Alibaba Cloud Li Ke: Alibaba Cloud エッジクラウドコンピューティング技術と実践

待望の2021年世界分散クラウド会議北京が4月7日に盛大に開催されました。分散クラウドは、2021年の世界のトップ10の重要な戦略的テクノロジートレンドの1つです。分散アーキテクチャ技術の革新を使用して、エッジノード、プライベートクラウド、パブリッククラウドのアイドルリソースを接続し、無限の開発可能性を秘めた分散ハイブリッドクラウドを形成します。 4月7日午後に開催されたエッジコンピューティングフォーラムでは、Alibaba Cloudのシニア技術専門家であるLi Ke氏が「Alibaba Cloudのエッジクラウドコンピューティング技術と実践」と題した素晴らしい講演を行いました。

01 エッジコンピューティングの中心的な目標は、人、物、オブジェクトに関する迅速な意思決定を行うことです

エッジコンピューティングとは何ですか?エッジ コンピューティングは、従来の集中型の一般的なコンピューティングとは異なり、エッジにワークロードを展開するコンピューティング方法です。分散コンピューティング アーキテクチャを使用すると、アプリケーション コンピューティングとデータ ストレージは、オブジェクト、データ ソース、またはユーザーのできるだけ近くで実行され、必要な結果のみがクラウド センターに送信されます。同時に、エッジ コンピューティングは、中央クラウドとデバイス間のバッファーであり、中央クラウドの拡張であり、中央クラウドを補完するものでもあります。エッジ コンピューティングの現在の原動力は、レイテンシ/決定論、データ/帯域幅、限られた自律性、プライバシー/セキュリティです。

Li Ke 氏は次のように結論付けました。「エッジ コンピューティングの中心的な目標は、人、物、オブジェクトの迅速な意思決定を促進することです。」

Gartner は、コンピューティング シナリオを、場所に応じて、ニア エッジ、ファー エッジ、クラウドの 3 つのタイプに分類しています。これらは、ターミナル コンピューティング、IDC コンピューティング、中央クラウド コンピューティングに相当します。このうち、ニアエッジは、工場やキャンパスなどエンドサイドに最も近い場所に設置される標準的なサーバーまたはデバイスであり、Arm、X86 デバイスであればどれでもかまいません。 Far Edge は標準的な IDC ノードであり、Cloud は集中的なリソースの集中と集中的な管理を特徴とするパブリック クラウドまたはプライベート クラウド サービスです。

IDC リソース定義によれば、エッジ コンピューティング構造は、ヘビー エッジとライト エッジに分けられます。このうち、Heavy Edge は通常、CDN や自社構築の IDC など、一般的なコンピューティングおよびストレージ機能を提供する集中型の大規模ノードです。一方、Light Edge は特殊な機能を備えた低電力コンピューティング プラットフォームであり、通常は産業用制御、基本的なデータ処理、伝送、その他の IoT シナリオに適しています。

02 エッジクラウドコンピューティングは2022年にデジタルビジネスにとって必須の要件となる

5G の発展により、ビッグデータ、大規模接続、低遅延のアプリケーション シナリオが実現し、基本的なコンピューティング機能を提供するにはエッジ クラウド コンピューティングが必要となり、エッジ クラウドの需要が急速に増加します。エッジ クラウドの分散ネットワーク アーキテクチャは、オフラインおよびローカル コンピューティングを実現し、特定の業界のリアルタイム性、信頼性、セキュリティに関する厳しい要件を満たします。エッジクラウドは接続の役割を果たします。シナリオのニーズに加えて、考慮する必要があるもう 1 つの点はコストです。中央コンピュータ室は通常、数千台または数万台のマシンを備えた非常に大規模なものです。対応する構築投資と運用コストは非常に高く、一般的に BGP 帯域幅は比較的コストが高くなります。エッジクラウドノードは、それほど高いマシン構成を必要とせず、ノード規模も比較的小さく、一般的には数十台程度で、ネットワークも単線アクセスであるため、コスト面で大きなメリットがあります。

たとえば、City Brain プロジェクトでは、アプリケーションのデプロイメントをエッジにシンクすることで、BGP 帯域幅のオーバーヘッドを大幅に節約できます。さらに、エッジで大量のデータをオフロードできます。データが 5% に収束すると、総コストを半分以上節約できます。コストは常に、顧客がクラウド コンピューティングを選択する際の中心的な要素です。
李克氏は、市場の需要の高まりと継続的な技術革新により、エッジクラウドは2022年にすべてのデジタルビジネスのインフラになるだろうと述べた。

従来のパブリック クラウドは、スーパー コンピューティングとストレージ機能を提供し、顧客から遠く離れた場所にありますが、今後も確実に存在し続けるでしょう。一方、エッジ クラウドは全国に何千もの小さなノードを持ち、顧客により近い場所に存在できます。エッジ クラウドはセントラル クラウドの拡張であり、セントラル クラウドと連携して、アプリケーション シナリオと産業用インターネット向けの次世代のクラウド コンピューティング ソリューションを提供します。

将来、集中型パブリッククラウドのビッグデータセンターノードは、数が少なく、一点に大規模に分散され、端末に近くなります。一方、分散型エッジ クラウド ノードは、数が多く、単一のポイントで小規模であり、端末の近くにあります。分散エッジ クラウドは、低遅延シナリオ、高帯域幅シナリオ、大規模接続シナリオに適切に対応でき、産業用インターネットにもより適切に対応できます。

03 Alibaba Cloud エッジクラウド製品 ENS

エッジコンピューティングアーキテクチャ全体と将来の発展を紹介した後、Li Ke 氏はエッジテクノロジーが直面している課題について言及しました。

リソース管理には、CPU マシン、GPU マシン、ANDROID アプリケーション用の ARM アレイなど、さまざまな形式のリソースが含まれます。マシン モデルとノード ネットワーク環境の不一致により、ノードの構築と配信は大きな課題に直面します。さらに、ノードの数も比較的多くなります。 MEC ノードの導入により、ノードの規模は数百万にまで拡大し、リソース管理に大きな課題をもたらすことになります。

リソースの使用には、より優れた技術的ソリューションも必要です。クラウド センターの標準仮想化ソリューションは、小さなノードに合わせて変更および適応する必要があります。エッジでのコンピューティング、ストレージ、ネットワーク スライシング機能、およびセンターのクラウド製品とミドルウェア機能のシンクには、すべての異種エッジ ノードの統合リソース管理を形成するために多大な技術的投資が必要です。

顧客に場所に依存しないサービスを提供するには、クラウドエッジ統合管理制御テクノロジー センターとエッジ、およびエッジ間の管理と制御を統合する必要があります。エッジ ノード上でエッジの自律性が適切に確立され、リソースを迅速に拡張および縮小でき、インスタンスをホットおよびコールドで移行できる必要があります。

コラボレーション ネットワークの課題: 安定した、信頼性が高く、コスト効率の高い伝送エクスペリエンスを提供するには、すべてのエッジ ノード間、およびエッジとセンター間に、統合された基盤ネットワークが必要です。

一般的に言えば、エッジ クラウド上で、統一されたリソース構築管理、統一されたスケジュールと生産機能、および場所に依存しないサービスとネットワーク伝送を提供する必要があります。

上記の 4 つの大きな課題に直面して、Li Ke は Alibaba Cloud のエッジ クラウド製品 ENS を導入しました。

李克氏はまず、Alibaba Cloudのエッジクラウドの開発について紹介した。最初の段階は改良期間であり、2017 年に始まり、CDN リソースに基づいてエッジ コンピューティング ノードを変換し始めました。第2段階では基本的なIAASサービスを提供することが予定されており、2018年には100キロメートルをカバーするエッジノードレイアウトが実現されました。 2019年にノード規模はさらに拡大し、ENSノードは300を超え、将来的にはさらに多くのノードが管理される予定です。第3段階は、スマートシティプロジェクト、スマートホームなどの特定のビジネスやシナリオのサポートでした。現在は第 4 段階に入り、IAAS をベースに、クラウド ネイティブ プラットフォーム、ビュー コンピューティング プラットフォーム、グローバル インタラクティブ通信ネットワークなど、より優れたビジネス シナリオ サポートを提供するための一般的な PAAS 機能が構築されています。

李克氏は、アリババクラウドのエッジクラウドの全体的な開発戦略は、リソースを徐々に末端に近いところに沈めていくことであり、上位層に提供される機能はビジネスシナリオにどんどん近づいていると述べた。現在、Alibaba Cloud のエッジ クラウド製品 ENS には、次のような多くの製品機能があります。

• コンピューティングの面では、仮想マシン コンテナー、セキュア コンテナー、端末向けデジタル ツイン コンピューティングという 3 つの基本的なコンピューティング形式をサポートしています。
• ストレージに関しては、ブロックストレージ、ファイルストレージ、オブジェクトストレージなどの複数の形式をサポートし、元の CDN キャッシュ機能を一般的な KV 機能に変換します。
• ネットワーク上では、ノード内のさまざまなネットワーク形態、ノード間のネットワーク高速化およびスイッチング機能、エッジ負荷分散製品が実現されます。
• セキュリティ面では、レイヤー 4 および 7 の攻撃対策機能、コンテンツとホストのセキュリティ機能、600G DDoS 攻撃対策を提供します。
• 管理・制御面では、ノードの自動構築、コンテナ仮想マシンの効率的な生成、イメージリリースの管理・制御を効率的に行うことができます。

アーキテクチャに関して、Li Ke 氏はさらに次のように紹介しました。「Alibaba Cloud のエッジ クラウド コンピューティング製品 ENS はインフラストラクチャから始まり、レイヤーごとにカプセル化されます。」基盤となるサーバーとスイッチは、統合されたリソース プールを形成できます。 IaaS レイヤーでは、エッジ FeiTian オペレーティング システムを使用して、コンピューティングおよびストレージ ネットワークのリソース形式を抽象化します。 PaaS 層では、ストレージ プラットフォーム、コンピューティング プラットフォーム、コンテナ プラットフォーム、ビュー コンピューティング プラットフォーム、アプリケーション管理プラットフォームが提供されます。トップレベルの SaaS シナリオは、顧客がカプセル化して実装することで、垂直ビジネスと革新的なシナリオの実装が完了します。

04 エッジビジネスシナリオ実践

李克氏は、エッジクラウドの構築において、アリババクラウドには3つの利点があると述べた。1つ目はリソースの優位性、2つ目は技術的な優位性、3つ目は自社のビジネス上の優位性だ。

Li Ke 氏は次のような例を挙げました。Alibaba Cloud には、センターのクラウド コンピューティング システムを管理するための FeiTian オペレーティング システムがあります。私たちはエッジをベースにした FeiTian エッジ オペレーティング システムを構築しました。主に、エッジが中央クラウドのコンピューティング パワーをシンクし、エンドのコンピューティング パワーをアップさせることで、ノード上でコンピューティングが最低コストで最高のエクスペリエンスで実行されることを望んでいます。たとえば、すべてのデータを処理のために中央のクラウドに送り返す必要がなく、エッジでデータ分析を事前処理できるため、コンピューティング能力の削減という目標が達成されます。

端末でのコンピューティング能力の向上の代表的なシナリオは、クラウド ゲームとクラウド アプリケーションです。端末に高性能チップを搭載する必要はありません。計算とレンダリングはエッジノードで行われ、端末はストリーミング表示のみを実行する必要があるため、計算能力の上方シフトが完了します。

次に、内部シナリオを見てみましょう。分散ログ プラットフォームを例に挙げてみましょう。
CDN サービスを提供する場合でも、エッジでビデオ サービスを提供する場合でも、大量のアクセス ログと操作ログが発生します。これらのログは、ビジネス上の意思決定のための入力を提供する必要があり、多くのコンピューティングとストレージのオーバーヘッドを伴い、課題も非常に大きいです。

まず、規模の面では、多数の分散クラスターが毎日 10PB を超えるデータを生成するため、このデータを確実に収集して処理する必要があります。第二に、コスト面では、対応するコンピューティング、ストレージ、ネットワークの費用が毎年数億ドルに達し、ビジネスは依然として急速に成長しています。効率面では、迅速にリリースする必要があるカスタマイズされた分析ニーズが多数あり、元のデータの取得にも迅速なサポートが必要です。最後に、安定性の点では、多くのデータがスケジュール設定や課金のシナリオに関係するため、その可用性も保証する必要があります。

現在の実践では、エッジで大量のコンピューティングとストレージを実行できる分散ログ処理プラットフォームを設計します。分析タスクはオペレータを通じてノード上で調整され、分析結果の 1000 分の 1 未満のみをセンターにアップロードする必要があります。

大量のコンピューティングと検索がエッジで生成されるため、一方では効率が向上し、他方ではコストが大幅に削減されます。エッジのアイドルリソースを活用し、ネットワーク全体のデータを分割して管理することで、エッジは毎年 1 億元以上のコストを節約します。

2 番目の内部シナリオは、エッジでのクラウド ネイティブです。エッジがクラウドネイティブである理由は、リソースの利用効率とアプリケーションのリリース効率を解決するためです。クラウドネイティブ環境を提供し、将来のエッジの技術基盤を構築できます。

Li Ke 氏は、クラウド ネイティブの核心は、ビジネスにおけるリソースの使用方法を変え、開発効率を向上させることだと考えています。従来のリソース利用は物理マシンに基づいており、すべての運用および保守システムはデバイスとオペレーティング システムに基づいています。仮想化技術を導入しても、リソース形態に一部変更が生じただけで、リリース、運用保守、開発形態に本質的な改善は見られません。

クラウド ネイティブに必要なのは、効率的なリソース管理を実現し、テナントを分離してリソースを柔軟に生成し、標準化されたサービスとインターフェースを外部に提供し、アプリケーションを登録、検出、オーケストレーションする機能を提供することです。マイクロサービスに基づいており、リソースの弾力性や運用と保守を気にする必要がない将来のアプリケーションだけが、真のクラウド ネイティブ テクノロジーです。
現在、クラウド ネイティブ プラットフォームの代表的なテクノロジには、コンテナー、マイクロサービス、サービス メッシュなどがあります。エッジ クラウド ネイティブは技術的には 3 つのレイヤーに分かれています。最下層は基本的なコンテナ技術です。オリジナルの DOCKER を使用する場合でも、K8S をベースにする場合でも、さまざまなノードやマシンに統一されたコンテナ生成インターフェースを提供する必要があり、関連するコンテナ ストレージとネットワーク サポートも必要です。センターでは、このような大規模なサーバーやPODを管理するために単一のK8Sクラスターを使用することはできないため、各小規模クラスターにスケジュールと制御の指示を迅速に届けることができる階層化されたコンテナ化されたプラットフォームが必要です。

コンテナ プラットフォーム上には、柔軟なリリースとグレースケール、および完全なデータと監視システムを実行できる MESH アプリケーション管理機能が提供されます。クラウドネイティブ プラットフォーム全体では、コンテナ、K8S、場所に依存しない SERVERLESS サービスなど、ビジネス向けのさまざまな種類のコンピューティング リソースを提供できます。

現在、エッジクラウドコンピューティングは包括的なクラウド化を実現しています。 CDNや動画などの社内業務をコンテナベースで大規模に展開しています。リソースは均一にプールされています。すべてのエッジ ノードは標準の POD 生成を実行でき、数分で 100,000 を超えるコンピューティング リソースを提供できます。現在、ストレステストのシナリオで大規模に使用されています。

次に、2つの外部シナリオについて説明します。

1 つ目はクラウド アプリケーションで、代表的な例としてはクラウド ゲームがあります。クラウドゲームには長い歴史がありますが、大規模に再現することはまだできていません。 5G とエッジ コンピューティングの登場により、リソース カバレッジとネットワーク伝送の問題が解消され、クラウド ゲームはさらに発展できるようになりました。クラウド ゲーム プラットフォームを通じて、顧客の所在地やアプリケーションの特性に応じて最適なエッジ ノードを選択し、仮想デバイスを作成できます。顧客はエッジノードに直接接続し、操作指示はエッジコンピューティングノードの仮想端末に直接送信されます。ノードがデータを処理した後、データはストリーミング形式で顧客に送信されます。

クラウドベンダーにとって、クラウド ゲーム モデルでは、アクティブなプレーヤーのみが仮想端末を所有するため、リソースの再利用性が向上します。ゲームベンダーにとって、ゲームの種類とアップデートはより機敏になり、競争力が高まります。顧客にとっては、端末チップの要件が低くなり、より多くのゲームを体験できるようになります。
エッジ クラウド ベースのゲーム ソリューションは、プレイヤーとメーカーの両方に大きなメリットをもたらします。現在、クラウド ゲームはエッジで大規模なサポートを実現しており、PC とモバイルの両方のゲーム ソリューションをサポートしています。

李克氏が話した2番目の事例はビデオ分野に関するものでした。エッジ クラウドは、さまざまなシナリオのニーズにも非常によく対応できます。政府、産業、企業など、多くのシナリオでビデオのニーズがあります。ビデオストリームがたくさんあります。クラウドに直接移行するとコストがかかり、質の高いサービスが保証されません。独自のコンピューター室を構築するには多額の投資が必要であり、運用と保守が困難です。 Alibaba Cloud Edge Cloud は、同じ都市や地区内の近くのビデオを集約する機能を提供し、より優れたビデオストリーミングとストレージを実現します。低コストで高品質なインテリジェント分析とインテリジェントコンピューティングを実現します。

05 将来を見据えて：標準化＋オープンエコシステム構築

最後に、李克氏は、エッジクラウドの今後の発展においては、標準化とオープンエコシステムの構築という2つのキーワードに重点を置く必要があると述べた。ますます多くのエコロジカルアプリケーションが「クラウド-エッジ-エンド」の連携に依存しており、エッジクラウドはこの連携の上位と下位を接続する上で重要な役割を果たしています。エッジ クラウド エコシステムを改善するには、標準とオープン性を継続的に遵守する必要があります。

一方では、バックボーン ネットワークからメトロポリタン エリア ネットワーク、基地局、工場エリアまで、さまざまなエッジ ノードを統合し、これらすべてにエッジ仮想ノードを配置して、ユビキタス エッジ カバレッジを構築します。一方、自社開発のエッジオペレーティングシステムをベースに、分散型コンバージドコンピューティングネットワークを提供し、リソースの統一的な管理、スケジュール、生成を実現し、外部に統一されたオープンAPIを提供します。

李克氏は最終的に、技術がどれだけ発展しても、シナリオが常に最優先事項であると結論付けた。 4G によってビデオ産業が誕生し、5G ではさまざまな新しいシナリオが現実のものになりつつあります。低遅延、大規模な接続、大規模なトラフィックにより、すべてが可能になります。より価値の高いアプリケーションが登場したときに備えて、エッジ クラウドを事前に準備しておく必要があります。