5G點火 引爆AI邊緣運算商機

智慧零售amazon go 利用影像分析掌握實體店內的消費行為

amazon go
amazon go無人商店內的相機、感應監測器,以及背後機器演算法會辨識消費者拿走的商品品項,並且達成當顧客走出店面將自動結帳的結果。圖/美聯社

5G時代行動上網速度將大幅提升,數秒就可完成一部電影下載,延遲時間小於一毫秒(ms,千分之一秒),5G超高速、低延遲的特性,讓醫療、生活、製造、交通、娛樂領域,都將帶來顛覆性創新應用。

同於4G或3G,在經濟部技術處的支持下,我國在國際行動標準組織3GPP制定完整5G標準前,參與標準制定並握有「標準必要專利(Standard Essential Patent,SEP)」,在國際上爭取話語權及專利授權的商機。

除參與標準制定外,在這波5G時代浪潮,台灣產業切入的市場利基點在於智慧手機、小型基地台及邊緣運算,其中IC設計大廠聯發科已如火如荼研發5G智慧手機晶片許久,也握有5G電信技術的核心關鍵組件,是相對領先切入5G市場的業者。

在小型基地台(小基站)方面,國際上多家重量級電信業者在5G基礎建設的策略是採取開放式虛擬無線接取網路(Open Radio Access Network,ORAN)的新架構,透過雲端化、虛擬化讓電信等級的基地台介面更開放及更標準化,如日本電商樂天集團宣布,以軟硬體結構模式建置電信網路,採用雲達的COTS(Commercial off the shelf,商用現貨軟體),試圖打破多年來已形成的電信設備採購的寡占化情形。

由於小基站架構採用分散式的開放性架構,逐漸走向白牌化,ORAN不論硬體或軟體可個別進入市場,讓國內伺服器廠商與網通廠商都有進入電信設備市場的機會,因此國產小基站明年即能與其他國家同時推出,成為歷代行動通訊罕見的局面,下個挑戰是在實測與國際廠商競爭效能,爭取潛在客戶。

台灣5G小基站產品市場化成功與否,可從以下兩面向觀察,第一,台灣小基站是否能與其他國際廠商競爭脫穎而出,拿下潛在客戶訂單,第二,5G小基站的建設價值,5G的頻段比4G高,就物理特性,訊號強度會隨距離而衰減,尤其是毫米波,因此若要提高5G的覆蓋率,就必須架設更多的基地台。

雖有5G跟4G並存,小基站需求布建量可能不會有如想像中多的說法,的確在5G頻段初階段的主流頻段Sub-6 GHz、也就是6 GHz以下的中低頻來說,因波束長、發射距離較遠,能以較少的基站支援訊號傳輸,初期5G小基站需求可能不會如想像中大,布建當然也不會這麼有規模。但發展到下一階段高頻的毫米波mmWave,因物理特性而言,頻率愈高,波長愈短,穿透力就越強,但在穿透障礙物能量消耗,也會使傳輸距離變短,若是毫米波28 GHz~39 GHz的情境下,小基站布建量還是有相當的規模需求。

日本電商樂天集團與雲達COTS合作,以軟硬體結構模式建置5G網路的破壞式創新,預計將加劇價格競爭並顛覆電信龍頭寡占局面,樂天集團的後續發展成功與否,成為近來資通訊產業最緊張關注的動向。

目前南韓、美國、中國、日本、印度以及歐洲許多國家都在進行5G布局,2019年號稱1為5G商轉元年。「低延遲」特性在5G通訊最為人所關注特點,廣泛應用在AR/VR、車聯網等方面,其中原因在於將所有資料和數據在「邊緣」處理完成,也就是資料不用再運送到雲端中心伺服器處理,改在離使用者較近的伺服器處理完成,除加速資料處理外,也大幅降低成本,邊緣運算「在地」就近特性,成為台灣廠商可以關注的另一個重點。

4G也有邊緣運算技術,但重要性不如5G時代,因為低延遲的需求,更加突顯出邊緣運算重要性。國際電信聯盟(ITU-R)訂出5G的服務需求標準,無線端的低延遲時間標準為1毫秒,點對點的延遲時間標準是5~10毫秒,以現今將資料上傳雲端運算的時間,將無法達到5G的延遲標準,尤其是大量資料量使用時,傳回使用者本地端勢必延遲,因此邊緣運算將是解決5G應用低延遲的最佳方案。

以公共場所建置的監控攝影機為例,一部硬體雖僅要價12美元,但使用上會產生各種不同成本,包括耗電量、連線費用、雲端儲存及運算等,如果攝影機取得的影像都傳到雲端處理,每分鐘就要花費60多美元的成本,並不符合效益,在5G引爆物聯網應用的時代,AI與邊緣運算的結合顯得特別迫切。

即時影像分析需即時傳輸及運算大量影像資訊,預計將是AI邊緣運算最快實現的應用,攸關治安的監視系統,為即時掌握動態及快速回應,必須在邊緣端配備AI分析引擎,以便隨時掌握動態,又如智慧照護或醫療,對幼童或老人的日常監控,或者醫院如何即時追蹤每個病患、每張病床及每套醫療器材,都可透過視訊和影像分析來達成更便利的管理。

AI邊緣運算除應用在智慧醫療上,智慧零售及智慧製造也是未來重要應用場景。如amazon go近期已有無人商店問市,各大零售業者,也正利用影像分析工具掌握實體店內的消費者行為,智慧製造當然是不可忽視的一環,在工業生產的流程中,每一道製程都可仰賴視訊分努來改善品質和效率。

值得注意的是,邊緣運算的技術有「在地化的主場優勢」。舉例來說,國際大廠Google可能在彰化建置資料中心,但很難在各大都市每一區的基地台蓋小型資料中心,無論空間或時間皆不符合經濟成本,這也為台灣的電信業者、或是積極發展邊緣運算的產業,帶來商機。

本地廠商在基地台布署邊緣運算的小型資料中心基礎設施後,未來國際大廠若需使用,台廠就能以租賃方式營運,其實美國也有新創公司已啟動邊緣運算的基礎設備布建,邊緣運算將是台灣5G開發應用的新契機,能提供新的邊緣運算服務。

從技術面來說,一般用途的AI邊緣運算平台只須要簡單的處理器、加速器硬體系統,再搭配AI軟體技術DNN(深度神經網路)即可建構,AI邊緣計算平台的另一個要件是DNN模型的編譯,將模型訓練為可執行的程式,以便在任何硬體上都能使用。

目前業界也發展出多用戶邊緣運算架構,亦即稱為HaaS的硬體租賃服務,讓不同用戶可租用邊緣運算伺服器,並根據自身需求來遠端設定和存取。工研院也發展出一套性能優異的相關平台,稱之為BAMPI(Bare-Metal Provisioning from ITRI)。該雲端系統軟體可進行資料中心自動化軟硬體部署,透過簡易的使用者介面,提供遠端安裝、更新軟體、設定作業系統組態的自動化工具,能同時支援部署500台以上的伺服器。

根據研究機構IDC預測,全球邊緣運算市場規模2018年已來到43.6億美元,2022年將達121億美元,年複合成長率高達26%。另一方面,電腦視覺、監控影像分析等市場,產值也將在2023年各自達到254.3億美元及85.5億美元。這些數字無異預告了,「AI」加上「邊緣運算」帶來的龐大商機。

總結來說,在即將來臨的新時代,AI邊緣運算象徵了全新契機,相關商用產品或解決方案包括:AI邊緣運算系統、DNN訓練系統、替不同應用打造的DNN模型,目前也已開始應用於機場影像監控系統、ETC即時車牌辨識引擎、ADAS先進駕駛輔助的感知系統、可擴充自動光學檢測等,在這些領域,台灣都享有硬體製造以及系統整合的優勢,更應能掌握AI邊緣運算的商機。

另外,電競賽事熱度不斷上升,熱門程度不輸NBA,5G與電競、無人機等新興應用結合,不但具商業性,也能夠充分突顯5G特點,電競無人機是未來5G低延遲、大頻寬、高可靠的應用重點發展選項之一,國外已有電競無人機的案例出現。

無人機與虛擬實境(VR)穿戴式裝置結合,進行第一人稱視角的無人機競賽。參賽者以無人機的飛行視角融入比賽,每個人眼睛看到、大腦認知的景象,均來自無人機上的攝影機,於高速飛行下,避開突如其來的未知障礙,甚至還可設計電競無人機的虛擬比賽環境背景,如北京紫禁城等。

電競無人機不僅講求速度,更重要的是穩定、即時的低延遲傳輸無線影片訊號,還要能通過同時大量傳輸影像的考驗,讓參賽者在公平的基礎下競速,所以這類應用將對於5G的特性能有更好的發揮,台灣已有廠商開始布局電競無人機,工研院在明年將規劃舉辦第一場電競無人機比賽,希望拋磚引玉,讓更多人體驗這種創新的電競模式,吸引各界投入,觸動新商機。(作者/工研院資通所所長闕志克)


延伸閱讀

5G點火 引爆AI邊緣運算商機

AI時代的賺錢機會

泛工業革命 改變全球勢力版圖

你可能還喜歡