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5G时代,分饰两角的计算力
2019-08-12 14:40

5G时代,分饰两角的计算力

文章所属专栏 前沿技术情报所

在专栏上一篇关于5G的文章《5G的未来,先看“刀法”?》中,其实已经提到了,5G时代移动通信的最大野心其实是“迈出智能手机领域,开始尝试将整个现实世界和虚拟世界连接起来”。


在前几代移动通信技术建设起智能手机这个终端数据中心之后,5G必将会赋予更多现实事物以连接的能力,随之而来的,将会是再一次的数据“海啸”。根据中国工信部的预测,到2020年,中国境内物联网所产生的数据量,就将达到4.4ZB(1ZB等于1万亿GB)。这还不算未来整个移动互联网自身内部各个物联网设备、智能终端之间互相通信所产生的数据量。


这些像“海啸”一样扑面而来的数据,需要通过全新的、海量的传感器收集、在不同装置间传输,也可能需要对数据进一步挖掘,这些步骤中,计算力都有自己的戏份。


整体来看,计算力的角色可以分为两个:一个是要帮助实现5G网络,另外一个是要借助5G网络“搞事情”。


计算力,是5G基础网络的重要基石



之前我们其实已经展示过这张频谱图,一个十分明显的趋势是——人类大规模的无线通信系统,所使用的无线电波频率是一直在不断变高的。就例如2、3、4G所使用的频谱,就是一个不断上升的过程。更高频率的无线电波理论上能够传递更多信息,但同时频率的升高也会相应增加信号在大气中传播时的损耗。


这个问题在如何在损耗增加的同时,保证信号的稳定性?这个问题对于部分频谱比4G提升10倍频率以上的5G来说,是一个不容回避的巨大挑战。


Massive MIMO网络架构示意图


实际中的解决方案,其实也已经出现:Massive MIMO(大规模多输入多输出)。从外表上看,Massive MIMO就是一个天线阵列,这个阵列由若干个小尺寸的天线按规律排布组成。


之所以要组合这么多小天线,主要是因为要让基站具备在同一时间和频率上,满足空间上分离的多位用户的需求。也就是说除了要利用无线电波本身频率上的资源,同时还要利用天线实现在空间上对同一个无线电波频率再次复用。


换言之,通过这些小天线,5G才能实现其理论设计中的大容量,甚至是利用这些小天线、以及无线电波的特性合成一个定向的大信号,增加基站的覆盖范围。


无论是增加容量还是增加覆盖距离,这里面都跟计算力分不开。因为这些小天线的数据、信号发射方式,都是需要实时进行计算的。因为本身5G终端用户大部分也将是移动中使用,所以小天线阵列也必须随之做各种调整,例如信号强弱的增减,又例如多个用户端同频率信号之间的分辨等等。


以华为现有的5G刀片基站为例,就大幅提升了自身的计算能力。在今年的“小巴展”上,华为展台的工程师就曾向虎嗅透露过一个大致的数字:华为5G基站中的计算力,较4G基站大概提升了8倍,其中处理器核心数量提升了4倍,处理器的频率也提升了2倍。


更加简单直接的来形容,计算力的增加实际上是大幅度增强了人们对于5G网络的管理和使用能力,后者相比纯通信技术,对于5G网络的贡献一点不少,甚至更多。


云计算&边缘计算,算出5G未来应用


首先需要澄清的是,经常会有文章会拿“云计算”和“边缘计算”这两个名词来PK,誓要争个高低。这种讨论本身自然是没有必要的,因为两者本身就不是“势同水火”,只是两种略有区别的计算力存在方式。


而从5G的发展来看,对于两种模式必然都是向好的。


先说“云计算”,实际上云最适合处理的是大规模、需要较大运算能力的内容。这恰好对应5G时代的其中一个趋势:被网络连接起来的事物将以几何倍数增长,这些新增网络节点的关键就在于采集数据和表达数据。长此以往,海量的数据只可能利用云端的数据中心来存储和处理。


有数据自然要计算,以人工智能为例,未来海量的物联网数据,完全可以导入各种神经网络中去,进而在人工智能中培育出远超人类思维的程序。最终由程序和捕获数据的网络节点,一同构建起横跨虚拟和现实的桥梁。


延迟是另外一个点,并不说为了体现延迟特点而去专门用来做远程手术(有线网络已经可以完成);又或者说是回到家还要用手机扩展来玩游戏(家庭的其他计算机同样可以完成,实现更简单)。而是至少要在基础体验上追赶有线网络,至少不成为5G的缺点。


然后是“边缘计算”。我们实际可以参考美剧《硅谷》中的相应片段,“边缘计算”除了可以利用自身处于终端位置的优势,为用户提供体验更佳的计算体验之外。同时也有可能将每个“边缘计算”节点用5G网络串联起来,形成一个分散布置的整体计算“核心”。


最后是实际应用,华为的X无线实验室,曾经发布过一份《5G时代十大应用场景白皮书》,其中有一张当下各种5G应用的市场潜力和5G技术相关度的表格。其中的前十名本身都跟计算力有一定的关系。



云端VR/AR需要实时传输图像,云端要进行渲染计算,端要做图像数据的解码;车联网需要计算力实现信息的分发,以及自动驾驶功能中的各项感测。智能制造在传感器和操控计算机上需要计算力。无线医疗同样需要云和端对视频进行编解码。


无线家庭娱乐,需要连接海量的云端资源,需要计算力来保证连接能力。联网无人机需要有足够的计算力来执行现实中的巡检和安防任务。社交网络的直播思路跟其他图像传输为主的应用类似。最后是智慧城市,其整体的能力都是架构在运用人工智能对现实世界进行识别之上,计算的戏份甚至比联网还重。


整体而言,5G真的是完全区别于2、3、4G,它绝不是通信技术的“个人秀”,而是人类迄今为止多种前沿技术的有机合作。因为它的目标,将会是在虚拟和现实之间架起一座桥梁。

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