北京2022年1月14日 /美通社/ -- 近期，浪潮總結(jié)了其信息研發(fā)人員對邊緣微服務(wù)器將面臨嚴(yán)苛環(huán)境的研究與實踐，下文為詳細(xì)介紹：
伴隨人工智能、5G、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的逐漸成熟，算力需求從數(shù)據(jù)中心不斷延伸至邊緣，邊緣計算快速發(fā)展，成為云邊端系統(tǒng)的核心一環(huán)。邊緣微服務(wù)器是邊緣服務(wù)器的一類重要形態(tài)，由于體積小巧，便于安裝，其部署場景從“條件優(yōu)越”的數(shù)據(jù)中心遷移至沙漠戈壁、江河湖海、東北油田等“極端惡劣”的場景，承受著風(fēng)沙、雨水、酷熱、嚴(yán)寒等多重考驗。
邊緣微服務(wù)器自誕生起便要應(yīng)對復(fù)雜多樣的工作環(huán)境，因此浪潮信息的研發(fā)人員在產(chǎn)品開發(fā)初期，需要進(jìn)行大量的可靠性測試，并將盡可能多的使用場景納入考慮，以使產(chǎn)品具備更高的可靠性和更長的壽命。影響產(chǎn)品可靠性和壽命的因素可謂眾多，例如環(huán)境溫濕度、空氣灰塵、雨水、機械振動、混合氣體腐蝕等，只有經(jīng)過千錘百煉的邊緣微服務(wù)器才可具備抵御惡劣環(huán)境的強大性能。
最高70攝氏度高溫測試
高溫測試是業(yè)內(nèi)對服務(wù)器進(jìn)行的最基本且最重要的測試之一，通用服務(wù)器常年部署在數(shù)據(jù)中心，環(huán)境的溫濕度相對穩(wěn)定，因此只需要保證至多 40攝氏度的溫度下穩(wěn)定運行即可。而邊緣微服務(wù)器很多部署在室外環(huán)境中，環(huán)境溫度會高達(dá) 55攝氏度~70攝氏度，特別是對于沒有安裝風(fēng)扇的產(chǎn)品，最極端的狀況是要保證在高溫?zé)o風(fēng)環(huán)境下，計算性能一如既往，這對產(chǎn)品的散熱設(shè)計提出了很大挑戰(zhàn)。
散熱仿真是研發(fā)人員應(yīng)對這一挑戰(zhàn)的一大“利器”，在產(chǎn)品開發(fā)的初期，散熱設(shè)計人員會利用熱設(shè)計仿真軟件對器件布局、散熱器結(jié)構(gòu)、風(fēng)道形式以及噪聲振動進(jìn)行快速準(zhǔn)確的仿真模擬，并有針對性地進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，使得主板上器件布局合理、散熱器效能最大化、風(fēng)阻盡量小，并且盡可能地減小噪聲和振動。通過仿真進(jìn)行快速高效的仿真驗證和優(yōu)化迭代，減少產(chǎn)品的打樣時間及驗證周期，為產(chǎn)品的優(yōu)異性能提供強有力的保障。除此之外，在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計、高性能導(dǎo)熱材料開發(fā)以及先進(jìn)加工制造工藝，對邊緣服務(wù)器的散熱性能進(jìn)一步優(yōu)化，使得熱量散出的道路“暢通無阻”，確保產(chǎn)品在炎炎酷暑條件下也可以穩(wěn)定運行。
除了常見的主動散熱，即依靠風(fēng)扇等部件施加強制空氣對流，并將機箱內(nèi)部熱量帶走的散熱方式，還有一種前面提到的不通過風(fēng)扇，僅依靠設(shè)備自身的自然散熱和輻射散熱的被動散熱方式，對于采用該方式散熱的邊緣微服務(wù)器產(chǎn)品，需要考慮最極端的工況，即在高溫且無風(fēng)的環(huán)境下穩(wěn)定運行并且不降頻。為模擬最極端的工作環(huán)境，被動散熱邊緣微服務(wù)器的高溫測試要用到無風(fēng)溫箱，與有風(fēng)溫箱相區(qū)別，無風(fēng)溫箱一般是在密閉箱體內(nèi)通過電熱絲加熱，營造所需的環(huán)境溫度，密閉的箱體可避免空氣的流動，接近極端的無風(fēng)環(huán)境?，F(xiàn)在邊緣微服務(wù)器的高溫環(huán)境一般在55攝氏度~70攝氏度范圍內(nèi)，具體數(shù)值按照實際項目的需求確定。測試條件分為高溫低濕（5%R.H.）和高溫高濕（95%R.H.）兩種極端工況，以覆蓋設(shè)備所處的環(huán)境濕度范圍，測試時間一般在16~24小時范圍內(nèi)，以盡量嚴(yán)苛的測試條件來保證邊緣微服務(wù)器的卓越性能。
-40攝氏度~85攝氏度溫度沖擊試驗
邊緣微服務(wù)器可能會布設(shè)在環(huán)境溫度極低的北方地區(qū)，假如邊緣微服務(wù)器在極寒的室外和溫暖的之內(nèi)之間轉(zhuǎn)移時，或在運輸過程中晝夜交替時，環(huán)境溫度的急劇變化會對整機及部件的可靠性造成不利影響，嚴(yán)重時可能會使部件失效或整機損壞，因此需要有針對性地進(jìn)行溫度沖擊試驗。
溫度沖擊試驗會準(zhǔn)備兩個溫箱，分別營造低溫（-40攝氏度）和高溫（85攝氏度）環(huán)境，在一種環(huán)境中需要暴露30分鐘后進(jìn)行轉(zhuǎn)移，兩種環(huán)境中間的轉(zhuǎn)移時間控制在5分鐘之內(nèi)，如此至少循環(huán)12個周期，保證邊緣微服務(wù)器在經(jīng)歷嚴(yán)寒和酷熱的循環(huán)交替考驗后也能有出色表現(xiàn)。
防塵防水測試
在戶外部署的邊緣微服務(wù)器難免會遇到雨水淋浸，如果密封性不達(dá)標(biāo)，雨水通過縫隙滲到電子元器件或者 PCB 板上，極易引起元器件短路甚至設(shè)備報廢。針對這樣的使用環(huán)境，邊緣微服務(wù)器需要針對邊緣場景進(jìn)行防水防塵設(shè)計和測試。根據(jù)IP防護(hù)等級標(biāo)準(zhǔn)，將電子設(shè)備按照防塵和防濕氣的特性進(jìn)行分級，分別由兩個數(shù)字組成，第一個數(shù)字表示電器防止外物侵入的能力等級，第二個數(shù)字表示電器防濕氣、防水侵入的密閉程度，通常兩個標(biāo)示的數(shù)字越大表示其防護(hù)等級越高。
通信類設(shè)備常見的防護(hù)等級是 IP 57（完全防固和短時浸入水中時不會受影響）、IP 65（完全防固防塵和防濺水）和 IP 67（完全防固防塵和短時浸入水中時不會受影響）。根據(jù)國標(biāo) GB/T 2423.38-2005 試驗 R，針對不同防水等級，標(biāo)準(zhǔn)中分別提出了滴水、沖水和浸水測試方法。防水防塵試驗對于邊緣微服務(wù)器的可靠性測試是極其重要的，邊緣微服務(wù)器許多場景是在戶外，要承受不定期不定時長的暴雨沖刷和風(fēng)塵侵蝕，進(jìn)行防水防塵設(shè)計和試驗可以保證邊緣微服務(wù)器在風(fēng)吹雨淋的惡劣戶外環(huán)境中依然可以穩(wěn)定運行。
混合氣體腐蝕測試
大氣環(huán)境存在的廢氣在一定的溫濕度條件下，會對安裝在戶外的邊緣產(chǎn)品整機、元器件或材料產(chǎn)生較強的腐蝕，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的電性能和使用可靠性。因此，產(chǎn)品的抗腐蝕能力也是研發(fā)中要著重考慮的方面。
混合氣體腐蝕測試主要用于確定產(chǎn)品各部件及材料在大氣環(huán)境下工作、儲存的適應(yīng)性，特別是接觸件與連接件。影響腐蝕的主要因素有溫濕度、大氣中的腐蝕性成分等，試驗的嚴(yán)苛程度取決于腐蝕性氣體的種類和曝露持續(xù)時間?；旌蠚怏w腐蝕試驗是利用 CO2、NO3、SO2、H2S、Cl2 等幾種氣體，在一定的溫度和相對的濕度的環(huán)境下對材料或產(chǎn)品進(jìn)行加速腐蝕，重現(xiàn)材料或產(chǎn)品在一定時間范圍內(nèi)所遭受的破壞程度，以此來模擬大氣中存在的 CO2、NO3、SO2、H2S、Cl2 等各種腐蝕性氣體，在單一或多種氣體混合時，對邊緣產(chǎn)品的元器件、整機或材料的腐蝕情況，通過對腐蝕情況分析，確定各電子元器件、設(shè)備與材料等抗腐蝕能力。
振動測試
邊緣設(shè)備在汽車、輪船、軌道交通、施工工地等場景安裝或者工作時，都會受到振動環(huán)境的影響，在機械振動的過程中，振動物體的一些物理參數(shù)，如位移、速度等，將發(fā)生反復(fù)變化，這會對設(shè)備中的部件和機械結(jié)構(gòu)等帶來危害，例如振動加劇構(gòu)件的疲勞和磨損，縮短機器使用壽命等。因此，需要進(jìn)行振動測試來判斷產(chǎn)品是否能承受運輸或使用過程中振動環(huán)境的考驗。
振動測試主要在振動試驗臺上進(jìn)行，模擬產(chǎn)品在制造、組裝運輸及使用過程中可能經(jīng)歷的各種環(huán)境，用來測試產(chǎn)品是否具備耐受環(huán)境振動的能力。振動測試可分為開機隨機振動、關(guān)機隨機振動、關(guān)機掃頻振動等。開機隨機振動用于模擬邊緣產(chǎn)品在易產(chǎn)生振動的場景下，由于振動傳導(dǎo)干擾從而對產(chǎn)品造成功能上的影響，尤其是外界振動源的干擾將會對機械硬盤產(chǎn)生讀寫性能方面的影響。關(guān)機隨機振動是驗證產(chǎn)品在正常的物流運輸環(huán)境中是否有足夠的機械強度來滿足運輸需求。關(guān)機掃頻振動驗證產(chǎn)品在常見頻段范圍下的承受振動的能力，并尋找產(chǎn)品的共振頻率或危險頻率。
包裝可靠性測試
由于邊緣產(chǎn)品從工廠出貨到交付至用戶處，期間還要經(jīng)過一定時間的運輸，無論采用哪種運輸方式，產(chǎn)品難免會受到隨機發(fā)生的碰撞、振動和沖擊等復(fù)雜狀況的影響。為應(yīng)對這樣的情況，產(chǎn)品包裝需要進(jìn)行一系列的可靠性測試，例如包裝抗壓、包裝碰撞、包裝振動、包裝滾動、包裝跌落等測試。包裝抗壓測試是為了驗證產(chǎn)品包裝在運輸、存儲過程中的承受外部壓力以保護(hù)產(chǎn)品免受傷害的能力；包裝碰撞測試是為了驗證產(chǎn)品在運輸環(huán)節(jié)上，在工廠端碼頭叉車進(jìn)行裝卸及物流運輸中反復(fù)的碰撞對產(chǎn)品帶來的危害；包裝振動測試是為了驗證包裝在正常的物流運輸振動應(yīng)力條件下，具備足夠的強度來抵擋振動應(yīng)力對產(chǎn)品的損壞；包裝滾動測試是為了驗證包裝能夠在正常的物流運輸振動應(yīng)力條件下，有足夠的強度來抵擋住滾動應(yīng)力對產(chǎn)品的損壞；包裝跌落測試驗證包裝產(chǎn)品在物流運輸過程中，產(chǎn)品在搬運及裝卸貨過程中所受到的機械沖擊應(yīng)力破壞，檢驗整機包裝設(shè)計是否能夠預(yù)防搬運過程中的過應(yīng)力對產(chǎn)品帶來的危害。通過這一系列全面、完善的包裝可靠性測試手段，確保邊緣產(chǎn)品毫發(fā)無損地運輸并交付到客戶手中。
面對復(fù)雜嚴(yán)苛的應(yīng)用場景，浪潮信息的研發(fā)工程師通過散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計及仿真模擬、先進(jìn)材料及制造工藝開發(fā)、可靠性及場景測試等多種途徑和方法，賦予了邊緣微服務(wù)器更高的可靠性。目前，“小而堅韌”的邊緣微服務(wù)器已經(jīng)在電站、礦井、智能工廠、智慧交通等邊緣場景中部署應(yīng)用，在萬物互聯(lián)的智慧時代，為這個世界創(chuàng)造更多精彩。
