年大幅增長的資料使用量，並兼顧滿足即時性應用的低延遲要求。

根據Ericsson的研究（Ericsson Mobile Report 2020 Q2），平均每位5G終端用戶的資料量將是4G的四倍，意味著在過去作為4G網路支柱的小型基地台（Small Cell）須具備更強大的運算效能，而且須分擔更多雲端運算的工作。基於降低長期營運成本的考量，融入軟體定義網路（SDN）和網路功能虛擬化（NFV）的精神，採用標準化並汎用化的硬體平台，以因應5G毫米波（mmWave）因傳輸距離甚短，而數量不得不激增的小型基地台，更是不可或缺。

沒有最重要、只會更重要的「延遲」

由近到遠，5G網路的延遲議題可分成兩個層面：「訊號處理」和「服務品質」。

根據5G NR（New Radio）的分時雙工（TDD）時槽排程架構，如要達成10Gb/s理論傳輸頻寬（載波頻寬400MHz，子載波間隔120kHz）時，基地台需要在125微秒（µs）內處理包含14個OFDM符碼（Symbol）的時槽（Slot），換言之，一秒鐘內須完成8000個時槽的處理工作。

因軟體定義網路（SDN）和網路設備虛擬化（NFV）的趨勢，讓汎用處理器越來越適合作為基地台運算核心，以Intel Atom處理器做為網路處理器（NPU），結合用來進行基頻（Baseband）處理的FPGA，可有效將本地端基地台的寬頻資料流量回程（Backhaul）到核心網路，並帶來更多的應用佈署彈性。

為了確認技術可行性，一間在業界位於領先地位的電信營運商，採用DFI的Atom C3958（代號Denverton）系統，搭配FPGA和5G通訊模組，進行概念驗證（POC）。但每個裝置都需要即時同步，定期發出中斷訊號，以確保資料和動作的一致性，而如何有效縮短延遲就是一個挑戰。延遲越長，也代表處理器須投入更高比例的運算效能。

為了克服延遲問題，DFI從軟硬體雙管齊下。首先，DFI最佳化硬體電路，以便盡速檢測到中斷信號，並同時改進處理器與5G通訊模組之間的PCIe通道，增加整體系統效能。其次，DFI透過使用低延遲Linux內核，爭取更充裕的處理時間，也釋放更多的處理器效能，以便支援其他的網路服務需求。

為達成5G低延遲、高網速的功能，5G基地台將基頻模組（BBU，Baseband Unit）分割成集中單元（CU，Centralized Unit）與分散單元（DU，Distribute Unit）。集中單元負責處理非即時協議和服務，分散單元負責處理物理層協議和即時服務。

通過SDN / NFV技術，5G基頻模組（BBU）應該同時相容4G / 5G，並同時支援集中式無線電接入網路（C-RAN）、分散式無線電接入網路（D-RAN）以及集中/分佈單元（CU / DU） ，使其具有強大的功能，可以在將來靈活部署。基於Intel架構的新一代基頻處理平台，具有增強的運算容量，高級整合性，以及多模式靈活聯網功能，可降低總體擁有成本（TCO）。

打造出工控等級高可靠性的邊緣伺服器

實現了10Gb/s資料傳輸速率後，接著就是5G網路的另一個重大訴求：「延遲一毫秒以下」的網路服務品質，但這就是不是單純佈署5G網路，即可迎刃而解的難題，提供服務的伺服器也要靠著更近，提供邊緣運算的機能，才能實現即時性應用的場域。更重要的是，伺服器應當採用普及的x86架構，以達成最大的應用佈署彈性。

歐洲電信標準協會（ETSI）在2012年提出網路功能虛擬化（NFV），企圖將不同類型的網路設備，藉由虛擬化技術，整合到以x86伺服器為主的通用硬體平台，簡化網路設備與整體架構，也催生了將基頻訊號處理集中在雲端資料中心的雲端化無線存取網路（Cloud-RAN，Cloud Radio Access Network），以降低整體營運成本。

以NFV為基礎，ETSI進一步在2015年提出多接取邊緣運算（MEC，Multi-access Edge Computing），以便佈署在基地台近處，提供超低延遲的即時性服務，甚至兩者合而為一，讓基地台也具備強大的運算能量，與允許基地台與多個用戶之間，在同一時間和頻率資源內，進行資料傳輸的Massive MIMO和波束成型（Beamforming）相輔相成。當存取網路（Access Network）採用集中單元（Centralized Unit）與分散單元（Distributed Unit）分離的架構，集中單元可將邊緣運算，部署於多接取邊緣運算平台，以實現超低延遲時間及高頻寬的服務。此外，有鑑於將兩者共同佈署帶來的效益，根據歐洲電信標準協會的觀點，雲端化無線接取網路和多接取邊緣運算，是完美互補的技術。

Intel Atom C3958處理器具備2到16個核心、可輔助加解密與解壓縮運算的QuickAssit技術（QAT）、最多16 SATA/16 PCIe 3.0/ 4 USB 3、以及內建4埠10GbE，耗電量可低到10W，極度適用於MEC之類的高密度小型伺服器。基於COM Express Type 7規範下全新開發的嵌入式模組「DV970」，此模組專為提升網路傳輸速度以及針對需要即時回應的雲端運算應用所設計，不僅改善運算效能、降低功耗，更擁有豐富的擴充能力。DV970 配備 4 個 10GbE-KR 乙太網路連接埠，用來強化伺服器與設備之間的連結。除此之外，DV970 也能穩定地在極端高低溫環境中全天候運作，是5G微型基地台與邊緣運算伺服器的理想選擇。

MEC伺服器和數量龐大的5G微型基地台，往往佈署在相對嚴苛並空間狹小的環境，除了處理器須支援寬溫，整體設計也非得採用工業電腦規格不可，絕非一般伺服器所能勝任。DFI長期耕耘工業級電腦領域，涵蓋工業級主機板、嵌入式電腦模組、工業級系統、和工業級觸控電腦與顯示器，並且針對各類型應用提供快速客製化服務，可滿足來自客戶的各類需求。

RemoGuard確保大量微型基地台和邊緣運算伺服器的可用性

數量龐大的5G微型基地台和邊緣運算伺服器，佈署範圍極廣，如果發生作業系統損毀，無法使用一般In-Band遠端管理維護功能，就往往需要特地配置人力去現場維修，數量越多成本也越高，激增長期整體持有成本，也降低服務品質。

DFI與Innodisk合作研發的RemoGuard，導入Out-Of-Band頻外管理，將整個管理系統搬上雲端，系統隨時更新記錄的溫度、輸入/輸出電壓和耗電量等即時資料，以便做立即性的操作維護，並主動預測SSD生命的週期，找出準確的汰換時機點，提高維護效率、庫存管理效益、和服務永續性。

RemoGuard能在系統關機時自動備份及復原作業系統，並且當作業系統毀損時，可遠端復原作業系統。包含資料本體和連往雲端的連線，設備主機採用進階的AES加密，避免資料遭竄改，傳輸層安全性協定（TLS）可進一步確保通訊機密性。若資料遭到入侵，或著實體設備遭到不當人為侵犯，也能依照關鍵任務設定的特殊要求，觸發數據安全抹除和自我毀滅程序，避免資料外洩。

DFI協助客戶面向未來擴展5G

面對著5G時代的到來，無論從無線電存取網路（RAN）、多接取邊緣運算（MEC）到演進式資料封包核心（EPC），要打造良好的5G應用環境並兼顧資本支出（CAPEX）和營業費用（OPEX），採用具備高度應用彈性、高可靠度與高可用性的x86伺服器平台，都是最理想的選擇，也充分實踐軟體定義網路（SDN）和網路功能虛擬化（NFV）的核心精神。

專注於工業電腦的DFI，針對5G微型基地台與邊緣運算伺服器，不僅提供完整的硬體解決方案與雲端管理系統，結合16核Atom C3000處理器，更為當今的工作負載提供足夠的性能，並具有足夠的擴展空間，以適應將來不斷增長的資料流量。「萬物連網」的願景，將不再高不可攀，遙不可及。