Edge Computing – Điện toán biên là gì?

Điện toán biên – Edge Computing đang bùng nổ do lượng dữ liệu khổng lồ được tạo ra bởi các thiết bị IoT. Ngày càng nhiều doanh nghiệp đang nhận thấy hiệu quả khi sử dụng điện toán biên để phân tích dữ liệu theo thời gian thực với độ trễ thấp. Các chuyên gia ước tính rằng điện toán biên sẽ đạt đến đỉnh cao trong tương lai rất gần. Vậy điện toán biên là gì? Lợi ích của và ứng dụng của Edge Computing trong thực tế là gì? Hãy cùng đồng hành cùng Ifactory để tìm hiểu về khái niệm này.

Điện toán biên là gì?

Điện toán biên (Edge Computing) được thiết kế và xây dựng nhằm tối ưu hoá hệ thống điện toán đám mây bằng cách cho phép xử lý, tính toán dữ liệu tại vùng biên – nơi gần với nguồn phát sinh dữ liệu và nhận yêu cầu xử lý nhất (các thiết bị IoT).

Mô hình Edge Computing được thiết kế và xây dựng bao gồm:

• Lớp trên (Lớp Cloud) là một nền tảng dữ liệu lớn giúp phân tích các tác vụ phức tạp và tốn nhiều thời gian như Big Data, Machine Learning, v.v.
• Lớp ở giữa là lớp điện toán biên (Edge Computing): Có thể thấy lớp điện toán biên nằm ngay cạnh hoặc gần các thiết bị IoT để kết nối và xử lý dữ liệu cục bộ của hàng tỷ thiết bị IoT. Thuật ngữ “Điện toán biên” được sử dụng để mô tả các trung tâm tính toán nằm giữa đám mây (Cloud) nhưng gần các thiết bị (Devices), gọi là biên. Ngoài ra, nó còn chỉ ranh giới tính toán giữa môi trường internet và môi trường mạng cục bộ.
• Lớp cuối cùng là các thiết bị IoT: các cảm biến (Sensors), các thiết bị đo đạc, điều khiển (Controller), v.v.
  Trên thực tế, các doanh nghiệp lớn đều phát triển theo hình thức xây dựng, triển khai các chi nhánh, cơ sở sản xuất kinh doanh ở nhiều nơi, khác biệt về địa lý. Các hệ thống Edge Computing sẽ được thiết kế để dễ dàng thu thập và quản lý các thiết bị IoT trong một khu vực nhất định. Qua đó, các doanh nghiệp có thể kết hợp các khối lượng dữ liệu đã phân tích ở nhiều vị trí địa lý khác nhau để phân tích chuyên sâu hơn nữa tại tầng Cloud nhằm tìm ra các khoảng trống (gaps) và tối ưu phương thức sản xuất/kinh doanh theo thời gian.

Lợi ích của điện toán biên là gì?

Điện toán biên cho phép làm rõ phạm vi và tài nguyên tại biên để tối ưu hoá việc phân tích, xử lý, làm giảm các chi phí vận hành, từ đó làm tăng biên lợi nhuận. Bên cạnh đó, điện toán biên giúp các thiết bị IoT có thể hoạt động mà không cần đến kết nối internet, một cụm tại biên có thể coi như một nút mạng trong mạng lưới. Dưới đây là 5 lợi ích quan trọng chính của điện toán biên:

• Phản hồi nhanh: Điện toán biên cho phép các bộ xử lý cục bộ, với năng lực phù hợp (sở hữu khả năng tính toán riêng), dễ dàng xử lý những tác vụ yêu cầu thời gian phản hổi nhanh và đòi hỏi phải đưa ra hành động xử lý ngay lập tức sau khi gặp phải một tình huống nào đó.
•  Cho phép xử lý dữ liệu gần nguồn: trước khi đưa lên đám mây tập trung, điện toán biên có thể xử lý dữ liệu gần nguồn và chỉ gửi đi những dữ liệu phù hợp, có liên quan. (tuy nhiên trong trường hợp này, sẽ có độ trễ khi truyền dữ liệu vì phải thực hiện phân tích xử lý dữ liệu trước khi gửi đi thông tin)
• Tối ưu chi phí, thời gian và chất lượng: Các dịch vụ ứng dụng điện toán biên cho phép khoanh vùng những tác vụ cần xử lý, liên tục làm hài hoà dữ liệu qua mỗi giai đoạn, làm giảm đáng kể lượng dữ liệu cần được lưu trữ, xử lý, tiết kiệm băng thông, giảm thời gian trễ và nâng cao chất lượng dịch vụ.
• Giảm thiểu hiện tượng “nút thắt cổ chai”: Điện toán biên làm giảm sự ảnh hưởng lẫn nhau trong toàn bộ hệ thống, bằng cách phân tải và khoanh vùng phù hợp, giúp hệ thống dễ dàng đối ứng với những lỗi xảy ra khi xử lý dữ liệu, hay những sự cố không mong muốn về virus, lỗ hổng bảo mật thông tin và an ninh mạng.
•  Khả năng mở rộng không giới hạn và bảo mật: Điện toán biên cho phép doanh nghiệp dễ dàng thêm vào các nút mạng/ thiết bị biên để mở rộng phạm vi quy mô và năng lực mạng IoT mà không làm ảnh hưởng đến toàn bộ phần còn lại.

Điện toán biên – Giải pháp hứa hẹn trong tương lai

Theo dự báo của marketsandmarkets, thị trường điện toán biên toàn cầu được sẽ đạt giá trị 3,6 tỷ đô năm 2020 và sẽ tiếp tục tăng lên 15,7 tỷ đô vào năm 2025 với tốc độ tăng trưởng luỹ kế hàng năm (CAGR) là 34,1% trong giai đoạn dự báo. Trong đó, từ năm 2018 đến 2025, thị trường điện toán biên (tính trên số tiền đầu tư) sẽ phát triển mạnh mẽ nhất tại bắc Mỹ, tiếp đó là châu Âu và thị trường APAC đứng ở vị trí thứ ba.

Trong một báo cáo khác của grandviewresearch về thị phần của các ngành nghề trong việc triển khai và ứng dụng Edge Computing trong năm 2019 thì đứng đầu là ngành năng lượng & tiện ích, đứng thứ hai là ngành công nghiệp, theo sau là các ngành vận tải & logistics, khối ngành đô thị thông minh, và ngành chăm sóc sức khoẻ.

Lượng dữ liệu tạo ra trong mỗi giây ngày càng lớn và nhu cầu truy cập tài nguyên, ứng dụng máy tính mọi lúc, mọi nơi mà vẫn đảm bảo yêu cầu lưu trữ và bảo mật dữ liệu ngày một gia tăng. Bên cạnh đó, nhu cầu về các giải pháp hỗ trợ ra quyết định tự động theo thời gian thực và xử lý độ trễ ngày một nhiều hơn, cùng với nhu cầu tính toán dữ liệu lớn và lưu lượng mạng ngày càng tăng, đã thúc đẩy nhu cầu về điện toán biên.

Song hành với sự phát triển của công nghệ IoT, điện toán biên có xu hướng phát triển lớn dần. Chúng đã và đang được áp dụng, cũng như đầu tư ngày càng lớn và phạm vi cũng không ngừng được mở rộng.

Một số nghiên cứu ứng dụng thực tế điện toán biên tiêu biểu

• Xe tự hành

Xe tự lái đại diện cho một trong những ví dụ thực tiễn ứng dụng điện toán biên và IoT. Một phương tiện tự hành tối ưu là một phương tiện có bộ xử lý không cần dựa vào một máy chủ từ xa để đưa ra các quyết định, từ việc xem nó có cần dừng lại khi có người đi bộ qua đường phía trước nó hay không hay có thể bất ngờ thay đổi lộ trình di chuyển. Mọi quyết định cần được đưa ra một cách tức thời nhưng vẫn cần đảm bảo xử lý an toàn, chính xác. Dữ liệu phải được xử lý tại chỗ, bất kể kết nối internet. Bên cạnh việc tự đưa ra quyết định, các phương tiện tự hành tối ưu, khi đang di chuyển trên đường, có thể liên lạc với nhau một cách hiệu quả hơn, vì chúng không cần gửi dữ liệu về các vấn đề bất ngờ xảy ra trong quá trình di chuyển như về tai nạn, điều kiện thời tiết, tình trạng giao thông… đến máy chủ từ xa, mà có thể gửi trực tiếp cho nhau.

• Thiết bị chăm sóc sức khỏe

Một trường hợp ứng dụng khác thực tế hơn của điện toán biên là trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe với các thiết bị đeo. Điện toán biên với các thiết bị đeo có thể được sử dụng trong hỗ trợ điều trị từ xa, theo dõi các tình trạng mãn tính của bệnh nhân, thậm chí, trong những trường hợp khẩn cấp, chúng đóng vai trò quan trọng trong việc cứu giúp con người. Ví dụ có thể kể đến như máy đo nhịp tim với khả năng tổng hợp, phân tích dữ liệu sức khỏe người bệnh một cách độc lập và có thể cung cấp cảnh báo tới người chăm sóc một cách tức thời khi bệnh nhân có những thay đổi bất thường, đảm bảo người bệnh luôn được theo dõi và ở trong tình trạng an toàn hoặc được nhận trợ giúp mỗi khi họ cần.

Bên cạnh việc ứng dụng với thiết bị đeo, một ví dụ khác trong việc ứng dụng điện toán biên trong ngành chăm sóc sức khoẻ là rô bốt hỗ trợ phẫu thuật. Trong các cuộc phẫu thuật, đặc biệt trong các tình huống khi mỗi nano giây có thể tạo ra sự khác biệt giữa sống và chết, những rô bốt hỗ trợ phẫu thuật này cần có khả năng tự phân tích dữ liệu và đưa ra những quyết định tức thời để cung cấp, hỗ trợ một cách an toàn, nhanh chóng và chính xác.

• Giải pháp an toàn

Ngày nay, bất kỳ hệ thống bảo mật nào cũng được yêu cầu phải có khả năng ngăn ngừa và xử lý các mối đe dọa về bảo mật trong vòng vài giây. Đó là lý do tại sao Edge Computing lại mang ý nghĩa quan trọng trong các hệ thống giám sát. Chính vì vậy, khi xử lý hình ảnh, video trên các thiết bị giám sát hay máy ảnh, điện toán biên có thể phát hiện các chuyển động, xác định sự xâm nhập bất thường để đưa ra cảnh báo cho người dùng kịp thời, và đảm bảo sự an toàn cho toàn bộ dữ liệu và tài sản…

Nhờ đó, thay vì phải chuyển đi một lượng lớn dữ liệu thô đến các máy chủ để xử lý, các camera có ứng dụng điện toán biên sẽ tiết kiệm lưu lượng truy cập internet, giảm băng thông và bộ nhớ lưu trữ đám mây, và đặc biệt, cải thiện về tốc độ và độ chính xác của phản hồi.

Với sự phổ biến ngày một rộng rãi của các thiết bị IoT, Edge Computing sẽ mang lại sự hiệu quả vượt bậc trong việc xử lý dữ liệu và vận chuyển, cũng như bảo mật thông tin ngày một tối ưu. Điện toán biên ra đời như một kiến trúc bổ sung và kết hợp với điện toán đám mây để tạo ra các nền tảng mạnh mẽ trong ngành công nghiệp IoT. Điều này sẽ tác động và thúc đẩy chuyển đổi các ngành kinh tế trong tương lai.