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案例頻道1 目標和概述
當前邊緣計算設備普遍強通訊弱計算，其算力通常有限。隨著云計算、人工智能等技術的興起和廣泛應用，邊緣計算在應對更多聯接、更高實時性要求、海量異構數據處理上，對邊緣算力需求也顯著增長；同時邊緣計算因為其部署條件限制，對服務器在環境適配性、部署運維上有更嚴苛要求；面對海量邊緣應用場景，作為軟件基礎平臺的操作系統尤為重要，向下要能充分發揮硬件算力，向上能使能海量應用。
基于上述挑戰，鯤鵬軟硬協同邊緣計算平臺， 從處理器、服務器和操作系統三個層面，打造適用于邊緣計算的融合統一計算平臺，為邊緣計算在智能園區、電力能源、工業制造和游戲直播等多個行業發展提供動能。
2 解決方案介紹
鯤鵬軟硬協同邊緣計算平臺，主要包含鯤鵬920 處理器、TaiShan200邊緣型服務器（型號2280E）和openEuler服務器操作系統三個方面。
2.1 鯤鵬920高性能處理器
鯤鵬920高性能處理器具備高性能、高吞吐、高集成和高能效的特點，為邊緣計算應用場景提供充足算力。
圖1 鯤鵬920處理器：多核架構提供高性能、高并發算力
（1）高性能：鯤鵬920集成了64核，主頻提升至2.6GHz，并通過優化分支預測算法、提升運算單元數量、改進內存子系統架構等一系列微架構設計，大幅提高了處理器核性能。
（2）高吞吐：為改善在低延時條件下高并發的能力, 鯤鵬920采取了三項措施。首先將業界DDR通道數量從6通道增加到8通道，速率從2666MHz提升至2933MHz，總帶寬達到1.5T比特每秒，超出業界主流內存帶寬46%；其次將PCIe從3.0升級到4.0，速率翻番，帶寬達到640Gbps，比業界主流提升66%；最后將網口帶寬從25G直接提升到100G，帶寬翻了4倍。
（3）高集成：傳統服務器架構上，CPU/南橋/網卡/硬盤控制器是系統標配，需要4顆芯片來實現；隨著workload的豐富多樣、異構計算的不斷興起，在服務器層面需要更多的槽位來部署不同的業務加速部件，而槽位在服務器上是一個緊缺資源。鯤鵬920不僅是一顆通用CPU，還同時集成了南橋、網卡、SAS存儲控制器 等三種芯片的功能，做到業界領先的集成度，單顆芯片實現4顆芯片的功能，從而釋放出更多槽位，擴展更多功能，大幅提高系統的集成度并為客戶帶來總體擁有成本上的收益。
（4）高能效：伴隨云計算、邊緣計算的興起，使得數據中心規模越來越大，從幾臺服務器、幾個機架演變成以萬臺服務器為單位的數據中心集群，占地空間和能源消耗成為大型數據中心的重要影響因素，節能具有更重要的意義。正因每個機架的供電能力是有限的，每個機架的計算能力越強，在大規模數據中心建設時越能有效減少總體占地和減少功耗。基于鯤鵬920，在大規模數據中心業務實踐中，每萬臺服務器可每年省電1000 萬度、碳排放每年減少1萬噸。
2.2 TaiShan 200邊緣型服務器（型號2280E）
TaiShan 200邊緣型服務器（型號2280E）專為邊緣計算應用場景設計，采用鯤鵬920處理器以提供充足邊緣算力。
（1）端邊云協同計算：鯤鵬處理器兼容ARM架 構，提供強大多核算力；具有ARM原生指令集優勢，提供更加高效的應用開發和部署運行環境，使能端邊云算力同構；
（2）多樣性計算：基于鯤鵬+昇騰芯片族構筑多樣性計算能力，滿足邊緣場景差異化算力需求；
（3） 易部署、易運維：機框采用短機箱設計，存儲、網絡和風扇等部件采用模塊化設計，系統具有-5°C 至55°C的超寬環溫適應性，滿足邊緣場景嚴苛的部署要求。
圖2 TaiShan 200服務器
2.3 openEuler服務器操作系統
openEuler服務器操作系統是基于鯤鵬處理器的服務器配套軟件基礎設施，在多核調度、軟硬協同、指令級優化等多方面深度優化，能最大釋放鯤鵬強大算力， 是鯤鵬計算產業中的基礎軟件重要組成部分。
openEuler基于Linux內核的開源操作系統，支持x86和ARM等多種處理器架構，適用于數據庫、大數據、云計算、人工智能及邊緣計算等場景。
圖 3 openEuler
openEuler也是一個開源的、免費的Linux發行版平臺，致力于通過開放的社區形式，與全球的開發者共同構建一個開放、多元和架構包容的軟件生態體系。
作為一款通用操作系統， openEuler除了具備當前流行的操作系統的特點之外，同時又有自身的不同點，尤其與鯤鵬硬件配套，實現大量的優化與創新，具有以下五方面特點：
（1）領先的多核調度技術：從多核向眾核發展過程中，openEuler提供的自上而下的NUMA aware方案，提升調度性能。同時免鎖優化， 并發增強等使系統整體性能得到明顯提升；
（2） 軟硬協同，釋放強勁算力：通過KAE（Kunpeng Accelerator Engine）庫，充分釋放鯤鵬硬件算力潛能，提升算力表現。同時通過openssl相結合，在業務零修改情況下，從CPU把加解密算力缷載到硬件加解密卡上， 降底CPU負載；
（3） 軟量級虛擬化：采用iSula和StatioVirt虛擬化技術及容器技術，提供從云到邊緣的安全、靈活業務部署及編排能力，應對復雜的業務場景；
（4）指令級優化：對于業界主流的動態、靜態語言從指令級進行優化，充分利用處理器流水線，提升運行性能；
（5）A-tune智能優化引擎：動態智能識別操作系業務場景，匹配場景參數模型，使系統處在最佳運行狀態，從而提升業務性能。
3 代表性及推廣價值
鯤鵬軟硬協同邊緣計算平臺，目前已廣泛部署和應用于交通、電力、電信、互聯網等多個國計民生行業， 為豐富邊緣計算的應用和更多業務創新提供充足算力。
（1）全國高速公路取消省界收費站項目應用
全國高速公路取消省界收費站項目中，截止目前部署了超過4000臺基于鯤鵬服務器主板的服務器，其中80%部署在邊緣場景，為系統提供高速、高效且穩定的算力。部署整體解決方案后，客車通行速度從15秒降低到2秒，貨車通行速度從29秒降低為3秒，大大提高了通行效率。
同時依托數字平臺能力，構筑云邊協同、實時精準收費稽查大數據云平臺。通過ETC門架系統邊緣計算節點對車牌識別圖片、RSU（路側單元）讀取的車輛信息進行實時分析比對，異常信息實時上報省中心并同步至相關出入口收費站進行實時管控，通過“省中心-ETC門架”云邊協同，實現實時、精準收費稽查。
（2）電力系統邊緣變電站監控應用
在某電網項目中，已建成基于鯤鵬的電網云平臺和數據中臺，滿足了電力物聯網對數字平臺的支撐需求，確保資源調配更彈性靈活、服務集成更統一高效、數據資源更集約共享。電網云和數據中臺利用現有平臺基礎開展建設，云平臺減少近50%的技術組件運維成本，資源利用率提升近2倍，實現了數據“可提取、可流轉、可匯集、可分析、可應用”，可快速響應客戶需求，為各種業務系統提供靈活豐富的網絡、計算和存儲環境。在各變電站所處的邊緣場景，通過部署鯤鵬+ openEuler軟硬協同邊緣計算平臺，實現對變電站各種運行數據的搜集、分析和自動化處理，提升變電站運行維護效率，降低運行維護成本。
圖4 高速自由流：為智能交通提供算力支持
摘自《自動化博覽》2021年2月刊
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號