北京(jing)2022年12月19日 /美通社/ -- 計(ji)算(suan)(suan)是智慧時代一個(ge)永(yong)恒的話題。那邊(bian)廂云計(ji)算(suan)(suan)已是熱(re)火朝天，這邊(bian)廂邊(bian)緣計(ji)算(suan)(suan)已呈(cheng)燎(liao)原之勢。

有(you)人(ren)形(xing)容，邊(bian)(bian)緣(yuan)(yuan)計算是“人(ren)工智能(neng)的(de)(de)最(zui)后(hou)(hou)一(yi)(yi)(yi)公(gong)里(li)”，“物聯網的(de)(de)最(zui)后(hou)(hou)一(yi)(yi)(yi)公(gong)里(li)”，“打通用戶的(de)(de)最(zui)后(hou)(hou)一(yi)(yi)(yi)公(gong)里(li)”……邊(bian)(bian)緣(yuan)(yuan)計算看似不起眼，卻將(jiang)承載起邊(bian)(bian)緣(yuan)(yuan)側海量的(de)(de)數(shu)據計算處理。但“最(zui)后(hou)(hou)一(yi)(yi)(yi)公(gong)里(li)”恰恰是最(zui)為艱難的(de)(de)一(yi)(yi)(yi)公(gong)里(li)，需求的(de)(de)多(duo)樣化(hua)和差異化(hua)，讓邊(bian)(bian)緣(yuan)(yuan)計算產業化(hua)受到一(yi)(yi)(yi)定(ding)程度的(de)(de)制約。

如何打破這種局面，讓邊緣計算不再“邊緣”，在更多業務場景中加速走向落地？浪潮信息的研發團隊走遍了大江南北，深入到海南太陽暴曬的路口、東北寒冷偏僻的油井現場、西北大山深處的煤礦等地進行多方位需求調研，提出邊緣服務器要適應零下40~70攝氏度的嚴苛環(huan)境(jing)，并且創新性地發明(ming)(ming)了三明(ming)(ming)治散熱架構(gou)、低溫熱啟動裝置(zhi)，大(da)幅(fu)提升邊緣(yuan)計(ji)算設備環(huan)境(jing)適用性。

這(zhe)些實(shi)(shi)踐無(wu)疑(yi)證明當(dang)前邊(bian)緣(yuan)計(ji)(ji)算(suan)落地(di)關鍵所在(zai)：即邊(bian)緣(yuan)計(ji)(ji)算(suan)產品(pin)的(de)研發與邊(bian)緣(yuan)場景(jing)需(xu)求(qiu)必須深(shen)入(ru)對接，既需(xu)要深(shen)入(ru)業務場景(jing)去了解真實(shi)(shi)需(xu)求(qiu)，也要在(zai)產品(pin)研發上(shang)打破常規進行大膽創(chuang)新(xin)，只有(you)這(zhe)樣方能真正(zheng)引領邊(bian)緣(yuan)計(ji)(ji)算(suan)走向(xiang)落地(di)。

上山下海，才敢提挑戰零下40~70攝氏度極限

如今(jin)，在5G、大數(shu)據、AI、物聯網等(deng)技術的驅動下，邊(bian)(bian)緣(yuan)場景(jing)(jing)在各大行業中(zhong)迅速興起。Gartner預測，到2025年將(jiang)有30%的數(shu)據會運(yun)行在邊(bian)(bian)緣(yuan)，邊(bian)(bian)緣(yuan)場景(jing)(jing)將(jiang)會成為(wei)數(shu)據產(chan)生、智能應(ying)用(yong)的主(zhu)陣地之一(yi)。

與(yu)數據中心(xin)等相對(dui)穩定的(de)(de)環境(jing)(jing)(jing)和專(zhuan)業的(de)(de)運維團隊(dui)不同(tong)，邊(bian)緣(yuan)場景的(de)(de)環境(jing)(jing)(jing)可謂是(shi)千差(cha)萬別，更(geng)沒有(you)專(zhuan)業團隊(dui)負責日常的(de)(de)運維與(yu)管理，這就讓(rang)邊(bian)緣(yuan)設(she)備(bei)的(de)(de)研發遇(yu)到兩大(da)挑戰：其(qi)一(yi)，溫(wen)度(du)(du)、濕度(du)(du)、粉塵等環境(jing)(jing)(jing)因行業而(er)異，不同(tong)行業的(de)(de)需求復雜多樣，對(dui)于邊(bian)緣(yuan)設(she)備(bei)的(de)(de)適應性(xing)提出(chu)極高(gao)挑戰；其(qi)二(er)，邊(bian)緣(yuan)場景尚未成熟，有(you)著(zhu)巨大(da)的(de)(de)需求空間尚待探(tan)索，用戶需求也不明確(que)，廠(chang)商沒有(you)標(biao)準來參考開(kai)發邊(bian)緣(yuan)設(she)備(bei)與(yu)方案。

一切都需(xu)(xu)要(yao)以用(yong)戶為中(zhong)心，去真實場景中(zhong)探(tan)索(suo)詳細需(xu)(xu)求(qiu)。例如(ru)，在室外一些智(zhi)慧交(jiao)通路(lu)口(kou)、智(zhi)慧電網智(zhi)能運(yun)維等場景中(zhong)，用(yong)戶對于(yu)設備(bei)的環境適(shi)應性(xing)(xing)、運(yun)行穩定性(xing)(xing)要(yao)求(qiu)很高(gao)。

針對邊緣計算設備部署環境這個最大的挑戰，浪潮信息的產品團隊大膽提出了“零下40~70攝氏度”的部署環境溫度極限值。做出這個決定，產品團隊并不是拍腦門和想當然。從2020年浪潮信息成立專門的邊緣計算事業部起，產品團隊在兩年時間里進行了大量的用戶走訪與需求調研，得出“零下40~70攝氏度”溫度極限值的產(chan)品研發需求(qiu)。

但這卻給產品研發團隊提出了一個極大挑戰。因為一般環境限制，邊緣計算設備會采用無風扇的設計，高溫散熱是極大考驗，“零下40~70攝氏度”遠超市面其他產品的需求是在挑戰設計的極限。尤其是無風環境下要達到70攝氏度，遠超一般(ban)通信類(lei)設備行業規范和標(biao)準。

但“零下40~70攝氏度(du)”極限值需求是用戶真實存在且必(bi)須滿足的，邊(bian)緣計(ji)算(suan)應用環境的復雜性(xing)超(chao)乎想象，邊(bian)緣計(ji)算(suan)技術要想獲(huo)得規模化地應用，就必(bi)須克服這個(ge)難(nan)題。

一塊三明治的啟發

眾所周知(zhi)，散(san)熱是邊緣計算設備穩定運行的關鍵因(yin)素和最大難點。

這是因為如今的邊緣計算設備早已不是簡單的執行控制程序，還需要進行大量的數據流處理、AI模型推理等，對于算力的需求大幅提升，也讓CPU的運行往往處于較為飽和的狀態，CPU一旦高速運轉，溫度最高可達90攝氏(shi)度，加上像交通信號柜等邊緣場景往往是封閉的鐵皮箱，環境溫度在夏天往往達到60~70攝(she)氏度，讓邊緣計算設(she)備的(de)散熱更加困難。

前期浪潮信息研發方向致力于在散熱上蓋和熱源之間增加高導熱系數的導熱材料，讓熱量快速傳遞出去。但嘗試了很多次，連60攝氏度的散熱(re)極限(xian)的都無法滿(man)足。

由于沒(mei)有行(xing)業內的先例可以參考(kao)，研發(fa)團(tuan)(tuan)隊(dui)對此(ci)只能重新根(gen)據(ju)需求，把關鍵(jian)點(dian)(dian)、矛盾點(dian)(dian)逐一(yi)列(lie)舉(ju)出來，利用(yong)思維導圖(tu)將問題點(dian)(dian)按照大(da)小級別進行(xing)分類(lei)，以求尋找到關鍵(jian)的突破口。正當研發(fa)團(tuan)(tuan)隊(dui)再次陷入僵局，一(yi)塊加班中用(yong)來充(chong)饑的三(san)明治引(yin)發(fa)了研發(fa)團(tuan)(tuan)隊(dui)的靈感。

三(san)明(ming)治各(ge)種食材層(ceng)層(ceng)疊加(jia)的(de)形狀，讓研發工程師們意識到可以借(jie)鑒到邊緣計算設(she)備的(de)散熱上(shang)，散熱上(shang)蓋底部(bu)壓(ya)鑄出導(dao)熱凸臺(tai)，通過導(dao)熱凸臺(tai)與導(dao)熱界(jie)面材料(liao)、熱源部(bu)件依次(ci)貼(tie)合的(de)結構(gou)，可以排出熱源上(shang)方的(de)空氣，大(da)大(da)消除內(nei)部(bu)界(jie)面熱阻。

 “三明治(zhi)”散熱(re)(re)(re)架(jia)構(gou)就此誕生，散熱(re)(re)(re)蓋、凸(tu)臺、界面材料、熱(re)(re)(re)源(yuan)從(cong)上(shang)(shang)到下(xia)就類似(si)一塊三明治(zhi)。不(bu)僅如此，研發(fa)團隊還針對邊(bian)緣服務(wu)器百變的配(pei)置(zhi)需求，設計了不(bu)同形狀(zhuang)上(shang)(shang)蓋，讓導(dao)熱(re)(re)(re)凸(tu)臺、界面材料的位置(zhi)、大小隨著內(nei)部器件的變化(hua)而變化(hua)，實(shi)現(xian)產(chan)品的靈(ling)活百變和高效(xiao)散熱(re)(re)(re)。

研發團(tuan)隊前(qian)前(qian)后后做(zuo)了七版方案，終于經過不斷(duan)努(nu)力，尋找到最為合理的方案。

有了整體的方案之后，接下來就是細心打磨、不斷優化的階段。例如，三明治的多層食材中，每一層食材的不同、食材的多少都會決定三明治的口感；同理，在“三明治”散熱架構中，每一層材料的區別是否也會帶來散熱效果的不同？為此，研發人員進行了仔細研究發現，界面材料厚度的微小差異，都會影響散熱的效率，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，研發團隊需(xu)要在CPU、內(nei)存等(deng)等(deng)部(bu)件凸臺最小(xiao)結構公(gong)差下，設計(ji)出(chu)最小(xiao)厚度的界面(mian)材(cai)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攝氏(shi)度(du)提升到67攝氏(shi)度。

67攝氏度已經超越了很多邊緣設備的極限值，但這還不夠，離最終需求還差3攝氏度。真所謂行百里者半九十，最后這3攝(she)氏(shi)度最為接近極限需求，那(nei)么，還能有(you)繼續優(you)化的空(kong)間(jian)么？其(qi)實(shi)，把CPU散熱這(zhe)個最大(da)難(nan)點解決了，等(deng)于大(da)幅提升了內(nei)部(bu)熱傳導效(xiao)率，相當于成功了一大(da)半。接下來，可以從邊(bian)緣計算設備整(zheng)體(ti)散熱的角(jiao)度去優(you)化考慮(lv)，從機箱結構、每個部(bu)件等(deng)方面做到(dao)最優(you)。”

為此，研發(fa)團隊從“設備與環境(jing)之間(jian)如何(he)進(jin)行高(gao)效(xiao)導(dao)熱”的(de)角度(du)(du)出發(fa)，利(li)用熱仿(fang)(fang)真(zhen)軟件(jian)對(dui)多組參數(shu)組合(he)進(jin)行對(dui)比分析，并(bing)繪制響應面(mian)優(you)化曲線，最終確定出一(yi)(yi)組關于鰭片厚度(du)(du)、間(jian)隙和高(gao)度(du)(du)的(de)最優(you)組合(he)，在(zai)有限體(ti)積(ji)內形(xing)成超過3000平方厘米的(de)散(san)熱面(mian)積(ji)，達到了(le)最佳散(san)熱能(neng)力。同時(shi)，為了(le)進(jin)一(yi)(yi)步讓上蓋均勻的(de)將熱量擴散(san)出去，消除局部(bu)熱點，散(san)熱上蓋中設計了(le)2D熱管網(wang)絡，熱管走(zou)向經過反復優(you)化仿(fang)(fang)真(zhen)，精準布局，有效(xiao)規避局部(bu)熱點的(de)產生，提升整機均溫能(neng)力。

終于，浪潮邊緣微服務器EIS 800這臺能夠在無風條件下、70攝(she)氏度極限環境也能(neng)高效、穩定運行的邊(bian)緣計算設備橫(heng)空(kong)出世。

浪潮邊緣(yuan)微服務(wu)器EIS 800已經獲(huo)得2022年(nian)度德(de)國紅(hong)點設計大(da)獎，并且在制造、交通、能源、水利、零售等多個(ge)(ge)行業用(yong)戶的環境(jing)中(zhong)通過了POC驗證(zheng)，未來將(jiang)在各(ge)個(ge)(ge)邊緣(yuan)場景中(zhong)發揮重要(yao)作(zuo)用(yong)，進一步推動(dong)邊緣(yuan)計算產(chan)業走向落(luo)地。

模塊化設計應需而變：一切為了邊緣計算

邊緣(yuan)計算設備的產品設計與規劃，并不會圍繞某個部件的迭代而(er)展開，而(er)是會從實際需求的角(jiao)度進行迭代。

不過，邊緣場景需(xu)求的差(cha)(cha)異化(hua)(hua)、多樣(yang)化(hua)(hua)，的確又是橫跨(kua)在邊緣計算設備(bei)走(zou)向(xiang)規模化(hua)(hua)的一大(da)難題。差(cha)(cha)異化(hua)(hua)和多樣(yang)化(hua)(hua)意味著大(da)量需(xu)求彼(bi)此互斥，需(xu)要單獨設計，產品通(tong)用性差(cha)(cha)，后期的維護、保障(zhang)也會遇到各種(zhong)(zhong)問(wen)題。如何改變這種(zhong)(zhong)局面，真正讓邊緣計算走(zou)向(xiang)落地？

在經歷了(le)大量(liang)調(diao)研和反復論證(zheng)之(zhi)后，浪潮(chao)信(xin)(xin)息提出了(le)解(jie)耦(ou)模(mo)塊化設計的思(si)路。這(zhe)種(zhong)思(si)路類似樂高搭積木，形(xing)成核心計算模(mo)組(zu)、AI模(mo)組(zu)、通信(xin)(xin)模(mo)組(zu)、管理(li)模(mo)組(zu)、散熱(re)模(mo)塊等核心模(mo)塊，統一不同模(mo)塊的接口標準，再(zai)根據邊(bian)緣場(chang)景(jing)的差異化需求(qiu)進行拆解(jie)和組(zu)合，靈活滿足(zu)不同邊(bian)緣場(chang)景(jing)的產(chan)品需求(qiu)。

例如，智慧路口場景中，攝像頭從幾路到十幾路，邊緣計算設備的算力需要階梯式布局；又如，在工業場景，需要更加靈活的通信方式，需要兼容有和無線不同網絡通信；而針對油井、礦山等環境會出現的邊緣設備低溫啟動難的問題，浪潮信息研發團隊還為系統設計了遠程運維模塊，低溫熱啟動裝置，可以在環境溫度零下40攝氏度(du)的環(huan)境下，遠程或自動(dong)調動(dong)系統來加熱邊(bian)緣計算設備，讓設備每(mei)部每(mei)個組(zu)件(jian)滿足溫度(du)要求后再(zai)啟動(dong)運行。

從(cong)模塊(kuai)(kuai)組(zu)件解耦到根據需(xu)求進(jin)行靈活(huo)組(zu)合，既考(kao)驗邊(bian)緣設備(bei)研發團隊的(de)整(zheng)體設計(ji)能力，又對于(yu)模塊(kuai)(kuai)之間(jian)組(zu)合后(hou)的(de)產品效(xiao)果(guo)提出挑戰。為(wei)此，浪潮(chao)信息不斷摸(mo)索，推(tui)出了(le)邊(bian)緣模塊(kuai)(kuai)化設計(ji)架構ECOM（Edge Computing Optional Module），并(bing)且對各個(ge)模塊(kuai)(kuai)之間(jian)通信進(jin)行優化。目前(qian)，浪潮(chao)信息已經將邊(bian)緣計(ji)算模塊(kuai)(kuai)化設計(ji)標準ECOM貢(gong)獻給全球(qiu)開放計(ji)算組(zu)織ODCC。

與傳統(tong)(tong)服務(wu)器清晰統(tong)(tong)一(yi)的設(she)計方式、理念不同，邊緣計算依然(ran)處于探索(suo)期，更加需要有(you)意識地(di)(di)去完(wan)善(shan)標準，從而更好地(di)(di)推動(dong)落(luo)地(di)(di)。

星空不問(wen)趕路(lu)人,歲(sui)月(yue)不負有心人。作(zuo)為(wei)中國邊緣服務器市場第(di)一(yi)的廠商，浪潮信(xin)息會持續(xu)以(yi)客戶為(wei)中心，貼近(jin)用(yong)戶場景需求，攜(xie)手生態伙(huo)伴共同推動邊緣計(ji)算加速(su)落(luo)地。