解放 5G 的前景 - NVIDIA 台灣官方部落格

無線電信業者已在次世代蜂巢式技術 5G 方面炒作多年，但是，確定會在今年開始推行。無線網路不斷演變，此次卻不僅只是蜂巢升級。5G 不僅提高了速度，更降低了延遲，而大幅改善反應能力，開創出無線技術的新功能，例如取代傳統的家用網際網路服務、推動自動駕駛車發展，以及物聯網（IoT）的新可能性。

推動 5G 技術普及的主要市場趨勢

每秒十億位元組行動裝置效能，徹底改變了人們在雲端工作和互動的方式，而對此效能的需求不斷升高。相較於 4G LTE，5G 將可提供顯著較高的效能。其中包括無限的連線能力、更高的頻寬、更低的延遲、更高的可靠性，以及更快的機動性。推動效能需求的關鍵技術，如下所示：

自動駕駛車和任務關鍵性虛擬醫療服務，需要超可靠、高頻寬、低延遲的通訊。
智慧工廠、智慧家庭和智慧社區使用的 IoT 和機器通訊，使網際網路的連線數量倍數增加。
人工智慧、虛擬實境（VR）、擴增實境（AR）、無人機等新興技術，改變了人類與機器和彼此互動的方式。有些人認為無人機服務不可能成真，現在，中國線上零售商京東已開始在中國大陸使用無人機遞送購物包裹。
視訊流量仍在持續大幅成長，因此必須提高網路效率、加快效能，並改善網路延遲。

分析師預測，服務供應商可在以消費者為基礎的媒體，以及娛樂、自動駕駛車、智慧城市、醫療、自動化工廠等領域中，利用新的 5G 服務快速獲利。

何時迎來 5G 服務

5G 在談論多年之後，將由最具影響力的電信業者開始推行 5G 服務。根據 Fierce Wireless，現在分析公司 CCS Insights 預計，到 2021 年，5G 連線將會接近 2.8 億，比 2017 年 10 月的預測增長 25%。此外，他們預測至 2023 年中旬，建立的 5G 連線將會突破 10 億大關，至 2025 年將會達到 27 億。相當於全球人口的三分之一！

最近，F5 Networks 發表了一些新的解決方案和強化，目的是允許服務供應商啟動 5G 服務。其中包括改進網路功能虛擬化（network functions virtualization，NFV）產品，進而能最佳化和擴充現有的 4G LTE 和新的 5G 網路。這些 F5 解決方案搭載了以 NVIDIA Mellanox 乙太網路技術為基礎的高效能網路，包括 100Gb 網路介面卡、交換器和纜線。

成功邁向 5G

移轉至 5G 網路似乎邁進了一大步，好消息是許多支援 5G 功能的 F5 解決方案和技術都已經成熟，且已獲得世界各地的服務供應商和企業組織採用。幸運的是許多 F5 NFV 解決方案皆可最佳化和保護現有的 4G LTE 網路：

NFV
L4-L7 網路服務整合
多重存取邊緣運算（MEC）
自動化和協調
網路切分
GPRS 穿隧協定（GTP）安全性
存取網路和資料中心的 IoT 解決方案
存取網路、資料中心和雲端的 DDoS 解決方案
入侵預防系統（IPS）
網頁應用程式防火牆（WAF）
負載平衡器和應用程式流量管理器

盡快啟用 5G 功能，有助於維持競爭優勢及獲得新的 5G 服務營收。同時，必須為客戶群維護和最佳化現有的 4G LTE 網路。因此 F5 認為想要成功移轉至 5G 必須遵守以下三大要點：

將網路最佳化－利用高效能虛擬化軟體解決方案，在移轉至 5G 的同時，簡化和擴充現有的 4G LTE 網路。
保護平台－在每一層大規模保護 5G 網路，以應對眾多威脅。
利用新的解決方案獲利－加快上市時間，為企業客戶和消費者群提供新穎、具吸引力、與眾不同的 5G 服務。

提供高效能高效率網路，對於實現大規模提供 5G 網路的必要條件而言很重要。

雲端技術滿足 5G 網路需求

服務供應商可以在迅速移轉至高效能虛擬化，或以雲端為基礎之邊緣、核心及資料網路的情況下，擴充和簡化現有的 4G LTE 網路，並利用 F5 的高效能虛擬化軟體解決方案進化至 5G。您可以透過 F5：

將 L4-L7 網路服務整合至可部署硬體和虛擬設備的單一平台上，以簡化核心網路架構和營運，並降低成本。
使用各種虛擬網路功能（VNF）和 VNF 管理器，無縫移轉至 NFV 基礎架構。
使用多重存取邊緣運算（MEC）解決方案，滿足 5G 的延遲和高傳輸量需求。
支援從 4G 移轉至 5G 和服務遷移。
利用自動化和協調工具簡化營運及提高效率。
透過訂閱制授權模式，從 CapEx 移轉至 OpEx 消費模式。

虛擬化和雲端技術

虛擬化和雲端技術提高了擴充性、敏捷性和操作簡易性，但是同時使用主機 CPU 週期處理網路流量，會造成明顯的效能損失。此問題隨著頻寬增加到 25-200 Gb/s 而變得更嚴重，將會導致 CPU 消耗升高及伺服器激增。

為了解決此難題，可以透過旗艦 NVIDIA Mellanox ConnectX 系列 SmartNIC 介面卡的 F5 BIG-IP Virtual Edition 支援，實現更高的效能和傳輸量，包括 100 Gb 乙太網路和 DPDK 驅動程式。NVIDIA 與 F5 合作提供的解決方案，可以使用最佳化 DPDK 驅動程式，減輕與處理封包相關的負擔，將資料平面效能提升至近線路速率。

NVIDIA 網路介面卡大幅提升了整個 F5 BIG-IP VNF 產品組合的效能，已達到 100-Gbps 傳輸量的近線路速率。具有 200/100/50/25/10 GbE 速度的 ConnectX 系列網路介面卡和網路卸載引擎，是專為滿足 5G 基礎架構升級和服務需要的極端網路頻寬而設計。與 F5 和 NVIDIA 合作的服務供應商可以將數倍的效能置入相同的基礎架構佔用空間後，迅速獲得新 5G 服務的效益，以最大化 5G 網路建設的報酬。

NVIDIA Mellanox DPDK 技術

資料平面開發套件（Data Plane Development Kit，DPDK）是由軟體函式庫和驅動程式集合組成的軟體加速技術，這些函式庫和驅動程式可以減輕新封包抵達，進行處理時傳送之中斷造成的 CPU 負擔。DPDK 針對新封包執行輪詢程序，且主要效益為消除 PCI 負擔，並維持硬體的獨立性，而大幅提升了處理效能。雖然 DPDK 技術會消耗一些 CPU 週期，但是 ConnectX-5 和 ConnectX-6 Dx Intelligent NIC 能以每秒 1.48 億個封包的業界最高裸機封包速率，執行雲端應用程式，例如 DPDK 上的 VNF。NVIDIA 是積極參與者，並領導 DPDK 軟體社群推動創新。

NVIDIA DPDK benchmark testing shows record breaking performance, exceeding 148 MPPS at 64B packets. — *圖 1：DPDK 使用資料平面函式庫和驅動程式集合，從作業系統核心卸載 TCP 封包處理，以加快訊息傳遞，在 64B 下可高達 148 MPPS。*

Mobile World Congress 示範

在科技界，眼見為憑！F5 與 NVIDIA 共同安排了示範，展示單機架 400-Gbps 高效能超高密度乙太網路結構，以呈現 5G 網路基礎架構需要的規模和效能。流量管理、DDoS、防火牆、負載平衡器等主要的 IP VNF，可以在此高效能乙太網路結構上大規模執行各自的 L4-L7 網路服務，以管理實際的 5G 流量。

圖 2 為此示範的設定和配置。