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美國虛擬桌面基礎架構(VDI)產學合作應用趨勢─以VMware支持高等教育數位轉型為例
發佈日期:2018/01/05
資料來源:產業經濟與趨勢研究中心(IEK)
內容:

IEK前研究人員 蘇美玲

壹、背景

       最早由桌面虛擬化廠商VMware提出的「虛擬桌面基礎架構」 (Virtual Desktop Infrastructure, VDI)概念,在大數據及雲端計算等技術加乘下,逐漸成為全新的應用模式。VDI的優勢在於透過伺服器集中運算及管理,讓有限的頻寬資源或硬體部署下,可減低客戶機的硬體設置投入,並便於使用者於多元裝置下隨時隨地作業,此外,在軟體更新或資料儲存管理上更加安全及有效。作為VDI的重要推手企業,總部位於矽谷的VMware積極支持高等教育進行數位轉型,以加速孕育各產業需要的國家數位人才,並激發各種創新機會。針對高等教育及學術發展之數位環境,VMware強調其解決方案可協助學校以最低成本,來逐步發展數位學習及工作環境的現代化;具體而言,應用雲端服務的整合、VMware可規模化的多元服務,學校的學習領袖與校區資訊技術相關人力,可藉由與企業特有的合作模式,來發展隨時隨地的教育資源整合與分享,同時並確保資訊轉換的資訊安全及合規性,保護學術品牌與價值。

貳、VMware支持高等教育數位轉型協助策略

       VMware2017年提出了「高等教育數位轉型」白皮書(Digital Transformation in Higher Education),強調VMware虛擬化技術為學術機構節省數百萬美元的資本開支;並由軟體定義的數據中心(Software-Defined Data Center, SDDC,中文亦有人稱為虛擬數據中心)來重新建構學習和教育業務,而此改變帶來的新使用者體驗,亦可以驅動數位工作與研究環境,帶來新的數位轉型應用。

       所謂的SDDC,是將傳統數據中心的架構轉向虛擬模式運行,而所謂SDDC並非是「一機多用」的概念,而是把網絡與儲存兩個功能也一同虛擬化,讓所有IT設備都成為虛擬裝置,可以依據使用者需求作靈活的調整和擴充。VMware提供的數位轉型解決方案,涵蓋了財務支援、開發交易、校園醫療照護及校園大眾運輸服務等,盡可能地降低資通訊複雜性,提供適合學術機構的雲端計算、使用參與、資訊安全和合規性基礎架構。其提出的策略主要為:

  • 資料中心現代化:提出以SDDC做為教育基礎平台,並以學生為核心來營運,提供自動化與即時的相關服務,如自動更新學生課程、提供資源分享相關軟體、自動連結學生的電子書包等。此外,鼓勵應用伺服器虛擬化,可降低傳統基礎設施的成本及風險,並提高營運及計算效率。
  • 公共雲端服務整合:提升大學競爭力的最佳途徑是創新,故鼓勵在線學習的流體架構,促進學生積極學習的課程材料與環境;此外,透過雲端數位環境投資,發展雲層間工作及應用程式轉移能力並開創新的機會,如發展為虛擬計算實驗室,透過計算輔助應用程式,讓學生有更充裕的實驗場域,而雲端基礎架構也是資訊管理的重要趨勢,透過雲端相關解決方案,可使校園分散的部門決策者,能在同一平台上就個別方案需求獲得支援。
  • 強化數位工作空間:強調現代化校園需跳脫地理限制的思維,思考連通性與協作性的設備和環境相互之間可否無縫隙,其中又必須確保資訊安全的管理。而發展類似數位書包相關載具則可有助於管理,或是衍生為網絡與三維應用程式的客製化教學及使用者體驗,此外,搭配VDI及雲端服務,有助於節省成本及安全管理。
  • 確保數位轉型資訊安全:安全的解決方案需做到防止惡意軟體、病毒和可疑設備行為;阻止惡意網絡和中間人威脅;持續進行掃描、分析和驗證程序;避免資料遺失與遭受威脅之雲端安全監控。

       儘管VMware基於商業模式而提出諸多高等教育數位轉型建議,但仍不失為學校檢視數位轉型目標與方向之參考依據;尤其各校可依據其優先需求,思考如何透過企業資源來優化弱項或突出強項,以有效帶動學生與校園之創新發展。

參、VDI產學應用個案

        面對高科技應用帶給農產業的前景,愛荷華州立大學(Iowa State University)正積極培訓下一代的農業科技專業人才,以提高美國、非洲和其他地區作物產量之目標,農業生態系(department of agroecology)實驗室的學生分析由無人機蒐集的作物數據,透過專業級應用程序,進行三維建模或地理空間分析,並促使虛擬客戶端在農業中紮根。

       學校透過整合VMware、微軟(Microsoft)、戴爾(Dell)NVIDIA等企業的資源,該系實驗室的教師及學生不需要投資昂貴的研究環境,才能夠啟動耗電的高密度繪圖及視覺運算程式,其轉由具成本效益的虛擬化解決方案,協助學術研究快速擴展,透過運算程式建置,即可使用先進的統計和可視化工具,分析各方傳的數據資料,協助農民和農藝師提高作物品質及產量。

       助理教授S.A. Archontoulis表示,運用先進技術的獲益極高,藉由交互式網絡界面,用戶可以選擇一個地點、一種作物及管理技術,進行氣候、土壤氮和水的即時觀測。架構的後端基礎架構,包括Microsoft Hyper-V虛擬化平台、圖形密集型工作的戴爾(Dell) EMC PrecisionPowerEdge系列機架式伺服器,另外,多個Nvidia Grid vGPU,可加速地理空間分析程式性能;而這些基礎設備則至少提供300名研究學生及教授使用。簡言之,透過系統管理的授權,學生即可透過個人隨身電腦或使用大學提供的輕量客戶端登錄,將資料投入資通訊業最複雜的伺服器和圖形計算硬體的虛擬環境中,接著學生可輕易地建置先進的三維計算,衡量氣象條件的影響,或模擬農作物的生長情況。愛荷華的農業發展並非VDI技術的唯一受益者;相似的農業部門計畫還有非洲種子培育計畫,或是美國國際開發署(United States Agency for International Development, USAID)資助的農業技術餵養未來計畫(USAID-funded Agriculture Technology Transfer Feed the Future program),透過無人機調查農作物,提供烏干達(Uganda)、加納(Ghana)和南非的學生研究,為其所在地區培育出更好的種子。

  此外,越來越多的高等教育研究機構選擇先進的應用程序來進行複雜的分析,或加強計算能力和圖形處理強度來進行實體建模和3D動畫,而VDI為這些資通訊管理與環境提供了可行化的有效模式。除了愛荷華州的VMware虛擬客戶呈現成長趨勢,此外,VDI還支持南加州大學(University of Southern California, USC)的維特比(Viterbi)工程學院和佛羅里達州的東南諾瓦大學(Nova Southeastern University, NSU)USC即表示,極度複雜的繪圖(graphics-intensive)與高密度的視覺運算和計算對工程學學生的實務相當重要,USC學生將其個人設備或Wyse輕量客戶端連接到VMware vSphere虛擬化平台,或是Horizo​​n桌面虛擬化軟體,以及Nvidia Grid GPU、戴爾EMC PowerEdge R730伺服器。

       具體來說,航太和機械工程專業的學生使用軟體如Autodesk Revit,進行三維的原型設計,並進而模擬原型的有效性。另外,傳統的資通訊模型必須勤於備份,VDI則改善了需不斷手動存儲的模式,其在創建數據中心時,將其保存在中央數據伺服器中並定期備份。此外,集中化還可以讓資通訊管理人員更妥善地管理應用程序,並快速軟體更新和安全補修,確保程式的安全性和高效運行。航太工程則透過網絡監控軟體來進行性能模擬及最終客戶體驗,可整合相關利益者的反饋,並調整虛擬機,形成更均衡的系統負載。

肆、心得建議

       產學合作是許多國家激盪創新成果的重要源頭,因此除了鼓勵學校的成果往業界擴散,同時也應該鼓勵業界將其新的概念與技術往學界流動,才能創造雙贏的成果。故對學術機構而言,VDI已成為資通訊基礎環境的延伸,透過模擬或是多人參與,讓研究更具信心與說服力;NSU的經驗則是積極藉此技術改造資通訊環境以強化敏捷性,其認為虛擬化有助於解決當今高等教育機構面臨的一些技術挑戰,並允許技術團隊把重點放在創新的優先事項上。六年前開始,NSU的創新與資通訊技術辦公室開始使用虛擬桌面技術來擴大相關應用的使用範圍,包括在任何時候都可運行大學所有相關應用程式,完全實現了學生需要現有軟體和資源之擴充式環境。另外,NSU在其數據中心中使用VMware虛擬化技術,在虛擬桌面使用了Citrix XenAppXenDesktop,並透過戴爾Wyse ThinOS運作點,進行雙核芯片和高端圖形處理能力;除了校內,目前還有新的牙科模擬實驗室進行應用開發,發展出醫療和牙科電子健康記錄應用程式。全面性的具體成果方面,除了可掌控的資通訊環境成本,NSU強調多數學生協作已從虛擬桌面和雲端的微軟作業程式中受益。而接下來,則是持續於每次的部署中得到經驗,如何最大限度地使用現有的軟體和硬體設備下,同時提高使用靈活性。

       對於產業而言,VMware與學校的合作,不僅可以幫助公司將SDDC的概念與技術更深入的進行推廣,也同時可以幫助VMware開發更加客製化的推廣方案與未來人才,同時,對於其他產業而言,學校導入SDDC有助於降低IT設備的成本,研發資源可以做更佳優化的配置,提昇研發成效,可謂一舉數得的結果。

       是以因應跨產業多元化發展趨勢,校園之資通訊環境必須保持現代化之步伐,故瞭解資通訊產業之企業提供哪些校園合作資源應是校方基本功,而大專院校本身則需進一步掌握學生需求、校園優勢與發展策略,進而選擇性槓桿可長期合作的企業資源,最重要的是將資源導入人才培育之發展宗旨,才能驅動現代化教育工具、創新教育環境,與培育新興人才三大環節的良性循環,轉動由教育到產業創新的變革。

參考資料:

VMware(2017), Digital Transformation in Higher Education.

EdTech報導:VDI Advances Higher Ed Agricultural and Engineering Programs

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