北京2022年10月24日 /美通社/ -- 剛剛過(guò)去的今年夏天格外炎熱，中國(guó)多地最高氣溫超過(guò)40攝氏度，令很多人心有余悸。但很多人并不知道的是，并非血肉之軀才有環(huán)境極限，鋼鐵之軀的智算設(shè)備也有。面對(duì)戶外夏季70攝氏度的極熱、冬季-40攝氏度的酷寒、雷電暴雨和大漠風(fēng)沙的“魔法攻擊”，如何保證安放在各種邊緣環(huán)境下的服務(wù)器能正常運(yùn)作不會(huì)停擺？
沒(méi)有什么事情是不可能的，不可能的意思，就是“不，可能。”
作為中國(guó)邊緣服務(wù)器市場(chǎng)第一的廠商，浪潮邊緣服務(wù)器的研發(fā)工程師跟極限環(huán)境“硬剛”，硬生生是把“不可能”變成了“不，可能?！?/p>
一群不停“找虐”的人
就像旅人們熱衷于追逐美景用腳步丈量如畫山河，邊緣服務(wù)器的產(chǎn)品經(jīng)理也步履不停地去尋找各種極限環(huán)境主動(dòng)“找虐”并“宣戰(zhàn)”。
邊緣計(jì)算，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是指在靠近數(shù)據(jù)產(chǎn)生的一側(cè)，采用網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)、應(yīng)用核心能力為一體的平臺(tái)，就近提供服務(wù)。簡(jiǎn)單打個(gè)比方，每天路上的交通攝像頭、工廠里的高端制造設(shè)備等等會(huì)產(chǎn)生巨量的數(shù)據(jù)，而且越來(lái)越復(fù)雜，協(xié)同程度也越來(lái)越難，如何“就近”處理這些數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行云邊協(xié)同，提升大數(shù)據(jù)計(jì)算效率，就是邊緣計(jì)算服務(wù)器要做的。
做到海量計(jì)算不難，難的是，怎樣能讓這些邊緣智算設(shè)備在各種極限環(huán)境下也能扛起重任，穩(wěn)定在線。與數(shù)據(jù)中心常年恒溫恒濕的環(huán)境不同，邊緣計(jì)算的場(chǎng)景復(fù)雜多樣，這些看上去并不起眼的邊緣設(shè)備，需要放置在城市路口的信控箱、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、車載等等各類惡劣的環(huán)境中。這類環(huán)境有的空間狹小常年悶熱逼仄，有的卻要經(jīng)歷雨淋雪埋沙塵漫卷，這樣的環(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。
比如在智慧路口，邊緣設(shè)備需要放置在幾乎密不透風(fēng)的信控箱中，一些南方城市夏季最熱的時(shí)候，信控箱內(nèi)部最高溫度能達(dá)到60-70度。而從一般路口幾路視頻，到復(fù)雜道路路口的20路視頻，對(duì)邊緣算力的需求不斷提升，這就導(dǎo)致設(shè)備的功耗也在提升。而因?yàn)槭彝夥蹓m過(guò)重、空氣中的水蒸氣、酸性氣體、微生物也會(huì)侵蝕服務(wù)器內(nèi)部元器件，設(shè)備不能用傳統(tǒng)的風(fēng)扇設(shè)計(jì)，這讓散熱設(shè)計(jì)面臨很大的挑戰(zhàn)。
用腳做調(diào)研，用心做設(shè)計(jì)。浪潮信息產(chǎn)品研發(fā)人員們?cè)谧顭岬南奶齑蜷_(kāi)過(guò)三亞路口的信控箱，在極寒的天氣里勘察過(guò)漠河油田的服務(wù)器，專門去找讓服務(wù)器極度“不適”的場(chǎng)景。服務(wù)器在雷暴中要能扛住多大的雷擊，在陰雨連綿中需要達(dá)到怎樣的防水等級(jí)，這些都需要“技術(shù)猿”們親自到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，以此在服務(wù)器上崗前完善設(shè)計(jì)，確保它們能“扛住”邊緣環(huán)境的重重挑戰(zhàn)
一塊三明治觸發(fā)的靈感
散落在各個(gè)地方各種環(huán)境下的的邊緣服務(wù)器，是智算力延伸到數(shù)字世界各個(gè)角落的末梢神經(jīng)元，需要練就鋼筋鐵骨。而極端高溫下的散熱，是鋼筋鐵骨也不能承受之重，更是橫亙?cè)谘邪l(fā)人員面前的攔路虎。產(chǎn)品經(jīng)理在實(shí)地勘察后敲黑板劃出重點(diǎn)：邊緣服務(wù)器必須保證在70攝氏度的高溫下也不會(huì)罷工。但反復(fù)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)下的邊緣服務(wù)器，仍然差了那么一點(diǎn)點(diǎn)意思。
在戶外場(chǎng)景，邊緣服務(wù)器散熱設(shè)計(jì)的方向是，通過(guò)無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì)，讓設(shè)備和環(huán)境之間的熱量通過(guò)熱對(duì)流和熱輻射傳遞到空氣中。在邊緣服務(wù)器內(nèi)部，CPU一旦高速運(yùn)作，溫度最高可達(dá)90攝氏度，要讓90攝氏度高溫快速傳導(dǎo)到大約70攝氏度的環(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，工程師們做了很多嘗試，卻始終無(wú)法突破60攝氏度的散熱極限。
與70攝氏度“死磕”卻求而不得，讓技術(shù)研發(fā)一度陷入了僵局。轉(zhuǎn)機(jī)來(lái)自于一塊加班中用來(lái)充饑的三明治。
一層層食材疊加的靈感，啟發(fā)工程師們將服務(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)，可以排出熱源上方的空氣，大大消除內(nèi)部界面熱阻。
從上到下，散熱蓋、凸臺(tái)、界面材料、熱源這一酷似“三明治”的結(jié)構(gòu)中，還針對(duì)邊緣服務(wù)器的百變需求，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。同時(shí)，研發(fā)人員還發(fā)現(xiàn)，界面材料厚度的微小差異，都會(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攝氏度，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)，研發(fā)人員最終采用高導(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攝氏度提升到67攝氏度。
還差了最后的3攝氏度，努力仍在繼續(xù)。
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攝氏度極限環(huán)境也能高效運(yùn)轉(zhuǎn)的邊緣服務(wù)器橫空出世，站上C位。據(jù)研發(fā)測(cè)試，在無(wú)風(fēng)扇的邊緣服務(wù)器上，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%。
一份智造的極致匠心
適應(yīng)所有不適應(yīng)，讓小的積累構(gòu)成大的改變，浪潮信息研發(fā)員們精工細(xì)作的服務(wù)器遠(yuǎn)不止解決了散熱這一痛點(diǎn)。
邊緣服務(wù)器無(wú)限靠近數(shù)據(jù)產(chǎn)生的第一現(xiàn)場(chǎng)，不僅可能面對(duì)極熱的環(huán)境，還會(huì)有極寒、風(fēng)沙、塵土、雷擊等等惡劣場(chǎng)景，每一類場(chǎng)景都需要進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)，以保障服務(wù)器的穩(wěn)定運(yùn)行。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攝氏度時(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)。
另外，很多邊緣服務(wù)器會(huì)被放置于高山塔、深山燈等環(huán)境中，研發(fā)人員就在寸土寸金的邊緣服務(wù)器中，塞進(jìn)了一個(gè)遠(yuǎn)程運(yùn)維管理模塊，讓運(yùn)維人員可以遠(yuǎn)程勘查設(shè)備，大大減少了人力運(yùn)維成本。
書癡者文必工，藝癡者技必良。很多事情并不是看到了希望才去堅(jiān)持，而是因?yàn)閳?jiān)持才有了希望，正如研發(fā)工程師追求極致智造的匠心。每一處微小的設(shè)計(jì)，都是基于邊緣場(chǎng)景做出的最適改變，不啻微芒終能造炬成陽(yáng)，浪潮信息研發(fā)人員的不斷創(chuàng)新，為更多場(chǎng)景提供安全、穩(wěn)定的邊緣算力創(chuàng)造了可能，也為云邊協(xié)同的不斷破圈締造了希望。
