Điện toán biên: Nó là gì? Lợi ích, Rủi ro và nhiều hơn nữa

Điện toán biên là một khuôn khổ cho điện toán phân tán giúp đưa khả năng tính toán và lưu trữ dữ liệu của phần mềm doanh nghiệp đến gần hơn với người dùng hoặc nguồn dữ liệu.

Mục tiêu của điện toán biên là giảm độ trễ giữa người dùng và máy chủ, cũng như giảm thiểu việc sử dụng băng thông của ứng dụng. Người ta ước tính rằng 175 Zettabyte dữ liệu sẽ được tạo ra trên toàn thế giới vào năm 2025, trong đó các thiết bị biên sẽ tạo ra hơn một nửa tổng số.

Điện toán biên không phải là công nghệ chuẩn hóa mà là phương pháp tiếp cận mang tính kiến ​​trúc, một phương pháp để tối ưu hóa hơn nữa các trung tâm dữ liệu và hệ thống đám mây.

Bài viết này đề cập đến điện toán biên, ý nghĩa của nó đối với Internet nói chung, đối với cơ sở hạ tầng và sự phát triển của các ứng dụng trong tương lai.

Lịch sử ngắn

Internet ban đầu rất đơn giản – bạn thiết lập một máy chủ và khách truy cập sẽ đến. Nhưng khi web phát triển và bao gồm nội dung phương tiện nặng như video, máy chủ bắt đầu quá tải, băng thông bị tắc nghẽn và độ trễ tăng vọt.

Để giải quyết vấn đề, mạng phân phối nội dung đã phát triển để cung cấp một giải pháp khéo léo nhưng thực tế. Bạn có thể duy trì trang web của mình như hiện tại, nhưng thuê ngoài việc phân phối dữ liệu nặng như video. Mạng phân phối nội dung có mặt ở nhiều địa điểm, giúp các công ty nhỏ hơn có thể tối ưu hóa trải nghiệm trang web của mình dễ dàng và rẻ hơn.

Nếu người dùng truy cập vào một trang web được tối ưu hóa như vậy, máy chủ của công ty sẽ hiển thị trang web như bình thường. Tuy nhiên, nếu trang chứa dữ liệu nặng, vị trí của trang sẽ chỉ được đưa vào mã của trang web, do đó trang có thể tải dữ liệu nặng trực tiếp từ vị trí đó.

Kết quả là mọi thứ tải nhanh hơn vì mạng phân phối nội dung mà trình duyệt tải video gần với người dùng hơn so với máy chủ gốc của công ty.

Điện toán biên là một bước tiến hóa xa hơn của phương pháp này. Ở đây, việc tính toán các tác vụ quan trọng về thời gian hoặc không chịu được độ trễ được đưa đến gần hơn với người dùng, vì người dùng Internet và các thiết bị được kết nối tạo ra nhiều dữ liệu hơn bao giờ hết.

Điện toán biên hoạt động như thế nào

Điện toán biên là lớp giữa người dùng Internet và trung tâm dữ liệu của trang web hoặc đám mây. Biên là bất kỳ cơ sở hạ tầng điện toán nào gần với người dùng hơn trung tâm dữ liệu đám mây. Các ứng dụng doanh nghiệp được tự động triển khai, cập nhật và chấm dứt trên biên.

Là một công nghệ, điện toán biên không có tiêu chuẩn, nghĩa là các công ty khác nhau triển khai theo cách riêng của họ. Tuy nhiên, các tính năng sau đây là cần thiết để triển khai điện toán biên.

• đám mây – Hệ thống điện toán cốt lõi của bạn. Có thể là một dịch vụ như AWS, Google Cloud hoặc đám mây riêng của bạn.
  
• Nút cạnh – Đây là bất kỳ hệ thống phần cứng nào có thể thực thi mã và kết nối trở lại trung tâm dữ liệu đám mây thông qua Internet.
  
• Nền tảng quản lý – Một ứng dụng phần mềm hoặc hệ điều hành để quản lý việc triển khai và quản trị phần mềm trên tất cả các nút biên và đám mây.
  
• Tự động hóa – Cân bằng tải giữa các nút đám mây và nút biên của bạn. Một hệ thống triển khai và chấm dứt ứng dụng phù hợp trên nút biên phải khi cần và không cần sự can thiệp của con người. Các phương pháp tiếp cận container hóa như Kubernetes là người chiến thắng ở đây.

Có hai cách để triển khai điện toán biên:

1. Dịch vụ điện toán đám mây – Các nền tảng điện toán đám mây lớn từ Google Cloud đến AWS và Azure tất cả đều có các dịch vụ tích hợp giúp triển khai điện toán biên dễ dàng.
   
2. Kiến trúc DIY – Tại đây, bạn sẽ phải tự thiết lập hệ thống máy chủ phần cứng và phần mềm của mình. Red Hat cung cấp một hệ điều hành đám mây lai có tên là mởShift và một phiên bản nhẹ hơn được gọi là Cạnh thiết bị rất lý tưởng để tạo các nút cạnh.

Lợi ích của điện toán biên

Khả năng lưu trữ ứng dụng của bạn trên edge mang lại nhiều lợi ích cho nhiều ứng dụng khác nhau. Những lợi ích này bao gồm:

1. Giảm độ trễ – Các nút điện toán biên gần hơn với các thiết bị biên có nghĩa là độ trễ thấp hơn (thời gian cần thiết để dữ liệu truyền từ thiết bị đến máy chủ và ngược lại).
   
2. Cải thiện hiệu quả hoạt động – Bằng cách tận dụng độ trễ thấp hơn ở biên và kết hợp nó với tài nguyên tính toán tối đa của đám mây, hiệu quả của hệ thống có thể được tối đa hóa.
   
3. Cải thiện độ tin cậy – Các hệ thống sử dụng cả đám mây lõi và các nút biên sẽ có khả năng phục hồi và độ tin cậy cao hơn.
   
4. Chi phí băng thông thấp hơn – Không phải gửi quá nhiều dữ liệu qua Internet đến trung tâm dữ liệu đám mây của công ty có thể giúp tiết kiệm chi phí đáng kể tùy thuộc vào ứng dụng.
   
5. Tuân thủ quy định phát luật – Khả năng xử lý dữ liệu của người dùng tại địa phương của người dùng có thể giúp các công ty tuân thủ các quy định về quyền riêng tư dữ liệu.

Thách thức & Rủi ro

Điện toán biên cũng đi kèm với những thách thức riêng và những thách thức chính bao gồm:

1. Bề mặt tấn công lớn hơn – Một hệ thống trải rộng trên nhiều nút tạo ra bề mặt lớn hơn cho các cuộc tấn công tiềm ẩn. Điều này có thể bao gồm từ bảo mật cơ sở hạ tầng đến các vấn đề về quyền riêng tư của người dùng.
   
2. Thách thức an ninh gia tăng – Việc duy trì cơ sở hạ tầng ở nhiều địa điểm đặt ra nhiều thách thức về bảo mật hơn là phải bảo mật vật lý cho một trung tâm dữ liệu duy nhất.
   
3. Khả năng tính toán hạn chế – Cơ sở hạ tầng biên điển hình cung cấp ít khả năng tính toán hơn nhiều so với môi trường đám mây, khiến đám mây trở thành lựa chọn số 1 cho các ứng dụng tính toán chuyên sâu.

Điện toán biên so với điện toán đám mây

Edge là một phần của đám mây. Đây là một dịch vụ tương tự nhưng gần gũi hơn về mặt vật lý với người dùng, một phần mở rộng của đám mây giúp cải thiện hiệu quả tính toán bằng cách xử lý các tác vụ quan trọng về thời gian.

Bạn không thể có kiến ​​trúc biên nếu không có đám mây trước. Ngoài ra, đám mây có những ưu điểm hơn so với biên, một khi các vấn đề về thời gian và độ trễ không còn quan trọng nữa.

Điện toán biên so với trí tuệ nhân tạo

Một số trí tuệ nhân tạo các ứng dụng như hệ thống bảo mật và ID có thể được hưởng lợi rất nhiều từ mạng có độ trễ thấp. Điện toán biên giúp có thể chạy các mô hình học máy trực tiếp gần với các thiết bị biên đang tạo dữ liệu.

Những lợi thế bao gồm thời gian phản hồi nhanh hơn, mức tiêu thụ băng thông thấp hơn và bảo mật được cải thiện. Điện toán biên và AI là những công nghệ bổ sung có thể sẽ tiếp tục tăng cường lẫn nhau.

Điện toán biên so với mạng 5G

Mạng 5G hứa hẹn tốc độ cao hơn và độ trễ thấp hơn, nhưng một chuyến khứ hồi trung bình từ người dùng đến trung tâm dữ liệu đám mây và quay lại người dùng mất 100-300ms. Điều này có nghĩa là mạng 5G chỉ có thể cung cấp tốc độ cao hơn khi tự cung cấp, nhưng không thể cung cấp độ trễ thấp hơn.

Để cắt giảm thời gian trễ, mạng 5G cần tích hợp điện toán biên để đạt được độ trễ 10-20ms giúp chúng tỏa sáng. Chỉ ở độ trễ thấp hơn này, xe tự hành, máy công nghiệp và nhiều ứng dụng thực tế khác mới trở nên khả thi.

Thiết bị Edge phổ biến

Các thiết bị biên thu thập và xử lý dữ liệu cục bộ trong khi tương tác với môi trường vật lý của chúng hoặc thực hiện các chức năng hữu ích khác.

Sau đây là các loại thiết bị phổ biến có thể được hưởng lợi từ kiến ​​trúc điện toán biên:

1. Loa thông minh
2. Điện thoại thông minh
3. Robot
4. Smartwatches
5. Thiết bị kết nối vạn vật (IoT)
6. Xe tự hành
7. Hệ thống điểm bán hàng (POS)

Ứng dụng điện toán biên

Nhiều ngành công nghiệp có thể hưởng lợi từ việc tích hợp điện toán biên. Sau đây là một số ngành:

1. Lưới điện thông minh phục vụ sản xuất và phân phối điện hiệu quả.
2. Nhà thông minh đáp ứng nhu cầu của người sử dụng.
3. Thành phố thông minh với các ứng dụng giám sát cơ sở hạ tầng, giao thông và an ninh.
4. Hệ thống nông nghiệp hiện đại với cảm biến IoT và kiểm soát khí hậu để tăng năng suất.
5. Quản lý giao thông trong thành phố.
6. Dịch vụ điều hướng tự động cho máy bay không người lái, ô tô và các ứng dụng quân sự.
7. Giám sát tài sản từ xa, chẳng hạn như các cơ sở dầu khí.
8. Nhà máy sản xuất tích hợp các nguyên tắc công nghiệp 4.0.
9. Quản lý cửa hàng bán lẻ và kho sản phẩm.
10. Hệ thống theo dõi bệnh nhân cho bệnh viện.
11. Bảo trì dự đoán các sản phẩm công nghệ cao như động cơ.
12. Ứng dụng xử lý giọng nói và âm thanh.
13. Ứng dụng máy học.
14. Hệ thống thực tế ảo và thực tế tăng cường.
15. Cải thiện ứng dụng bảo mật.
16. Dịch vụ phát trực tuyến và phân phối nội dung.

Cơ sở hạ tầng & Nhà cung cấp dịch vụ

Tùy thuộc vào cách bạn muốn tiếp cận điện toán biên, có nhiều nhà cung cấp dịch vụ khác nhau với các giải pháp độc đáo. Sau đây là các công ty hàng đầu.

• KubeEdge – Giải pháp chứa mã nguồn mở cho các thiết bị biên.
• Red Hat OpenShift – Hệ điều hành đám mây phân tán.
• Alef Riêng Cạnh – Cung cấp dịch vụ cắm và chạy.
• Cạnh Azure IoT – IoT Edge từ Microsoft.
• Google Cloud – Điện toán đám mây và điện toán biên được quản lý hoàn toàn theo dạng dịch vụ.
• ClearBlade – Giải pháp phần mềm điện toán biên.

Những câu hỏi thường gặp (FAQs)

Kết luận

Khi kết thúc quá trình khám phá điện toán biên và nhiều lợi ích cũng như ứng dụng của nó, có thể thấy rõ rằng hoạt động này sẽ tồn tại và phát triển.

Mặc dù các ngành công nghiệp khác nhau có thể có nhu cầu khác nhau, nhưng có lẽ tổ chức của bạn nên tìm cách tận dụng điện toán biên trước khi đối thủ cạnh tranh làm điều đó.