計算是智慧時代一個永恒的話題。那邊廂云計算已是熱火朝天，這邊廂邊緣計算已呈燎原之勢。
有人形容，邊緣計算是“人工智能的最后一公里”，“物聯(lián)網(wǎng)的最后一公里”，“打通用戶的最后一公里”……邊緣計算看似不起眼，卻將承載起邊緣側(cè)海量的數(shù)據(jù)計算處理。但“最后一公里”恰恰是最為艱難的一公里，需求的多樣化和差異化，讓邊緣計算產(chǎn)業(yè)化受到一定程度的制約，落地略顯尷尬。
如何打破這種局面，讓邊緣計算不再“邊緣”，在更多業(yè)務(wù)場景中加速走向落地？來自浪潮信息的一群人，他們并沒有選擇坐而論道和紙上談兵，而是深入到海南太陽暴曬的路口、東北寒冷偏僻的油井現(xiàn)場、西北大山深處的煤礦等地進行多方位需求調(diào)研，堅定地提出邊緣服務(wù)器-40℃-70℃環(huán)境極限值挑戰(zhàn)，并且創(chuàng)新性地發(fā)明了三明治散熱架構(gòu)，大幅提升邊緣計算設(shè)備適用性。
這些實踐無疑證明當(dāng)前邊緣計算落地關(guān)鍵所在：即邊緣計算產(chǎn)品的研發(fā)與邊緣場景需求必須深入對接，既需要雙手沾泥般深入業(yè)務(wù)場景去了解真實需求，又能在產(chǎn)品研發(fā)上打破常規(guī)進行大膽創(chuàng)新，只有這樣方能真正引領(lǐng)邊緣計算走向落地。
上山下海，才敢提挑戰(zhàn)-40℃-70℃極限
如今，在5G、大數(shù)據(jù)、AI、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的驅(qū)動下，邊緣場景在各大行業(yè)中迅速興起。Gartner預(yù)測，到2025年將有30%的數(shù)據(jù)會運行在邊緣，邊緣場景將會成為數(shù)據(jù)產(chǎn)生、智能應(yīng)用的主陣地之一。
與數(shù)據(jù)中心等相對穩(wěn)定的環(huán)境和專業(yè)的運維團隊不同，邊緣場景的環(huán)境可謂是千差萬別，更沒有專業(yè)團隊負(fù)責(zé)日常的運維與管理，這就讓邊緣設(shè)備的研發(fā)遇到兩大挑戰(zhàn)：
其一，溫度、濕度、粉塵等環(huán)境因行業(yè)而異，不同行業(yè)的需求復(fù)雜多樣，對于邊緣設(shè)備的適應(yīng)性提出極高挑戰(zhàn)；
其二，邊緣場景尚未成熟，有著巨大的需求空間尚待探索，用戶需求也不明確，廠商沒有標(biāo)準(zhǔn)來參考開發(fā)邊緣設(shè)備與方案。
“一切都需要以用戶為中心，去真實場景中探索詳細(xì)需求。例如，在室外一些智慧交通路口、智慧電網(wǎng)智能運維等場景中，用戶對于設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性、運行穩(wěn)定性要求很高?！崩顺毙畔⑦吘売嬎惝a(chǎn)品線高級產(chǎn)品經(jīng)理劉香男介紹道。
事實上，針對邊緣計算設(shè)備部署環(huán)境這個最大的挑戰(zhàn)，浪潮信息的產(chǎn)品團隊大膽提出了“-40℃-70℃”的部署環(huán)境溫度極限值。做出這個決定，產(chǎn)品團隊并不是拍腦門和想當(dāng)然。從2020年浪潮信息成立專門的邊緣計算事業(yè)部起，產(chǎn)品團隊在兩年時間里進行了大量的用戶走訪與需求調(diào)研，并總結(jié)得出“-40℃-70℃”溫度極限值的產(chǎn)品研發(fā)需求。
但這卻給產(chǎn)品研發(fā)團隊提出了一個極大挑戰(zhàn)。眾所周知，由于環(huán)境的限制，邊緣計算設(shè)備通常采用無風(fēng)扇的設(shè)計，對于邊緣設(shè)備的散熱是極大考驗，遠(yuǎn)超市面其他產(chǎn)品的“-40℃-70℃”極限值需求著實讓研發(fā)團隊大吃一驚。
“當(dāng)時拿到產(chǎn)品團隊的需求第一感覺是太難了?！崩顺毙畔⑦吘売嬎惝a(chǎn)品線高級硬件架構(gòu)師付長昭如是說，“一開始甚至一些抵觸。因為接觸過一些包括霧計算、小型通信類設(shè)備，也了解這些行業(yè)的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，很少有規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)會把無風(fēng)散熱的極限值設(shè)定在70℃，覺得產(chǎn)品經(jīng)理提的需求根本實現(xiàn)不了?！?/p>
在產(chǎn)品與研發(fā)不斷溝通之后，產(chǎn)品團隊覺得有必要讓研發(fā)理解“-40℃~70℃”極限值需求是真實存在且極其有必要。于是，產(chǎn)品團隊和研發(fā)團隊一起親自體驗了真實的邊緣場景。
“到了道路口的一個信控箱，打開一看，真是大開眼界，能想到的和想不到的全有，環(huán)境之復(fù)雜超乎想象?！备堕L昭回憶道，“此刻，我終于明白產(chǎn)品團隊所提需求絕非虛言，邊緣計算要想獲得有效地應(yīng)用，必須克服這個難題?！?/p>
確認(rèn)好需求之后，擺在研發(fā)團隊面前的難題就是：如何實現(xiàn)“-40℃-70℃”的極限值。由于并無先例，研發(fā)團隊一時并無頭緒，正當(dāng)研發(fā)團隊陷入苦惱、壓力山大時，一塊三明治的出現(xiàn)，徹底“拯救”了研發(fā)小伙伴們。
一塊三明治帶來的啟發(fā)
眾所周知，散熱是邊緣計算設(shè)備穩(wěn)定運行的關(guān)鍵因素和最大難點。
這是因為如今的邊緣計算設(shè)備早已不是簡單的執(zhí)行控制程序，還需要進行大量的數(shù)據(jù)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(tài)，CPU一旦高速運轉(zhuǎn)，溫度最高可達90℃，加上像交通信號柜等邊緣場景往往是封閉的鐵皮箱，環(huán)境溫度在夏天往往達到60~70℃，讓邊緣計算設(shè)備的散熱更加困難。
“前期我們主要是確定研發(fā)方向：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?！备堕L昭介紹道，“但嘗試了很多次，連60℃的散熱極限的都無法滿足?！?/p>
研發(fā)項目進度陷入停滯，研發(fā)團隊甚至一度動了“適應(yīng)不了環(huán)境，就改變環(huán)境”的想法，與產(chǎn)品團隊溝通修改需求。對此，劉香男表示：“其實在產(chǎn)品研發(fā)過程中修改需求很正常。但70℃散熱極值的確是用戶的關(guān)鍵需求，為此，產(chǎn)品團隊與研發(fā)團隊也是進行持續(xù)溝通，幫助研發(fā)團隊理解需求和尋找可行方案。有時候再堅持堅持，捅破那層窗戶紙，方案就找到啦。”
為此，研發(fā)團隊再次拆解和梳理需求，把關(guān)鍵點、矛盾點逐一列舉出來，利用思維導(dǎo)圖將問題點按照大小級別進行分類，以求尋找到關(guān)鍵的突破口。正當(dāng)研發(fā)團隊再次陷入僵局，一塊加班中用來充饑的三明治引發(fā)了研發(fā)團隊的靈感。
三明治各種食材層層疊加的形狀，讓研發(fā)工程師們意識到可以借鑒到邊緣計算設(shè)備的散熱上，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)，可以排出熱源上方的空氣，大大消除內(nèi)部界面熱阻。
窗戶紙終于捅破了！“三明治”散熱架構(gòu)就此誕生，散熱蓋、凸臺、界面材料、熱源從上到下就類似一塊三明治。不僅如此，研發(fā)團隊還針對邊緣服務(wù)器百變的配置需求，設(shè)計了不同形狀上蓋，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。
付長昭介紹：“研發(fā)團隊前前后后做了七版方案，終于經(jīng)過不斷努力，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(xì)心打磨、不斷優(yōu)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(gòu)中，每一層材料的區(qū)別是否也會帶來散熱效果的不同？為此，研發(fā)人員進行了仔細(xì)研究發(fā)現(xiàn)，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℃。因此，研發(fā)團隊需要在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，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℃。
67℃已經(jīng)超越了很多邊緣設(shè)備的極限值，但這還不夠，離最終需求還差3℃。正所謂行百里者半九十，最后這3℃最為接近極限需求，那么，還能有繼續(xù)優(yōu)化的空間么？
對此，付長昭介紹：“把CPU散熱這個最大難點解決了，等于大幅提升了內(nèi)部熱傳導(dǎo)效率，相當(dāng)于成功了一大半。接下來，可以從邊緣計算設(shè)備整體散熱的角度去優(yōu)化考慮，從機箱結(jié)構(gòu)、每個部件等方面做到最優(yōu)?！?/p>
隨后，研發(fā)團隊從“設(shè)備與環(huán)境之間如何進行高效導(dǎo)熱”的角度出發(fā)，利用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，為了進一步讓上蓋均勻的將熱量擴散出去，消除局部熱點，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(zhǔn)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，浪潮邊緣微服務(wù)器EIS 800這臺能夠在無風(fēng)條件下、70℃極限環(huán)境也能高效、穩(wěn)定運行的邊緣計算設(shè)備橫空出世。
“從最開始有一些抵觸，到接受挑戰(zhàn)，再到陷入煎熬，最后取得豁然開朗般的突破，研發(fā)工程師整個心理過程是在微妙變化的。有時候多一份堅持，問題也就迎刃而解，付出也是值得的。”付長昭如是說。
據(jù)悉，浪潮邊緣微服務(wù)器EIS 800已經(jīng)獲得2022年度德國紅點設(shè)計大獎，并且在制造、交通、能源、水利、零售等多個行業(yè)用戶的環(huán)境中通過了POC驗證，未來將在各個邊緣場景中發(fā)揮重要作用，進一步推動邊緣計算產(chǎn)業(yè)走向落地。
模塊化設(shè)計應(yīng)需而變：一切為了邊緣計算
“邊緣計算設(shè)備的產(chǎn)品設(shè)計與規(guī)劃，并不會圍繞某個部件的迭代而展開，而是會從實際需求的角度進行迭代?！边@是劉香男兩年來最大的感悟。
不過，邊緣場景需求的差異化、多樣化，的確又是橫跨在邊緣計算設(shè)備走向規(guī)?；囊淮箅y題。差異化和多樣化意味著大量需求彼此互斥，需要單獨設(shè)計，產(chǎn)品通用性差，后期的維護、保障也會遇到各種問題。如何改變這種局面，真正讓邊緣計算走向落地？
在經(jīng)歷了大量調(diào)研和反復(fù)論證之后，浪潮信息提出了解耦模塊化設(shè)計的思路。這種思路類似樂高搭積木，形成核心計算模組、AI模組、通信模組、管理模組、散熱模塊等核心模塊，統(tǒng)一不同模塊的接口標(biāo)準(zhǔn)，再根據(jù)邊緣場景的差異化需求進行拆解和組合，實現(xiàn)不同邊緣場景的產(chǎn)品需求。
例如，智慧路口場景中，攝像頭從幾路到十幾路，邊緣計算設(shè)備的算力需要階梯式布局；又如，在工業(yè)場景，需要更加靈活的通信方式，需要兼容有和無線不同網(wǎng)絡(luò)通信；而針對油井、礦山等環(huán)境會出現(xiàn)的邊緣設(shè)備低溫啟動難的問題，浪潮信息研發(fā)團隊還為系統(tǒng)設(shè)計了遠(yuǎn)程運維模塊，低溫?zé)釂友b置，可以在環(huán)境溫度-40℃的環(huán)境下，遠(yuǎn)程或自動調(diào)動系統(tǒng)來加熱邊緣計算設(shè)備，讓設(shè)備每部每個組件滿足溫度要求后再啟動運行。
從模塊組件解耦到根據(jù)需求進行靈活組合，既考驗邊緣設(shè)備研發(fā)團隊的整體設(shè)計能力，又對于模塊之間組合后的產(chǎn)品效果提出挑戰(zhàn)。為此，浪潮信息不斷摸索，推出了邊緣模塊化設(shè)計架構(gòu)ECOM（Edge Computing Optional Module），并且對各個模塊之間通信進行優(yōu)化。
據(jù)悉，浪潮信息已經(jīng)將邊緣計算模塊化設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)ECOM貢獻給全球開放計算組織ODCC。付長昭坦言：“傳統(tǒng)服務(wù)器的設(shè)計方式、理念、應(yīng)用和標(biāo)準(zhǔn)比較清晰統(tǒng)一，但邊緣計算依然處于探索期，更加需要有意識地去完善標(biāo)準(zhǔn)，從而更好地推動邊緣計算技術(shù)快速落地。”
星空不問趕路人,歲月不負(fù)有心人。如今，浪潮信息蟬聯(lián)中國邊緣服務(wù)器市場第一，2022年上半年市場占有率甚至達到53.1%，同比大幅增長133.6%，領(lǐng)漲邊緣服務(wù)器市場?！袄顺毙畔掷m(xù)以客戶為中心，貼近用戶場景需求，攜手生態(tài)伙伴共同推動邊緣計算加速落地?！眲⑾隳凶詈蟊硎镜?。
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