企業專網可說是5G商轉的關鍵應用，特別是工業場域在終端節點運算量不斷提升下，5G高傳輸量與低延遲效能的特性，將有助於串連各種邊緣運算裝置，為工業4.0帶來嶄新的發展契機，打造創新的服務。
5G不僅支援智慧手機快速聯網，同時還驅動很棒的創新應用。全球行動通訊系統協會(GSMA)預估到2025年，全球將有近12億個5G聯網裝置，涵蓋全球近1/3的人口。
除了眾人預期、且被廣泛理解的5G是提供更快的寬頻存取速度，5G也會帶動其它先進技術的採用，例如解構式無線接取網路、工業物聯網、電腦視覺、人工智慧(AI)推論以及硬體加速，以支援供企業、自動化倉庫以及工廠(工業4.0)使用的專用5G網路。另外的使用場景則可用在部署已連接5G的工業物聯網(IIoT)設備，被應用在智慧城市基礎設施、機器人生產線、倉庫和辦公室等已經聯網的場域(圖1)。
圖1 5G的使用場景
資料來源：TMForum 2019, (source for data：International Telecommunications Union)
5G專網/工業4.0應用思考
製造業的電腦視覺可望將從根本提升製程的生產力。在工廠作業現場，電腦視覺可以協助進行預測性維護、檢視裝配產線上的包裝、自動化條碼的讀取，安全作業與及追蹤物流。不過，電腦視覺執行如果在自有雲進行，成本可能相當高；或者如果完全在雲端處理，也被證實不全然有效。反觀利用低成本攝影機在可靠性、低延遲的5G網路上串流影像，並透過終端運算在本地的資料中心聚合與執行機器視覺演算法，會是比較好的方法。
在此場景中，5G網路功能促成終端運算，並提供強大的能力，包括功能性的專用網路(5G無線接取網路與核心網路)，以及在網路邊緣的運算能力。當設計者利用定義明確的應用程式設計介面(API)在開放的基礎架構上開發此類架構時，它可以協助應用開發人員與裝置製造商(例如智慧攝影機)，增添內容並打造創新的服務。
在過去，第三代合作夥伴計畫(3GPP)利用4G窄頻物聯網(NB-IoT)與增強型機器類通訊(eMTC)，著手定義網路的架構與協定。今日，5G擁有一整套強化的技術，可以透過超低延遲(uRLLC)與大型機器類通訊(mMTC)技術，提升這些功能。低延遲內建於5G的堆疊內，而像Grant-Free排程、分封數據匯聚協定(PDCP)等協定/通訊層面，可達成比4G更低的延遲，並改善關鍵任務通訊的可靠性。3GPP同時也正在對5G應用訂定網路與終端認知的規格，這些規格讓應用開發人員可以基於透過API展露的網路能力，進行區隔與選擇。
另一個關鍵改變是3GPP與O-RAN聯盟(為發展O-RAN的業界管理組織)。這項改變伴隨5G而生，是個完全解離的架構，並具有標準化的介面。由於網路數據路徑的全部使用者可以在企業的資料中心完成，因此可以解決與5G專網數據隱私相關的疑慮。圖2是針對組成各個產業5G專網的不同元件，提供一個總覽。
圖2 5G企業專網架構圖
資料來源：TMForum 2019, (source for data: International Telecommunications Union)
5G專網與工業4.0應用的關鍵思考包含數據隱私、資安、在私有終端上進行本地的數據處理，專網與公用環境間的分散式部署與單元的持續性、可靠性，以及供各種應用使用的低延遲網路與運算。
一個可以平行取得本地終端運算數據的路徑、同時可獨立擴充網路的解構式網路，可以解決關於數據隱私與安全性的疑慮。根據使用場景的不同，當開發者打造解構式網路時，網路拓撲與運算架構必須把可靠性與低延遲等因素考量進去。
歐創與Arm聯手整合5G網路
Arm與歐創(Altran)持續針對整合式5G與終端基礎架構進行研究，這個基礎架構將利用Arm Cortex A72架構的多核心處理器。A72架構的多核心處理器與智慧網路介面卡(NIC)及數據路徑加速架構(DPAA2)技術整合，可達成更快的網路處理。如此即可協助第二/第三層數據路徑，達到更低的處理延遲。
內建的密碼機加速器處理，讓開發者可以卸載封包的加密/解密。它同時也降低封包處理的延遲，並提升數據吞吐能力。
PCIe 3.0整合與加速的NIC快速路徑，可讓數個基頻卡互相連接，為本地5G RAN、5G核心網路(用戶平面)與終端應用提供主機服務。
Arm平台擁有豐富的套件功能，內建在其整合的DPDK程式庫中；例如，提升數據路徑吞吐量的向量處理。程式庫會使用無鎖演算法，為系統單晶片(SoC)的大量核心提供擴充性。Arm的記憶體模型(例如C11記憶體模型)會盡可能地被使用在Arm架構所需的寬鬆記憶體模型。記憶體屏障則為Arm平台微調到最理想的狀態。
歐創正在運用Arm架構平台，打造可以部署5G專網的框架。16核的A72 Arm處理器，可以運行在5G RAN中各個元素--一個中央單元(CU)或一個分散單元(DU)，或5G核心網路的用戶平面功能(UPF)。多張插卡可以透過乙太網路架構的加速NIC互連，讓分散式的部署可以在多個無線電場域擴充規模。
每個硬體單元可以透過安全的連結，連接到企業網路，而網路加密功能則卸載至面板上的硬體密碼共同處理器。用戶數據可以在本地的資料中心終止作業，或是透過安全連結連接到異地的資料中心。加速的數據路徑使用DPAA2來卸載切換元件，讓多數的核心能自由運行其他的應用。這個架構是建構在容器之上，並透過叢集架構由微Kubernetes進行協調。這個叢集架構同時也可以運行包括AI推論在內的邊緣運算應用。
歐創正在運用Arm架構，與恩智浦(NXP)及高通(Qualcomm)合作建構包括大型、工業用、以及企業/住宅使用的小細胞基地台。
受惠於5G專網，基於更低總擁有成本(TCO)的專用資料中心基礎架構市場的動能可說越來越強。這股動力來自企業對運算、儲存與網路解決方案的需求。最近為智慧終端基礎架構打造的Arm Neoverse V1與N2平台，是邁向全方位5G專網基礎架構重要的一步。
5G資料中心基礎架構
Neoverse V1平台，是V系列的第一個平台。與N1相比，其單執行緒效能可提升超過50%，是Arm針對更仰賴CPU效能與頻寬的應用所設計之速度最快的平台。它支援可擴展的向量延伸指令集(SVE)，為例如高效能雲端、高效能運算與機器學習等市場，帶來龐大的潛力。
而Neoverse N2則藉由提供更高效能的運算解決方案，從雲端、智慧網卡(SmartNICs)、企業網路到低耗電的邊緣裝置，對應各式各樣使用場景擴充效能的需求。此外，Neoverse N2與Neoverse N1相比，單執行緒效能提升40%，同時保有Neoverse N1同樣水準的功耗與面積效率。這些新打造的平台，將為5G專網市場提供更進一步的驅動力，並可搭配低成本的資料中心解決方案。
這些是威力強大的多通訊端Arm Neoverse叢集單元，可以提供整合式5G核心、5G接取以及終端運算平台。這些整合系統可以部署來自智慧製造、工廠自動化與倉儲、以及對延遲敏感的應用。Arm已針對邊緣提出各項豐富生態系的計畫，像Project Cassini以及開源框架等，都將成為打造虛擬化5G服務與應用的關鍵動力，並為充滿更多可能性的新世界做好準備。
(本文由Arm/Altran共同提供)