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鲲鹏软硬协同边缘计算平台

1 目标和概述

当前边缘计算设备普遍强通讯弱计算，其算力通常有限。随着云计算、人工智能等技术的兴起和广泛应用，边缘计算在应对更多联接、更高实时性要求、海量异构数据处理上，对边缘算力需求也显著增长；同时边缘计算因为其部署条件限制，对服务器在环境适配性、部署运维上有更严苛要求；面对海量边缘应用场景，作为软件基础平台的操作系统尤为重要，向下要能充分发挥硬件算力，向上能使能海量应用。

基于上述挑战，鲲鹏软硬协同边缘计算平台， 从处理器、服务器和操作系统三个层面，打造适用于边缘计算的融合统一计算平台，为边缘计算在智能园区、电力能源、工业制造和游戏直播等多个行业发展提供动能。

2 解决方案介绍

鲲鹏软硬协同边缘计算平台，主要包含鲲鹏920 处理器、TaiShan200边缘型服务器（型号2280E）和openEuler服务器操作系统三个方面。

2.1 鲲鹏920高性能处理器

鲲鹏920高性能处理器具备高性能、高吞吐、高集成和高能效的特点，为边缘计算应用场景提供充足算力。

图1 鲲鹏920处理器：多核架构提供高性能、高并发算力

（1）高性能：鲲鹏920集成了64核，主频提升至2.6GHz，并通过优化分支预测算法、提升运算单元数量、改进内存子系统架构等一系列微架构设计，大幅提高了处理器核性能。

（2）高吞吐：为改善在低延时条件下高并发的能力, 鲲鹏920采取了三项措施。首先将业界DDR通道数量从6通道增加到8通道，速率从2666MHz提升至2933MHz，总带宽达到1.5T比特每秒，超出业界主流内存带宽46%；其次将PCIe从3.0升级到4.0，速率翻番，带宽达到640Gbps，比业界主流提升66%；最后将网口带宽从25G直接提升到100G，带宽翻了4倍。

（3）高集成：传统服务器架构上，CPU/南桥/网卡/硬盘控制器是系统标配，需要4颗芯片来实现；随着workload的丰富多样、异构计算的不断兴起，在服务器层面需要更多的槽位来部署不同的业务加速部件，而槽位在服务器上是一个紧缺资源。鲲鹏920不仅是一颗通用CPU，还同时集成了南桥、网卡、SAS存储控制器 等三种芯片的功能，做到业界领先的集成度，单颗芯片实现4颗芯片的功能，从而释放出更多槽位，扩展更多功能，大幅提高系统的集成度并为客户带来总体拥有成本上的收益。

（4）高能效：伴随云计算、边缘计算的兴起，使得数据中心规模越来越大，从几台服务器、几个机架演变成以万台服务器为单位的数据中心集群，占地空间和能源消耗成为大型数据中心的重要影响因素，节能具有更重要的意义。正因每个机架的供电能力是有限的，每个机架的计算能力越强，在大规模数据中心建设时越能有效减少总体占地和减少功耗。基于鲲鹏920，在大规模数据中心业务实践中，每万台服务器可每年省电1000 万度、碳排放每年减少1万吨。

2.2 TaiShan 200边缘型服务器（型号2280E）

TaiShan 200边缘型服务器（型号2280E）专为边缘计算应用场景设计，采用鲲鹏920处理器以提供充足边缘算力。

（1）端边云协同计算：鲲鹏处理器兼容ARM架 构，提供强大多核算力；具有ARM原生指令集优势，提供更加高效的应用开发和部署运行环境，使能端边云算力同构；

（2）多样性计算：基于鲲鹏+昇腾芯片族构筑多样性计算能力，满足边缘场景差异化算力需求；

（3） 易部署、易运维：机框采用短机箱设计，存储、网络和风扇等部件采用模块化设计，系统具有-5°C 至55°C的超宽环温适应性，满足边缘场景严苛的部署要求。

图2 TaiShan 200服务器

2.3 openEuler服务器操作系统

openEuler服务器操作系统是基于鲲鹏处理器的服务器配套软件基础设施，在多核调度、软硬协同、指令级优化等多方面深度优化，能最大释放鲲鹏强大算力， 是鲲鹏计算产业中的基础软件重要组成部分。

openEuler基于Linux內核的开源操作系统，支持x86和ARM等多种处理器架构，适用于数据库、大数据、云计算、人工智能及边缘计算等场景。

图 3 openEuler

openEuler也是一个开源的、免费的Linux发行版平台，致力于通过开放的社区形式，与全球的开发者共同构建一个开放、多元和架构包容的软件生态体系。

作为一款通用操作系统， openEuler除了具备当前流行的操作系统的特点之外，同时又有自身的不同点，尤其与鲲鹏硬件配套，实现大量的优化与创新，具有以下五方面特点：

（1）领先的多核调度技术：从多核向众核发展过程中，openEuler提供的自上而下的NUMA aware方案，提升调度性能。同时免锁优化， 并发增强等使系统整体性能得到明显提升；

（2） 软硬协同，释放强劲算力：通过KAE（Kunpeng Accelerator Engine）库，充分释放鲲鹏硬件算力潜能，提升算力表现。同时通过openssl相结合，在业务零修改情况下，从CPU把加解密算力缷载到硬件加解密卡上， 降底CPU负载；

（3） 软量级虚拟化：采用iSula和StatioVirt虚拟化技术及容器技术，提供从云到边缘的安全、灵活业务部署及编排能力，应对复杂的业务场景；

（4）指令级优化：对于业界主流的动态、静态语言从指令级进行优化，充分利用处理器流水线，提升运行性能；

（5）A-tune智能优化引擎：动态智能识別操作系业务场景，匹配场景参数模型，使系统处在最佳运行状态，从而提升业务性能。

3 代表性及推广价值

鲲鹏软硬协同边缘计算平台，目前已广泛部署和应用于交通、电力、电信、互联网等多个国计民生行业， 为丰富边缘计算的应用和更多业务创新提供充足算力。

（1）全国高速公路取消省界收费站项目应用

全国高速公路取消省界收费站项目中，截止目前部署了超过4000台基于鲲鹏服务器主板的服务器，其中80%部署在边缘场景，为系统提供高速、高效且稳定的算力。部署整体解决方案后，客车通行速度从15秒降低到2秒，货车通行速度从29秒降低为3秒，大大提高了通行效率。

同时依托数字平台能力，构筑云边协同、实时精准收费稽查大数据云平台。通过ETC门架系统边缘计算节点对车牌识别图片、RSU（路侧单元）读取的车辆信息进行实时分析比对，异常信息实时上报省中心并同步至相关出入口收费站进行实时管控，通过“省中心-ETC门架”云边协同，实现实时、精准收费稽查。

（2）电力系统边缘变电站监控应用

在某电网项目中，已建成基于鲲鹏的电网云平台和数据中台，满足了电力物联网对数字平台的支撑需求，确保资源调配更弹性灵活、服务集成更统一高效、数据资源更集约共享。电网云和数据中台利用现有平台基础开展建设，云平台减少近50%的技术组件运维成本，资源利用率提升近2倍，实现了数据“可提取、可流转、可汇集、可分析、可应用”，可快速响应客户需求，为各种业务系统提供灵活丰富的网络、计算和存储环境。在各变电站所处的边缘场景，通过部署鲲鹏+ openEuler软硬协同边缘计算平台，实现对变电站各种运行数据的搜集、分析和自动化处理，提升变电站运行维护效率，降低运行维护成本。

图4 高速自由流：为智能交通提供算力支持