【專為邊緣環境最佳化，因應緊迫空間與惡劣作業環境需求】超融合系統新戰場：邊緣運算環境

超融合基礎架構（Hyper Converged Infrastructure）透過軟體定義化方式，同時整合了運算與儲存所需的軟、硬體資源，在一臺機箱內便可提供完整的IT基礎設施服務，藉此也帶來了部署簡單、迅速，以及管理便利等特性，不僅適用於企業資料中心，對於生產現場等邊緣（Edge）環境來說，也能發揮重大的作用。

因此，近2、3年來，也誕生了專門針對邊緣環境應用最佳化的超融合產品，它們在既有的超融合系統基礎上，另外結合特殊的機箱與系統設計，成了超融合領域內一個獨具一格的分支。

興起中的邊緣運算革命

長期以來，IT投資都集中於資料中心，銷售與生產現場之類的邊緣環境，能得到IT資源相對十分有限。

然而，隨著物聯網、生產智慧化、營運服務數位化等應用的持續擴展，有越來越多的資料，是在生產應用現場等「邊緣」環境所產生，由此也帶來了資料量的爆炸性增長，以及對於資料即時處理與分析的迫切需求。

為了在激烈的市場競爭中，創造出差異化的價值，現在的企業需要從資料產生的地點，也就是生產工廠、銷售或服務據點等營運邊緣端點，便開始資料處理與分析工作，連帶的，也產生了在這些邊緣環境中，建置完整IT應用設施的需求。

但生產應用現場的IT部署環境，大不同於資料中心，各式各樣的邊緣環境原本是為了生產、銷售、服務等不同目的而設立，對於IT設備的建置與運行考慮得很少，往往沒有專門的IT設備空間，也沒有良好的設備運作環境。

因此，一般針對資料中心機房環境設計的IT設備，並不適用於邊緣環境，要符合邊緣環境的IT建置需求，將需要特別針對邊緣環境設計的IT設備。

超融合與邊緣運算的天作之合

超融合基礎架構的固有特性，先天上就十分適合邊圓環境的應用。

從資料中心到邊緣環境，任何IT應用環境都需要運算、儲存、網路這幾種基本單元，才能建構完整的IT基礎服務。但比起資料中心，邊緣環境無論空間資源還是管理人力都十分缺乏，因此需要能夠以最精簡、最便利的方式，來完成IT基礎環境的建置與日常管理。

而「組態精簡、建置與管理簡便」，正是超融合基礎架構產品的最大特長。

首先，一組超融合系統就能同時提供運算與儲存資源，足以取代個別的伺服器與儲存陣列設備，組態比傳統IT架構精簡許多。

其次，超融合系統在出貨前，就已完成所有軟、硬體元件的組裝、設定與測試，用戶端只需將超融合系統的機箱接上電源與網路，然後利用內建的初始化工具，完成基本環境參數的設定與初始化作業，就可開始使用，建置過程也遠比傳統IT設備簡便與迅速。

第三，超融合系統是建立在叢集架構上，當用戶需要更多硬體資源時，只需將新的超融合系統機箱加入到叢集，就能擴充資源，這種堆疊更多機箱節點的擴充方式，也比傳統IT環境簡單許多。

最後，傳統IT架構必須透過多種不同的管理工具，才能涵蓋伺服器、儲存設備、虛擬化平臺等軟、硬體元件的設定、配置與管理工作，管理作業相當繁雜，需要擁有一定管理經驗的人力才能勝任。

相較之下，超融合系統則只需透過單一管理介面，就能同時配置與管理超融合系統內含的虛擬化平臺與儲存平臺，運用超融合系統的運算與儲存資源，無論管理作業的便利性，還是管理作業的負擔，都遠優於傳統IT架構。

為邊緣應用最佳化的超融合系統

憑藉著「組態精簡、建置與管理簡便」的優勢，讓超融合系統要比傳統IT架構，更適合用於建構邊緣環境的IT基礎設施。

但用於邊緣環境的IT基礎設施，除了需要精簡的組態，與便利的建置與管理方式外，還有兩項有別於一般IT環境的特殊需求。

其一，是必須能夠因應相對窘迫的空間需求。

生產應用現場通常沒有專門的機房，空間與供電配置也以生產營運等目的為優先，IT設備的部署常常連一個方正、完整的空間都不可得，而只能遷就安置在閒置的畸零空間，還需盡量不影響到生產應用現場原本的營運作業。

於是，這也給邊緣環境的IT設備，帶來了「SWaP最佳化」的要求，也就是空間、重量與電力（Space, Weight and Power）的節省，盡可能縮減IT設備的尺寸、重量與電力需求，以提高部署彈性，適應各式各樣的零碎部署空間。

其二，是必須具備承受惡劣作業環境的需求。

一般的IT設備，是設計在擁有基本環境控制的室內場所中運作，然而生產應用現場往往不能提供這種環境給IT設備，而必須將IT設備直接部署在生產廠房，甚至是戶外環境或移動載具上（車輛、船隻或飛機等），IT設備必須面臨嚴苛的操作環境，承受極端的溫度、濕度、氣壓與震動。

這也給邊緣環境的IT設備，帶來「加固（ruggedized）」的需求，提高IT設備的環境承受能力，以適應生產應用現場的惡劣環境。

而為了因應邊緣環境應用，所帶來的「SWaP最佳化」與「加固」這兩大特殊需求，也催生了「加固型」與「迷你型」等兩種專門針對邊緣環境特化的超融合系統衍生產品。

加固型超融合系統

以強化了機殼設計與系統元件的加固型伺服器，結合超融合平臺軟體打造而成，擁有與標準超融合系統相同的功能，又兼具一定程度的抗惡劣環境能力，適用於存在著高溫、高濕、高海拔或震動的應用環境。

目前已有4、5家廠商提供加固型超融合系統產品，較具代表性的有：Dell 的VxRail D、Crystal的RS2616PS18，以及Mercury Systems的Hyper-Unity等。

迷你型超融合系統

拋棄標準的機架式機箱，改用專門訂製的迷你型機箱，搭配低功耗處理器，以及標準的超融合平臺軟體。憑藉迷你的尺寸，迷你型超融合系統可以很容易地部署在生產應用現場的零碎空間，而不會影響到該場所原本的運作。

目前提供迷你型超融合系統的廠商仍不多，代表性的產品是Scale Computing的HE 150，以及Hivecell HCI等2款。

整體而言，加固型與迷你型等兩種超融合系統，雖然都是針對邊緣環境的應用而特化，但因應的是兩種不同的應用情境。

加固型超融合系統是針對運作環境極端惡劣的情境，迷你型超融合系統則是針對部署空間極端受限的情境，兩者針對的應用面向並不相同。反過來說，加固型超融合系統並不太適用於空間極端受限的環境，而迷你型超融合系統則不能承受惡劣的作業環境。

雖然加固型超融合系統也考慮了縮減占用空間的需求，通常採用了縮短型的機架式機箱，但並沒有擺脫機架式機箱的桎梏，只是比標準的機架式機箱稍微節省一些安裝深度而已，不適用於空間非常窘迫的環境。

另一方面，要讓伺服器達到承受惡劣環境的加固目的，必須透過強化機殼構造，甚至是主機板、邏輯電路布置的強化，但是，這些特性，並非當前迷你型超融合產品所使用的小機箱能夠提供。事實上，當前的迷你型超融合產品，都不具備惡劣環境承受能力。

遺憾的是，目前邊緣應用型超融合產品，無法同時兼有「尺寸迷你」與「加固」兩種特性。所以用戶必須針對自身環境的傾向，分別選擇迷你型或加固型超融合產品。因此，空間約束較大的環境，更適合選擇迷你型超融合產品；而暴露在惡劣環境下的應用現場，則須選擇加固型超融合產品。

並不「邊緣」的邊緣IT環境產品

比起標準型超融合系統，針對邊緣環境應用的超融合系統，不僅在IT應用中所處處於「邊緣」環節，在市場生態中，也是處於「邊緣」地位。

相較於有數十種品牌可選的標準型超融合產品，針對邊緣環境的超融合系統供應商便少了許多。

然而，這也意味著，比起競爭激烈、逐漸為少數大廠寡占的標準型超融合產品市場，邊緣環境是一個仍有待發掘、極具潛力的應用領域，如果再考慮到生產應用現場的龐大規模，針對這類環境需求的超融合系統，日後顯然也將大有可為，成為超融合系統領域一個不可忽視的分支。

邊緣運算環境特化超融合系統 vs. 標準型超融合系統

針對一般機房環境應用的標準型超融合系統，與專門針對邊緣環境部署的迷你型或加固型超融合系統，主要差異在於硬體所採用的伺服器不同。

標準型超融合系統是基於標準的機架式伺服器，迷你型與加固型超融合系統，則是分別採用準系統型式的小型機箱，以及經加固的機架式伺服器。

至於在軟體堆疊方面，無論哪一種形式的超融合系統都是相同的，均由上層的Hypervisor與底層的儲存叢集組成。

【適應窘迫空間的IT基礎設施部署需求】迷你型超融合系統

Hivecell的HCI（左）與Scale Computing的HE 150（下），都是針對邊緣環境最佳化的迷你型超融合產品，採用特製迷你主機硬體，以及低功耗處理器，仍能提供完整的超融合軟體功能。（圖片來源／Scale Computing、Hivecell）

超融合系統屬於一種軟體定義型式的產品，硬體部分是直接採用通用的伺服器。

自超融合這類產品誕生以來的10多年間，雖然先後誕生了數十個超融合系統品牌，以及不下20種超融合軟體平臺，但是，在硬體部分，長期以來，都清一色是採用機架式伺服器。

直到2年前，才開始有廠商嘗試推出採用直立式機箱的超融合產品試圖，藉此提高在邊緣環境的部署彈性；不久之後，又誕生了專門針對空間受限邊緣環境的迷你型超融合產品。

最早進行這方面嘗試的廠商，是Scale Computing。該公司是超融合領域的先驅廠商之一，2012年推出基於專屬HC3虛擬化平臺的超融合產品，2018年推出專供邊緣運算環境應用的衍生版本HC3 Edge。接著在2019年中，推出針對邊緣運算應用的HE500系列超融合產品，包含了採用縮短型1U機箱與直立式機箱等兩種版本，硬體核心也更精簡，比起該公司原本基於1U與2U機箱的HC1000與HC5000系列，規格「輕量」許多。接著在2019年底，Scale Computing又發表採用Intel NCU迷你主機機箱的HE 150，開創了迷你型超融合產品的先河。

繼Scale Computing之後，Hivecell也跟進，在2020年推出了迷你型超融合產品，稱為邊緣裝置（edge device）或Hivecell HCI。

而HE 150與Hivecell HCI這兩款產品的推出，也形塑了迷你型超融合系統的基本樣貌。

最小化的硬體足跡

廠商之所以打造迷你型超融合產品，基本目的，便是提供最小的「硬體足跡」（minimal hardware footprint），也就必須打破機架式機箱帶來的桎梏。因此，HE 150與Hivecell HCI這兩款產品，都採用了特製的迷你機箱。

HE 150的硬體直接採用了Intel的NUC迷你主機，體積只有116.6×112.0×39.0公釐， Hivecell HCI的體積為220×175×65公釐或220×175×78公釐，體型都不到標準型1U機架式機箱的1/5，即使一次堆疊3臺這種迷你超融合伺服器組成叢集，也還不到1臺1U機架式機箱的占用空間。

低功耗的運算核心

除了體積小巧外，HE 150與Hivecell HCI兩款產品還考慮了降低功耗的需求，而採用了低功耗的處理器，可以顯著減少對應用環境的電力負荷，提高產品的部署靈活性。

例如，Scale Computing為HE 150這款機型，提供Core i3-10110U、Core i5-10210U、Core i7-10710U處理器選項，搭配8到64GB記憶體，以及1臺M.2 NVMe SSD（有250GB、500GB、1TB、2TB等儲存容量可選）。

而Hivecell HCI則往低功耗的方向更進一步，提供了Horizon與Perimeter兩種產品版本，Horizon採用8核心的Armv8處理器，搭配8GB記憶體與500GB SSD；Perimeter採用Intel Atom C3000處理器，搭配32GB記憶體與1TB NVMe SSD。值得一提的是，Hivecell還可配備Wi-Fi，以因應不便布置網路線的環境。

受到低功耗處理器的限制，HE 150與Hivecell HCI兩款迷你型超融合產品，運算能力明顯不如標準的超融合產品，因此，Scale Computing為HE 150設定的應用情境，是負荷少於15臺VM的小型環境。然而，這類產品所針對的邊緣環境，通常也不會有很大的運算負載，因此運算能力較低這一點，在實際應用上，不至於會成為太大的問題。

標準的超融合系統功能

HE 150與Hivecell HCI兩款迷你型超融合產品雖然尺寸迷你，但功能並不「迷你」，仍搭載了完整的超融合軟體平臺，可提供完整的運算與儲存功能。

Hivecell所採用的超融合軟體平臺，是市面上常見的VMware ESXi與vSAN的架構，不過，日前，該公司又與StorMagic展開合作，推出了改用StorMagic SvSAN儲存軟體平臺的新款式。

而HE 150搭載的是Scale Computing自身的HC3超融合軟體平臺，特色是內含了KVM虛擬化平臺，因而可以免除用戶端的Hypervisor軟體授權費用。

【滿足極端惡劣環境的IT應用建置】加固型超融合系統

基本上，加固型超融合系統是由超融合軟體平臺，結合加固型伺服器所組成，概念雖然簡單，但實際產品問世的時間，卻出乎意料地晚。考慮到軟、硬體間的整合，以及銷售與後續服務的提供，加固型超融合系統產品的門檻，高於一般的超融合產品。

目前市場上的加固型超融合系統產品，可追溯到超融合平臺大廠Nutanix自2016年起，與加固型電腦設備廠商展開的一系列合作。

最早應在2016年7月，Nutanix與香港工業電腦廠商Crystal合作推出的產品，由Nutanix AOS超融合平臺、Crystal的RS2616PS18加固型2U伺服器，加上Brocade ICX交換器組成。

接下來是2017年2月，Nutanix與美國航太電子廠商Mercury Stsyems合作，推出了Hyper-Unity超融合系統，軟體平臺同樣是Nutanix AOS，硬體則可選擇選擇Mercury Systems的RES-1U、RES-HD，或是HDversa加固伺服器。

同年稍晚，Nutanix與美國軍用通信設備廠商KLAS合作，以KLAS的Voyager模組化加固式IT設備家族為基礎，推出超融合系統，稱作Voyager戰術資料中心系統（Tactical Data Center system，TDCS），硬體的部分，選擇KLAS的VoyagerVMX運算模組，搭配Nutanix AOS超融合軟體平臺組成。

繼前述Nutanix軟體陣營的產品之後，其他超融合軟體平臺廠商後來也跟進，推出了加固型產品。

例如，在2018年8月，Pivot 3曾以專屬的Acuity超融合平臺為基礎，發表稱作Intelligent Edge Command and Control的加固型超融合系統，硬體採用是縮短規格的1U尺寸Acuity超融合伺服器，搭配加固的可攜式外殼。

超融合系統龍頭廠商Dell，也在2020年6月進入這個領域。他們在其VxRail超融合伺服器家族，新增了加固型的D系列，採用了加固的縮短型1U機箱，搭配基於VMware軟體的VxRail軟體平臺組成。

這些加固型的超融合系統，透過強化的機殼設計，可符合美國國防部的MIL-STD-810G軍規標準惡劣環境運行能力，可以在0～50℃、5～95%濕度與10,000呎以上環境運作。相較下，一般商規電腦允許的環境溫度、濕度與海拔高度，分別是攝氏10到40度，10～90%濕度與8000呎以下。另外這些產品雖然都是採用機架式機箱，但都選用了縮短型的規格，可略為節省空間占用。

其中一些廠商，如Mercury Stsyems、KLAS與Pivot 3，還提供了具備防震抗撞功能的強化外殼，可用於車載、船載等移動式環境，而KLAS的Voyager系列，還擁有額外的抗震、防沙塵設計，可以在更惡劣、複雜的環境中運作。

圖中是幾款具代表性的加固型超融合伺服器，依逆時鐘方向分別為：KLAS Voyager TDCS（左上）、Crystal的RS2616PS18、Mercury Systems的Hyper-Unity，以及Dell的VxRail D，透過強化機殼設計，可承受惡劣運作環境。（圖片來源／KLAS、Mercury Stsyems、Crystal、Dell）