IoT閘道器的挑戰與解決方案

AMD資深系統架構工程師Srini Gadgil。

CES2015 IoT應用大放異彩

超微 (AMD) 資深系統架構工程師Srini Gadgil，以「IoT Gateways: Challenges and Solutions (物聯網閘道：挑戰與解決方案)」為主題，說明物聯網閘道器在物聯網扮演的關鍵角色、面對的挑戰，以及AMD提供的解決方案。

他提到CES2015消費性電子展的重頭主題，就是環繞在Internet of Things(IoT物聯網)。當前IoT的六大應用範疇，涵蓋智慧城市(Smart Cities)、智慧建築(Building Management)、智慧家庭(Smart House)、醫療照護(Health Care)、智慧電網(Smart Grid) 與工業自動化 (Industry Automation) 領域，每個領域都有專屬的連網裝置。而據市調機構預測，IoT連網裝置數將從2012年87億部，增加到2020年Gartner預估的260億部，以各種不同形式的網路協定彼此相互連接。

目前IoT網路骨幹架構，無論智慧家居、智慧城市、工業自動化設備，以至於智慧家庭中扮演遠端監控？控制器角色的智慧手機、智慧手錶、平板或筆電等裝置，大多憑藉著既有的3.5G/4G LTE行動通訊連網，並且把監控資料傳遞至雲端的伺服器？資料中心。

這種點對點、沒有閘道器為中介的傳統IoT網路架構，是屬於多點對多點 (Many to Many) 的連網架構，若遭遇端點與雲端的網路斷線，不僅欠缺資料備援儲存的機制，也無法同時進行就地？區域運算(Local Processing)篩選上傳的監測資料量，在應用端與雲端的行動網路之間，是難以實做編碼來增加網路安全性防護的。

企業級IoT物聯網閘道器應有的規格與運算需求

對當今企業級IoT閘道器架構需求，Gadgil認為要能接收Wi-Fi無線區域網路 (如筆電、平板)、MAN行動通訊網路 (如手機)、PAN個人網路 (如以藍牙傳輸的遙控器、家電)，從手機、平板、筆電、桌機，到大型家電如洗衣機、烤箱，以及智慧建築中的感測器的連接，到智慧城市與智慧電網等的連接需求，這種IoT物聯網架構的存取閘道器，需要具備區域IoT配置、就地？區域運算、支援各種網路應用的優先權設定，並消除行動裝置做網路存取的一切瓶頸。

他進一步提到超微嵌入式事業群推出以28奈米製程製造的新一代AMD嵌入式G系列SoC (先前代號：Steppe Eagle)，以2GHz、4核心Jaguar CPU結合GCN (GPU Core Next) 圖形處理器架構、2MB共享記憶體架構與I/O控制器整合在相同的晶片上，單晶片提供單通道64位元DDR3記憶體匯流排控制器、雙HDMI v1.4/DP v1.2顯示介面輸出、一組PCIe x4與4組PCIe x1介面(PCIe v2.0)、8組USB 2.0與兩組USB 3.0、兩組SATA 6Gbps介面埠、一組SD Card讀卡機v3.0 I/O介面等功能，總系統設計功耗僅約5？25W，在成本、效能、耗電量與體積上提供更多的彈性，相較於上一代G系列AMD嵌入式G系列系統單晶片 (SoC)，整體效能提升53%，每瓦執行效能更高出96%，更適合於需要超低耗電量和尺寸更小的嵌入式處理器？平台應用。

Gadgil指出，以新一代AMD嵌入式G系列SoC單晶片規劃的IoT物聯網閘道器平台，具備了：1.支援多元化？多樣的控制協定。包括連接感測器(Sensors)、致動器(Actuator)、控制裝置(Control Devices)或網路上行(Network Uplinks)。2.強悍的CPU與GPU運算能力，可應用於生物特徵辨識 (Biometric) 或光學感測影像處理 (Optical Sensor Image Processing)，並支援高畫質 (1920x1080 Full HD) 螢幕輸出，有助於建構自動光學檢測(Automated Optical Inspection；AOI)機台設備。

3.即便終端與雲端斷線，仍具備獨立的CPU運算輸出能力。4.單晶片整合了CPU+GPU電路，是最具成本效益的平台解決方案。5.針對SDN軟體定義網路、NFV網路虛擬化等創新架構的支援。新一代AMD嵌入式G系列SoC單晶片提供啟用SDN軟體定義網路架構的網路運作堆疊 (Network Stacks)，同時，GPU已實做出對於網路虛擬化架構　(Network Functions Virtualization；NFV)，像是IPSEC等即時編碼運算的硬體支援。

嵌入式G系列SoC的成功實例

Gadgil指出，超微(AMD)嵌入式G系列SoC系統單晶片，已成功應用於垂直市場，包括eZono可攜帶式超音波設備、BJS Biotechnologies簡化DNA複製流程、White Lion Technologies AG優化3D模擬牙醫輔助器材、 IBASE Technology床邊醫護資訊站、Haier智慧電視及XIMEA智能相機等市場。

在論壇當天，AMD也與NAS領導廠商QNAP攜手展出搭載AMD嵌入式G系列SoC 的NAS系統TVS-x63平台，協助中小型企業與小型或居家辦公室 (SOHO) 打造無縫的網路儲存環境，使用者除了可在經濟實惠的價格下體驗絕佳的運算表現外，更能享受整合在單一晶片中AMD Radeon GPU功能，完整發揮顯示與加速效能。