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浪潮邊緣服務(wù)器 "三明治"散熱架構(gòu),挑戰(zhàn)邊緣計算環(huán)境極限

2023-01-06 20:42 5312

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程智能巡檢,守護著電網(wǎng)傳輸安全。寒來暑往,一旦邊緣服務(wù)器設(shè)備無法抵抗極端惡劣天氣的影響,就會降低電力傳輸?shù)目煽啃裕瑢τ秒妴挝辉斐山?jīng)濟損失。

在石油、天然氣的管道鉆探場景中,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",會降低油氣開采的效率,油氣企業(yè)損失的將是真金白銀。

邊緣算力的"邊緣"兩個字其實已經(jīng)很好的表述了邊緣算力會部署到的場景,也意味著邊緣服務(wù)器有可能會面對雨雪、沙塵、曝曬、嚴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。

作為中國邊緣服務(wù)器市場占有率第一的廠商,浪潮信息邊緣微服務(wù)器一個看起來,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的呢?

靈魂拷問,為什么要不斷挑戰(zhàn)技術(shù)極限

第一個靈魂拷問,一臺邊緣場景下的服務(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在一項報告中顯示,未來幾年,數(shù)據(jù)所處的位置將會出現(xiàn)翻天覆地的變化,預(yù)計到2025年,僅有30%的數(shù)據(jù)還會運行在本地,運行于公有云的數(shù)據(jù)會增長到40%,而將有30%的數(shù)據(jù)會運行在邊緣。

這意味著,未來將有越來越的數(shù)據(jù)在邊緣處理,越來越多的邊緣服務(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·凱尼恩抱怨開機啟動時間過長。他說,如果有500萬人使用Mac,而每天開機都要多用10秒鐘,加起來每年都要浪費大約3億分鐘,而3億分鐘相當(dāng)于至少100個人的終身壽命。凱尼恩聽完喬布斯的演示后當(dāng)時就震驚了,幾周過后麥金塔電腦的啟動時間縮短了28秒。

這個故事告訴我們,當(dāng)一個產(chǎn)品有了量變的可能,那么質(zhì)變必然隨之而來。

對于邊緣服務(wù)器來說,當(dāng)行業(yè)場景一個又一個被打開,從城市路口的信控箱、電信機房、油井現(xiàn)場的控制箱、邊緣電氣柜、工業(yè)現(xiàn)場控制柜,再到車載環(huán)境各類惡劣的環(huán)境對邊緣服務(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),都來自于場景的要求。例如在智慧路口的邊緣場景中,由于邊緣設(shè)備放置在幾乎密不透風(fēng)的信控箱中,夏季最熱的時候,如三亞這樣的城市信控箱內(nèi)部最高溫度將達到60-70,高溫很容易讓CPU降頻甚至宕機,進而拖累整個數(shù)字系統(tǒng)。又比如寒潮來襲的東北油田,戶外-40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)備的正常運轉(zhuǎn)。

真實的需求產(chǎn)生了,浪潮信息也發(fā)現(xiàn),邊緣服務(wù)器必須保證在-40~70的極端溫度下也不會罷工,才能確保萬無一失。

細節(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最核心的產(chǎn)品設(shè)計難題。

由于邊緣計算硬件的部署環(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)器部署在機房,恒溫恒濕,有專人管理,而邊緣計算硬件部署的環(huán)境可能是高溫的室外,或者粉塵較大的空間,正因為惡劣的環(huán)境,如果通過風(fēng)扇散熱,很容易讓灰塵進入系統(tǒng),損害服務(wù)器內(nèi)部的零部件。

這就形成了第二個靈魂拷問:既需要散熱,又不能通過風(fēng)扇實現(xiàn),那么要如何突破70度的散熱極限呢?

通常邊緣服務(wù)器的熱量主要來自CPU工作時發(fā)熱,尤其當(dāng)CPU高速運作時,溫度最高可達90,要讓90高溫,在無風(fēng)的狀態(tài)下快速傳導(dǎo)到大約70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,這個思路雖然是對的,但是如何實現(xiàn)則成為了一個新的難題。

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,通過導(dǎo)熱凸臺與導(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、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也針對百變的需求,設(shè)計了不同的鋁擠工藝上蓋,讓導(dǎo)熱凸臺、界面材料的位置、大小隨著內(nèi)部器件的變化而變化,實現(xiàn)產(chǎn)品的靈活百變和高效散熱。

另外,三明治的口感,會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)整各項食材的材質(zhì)和比重。在對三明治散熱架構(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,因此,需要在CPU、內(nèi)存等等部件凸臺最小結(jié)構(gòu)公差下,設(shè)計出最小厚度的界面材料。

經(jīng)過多次仿真和實測,最終采用高導(dǎo)熱和高壓縮性的界面材料和凸臺填充在熱源與散熱外殼之間,導(dǎo)熱效率達到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)溫從原來的60提升到67。

距離70的終極要求,僅有3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)境之間如何進行高效的導(dǎo)熱,才能實現(xiàn)極限環(huán)境的適應(yīng)。研發(fā)人員結(jié)合熱仿真軟件對多組參數(shù)組合進行對比分析,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3000平方厘米的散熱面積,達到了最佳散熱能力。同時,為了進一步減小上蓋散熱器內(nèi)部的擴散熱阻,散熱上蓋中設(shè)計了2D熱管網(wǎng)絡(luò),熱管走向經(jīng)過反復(fù)優(yōu)化仿真,精準布局,有效規(guī)避局部熱點的產(chǎn)生,提升整機均溫能力。終于,一臺在無風(fēng)條件下,70極限環(huán)境也能高效運轉(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)說過"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),圍繞散熱這個小小的設(shè)計,是通過無數(shù)次的微小的研究實現(xiàn)的,它的每一次看似微小的進步,都是對細節(jié)的完美追求,對產(chǎn)品設(shè)計的匠心精神,對客戶需求的一絲不茍。


除了針對高溫的設(shè)計,EIS 800對低溫環(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)備難以啟動的情況,邊緣服務(wù)器設(shè)計了低溫?zé)釂友b置,當(dāng)環(huán)境溫度低于-40時,自適應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)會加熱服務(wù)器,讓內(nèi)部每一個芯片滿足溫度要求后再開機啟動。

正因為如此,在數(shù)字經(jīng)濟的延伸到行業(yè)縱深的每一個角度,才有了穩(wěn)定的算力保證,不懼嚴寒酷暑,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,"見行者過,必強與語,搜奇說異,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)的目標都是追求卓越,這目標看起來很大,很遙不可及,其實落到實處就是對每一個產(chǎn)品苛求細節(jié),對每一個微小的創(chuàng)新,不斷積累。

早在2017年起,浪潮信息就投入研發(fā)邊緣計算服務(wù)器,并將其分別放在幾個不同的產(chǎn)品部門進行培育,面向每個客戶場景的差異化,和每一項邊緣服務(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,針對室內(nèi)、室外和微中心三類計算節(jié)點形態(tài),以及各種場景都有針對性的產(chǎn)品設(shè)計。據(jù)研發(fā)測試,在無風(fēng)扇的EIS800上,三明治架構(gòu)可將被動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,提煉出來的普世價值。通過微小的創(chuàng)新,改變世界,不放棄每一個邊緣場景的研究,就是站在客戶身后,遵從每一個客戶需求的表現(xiàn)。

消息來源:浪潮信息
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