Wasm是雲原生技術的下一步發展，更是GAI實現快速推論關鍵助力

國際顧問公司Gartner每年都會發表一張新興科技發展周期報告，盤點2千項技術和應用框架，以未來2年到10年的變革和影響性為比較標準，選出當年最重要的25項新興技術，繪製成當年的新興技術成熟度曲線圖。全球爆紅的生成式AI，正是2023年進入這份清單，但是，在同一年，還有另一項技術和GAI一起入選，就是WebAssembly，簡稱Wasm。

WebAssembly的影響力媲美GenAI和Docker

到了2024年的新興科技發展周期報告，Gartner甚至將WebAssembly和GenAI並列為唯二，跨出「期望過高的巔峰期」，即將進入技術成熟度曲線的「幻滅期」，這也代表了，Gartner認為，這兩項技術已經度過了炒作階段，接下來經過一段時間改善和優化，就會進入穩定發展的成熟期，最快2～5年，就會對全球帶來變革式的影響。

Gartner對WebAssembly影響力的期待，僅次於GenAI，遠遠超過其他新興技術。Gartner特別看好WebAssembly的理由是，這項技術賦予網頁應用超高效能，特別適合微服務和無伺服器環境的應用。目前的缺點是，會提高複雜度，大規模導入的學習門檻也很高。

不只跨國顧問公司看好這項技術，今年是K8s問世十年，因這項技術擴大成型的雲原生生態圈，回顧過去之際，也開始思考K8s和雲原生技術的下一個十年發展方向。有不少技術意見領袖，紛紛將WebAssembly視為K8s下一個十年最重要的發展，與eBPF、IT永續並列為雲原生技術未來三大關鍵發展方向。尤其到了今年11月，在美國鹽湖城舉辦的Kubecon北美場大會中，WebAssembly成了這場K8s生態圈年度大會中最熱門的話題。今年也首度將WebAssembly技術年會與Kubecon大會共同舉辦，不少科技公司和企業出來分享自己使用Wasm的經驗，例如美國高盛金融集團、德國製造大廠博世Bosch集團、工廠自動化設備大廠西門子等。

CNCF推廣大使太田航平早在今年10月來臺參加K8s高峰會時，在主題演講中就強調，K8s的下一波發展有三大重要機制，第一項就是WebAssembly。為何這項技術對雲原生的發展，非常重要？他解釋，WebAssembly可以提供一個獨立的執行環境，不限任何開發語言、作業系統和CPU的執行環境。換句話說，WebAssembly可以提供一個通吃任何開發語言、作業系統，甚至是CPU架構的執行環境。他更現場展示後端工程師慣用的GO語言、網站開發語言Ruby和行動應用常用的Swift如何編譯成Wasm格式的二進會檔來執行，Docker容器也可以放進Wasm來執行。

太田航平特別強調，WebAssembly技術，可以將不同的開發語言編譯成二進位格式的檔案，再部署到瀏覽器或非瀏覽器的環境中執行。「WebAssembly提供了一個安全、輕便而且可以在任何地方執行的環境。」

不只科技巨頭，跨國金融集團、製造大廠也開始嘗試

Google是參與WebAssembly標準的推動者，更是第一批採用這項技術的科技公司，許多知名的服務都靠WebAssembly來創造出流暢的使用體驗，像是用C++語言開發的Google地球，就是靠V8瀏覽器引擎的WebAssembly多執行緒支援，才在瀏覽器中實作出桌面版般的任意放大縮小、飛行視角般的瀏覽操作。線上版Google Sheets用Wasm封裝Java計算引擎，讓超大型試算表提高了1.8倍的計算速度。Google Photo團隊則靠Wasm，將用單一語言開發的照片編輯功能程式碼，部署到iOS、Android和Web等不同平臺上，開發一次，不用任何改寫就能到處部署。

Google旗下開源機器學習框架TensorFlow的JS版本的核心，同樣用Wasm縮短了好幾倍的模型推論時間，甚至用Wasm結合多執行緒，比用GPU加速的JavaScrpit 2D/3D函式庫WebGL來執行相同推論，可以縮短好幾倍的時間，這個效能優化，讓沒有GPU的行動裝置，也能快速進行AI推論。

Adobe是另一家大力擁抱Wasm的愛用者，像是Lightroom線上相片編輯和特效工具、Express（前身是Spark）線上相片設計工具，都採用了WebAssembly技術來優化操作體驗。甚至是他們旗下最知名的設計工具Photoshop，這是一套用C++語言開發的多執行緒軟體，Adobe花了很多年，想要將這款設計圈最重要的軟體搬上雲端，一直克服不了JavaScript的效能問題，後來找來Google幫忙，才在2021年，打造出Web版Photoshop測試版，去年正式推出，Adobe也用這項技術陸續將更多需要重度運算需求的軟體產品，也慢慢搬上雲端。 

光是運用WebAssembly的SIMD（單指令流多資料流）處理能力，對大型圖檔中大量像素進行平行處理計算，平均就提高了3～4倍的處理速度，有些特效處理甚至可以加快80～160倍的速度。WebAssembly讓線上版Photoshop具有不輸桌面原生軟體版的流暢性和速度。

高盛集團開發者平臺大幅改用Wasm封裝API

不只是科技巨頭愛用，也有大型企業開始嘗試Wasm，例如高盛銀行有一個每天數百萬次，甚至爆量到上億次呼叫請求的開發者API平臺，他們在2023年時，花了8、9個月驗證如何用Wasm來封裝不同語言，如Go、Java、Typescript開發的API外掛，統一這些外掛程式的部署和管理。高盛銀行第四季正式釋出了第一款用Wasm打包的API外掛，不出3個月，全部的API外掛程式在年底時都改用Wasm形式來提供。

高盛集團早在好幾年前，就開始採用API優先戰略，也推出了一個開發者平臺，釋出各種類型的API給內部各部門和外部第三方合夥夥伴和合作開發者。

他們也打造了一個完全用API架構的數位銀行交易平臺，同樣提供了大量API，可以將高盛金融服務嵌入到各種第三方應用中。這個開發者評平臺提供了包括三大類，資料類AP像是資料篩選、資料分析處理、資料管理等資料類API，也有用於風險分析和投資分析的工具服務，還有一大類是銀行金融交易類的API，像是銀行交易類API，如支付、財富管理API等，也包括了一套金融區塊鏈API，這些API會以外掛的彈性組合形式來對外提供。這個高盛集團的開發者平臺，每天的API呼叫次數加起來，高達數百萬次，甚至上億次。 

這些外掛API部分來自開發者平臺團隊開發，更多是不同產品團隊各自開發。因為這些API是多年來陸續開發的成果，採用的開發語言涵蓋了Java、Go和TypeScript。不同團隊各有自己的開發實踐。
高盛平臺團隊想要找到一個技術，可以用來統一不同開發語言，使用單一獨立的runtime環境，來提高安全性，還要讓程式碼更容易重複使用。所以，他們先從一個重複帳號檢查功能開始進行PoC驗證，成效不錯。

尤其，將Wasm編譯流程加入到原有的開發流程時，仍舊可以套用原本多數開發流程的工具和安全機制，像是程式碼掃描、套件管理、相依性管理工具，都不需要有太大變動，讓開發者可以繼續使用原本熟悉的工具。改用Wasm編譯後的API程式檔案，執行效能明顯提高，也更方便和其他部門共享不同程式語言開發的元件。

高盛集團工程管理總監Rohan Deshpande指出，善用Wasm，可以提高API外掛生態圈品質和彈性的關鍵。

高盛銀行有一個每天數百萬次呼叫請求的開發者API平臺，他們在2023年時開始驗證如何用Wasm，來封裝不同語言所開發的API外掛，統一這些外掛程式的部署和管理，最後讓全部的API外掛程式都改用Wasm形式來提供。圖片來源／高盛集團

德國製造大廠Bosch有個研究團隊，則在2023年底時，分享了在自駕車軟體和工廠系統運用Wasm的經驗。他們用Wasm搭配容器技術，來部署汽車駕駛系統的嵌入式軟體元件，大幅簡化了電動車內不同類型異質裝置的安裝管理。他們還看上Wasm的毫秒級冷啟動能力，在工業自動化設備的邊緣主機上，用Wasm來部署監控軟體，可以幾乎即時的速度，來分析工控PLC系統回傳的資料，來判斷是否出現問題要發出預警，就算邊緣主機當機（製造工廠環境常見的故障風險），也能快速（毫秒等級）在另一臺邊緣主機啟用新的Wasm監控軟體，做到幾乎即時的故障自動切換能力，不會中斷對工廠自動化產線的持續監控。

Amazon影音服務靠Wasm支援8千種各類裝置

Amazon的Prime Video服務則看上了Wasm通吃各種裝置、平臺的能力。Amazon這項影音服務數百萬名顧客所用的裝置高達8千種類型，除了電腦、手機，還有遊戲主機、各類數位電視、機上盒、USB串流棒等。每次要改版，幾乎很難針對每一種環境提供專門的升級版本。所以，Amazon從2020年8月開始測試Wasm，發現同樣的功能，用Rust語言開發，再編譯成Wasm檔案格式執行，可以比用JavaScript開發的執行速度快上10到25倍，便決定在2021年大幅改用WebAssembly混用JavaScript，來簡化軟體版本升級的流程。

Amazon會在裝置上預載兩種執行環境，一個是WebAssembly VM，另一個是JavaScript VM。需要大量運算的功能，例如動畫模擬、渲染計算等，就改用Wasm技術編譯成二進位檔，放到WebAssembly VM中執行，而Prime Video App則保留原本的JavaScript程式碼，載入到另一個JavaScript VM環境中來執行。這個做法，不只更容易靠一兩種語言，支援到更多類型的裝置，高運算負載的程式碼從JavaScript改為Wasm後，省下了30MB的記憶體，只需要7.5MB就能順暢執行，也降低了不少硬體規格的門檻，提高在低階或行動裝置上的執行效能。

WebAssembly並非是這幾年隔空出現的新技術，而是問世十年的老技術，一開始是為了解決 JavaScript直譯式語言速度太慢的問題，尤其Web應用的功能越來越複雜，程式檔也越來越大，動輒數萬、數十萬行的Web應用程式碼，如何提高大型Web應用在瀏覽器中的執行速度成了一大挑戰。早在2010年時，有位軟體工程師Alon Zakai打造了一款工具Emscripten，可以將C/C++程式碼編譯成JavaScript可執行的形式，2012年更是釋出了asm.js技術，這是JavaScript的一項子集合，可以在瀏覽器中執行C和C++程式碼來加速。這是WebAssembly標準出現前的JavaScript應用優化嘗試。

2015年5月，JavaScript之父Brendan Eich特別來臺參加iThome舉辦的Modern Web大會，回顧這項技術的開發幕後秘辛以及20年來的發展。在演講中，他特別展示了在瀏覽器中執行的第一人稱3D射擊遊戲，來展示當JavaScript執行效率跟Bytecode程式一樣時，可以做到的能耐。這個現場展示，震驚所有參加者，包括臺下的我。

一個月後，JavaScript之父就和四大瀏覽器平臺，發起了W3C WebAssembly社群小組，想要重新發明JavaScript網頁應用，以WebAssembly來命名新技術，顧名思義，就是Web的Assembly（組合語言）形式，要讓網頁應用也能擁有二進位Bytecode的執行格式。

Brendan Eich指出，WebAssembly格式標準將成為一個網站程式碼的新中介層，可以提供一個二進位檔案格式標準來執行網頁。最大特色是，可以讓JavaScript程式的執行速度快20倍，讓網頁應用也能像桌面原生應用一樣的執行速度。因為，WebAssembly標準的作法是，直接定義了一個新的網頁執行層，而非如JavaScript子集合的作法，讓瀏覽器能直接執行二進位檔案格式的WebAssembly檔案，來達到像是執行Bytecode程式般的高效能。而且，當時JavaScript之父更指出一個未來的發展趨勢，這項技術不限於JavaScript這種語言，而是任何語言都可以用的技術。

這項技術有多強？像是Adobe大砸200億美元收購的設計平臺Figma，正是靠WebAssembly技術才打造出操作流暢的線上工具，可以在瀏覽器上使用大量向量元件，組合成複雜、精美的網頁版面。正因為WebAssembly可以讓Web應用的執行速度，媲美桌面原生軟體般的執行速度，所以，不少人用「網頁組合語言技術」來形容。

經過兩年努力，在2017年時，WebAssembly 發表了第一個版本，獲得Chrome、Safari、Edge、Firefox等主要瀏覽器的支持，也正式成了網頁標準之一。不過，這項技術，一開始只能在瀏覽器環境中執行，想要執行Wasm，還得先安裝一隻瀏覽器或瀏覽器引擎。

Wasm走出瀏覽器，連Docker之父都驚艷

直到2019年，這一年是 Wasm走出瀏覽器，邁向廣大雲原生世界的關鍵一年。Mozilla、雲端業者Fastly等聯手發表了WASI（WebAssembly System Interface）專案，提供了一個runtime程式和命令列工具，不需要瀏覽器，可以直接在桌機或伺服器端執行Wasm應用。同時，專案成員也發起了Bytecode聯盟，要將WebAssembly推廣到瀏覽器以外的世界。這也讓同一套Wasm封裝的程式碼，可以在瀏覽器或非瀏覽器的環境中執行，不需要維護兩套程式碼。

2019年是 Wasm走出瀏覽器，邁向廣大雲原生世界的關鍵一年。Mozilla、雲端業者Fastly等聯手發表了WASI（WebAssembly System Interface）專案，透過獨立的runtime和命令列工具，不需要瀏覽器，也可以直接在桌機或伺服器端中執行Wasm應用。圖片來源／Fastly傑出工程師Luke Wagner

「如果WASM和WASI在2008年就出現，我們就不需要發明Docker技術了。」Docker之父Solomon Hykes這一句話點出了WebAssembly技術對雲原生生態圈的影響力，可以媲美Docker技術創造了整個雲原生技術浪潮的重要性。這句話也成了後來大家談到WebAssembly發展時，最常被引述的一句話，這是一項連Docker之父都讚嘆的新技術。

跨出瀏覽器之後，橫跨到雲原生技術圈的WASM生態圈，從2020年開始茁壯，而且相關工具和技術專案數量越來越多，貢獻者規模越來越大，更多工具，更多開發語言開始支援，也開始出現大規模開發Wasm用的技術框架。

WASI專案在2021年提出了新的元件模式（Component Model）草案，可以讓不同語言寫的程式碼，編譯成Wasm元件，此彼此有一套標準的元件輸入輸出方式來互動，舉例來說，用Go語言寫的Wasm元件，和用Rust語言寫的Was元件，有共同的標準輸入輸出方式，就像用同一種語言開發的元件一樣，甚至可以把這兩個元件，放入一個更大的Wasm元件中混用。這個元件模型，讓Wasm具備了跨各種語言的能力，這也是後來WASI專案0.2版的重要特色。Brendan Eich多年前提到的WebAssembly跨開發語言的能力，不只在瀏覽器中落實，更在瀏覽器外的廣大雲原生世界中實現了。

到了2022年，已有超過40種語言支援Wasm，包括Rust, C, C++, JavaScript和GO語言。而且不只伺服器環境，還可以在邊緣裝置，甚至是IoT設備上執行Wasm程式。2022年10月，Docker公司更宣布加入Bytecode聯盟，要讓Docker引擎開始支援Wasm，直接在容器執行環境中，也能直接執行Wasm的二進位元件檔。

Docker這一步，吸引了更多雲原生採用企業對這項技術的關注，雲原生組織CNCF在年度調查中觀察到，超過37%的企業開始試水溫嘗試WebAssembly，尤其可用於Serverless架構中的兩款Runtime，包括WasmEdge和WAMR開始受到關注。CNCF這份調查報告最後的結論是「容器已經成為新標準，而WebAssembly是未來。」這個雲原生生態圈最重要的組織，開始認真將WebAssembly視為接下來的重要發展方向。

不只是容器技術指標廠商開始擁抱，虛擬化技術也開始向Wasm靠攏。微軟Azure技術長Mark Russinovich在2023年Build開發者大會上發表了Hyperlight，可以在Hypervisor上直接執行Wasm應用。Hyperlight可以產生一個微型VM（Micro-VM），比執行一個容器所用的資源更小，啟動速度超快，具有Hypervisor層隔離強度的執行環境，來執行Wasm元件。1秒鐘可以啟動1千個這種執行Wasm的微型VM ，延遲時間甚至只有250微秒，也就是一秒的四千分之一。微軟讓虛擬機器、容器和Wasm可以在同一個Hypervisor環境中並存。

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