北京2022年10月24日 /美通社/ -- 剛剛過去的今年夏天格外炎熱，中國多地最高氣溫超過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境極限，鋼鐵之軀的智算設備也有。面對戶外夏季70攝氏度(du)的極熱、冬季-40攝氏度的(de)酷寒、雷電暴雨和大漠風沙的(de)“魔法攻擊”，如何保證(zheng)安(an)放在(zai)各種邊(bian)緣(yuan)環境(jing)下的(de)服務器能(neng)正(zheng)常運作不會停擺(bai)？

沒有什么(me)事情(qing)是不(bu)可(ke)能(neng)的(de)，不(bu)可(ke)能(neng)的(de)意(yi)思(si)，就是“不(bu)，可(ke)能(neng)。”

作(zuo)為中國(guo)邊緣(yuan)服務器市場第一的(de)(de)廠商，浪潮邊緣(yuan)服務器的(de)(de)研發工(gong)程師跟極限環境“硬剛”，硬生生是(shi)把“不可能(neng)(neng)”變成了“不，可能(neng)(neng)。”

一群不停“找虐”的人

就像旅人們熱衷(zhong)于追(zhui)逐美景用腳步(bu)丈量如畫(hua)山河(he)，邊緣服務器的產品經理也步(bu)履不停地去(qu)尋找各(ge)種極限環境主動“找虐”并“宣(xuan)戰”。

邊緣計算(suan)，簡單來說就(jiu)是指(zhi)在靠近數據產(chan)生的(de)一(yi)側，采(cai)用網絡、計算(suan)、存儲(chu)、應用核心能力為一(yi)體(ti)的(de)平臺，就(jiu)近提(ti)供服(fu)務。簡單打個比方，每天路上(shang)的(de)交(jiao)通攝像(xiang)頭(tou)、工(gong)廠里的(de)高(gao)端制(zhi)造設備(bei)等(deng)等(deng)會產(chan)生巨量的(de)數據，而且越來越復(fu)雜，協同程(cheng)度也越來越難，如何(he)“就(jiu)近”處(chu)理這些(xie)數據，然(ran)后進(jin)行(xing)云(yun)邊協同，提(ti)升(sheng)大數據計算(suan)效(xiao)率，就(jiu)是邊緣計算(suan)服(fu)務器要做的(de)。

做到海(hai)量計(ji)算(suan)不難，難的(de)(de)是(shi)，怎樣(yang)能(neng)(neng)讓這些邊緣(yuan)(yuan)智算(suan)設備(bei)在各種極限環(huan)(huan)境(jing)下也能(neng)(neng)扛起(qi)重任，穩定在線(xian)。與數據中心常年恒溫恒濕的(de)(de)環(huan)(huan)境(jing)不同，邊緣(yuan)(yuan)計(ji)算(suan)的(de)(de)場(chang)(chang)景復雜(za)多樣(yang)，這些看上去并(bing)不起(qi)眼(yan)的(de)(de)邊緣(yuan)(yuan)設備(bei)，需要放(fang)置在城市路口的(de)(de)信控箱、電信機(ji)房、油井現場(chang)(chang)的(de)(de)控制箱、邊緣(yuan)(yuan)電氣柜、工(gong)業現場(chang)(chang)控制柜、車載等(deng)等(deng)各類惡劣的(de)(de)環(huan)(huan)境(jing)中。這類環(huan)(huan)境(jing)有的(de)(de)空間狹小常年悶熱逼仄，有的(de)(de)卻要經歷雨(yu)淋雪埋沙塵(chen)漫卷，這樣(yang)的(de)(de)環(huan)(huan)境(jing)對(dui)邊緣(yuan)(yuan)服務器的(de)(de)環(huan)(huan)境(jing)適應性、算(suan)力(li)性能(neng)(neng)都提(ti)出了很高(gao)的(de)(de)要求。

比如在(zai)(zai)智慧路口，邊緣設(she)備需要放置在(zai)(zai)幾乎密不(bu)透風的(de)(de)(de)信控箱中(zhong)，一些南(nan)方城市夏季最熱的(de)(de)(de)時候，信控箱內部最高(gao)溫度(du)能達(da)到60-70度(du)。而從一般路口幾路視(shi)頻，到復雜道(dao)路路口的(de)(de)(de)20路視(shi)頻，對邊緣算力的(de)(de)(de)需求(qiu)不(bu)斷提(ti)升，這就導(dao)致(zhi)設(she)備的(de)(de)(de)功耗也(ye)在(zai)(zai)提(ti)升。而因為室外粉(fen)塵過(guo)重、空(kong)氣中(zhong)的(de)(de)(de)水蒸氣、酸(suan)性(xing)氣體、微生物也(ye)會侵蝕服務器內部元(yuan)器件(jian)，設(she)備不(bu)能用傳統(tong)的(de)(de)(de)風扇設(she)計，這讓散熱設(she)計面(mian)臨很大的(de)(de)(de)挑戰。

用腳(jiao)做(zuo)調研，用心做(zuo)設(she)(she)計。浪潮信息產品研發人員們(men)(men)在(zai)(zai)最熱的(de)夏(xia)天打開過三亞(ya)路口的(de)信控箱，在(zai)(zai)極寒的(de)天氣里(li)勘察過漠(mo)河油田的(de)服(fu)(fu)務(wu)器，專(zhuan)門去找讓服(fu)(fu)務(wu)器極度“不適”的(de)場(chang)景。服(fu)(fu)務(wu)器在(zai)(zai)雷(lei)暴中(zhong)要(yao)(yao)能(neng)扛(kang)住多大的(de)雷(lei)擊，在(zai)(zai)陰雨連綿中(zhong)需要(yao)(yao)達(da)到怎樣的(de)防水(shui)等級(ji)，這些都需要(yao)(yao)“技術(shu)猿”們(men)(men)親自到達(da)現場(chang)，以(yi)此在(zai)(zai)服(fu)(fu)務(wu)器上崗前完善設(she)(she)計，確(que)保它們(men)(men)能(neng)“扛(kang)住”邊緣環境的(de)重重挑戰(zhan)

一塊三明治觸發的靈感

 散落在各個地方各種環境下的的邊緣服務器，是智算力延伸到數字世界各個角落的末梢神經元，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，更是橫亙在研發人員面前的攔路虎。產品經理在實地勘察后敲黑板劃出重點：邊緣服務器必須保證在70攝氏度的(de)高溫下也不會罷工。但反復實驗(yan)改進下的(de)邊緣服(fu)務器，仍然差了那么一點點意思。

在戶外場景，邊緣服務器散熱設計的方向是，通過無風扇設計，讓設備和環境之間的熱量通過熱對流和熱輻射傳遞到空氣中。在邊緣服務器內部，CPU一旦高速運作，溫度最高可達90攝氏度，要讓90攝氏(shi)度(du)高溫快速傳導到大約70攝氏度的(de)環境空氣中，就需要在(zai)散熱上蓋和熱源之(zhi)間增加高(gao)導熱系數的(de)導熱材料(liao)，讓熱量快速傳遞(di)出去，工程師們做了很(hen)多嘗試，卻始終無法突破60攝氏度的(de)散熱極限。

與70攝氏度(du)“死磕”卻(que)求而不(bu)得，讓技術(shu)研發一(yi)度陷(xian)入了僵局。轉機來(lai)自于(yu)一(yi)塊加班(ban)中用來(lai)充(chong)饑的三(san)明(ming)治。

一層層食材(cai)疊加的(de)靈感，啟(qi)發工程師們將服務器散熱(re)上蓋底部壓鑄出導(dao)熱(re)凸(tu)臺(tai)，通過導(dao)熱(re)凸(tu)臺(tai)與導(dao)熱(re)界面材(cai)料、熱(re)源部件依次貼(tie)合的(de)結構(gou)，可以排出熱(re)源上方(fang)的(de)空氣(qi)，大(da)大(da)消除內部界面熱(re)阻。

 從上到下，散熱蓋、凸臺、界面材料、熱源這一酷似“三明治”的結構中，還針對邊緣服務器的百變需求，設計了不同的鋁擠工藝上蓋，讓導熱凸臺、界面材料的位置、大小隨著內部器件的變化而變化，實現產品的靈活百變和高效散熱。同時，研發人員還發現，界面材料厚度的微小差異，都會影響散熱的效率，據仿真模擬數據顯示，材料厚度縮小0.6毫米，CPU的溫度就可以降低2.1攝氏(shi)度(du)，因此，需要在(zai)CPU、內存(cun)等等部件凸臺最(zui)小(xiao)結構公(gong)差(cha)下(xia)，設計出最(zui)小(xiao)厚度的界面(mian)材料。

經過多次仿真和實測，研發人員最終采用高導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，導熱效率達到10W/m·K，是空氣導熱效率的435倍，讓服務器適應的極限環溫從原來的60攝(she)氏度(du)提升到67攝氏度。

還差了最后的3攝氏度，努力仍在繼續。

 除了提升內部的熱傳導效率，散熱工程師還要考慮設備與環境之間如何進行高效的導熱，才能實現極限環境的適應。研發人員結合熱仿真軟件對多組參數組合進行對比分析，并繪制響應面優化曲線，最終確定出一組關于鰭片厚度、間隙和高度的最優組合，在有限體積內形成超過3000平方厘米的(de)散熱面積，達到(dao)了最(zui)佳(jia)散熱能力。

同時，為了進一步減小上蓋(gai)散(san)熱(re)(re)器內部的(de)(de)擴散(san)熱(re)(re)阻(zu)，散(san)熱(re)(re)上蓋(gai)中設計了2D熱(re)(re)管(guan)網(wang)絡，熱(re)(re)管(guan)走向經(jing)過反(fan)復(fu)優化仿真，精準布局(ju)，有(you)效規避局(ju)部熱(re)(re)點的(de)(de)產生(sheng)，提升整機(ji)均溫(wen)能力。

終于，一臺在無風條件下，70攝(she)氏度極(ji)限環境(jing)也能高效運(yun)轉(zhuan)的邊緣(yuan)服(fu)務(wu)(wu)器橫空出世，站上C位。據(ju)研發測試，在無風扇的邊緣(yuan)服(fu)務(wu)(wu)器上，三(san)明治架構(gou)可將被動散熱(re)能力較上一代產品提升近(jin)100%。

一(yi)份智造的極致匠心

適應所有不適應，讓小的積累構成(cheng)大的改變，浪潮(chao)信息研發員們精(jing)工細作的服務器遠(yuan)不止解決了散(san)熱(re)這一痛點。

邊緣服務器無限靠近數據產生的第一現場，不僅可能面對極熱的環境，還會有極寒、風沙、塵土、雷擊等等惡劣場景，每一類場景都需要進行針對性的設計，以保障服務器的穩定運行。例如在東北油田，考慮到一些低溫條件下電子設備難以啟動的情況，邊緣服務器設計了低溫熱啟動裝置，當環境溫度低于-40攝氏(shi)度時，自(zi)適(shi)應調(diao)節系(xi)統會加(jia)熱服務器(qi)，讓內(nei)部每一個芯片滿足溫度(du)要求后再開機(ji)啟動。

另外(wai)，很(hen)多邊(bian)緣(yuan)服(fu)務器會被放置于高山塔、深(shen)山燈等環境中，研(yan)發人員就在寸(cun)土寸(cun)金的邊(bian)緣(yuan)服(fu)務器中，塞(sai)進了一個(ge)遠程運維管理(li)模(mo)塊，讓運維人員可(ke)以(yi)遠程勘查設備，大大減少了人力運維成(cheng)本(ben)。

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持，而是因為堅持才有了希望，正如研發工程師追求極致智造的匠心。每一處微小的設計，都是基于邊緣場景做出的最適改變，不啻微芒終能造炬成陽，浪潮信息研發人員的不斷創新，為更多場景提供安全、穩定的邊緣算力創造了可能(neng)，也(ye)為云邊協同的不斷破圈締造了希(xi)望。