重塑系統之美，邊緣服務器煉成“百變金剛”
北京2022年12月9日 /美通社/ -- 邊緣的急劇裂變，會引發整個系統的重建。當邊緣計算風生水起，基礎設施也必然隨需而動。
根據IDC諮詢的預測，未來幾年，邊緣算力的投資增速將遠快於核心位置，到2025年，全球邊緣計算服務器佔總體服務器支出比重將從14.4%升至24.9%；Gartner發佈的《2022年中國信息和通信技術成熟度曲線》報告亦指出，隨着越來越多的企業對風險下降程度感到滿意，邊緣計算已進入快速增長階段。
面對快速增長的市場，如何面對應用場景的千變萬化是邊緣計算的最大難題，這意味着邊緣基礎設施底座需要具備萬物歸宗的稟賦，滿足各行業差異化的訴求。作為邊緣基礎設施中的核心角色，邊緣服務器必然擔綱重任，以產品創新謀求突圍。
“量身定製”的產品策略曾被寄予厚望。面對紛繁複雜的邊緣計算場景，很多廠商以定製化的方式應對特定需求，雖然取得一城一池的勝利，但由於設計生產週期過長、測試與售後服務難以保障等因素，無法實現規模化的推廣，不同類型定製化產品之間更是溝壑林立，最終反倒成了阻礙邊緣計算場景落地的絆腳石。
德內拉•梅多斯在其著作《系統之美》中指出，系統成功重建的關鍵是找到合適的“槓桿點”——改變系統中的連接或目標，會讓系統發生顯著變革。在邊緣計算領域，服務器產品研發的“槓桿點”究竟在哪裏？在量身定製之外，是否有更優的路徑選擇？
作為中國邊緣服務器市場第一的浪潮信息，找到了獨特的破解方案——模塊化設計。如果説模塊化是IT創新者們前往復雜新世界的常用密碼，那麼突破傳統以計算為中心的研發思路，採用系統架構設計方式重構邊緣服務器各部件模塊，則是更具顛覆意義的闖關實踐。
以模塊化設計應對碎片化場景
客户需求存在個性化與差異性，是市場不斷演進的必然結果，並非邊緣計算獨有的現象。
在數據中心領域，也遇到過類似的問題。伴隨雲計算的高速增長，視頻、電商、通信等場景會有不同的業務需求。為了解決燃眉之急，浪潮信息聯合CSP客户，研發出模塊化的整機櫃服務器，集中供電、散熱和管理，並可根據需求配置不同的節點，靈活滿足各類應用場景對硬件平台的要求。
顯而易見，模塊化是應對複雜環境的有效方式，但邊緣計算場景的碎片化程度更高，對設備所能適應的運行温度、體積、網絡環境、適配功能千差萬別，很難簡單複製數據中心領域模塊化產品的研發路徑。
與數據中心相比，邊緣計算應用的細分度有幾何級數的上升：既有零售、醫療、金融等室內場景，又有交通、油井、煤礦、海上風電等室外環境，甚至同一個企業的不同廠房、礦井都有不同需求，同一條馬路的不同路口還要階梯式的算力佈局。
場景的高度複雜必然帶來對產品本身的多重要求，疊加在一起的實現難度可想而知。在新一代邊緣服務器產品規劃會上，浪潮信息研發工程師在筆記本上，記下了客户調研得出的邊緣服務器的諸多訴求：
“它要身材玲瓏小巧，算力越大越好”；“它要能耐住高温，還要防塵、防腐、抗震”；“它要在藍牙、WiFi、ZigBee、4G和5G裏都遊刃有餘”；“它要收放自如，能單打獨鬥也能組隊參戰”……
儘管模塊化設計的難度係數增加了不少，但其整體的思維框架遠超傳統的“量身定製”，在邊緣計算領域依然存在突圍的可能。浪潮信息的研發工程師們知難而上，再次瞄準模塊化設計：通過將核心計算平台、異構加速平台、IO模組、管理功能等進行架構解耦，實現標準化、模塊化，讓算力能夠靈活擴展，支持有線、無線不同通信標準，給系統提供更多的IO擴展和網絡選擇。
以系統架構創新實現突破
當然，羅馬不是一天建成的。邊緣服務器的模塊化之路，首先要應對“極限瘦身”的挑戰。
為了滿足多元化的邊緣計算需求，服務器內部要添加計算、存儲、網絡等各種硬件。然而，硬件之間的接口、電壓、電流都不一樣，服務器的結構佈局越複雜，信號、散熱等方面的隱患就會陡增。
經過三個月的日夜奮戰，浪潮信息的工程師對內部鏈路和熱設計進行反覆驗證，終於將產品控制在長、寬約30cm的較小體積內。可是，這個身材還是“胖”了點——產品經理們在調研客户現場發現，邊緣服務器的部署空間十分有限，長、寬控制在20cm左右才更具競爭力。
看似只有10cm的差距，實際上要在顯著瘦身的前提下再減掉1/3的“體重”，談何容易？既有的方法已用到了極致，另闢蹊徑方有望走出困局。
在不知經歷了多少次覆盤討論會後，浪潮信息的工程師們碰撞出新的火花——答案或許就在承載硬件的底板上。研發人員決定從頭開始，改變過往以CPU為核心的設計思路，轉而以系統架構為核心進行設計。
以CPU為核心推進產品設計，是可上溯至Win-Tel時代的強大路徑依賴。雖然近年來XPU以及異構計算的迅猛發展，但以計算為核心的產品創新思路的影響綿延至今，要真正跳出窠臼殊為不易。
以系統架構為核心進行產品設計，必須基於差異化的客户需求對功能進行分區，將計算平台、IO、管理功能等模組做架構解耦，重構成標準化的模塊，並將同一模塊設計統一接口與底板連接。
這畢竟是嶄新的嘗試，研發人員很快發現計算模組中CPU面臨PCIe資源不足、USB和UART無法滿足設計要求的難題。針對上述問題，研發人員引入PCIe Switch芯片，將CPU一組X2接口拓展為4個X1，並設計複雜的USB、UART拓撲架構，滿足系統在對外、對內、調試接口等方面的需要，使x86、ARM等不同架構的芯片可通過統一的接口與底板相連。
在信號和散熱之間尋求平衡，同樣不容忽視。研發人員為此將接口設計從平行改成疊放，並從仿真到實物打樣反覆調整內部各個模塊佈局，達成每一個部件極致的統一性。在此基礎上，邊緣服務器才能根據不同的場景需求，進行快速的組合，匹配合適的算力和功能。
從架構設計到產品落地
歷時1年半年多的研發，全新的邊緣模塊化設計架構ECOM（Edge Computing Optional Module）最終打磨完成。從架構設計到產品落地，還有很長的路要走。
浪潮信息深諳此道，基於ECOM架構，推出邊緣服務器新品EIS800。EIS800室內節點體積小巧，滿足企業信息化、雲桌面等一般室內應用場景的温度環境；室外節點可適應-40攝氏度～70攝氏度環温，具備工業級防水防塵特性，在智慧交通、電力巡檢等極端條件場景亦可高效穩定運行。
值得關注的是，EIS800微中心節點支持多樣IO擴展，部署形式靈活，可達成多節點堆疊的桌面級微中心和兩節點拼接上架的機櫃級微中心部署。針對更高密度的部署需求，EIS800可通過整機櫃形態一體交付，大幅提升邊緣場景下設備的運維部署效率，並且能夠支撐更為複雜的AI負載。
“極致瘦身”的獨創架構，使EIS800具備秀外慧中的特質，並獲得2022年德國紅點設計大獎。一方面，EIS800外表線條流暢，設計低調極簡，機箱結構可以組合出單主機、防水主機、數據中心節點等形態的產品；另一方面，EIS800基於標準化、模塊化的設計，實現內部計算平台、IO、管理功能等模組的架構解耦，可根據通信、交通、製造、能源等不同場景的差異化需求隨需而變。
獨樂樂不如眾樂樂。浪潮信息作為中國邊緣服務器市場第一的廠商，一直致力於以開放的理念，推動整個產業的快速發展。目前，邊緣模塊化設計ECOM已經在ODCC開放設計標準，在ECOM架構下，浪潮信息將以往設計門檻較高的CPU核心計算單元、BMC帶外管理單元、AI計算單元等關鍵部件，設計成標準化的部件模塊，並開放了產品化設計，ECOM開放的邊緣計算產業標準，將助推行業夥伴加速產品開發，有利於邊緣計算整個產業的健康成長。
以模塊化為支點，從系統架構設計入手，浪潮信息撬動起邊緣計算服務器的發展空間，並將惠及千行百業的數字化轉型。邊緣計算的新生態正蓬勃向上，浪潮信息的同路人會紛至沓來。