北京2023年1月6日 /美通社/ -- 在延綿百里的崇山峻嶺中，邊緣算力賦能高壓電塔遠(yuǎn)程智能巡檢，守護(hù)著電網(wǎng)傳輸安全。寒來(lái)暑往，一旦邊緣服務(wù)器設(shè)備無(wú)法抵抗極端惡劣天氣的影響，就會(huì)降低電力傳輸?shù)目煽啃?，?duì)用電單位造成經(jīng)濟(jì)損失。
在石油、天然氣的管道鉆探場(chǎng)景中，邊緣算力正在幫助預(yù)警潛在鉆探故障，但如果邊緣服務(wù)器在極端氣候環(huán)境中"宕機(jī)"，會(huì)降低油氣開(kāi)采的效率，油氣企業(yè)損失的將是真金白銀。
邊緣算力的"邊緣"兩個(gè)字其實(shí)已經(jīng)很好的表述了邊緣算力會(huì)部署到的場(chǎng)景，也意味著邊緣服務(wù)器有可能會(huì)面對(duì)雨雪、沙塵、曝曬、嚴(yán)寒等所有惡劣的自然條件。
所以，"邊緣"也可以是一種"邊際"，一種不斷挑戰(zhàn)極限的技術(shù)創(chuàng)新。
作為中國(guó)邊緣服務(wù)器市場(chǎng)占有率第一的廠商，浪潮信息邊緣微服務(wù)器一個(gè)看起來(lái)，貌不出眾的小小的"盒子"，又是如何挑戰(zhàn)了從-40度到70度，從極熱到極寒的考驗(yàn)的呢？
靈魂拷問(wèn)，為什么要不斷挑戰(zhàn)技術(shù)極限
第一個(gè)靈魂拷問(wèn)，一臺(tái)邊緣場(chǎng)景下的服務(wù)器，為什么要去挑戰(zhàn)-40度到70度的極端溫度，它的意義何在？
Gartner在一項(xiàng)報(bào)告中顯示，未來(lái)幾年，數(shù)據(jù)所處的位置將會(huì)出現(xiàn)翻天覆地的變化，預(yù)計(jì)到2025年，僅有30%的數(shù)據(jù)還會(huì)運(yùn)行在本地，運(yùn)行于公有云的數(shù)據(jù)會(huì)增長(zhǎng)到40%，而將有30%的數(shù)據(jù)會(huì)運(yùn)行在邊緣。
這意味著，未來(lái)將有越來(lái)越的數(shù)據(jù)在邊緣處理，越來(lái)越多的邊緣服務(wù)器將遍布于千行百業(yè)的系統(tǒng)"末梢"，這些邊緣服務(wù)器所承擔(dān)的算力，將會(huì)接近于云端的算力總量。
喬布斯，曾經(jīng)跟麥金塔電腦操作系統(tǒng)工程師拉里·凱尼恩抱怨開(kāi)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。他說(shuō)，如果有500萬(wàn)人使用Mac，而每天開(kāi)機(jī)都要多用10秒鐘，加起來(lái)每年都要浪費(fèi)大約3億分鐘，而3億分鐘相當(dāng)于至少100個(gè)人的終身壽命。凱尼恩聽(tīng)完喬布斯的演示后當(dāng)時(shí)就震驚了，幾周過(guò)后麥金塔電腦的啟動(dòng)時(shí)間縮短了28秒。
這個(gè)故事告訴我們，當(dāng)一個(gè)產(chǎn)品有了量變的可能，那么質(zhì)變必然隨之而來(lái)。
對(duì)于邊緣服務(wù)器來(lái)說(shuō)，當(dāng)行業(yè)場(chǎng)景一個(gè)又一個(gè)被打開(kāi)，從城市路口的信控箱、電信機(jī)房、油井現(xiàn)場(chǎng)的控制箱、邊緣電氣柜、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制柜，再到車(chē)載環(huán)境各類(lèi)惡劣的環(huán)境對(duì)邊緣服務(wù)器的環(huán)境適應(yīng)性、算力性能都提出了很高的要求。
所有的極限挑戰(zhàn)，都來(lái)自于場(chǎng)景的要求。例如在智慧路口的邊緣場(chǎng)景中，由于邊緣設(shè)備放置在幾乎密不透風(fēng)的信控箱中，夏季最熱的時(shí)候，如三亞這樣的城市信控箱內(nèi)部最高溫度將達(dá)到60-70度，高溫很容易讓CPU降頻甚至宕機(jī)，進(jìn)而拖累整個(gè)數(shù)字系統(tǒng)。又比如寒潮來(lái)襲的東北油田，戶外-40度的超低溫環(huán)境下，電子設(shè)備要抵御寒冷空氣的"魔法"攻擊，監(jiān)控采油設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
真實(shí)的需求產(chǎn)生了，浪潮信息也發(fā)現(xiàn)，邊緣服務(wù)器必須保證在-40度~70度的極端溫度下也不會(huì)罷工，才能確保萬(wàn)無(wú)一失。
細(xì)節(jié)與匠心，極致表現(xiàn)的三明治散熱架構(gòu)
邊緣服務(wù)器的散熱一直是一個(gè)最核心的產(chǎn)品設(shè)計(jì)難題。
由于邊緣計(jì)算硬件的部署環(huán)境，一般比中心服務(wù)器的環(huán)境要惡劣更加復(fù)雜，中心服務(wù)器部署在機(jī)房，恒溫恒濕，有專(zhuān)人管理，而邊緣計(jì)算硬件部署的環(huán)境可能是高溫的室外，或者粉塵較大的空間，正因?yàn)閻毫拥沫h(huán)境，如果通過(guò)風(fēng)扇散熱，很容易讓灰塵進(jìn)入系統(tǒng)，損害服務(wù)器內(nèi)部的零部件。
這就形成了第二個(gè)靈魂拷問(wèn)：既需要散熱，又不能通過(guò)風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)，那么要如何突破70度的散熱極限呢？
通常邊緣服務(wù)器的熱量主要來(lái)自CPU工作時(shí)發(fā)熱，尤其當(dāng)CPU高速運(yùn)作時(shí)，溫度最高可達(dá)90度，要讓90度高溫，在無(wú)風(fēng)的狀態(tài)下快速傳導(dǎo)到大約70度的環(huán)境空氣中，就需要在散熱上蓋和熱源之間增加高導(dǎo)熱系數(shù)的導(dǎo)熱材料，讓熱量快速傳遞出去，這個(gè)思路雖然是對(duì)的，但是如何實(shí)現(xiàn)則成為了一個(gè)新的難題。
技術(shù)研發(fā)陷入僵局之后，一塊加班中的三明治，觸發(fā)了浪潮信息工程師的靈感，也因此催生了三明治散熱架構(gòu)的誕生。
通過(guò)模擬三明治一層層食材疊加的邏輯，將服務(wù)器散熱上蓋底部壓鑄出導(dǎo)熱凸臺(tái)，通過(guò)導(dǎo)熱凸臺(tái)與導(dǎo)熱界面材料、熱源部件依次貼合的結(jié)構(gòu)，就可以排出熱源上方的空氣，大大消除內(nèi)部界面熱阻。形成了從散熱蓋、凸臺(tái)、界面材料到熱源的"三明治"式的散熱架構(gòu)。
我們知道，三明治的好處在于可以客戶口味的不用，調(diào)換面包的厚度和食材的樣式。所以，采用三明治散熱架構(gòu)的浪潮邊緣微服務(wù)器EIS800也針對(duì)百變的需求，設(shè)計(jì)了不同的鋁擠工藝上蓋，讓導(dǎo)熱凸臺(tái)、界面材料的位置、大小隨著內(nèi)部器件的變化而變化，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的靈活百變和高效散熱。
另外，三明治的口感，會(huì)因食材的微小差異而發(fā)生微妙的變化，如食材厚度，醬汁濃度，蔬菜的新鮮度都會(huì)讓三明治的味道發(fā)生偏移，要打造口感最佳的三明治，就要不斷研究調(diào)整各項(xiàng)食材的材質(zhì)和比重。在對(duì)三明治散熱架構(gòu)的研究中，浪潮信息研發(fā)人員發(fā)現(xiàn)，界面材料厚度的微小差異，會(huì)影響散熱的效率，據(jù)仿真模擬數(shù)據(jù)顯示，材料厚度縮小0.6毫米，CPU的溫度就可以降低2.1度，因此，需要在CPU、內(nèi)存等等部件凸臺(tái)最小結(jié)構(gòu)公差下，設(shè)計(jì)出最小厚度的界面材料。
經(jīng)過(guò)多次仿真和實(shí)測(cè)，最終采用高導(dǎo)熱和高壓縮性的界面材料和凸臺(tái)填充在熱源與散熱外殼之間，導(dǎo)熱效率達(dá)到10W/m·K，是空氣導(dǎo)熱效率的435倍，讓服務(wù)器適應(yīng)的極限環(huán)溫從原來(lái)的60度提升到67度。
距離70度的終極要求，僅有3度之遙。這也是"天塹"一般的三度，要如何去突破呢？
除了提升內(nèi)部的熱傳導(dǎo)效率，散熱工程師還要考慮設(shè)備與環(huán)境之間如何進(jìn)行高效的導(dǎo)熱，才能實(shí)現(xiàn)極限環(huán)境的適應(yīng)。研發(fā)人員結(jié)合熱仿真軟件對(duì)多組參數(shù)組合進(jìn)行對(duì)比分析，并繪制響應(yīng)面優(yōu)化曲線，最終確定出一組關(guān)于鰭片厚度、間隙和高度的最優(yōu)組合，在有限體積內(nèi)形成超過(guò)3000平方厘米的散熱面積，達(dá)到了最佳散熱能力。同時(shí)，為了進(jìn)一步減小上蓋散熱器內(nèi)部的擴(kuò)散熱阻，散熱上蓋中設(shè)計(jì)了2D熱管網(wǎng)絡(luò)，熱管走向經(jīng)過(guò)反復(fù)優(yōu)化仿真，精準(zhǔn)布局，有效規(guī)避局部熱點(diǎn)的產(chǎn)生，提升整機(jī)均溫能力。終于，一臺(tái)在無(wú)風(fēng)條件下，70度極限環(huán)境也能高效運(yùn)轉(zhuǎn)的邊緣服務(wù)器橫空出世，這就是EIS 800。
微小的創(chuàng)新可以改變世界
喬布斯曾經(jīng)說(shuō)過(guò)："微小的創(chuàng)新可以改變世界"。
在邊緣服務(wù)器小小的"身體"內(nèi)，圍繞散熱這個(gè)小小的設(shè)計(jì)，是通過(guò)無(wú)數(shù)次的微小的研究實(shí)現(xiàn)的，它的每一次看似微小的進(jìn)步，都是對(duì)細(xì)節(jié)的完美追求，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的匠心精神，對(duì)客戶需求的一絲不茍。
除了針對(duì)高溫的設(shè)計(jì)，EIS 800對(duì)低溫環(huán)境的支持同樣出色，例如在東北油田，考慮到一些低溫條件下電子設(shè)備難以啟動(dòng)的情況，邊緣服務(wù)器設(shè)計(jì)了低溫?zé)釂?dòng)裝置，當(dāng)環(huán)境溫度低于-40度時(shí)，自適應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)會(huì)加熱服務(wù)器，讓內(nèi)部每一個(gè)芯片滿足溫度要求后再開(kāi)機(jī)啟動(dòng)。
正因?yàn)槿绱?，在?shù)字經(jīng)濟(jì)的延伸到行業(yè)縱深的每一個(gè)角度，才有了穩(wěn)定的算力保證，不懼嚴(yán)寒酷暑，不懼高溫炙烤，為千行百業(yè)的數(shù)字化"最后一公里"提供支撐。
冰凍三尺非一日之寒。蒲松齡曾經(jīng)在自己家的道路旁設(shè)了茶舍，"見(jiàn)行者過(guò)，必強(qiáng)與語(yǔ)，搜奇說(shuō)異，隨人所知"。日復(fù)一日，年復(fù)一年，最終才有了《聊齋》的誕生。
所有行業(yè)的目標(biāo)都是追求卓越，這目標(biāo)看起來(lái)很大，很遙不可及，其實(shí)落到實(shí)處就是對(duì)每一個(gè)產(chǎn)品苛求細(xì)節(jié)，對(duì)每一個(gè)微小的創(chuàng)新，不斷積累。
早在2017年起，浪潮信息就投入研發(fā)邊緣計(jì)算服務(wù)器，并將其分別放在幾個(gè)不同的產(chǎn)品部門(mén)進(jìn)行培育，面向每個(gè)客戶場(chǎng)景的差異化，和每一項(xiàng)邊緣服務(wù)器技術(shù)的創(chuàng)新性不斷突破和創(chuàng)新。如去年發(fā)布的EIS800系列產(chǎn)品，針對(duì)室內(nèi)、室外和微中心三類(lèi)計(jì)算節(jié)點(diǎn)形態(tài)，以及各種場(chǎng)景都有針對(duì)性的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。據(jù)研發(fā)測(cè)試，在無(wú)風(fēng)扇的EIS800上，三明治架構(gòu)可將被動(dòng)散熱能力較上一代產(chǎn)品提升近100%。
三明治散熱架構(gòu)，是浪潮信息在邊緣服務(wù)器創(chuàng)新之路上，提煉出來(lái)的普世價(jià)值。通過(guò)微小的創(chuàng)新，改變世界，不放棄每一個(gè)邊緣場(chǎng)景的研究，就是站在客戶身后，遵從每一個(gè)客戶需求的表現(xiàn)。
