“它要身材玲珑小巧,算力越大越好。”
“它要能耐住高温,还要防尘、防腐、抗震。”
“它要在蓝牙、WiFi、ZigBee、4G和5G里都游刃有余。”
“它要收放自如,能‘单打独斗’也能‘组队参战’。”
……
在新一代边缘服务器产品规划会上,浪潮信息研发工程师在笔记本上,记下了领导、同事和客户们对于新一代边缘服务器的诸多要求,这也意味着,接下来几个月,他和同事们不眠不休的设计研发之路即将开始,满足所有的客户需求是他们的责任,一切皆有可能。
▌“模块化”设计?专治各种众口难调
小本上密密麻麻的各种需求,归根结底就是一句话:以不变应万变,造一个在多样化场景里都能游刃有余的“百变金刚”款边缘服务器。
多样化的边缘场景有哪些呢?据IDC最新公布的中国边缘服务器市场数据显示,随着数字世界和物理世界的深度融合,计算力也在从数据中心向边缘不断延伸,边缘计算与AI、物联网、云计算技术加速融合,推动着制造、金融、通信、能源、交通行业智慧化转型。智慧零售、智慧医疗、智慧金融、智慧交通、智慧高速、智慧油井、智慧煤矿、智慧海上风电等等都需要边缘计算的支撑,室内室外,上山下海,这些遍布世界各个角落的边缘服务器,所要适应的运行温度、体积、网络环境、适配的功能都不相同,差异性、碎片化的特征明显。
其实不仅仅是环境不同,哪怕是同一条马路的不同路口,同一个企业的不同厂房、矿井,都会有不同的场景,有的路口摄像头从几路到十几路,需要算力阶梯布局,有的矿井地处偏远,要使用不同通信模式,有的可能因为粉尘要加强防护……所以很多种边缘计算的应用场景以前都依赖于量身定制的设备。比如石油行业中,不同矿井会使用不同的通信模式,有无线、有线、ZigBee工业接口等等。
但是,“量身定制”虽然可以体现严丝合缝的精致匠心,本身却需要一定的设计生产周期,为了快速交付,就很难进行全面的测试与售后保证,后期容易出现各种问题,导致边缘服务器大规模落地存在困难,这也是制约边缘计算快速发展的根本难题之一。
模块化设计、标准化产品是实现大规模工业化生产的前提。浪潮信息的研发工程师们此前在数据中心领域也遇到过定制化需求太多的问题:云计算时代,互联网业务高速增长,视频、电商、通信不同业务场景会有不同的业务需求,浪潮信息也联合CSP客户,研发了可定制的模块化式整机柜服务器,通过采用模块化设计,集中供电、散热和管理,并可根据用户需求,配置不同的节点,灵活满足不同应用场景对硬件平台的要求。其拥有更高的集成度,可以实现大颗粒一体化交付,从而大幅提高交付速度。目前整机柜服务器已经进入了越来越多的云数据中心。
从云计算到边缘计算,面对的个性化场景越来越多,作为中国边缘服务器市场第一的厂商,浪潮信息再次瞄准模块化设计,“搭起了积木”:通过将核心计算平台、异构加速平台、IO模组、管理功能等模组进行架构解耦,实现标准化、模块化,让算力能够灵活扩展,支持有线、无线不同通信标准,给系统提供更多的IO扩展和网络选择。
同样的“积木”,可以“搭”出“城堡”也能搭出“小屋”,这样搭配出的“百变”边缘服务器能跻身偏远“蜗居”独自美丽,也可以“抱团”成为桌面级甚至机柜级微中心,最大化满足客户的需求。
▌为了“瘦身”从头开始 改变以CPU为核心的设计架构
不过,模块化“搭积木”的思路要想实现还有重重难关,边缘服务器的“身材管理”成为接踵而来的一大难题:为了满足多元化的边缘计算场景,服务器内部就要添加计算、存储、网络等各种硬件。硬件之间的接口、电压、电流都不一样,功能越多,服务器的结构布局越复杂、信号、散热也都面临极大的挑战。起初,结构、信号、硬件和散热工程师设计了三个月,经过多轮讨论,对内部链路设计、热设计进行评审,终于可以将产品尽量控制在一个长、宽约30cm的较小体积内。
然而,这个“身材”还是无法满足需求:浪潮信息的产品经理们通过调研客户现场发现,边缘服务器的部署空间十分有限,有可能在路边的信控箱,油井现场的工控机……大部分的客户希望服务器尽可能的小,长、宽能控制在20cm左右,还需要继续瘦身。
设计就是为了满足需求。螺蛳壳里做道场,方寸之间做腾挪,要想在如此小的空间内,实现计算、异构、网络、存储、IO、管理等功能的兼容,以及性能和可靠性的最大化,只能从头再来。
各种方法用尽,思路陷入僵局,忙了三个月,一切又回到原点。浪潮信息工程师没有气馁。一次寻常的复盘讨论会,脑力激荡之下碰撞出了不一样的火花:答案或许就在承载硬件的底板上,研发人员开始从头开始,改变以往以CPU为核心的设计思路,转而以系统架构为核心去进行设计。
以系统架构为核心设计的首要工作,是针对差异化的客户需求对功能进行分区,将计算平台、IO、管理功能等模组进行架构解耦,重构成标准化的模块,并将同一模块设计统一接口与底板连接。但在研发人员统一接口、标准化的过程中,计算模组中CPU又面临PCIe资源不足,USB、UART资源无法满足设计的问题。针对这些问题,研发人员引入了PCIe Switch芯片,将CPU 一组X2接口拓展为4个X1,统一了PCIe接口,并设计了复杂的USB、UART拓扑架构,充分满足了系统在对外接口、对内接口、调试接口等诸多方面的需要,实现了像x86、ARM等不同架构的芯片可以通过统一的接口与底板相连。
方案实现的过程还有很多挑战,为了解决信号和散热的平衡问题,研发人员多次调整内部各个模块布局,并将接口的设计从平行改成了叠放,内部的布局从仿真到实物打样也反复调整了很多遍,打磨每一个部件极致的统一性。这样服务器就可以像,根据不同的场景需求,快速的组合,匹配合适的算力和功能。
最终,面向边缘多样化场景的各种痛点与不适,全新的边缘模块化设计架构ECOM(Edge Computing Optional Module)打磨完成,历时1年半之久。基于这一架构,浪潮信息工程师们研发出了全新边缘服务器产品EIS800,EIS800室内节点体积小巧,满足企业信息化、云桌面等一般室内应用场景的温度环境,室外节点可适应-40°C-70°C环温,具备工业级防水防尘特性,在智慧交通、电力巡检等恶劣条件下也可高效稳定运行。
EIS800微中心节点支持多样IO扩展,部署形式灵活,可通过多节点堆叠的桌面级微中心和两节点拼接上架的机柜级微中心部署。针对更高密度的部署需求,可通过整机柜形态一体交付,大幅提升边缘场景下设备的运维部署效率,并且能够支撑更为复杂的AI负载。可根据边缘室内、室外、机房环境的差异化需求,提供单主机、、微中心3种形态的产品,每种形态的产品还可根据形成8种配置,实现灵活扩展,重塑了边缘服务器的形态。
▌靠才华取胜,还捧回个“颜值”大奖
全新亮相的浪潮边缘微服务器EIS800,外表线条流畅,设计低调极简,机箱结构可以组合出单主机、防水主机、数据中心节点各种形态的产品,内部散热模块也可以兼顾主动、被动散热,满足多元的部署场景,灵活适应室内、室外、数据中心不同部署环境。同时,服务器内部,EIS800基于标准化、模块化的设计,实现了内部计算平台、IO、管理功能等模组的架构解耦,CPU可支持不同架构的处理器,异构模块可承载阶梯式AI算力,存储、通信、管理接口等方面,也可根据通信、交通、制造、能源等不同场景的差异化需求随需而变。凭借这一极致灵活的架构,浪潮信息边缘微服务器EIS800获得了2022年德国红点设计大奖。
当下边缘计算产业正处于从星星点火向燎原之势的演进中,浪潮信息作为头部企业,一直致力于以开放的理念,推动整个产业的快速发展。目前边缘模块化设计ECOM已经在ODCC开放设计标准,在ECOM架构下,浪潮信息将以往设计门槛较高的CPU核心计算单元、BMC带外管理单元、AI计算单元等关键部件,设计成标准化的部件模块,并开放了产品化设计,为推动整个产业的创新发展具有重要意义。
算力终将在百变边缘中无限延伸,技术也在时代浪潮洗礼下去芜存菁,不断迭代更新。术力有穷时,想象无极限,就像在变与不变之间倍受“折磨”的浪潮技术工程师最终的领悟:在想象与得到之间,没有改变的只有坚持,需要努力的唯有强大。
