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重塑系统之美,边缘服务器炼成“百变金刚”

北京2022年12月9日 /美通社/ -- 边缘的急剧裂变,会引发整个系统的重建。当边缘计算风生水起,基础设施也必然随需而动。

根据 IDC咨询的预测,未来几年,边缘算力的投资增速将远快于核心位置,到 2025年,全球边缘计算服务器占总体服务器支出比重将从 14.4%升至 24.9%; Gartner发布的《 2022年中国信息和通信技术成熟度曲线》报告亦指出,随着越来越多的企业对风险下降程度感到满意,边缘计算已进入快速增长阶段。

面对快速增长的市场,如何面对应用场景的千变万化是边缘计算的最大难题,这意味着边缘基础设施底座需要具备万物归宗的禀赋,满足各行业差异化的诉求。作为边缘基础设施中的核心角色,边缘服务器必然担纲重任,以产品创新谋求突围。

“量身定制”的产品策略曾被寄予厚望。面对纷繁复杂的边缘计算场景,很多厂商以定制化的方式应对特定需求,虽然取得一城一池的胜利,但由于设计生产周期过长、测试与售后服务难以保障等因素,无法实现规模化的推广,不同类型定制化产品之间更是沟壑林立,最终反倒成了阻碍边缘计算场景落地的绊脚石。

德内拉 •梅多斯在其著作《系统之美》中指出,系统成功重建的关键是找到合适的“杠杆点”——改变系统中的连接或目标,会让系统发生显著变革。在边缘计算领域,服务器产品研发的“杠杆点”究竟在哪里?在量身定制之外,是否有更优的路径选择?

作为中国边缘服务器市场第一的浪潮信息,找到了独特的破解方案——模块化设计。如果说模块化是 IT创新者们前往复杂新世界的常用密码,那么突破传统以计算为中心的研发思路,采用系统架构设计方式重构边缘服务器各部件模块,则是更具颠覆意义的闯关实践。

以模块化设计应对碎片化场景

客户需求存在个性化与差异性,是市场不断演进的必然结果,并非边缘计算独有的现象。

在数据中心领域,也遇到过类似的问题。伴随云计算的高速增长,视频、电商、通信等场景会有不同的业务需求。为了解决燃眉之急,浪潮信息联合 CSP客户,研发出模块化的整机柜服务器,集中供电、散热和管理,并可根据需求配置不同的节点,灵活满足各类应用场景对硬件平台的要求。

显而易见,模块化是应对复杂环境的有效方式,但边缘计算场景的碎片化程度更高,对设备所能适应的运行温度、体积、网络环境、适配功能千差万别,很难简单复制数据中心领域模块化产品的研发路径。

与数据中心相比,边缘计算应用的细分度有几何级数的上升:既有零售、医疗、金融等室内场景,又有交通、油井、煤矿、海上风电等室外环境,甚至同一个企业的不同厂房、矿井都有不同需求,同一条马路的不同路口还要阶梯式的算力布局。

场景的高度复杂必然带来对产品本身的多重要求,叠加在一起的实现难度可想而知。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,记下了客户调研得出的边缘服务器的诸多诉求:

“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”……

尽管模块化设计的难度系数增加了不少,但其整体的思维框架远超传统的“量身定制”,在边缘计算领域依然存在突围的可能。浪潮信息的研发工程师们知难而上,再次瞄准模块化设计:通过将核心计算平台、异构加速平台、 IO模组、管理功能等进行架构解耦,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。

以系统架构创新实现突破

当然,罗马不是一天建成的。边缘服务器的模块化之路,首先要应对“极限瘦身”的挑战。

为了满足多元化的边缘计算需求,服务器内部要添加计算、存储、网络等各种硬件。然而,硬件之间的接口、电压、电流都不一样,服务器的结构布局越复杂,信号、散热等方面的隐患就会陡增。

经过三个月的日夜奋战,浪潮信息的工程师对内部链路和热设计进行反复验证,终于将产品控制在长、宽约 30cm的较小体积内。可是,这个身材还是“胖”了点——产品经理们在调研客户现场发现,边缘服务器的部署空间十分有限,长、宽控制在 20cm左右才更具竞争力。

看似只有 10cm的差距,实际上要在显著瘦身的前提下再减掉 1/3的“体重”,谈何容易?既有的方法已用到了极致,另辟蹊径方有望走出困局。

在不知经历了多少次复盘讨论会后,浪潮信息的工程师们碰撞出新的火花——答案或许就在承载硬件的底板上。研发人员决定从头开始,改变过往以 CPU为核心的设计思路,转而以系统架构为核心进行设计。

以 CPU为核心推进产品设计,是可上溯至 Win-Tel时代的强大路径依赖。虽然近年来 XPU以及异构计算的迅猛发展,但以计算为核心的产品创新思路的影响绵延至今,要真正跳出窠臼殊为不易。

以系统架构为核心进行产品设计,必须基于差异化的客户需求对功能进行分区,将计算平台、 IO、管理功能等模组做架构解耦,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。

这毕竟是崭新的尝试,研发人员很快发现计算模组中 CPU面临 PCIe资源不足、 USB和 UART无法满足设计要求的难题。针对上述问题,研发人员引入 PCIe Switch芯片,将 CPU一组 X2接口拓展为 4个 X1,并设计复杂的 USB、 UART拓扑架构,满足系统在对外、对内、调试接口等方面的需要,使 x86、 ARM等不同架构的芯片可通过统一的接口与底板相连。

在信号和散热之间寻求平衡,同样不容忽视。研发人员为此将接口设计从平行改成叠放,并从仿真到实物打样反复调整内部各个模块布局,达成每一个部件极致的统一性。在此基础上,边缘服务器才能根据不同的场景需求,进行快速的组合,匹配合适的算力和功能。

从架构设计到产品落地

历时 1年半年多的研发,全新的边缘模块化设计架构 ECOM( Edge Computing Optional Module)最终打磨完成。从架构设计到产品落地,还有很长的路要走。

浪潮信息深谙此道,基于 ECOM架构,推出边缘服务器新品 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摄氏度~ 70摄氏度环温,具备工业级防水防尘特性,在智慧交通、电力巡检等极端条件场景亦可高效稳定运行。

值得关注的是, EIS800微中心节点支持多样 IO扩展,部署形式灵活,可达成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, EIS800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。

“极致瘦身”的独创架构,使 EIS800具备秀外慧中的特质,并获得 2022年德国红点设计大奖。一方面, 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、数据中心节点等形态的产品;另一方面, EIS800基于标准化、模块化的设计,实现内部计算平台、 IO、管理功能等模组的架构解耦,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。

独乐乐不如众乐乐。浪潮信息作为中国边缘服务器市场第一的厂商,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, ECOM开放的边缘计算产业标准,将助推行业伙伴加速产品开发,有利于边缘计算整个产业的健康成长。

以模块化为支点,从系统架构设计入手,浪潮信息撬动起边缘计算服务器的发展空间,并将惠及千行百业的数字化转型。边缘计算的新生态正蓬勃向上,浪潮信息的同路人会纷至沓来。

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