Intel Xeon D -suorittimien integrointi COM-HPC-palvelinmoduuleille congatecin kaltaisten valmistajien toimesta mahdollistaa sen, että palvelimia voidaan asentaa verkon reunalle, pois ilmastoitujen palvelinhuoneiden tiukoista lämpörajoitteista. Ensimmäistä kertaa ne voidaan nyt asentaa minne tahansa, missä vaaditaan suurta tiedonsiirtoa mahdollisimman pienillä latenssiajoilla – aina deterministiseen reaaliaikaisuuteen asti.

Kuva 1: Markkinoiden ensimmäiset Intel Xeon D -suorittimilla varustetut COM-HPC-palvelinmoduulit vapauttavat palvelimet ilmastoitujen palvelinhuoneiden kahleista.

Edge-palvelimet käsittelevät tietoja tietoliikenneverkkojen reunalla pilvipalvelun sijaan. Tämä mahdollistaa vuorovaikutuksen kaikenlaisten laitteiden kanssa viivytyksettä tai jopa reaaliajassa, mutta asettaa palvelin-, verkko- ja tallennustekniikoiden valmistajille suuria haasteita. Tähän asti he ovat kehittäneet järjestelmiinsä standardoituja räkkiratkaisuja, joissa on aktiivinen tuuletus ja tehokas jäähdytystekniikka, jotka ohjasivat räkkien lämmönhallintaa ja palvelinhuoneiden ilmastointia. Tällainen lähestymistapa ei kuitenkaan usein enää sovi nykyajan reunapalvelimiin.

ASHRAE-järjestö (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) on Yhdysvalloissa tarkastellut perusteellisesti sitä, kuinka voi parhaiten toteuttaa huippupalvelinten suorituskyky vaativissa ympäristöissä. Niinpä asiaan liittyvien lämmitys-, jäähdytys-, ilmanvaihto- ja ilmastointiyritysten näkökulmasta on jo olemassa varsin uskottavia suosituksia siitä, kuinka suunnitella verkon reunalla toimivia palvelinkeskuksia, joissa on tehokas ilmastointi ja paras mahdollinen eristys suojaamaan niitä kuumuudelta ja kylmältä.

Irti ilmastoinnin kahleista

ASHRAE ehdottaa reunan palvelinkeskuksille suurinta sallittua lämpötilan vaihtelua, joka on 20 °C tunnin sisällä ja enintään 5 °C 15 minuutissa. Tämä vaatii monimutkaisia jäähdytysratkaisuja ja on siksi erittäin vaikea toteuttaa. Näiden ohjeiden noudattaminen on lähes mahdotonta, varsinkin puhelinkoppia pienempien reunapalvelinkeskusten huoltotöiden aikana, koska tällaiset ratkaisut on avattava huoltoa varten missä tahansa ympäristön lämpötilassa. Tällaisiin järjestelmiin ei yksinkertaisesti päästä käsiksi ilmastointitilan kautta, kun samalla ovi pitäisi sulkea nopeasti uudelleen ennen huoltotöiden aloittamista.

Ankarissa ympäristöissä toimivat reunapalvelimet ja datakeskukset tarvitsevat siksi järjestelmäsuunnitteluja, jotka kestävät suurempia lämpötilanvaihteluita ja paljon laajemman lämpötila-alueen kuin sisätilojen IT:ssä yleisen 0…40 °C. Teollisuusympäristöissä sulautetut järjestelmät voidaan altistaa ympäristön lämpötiloille, jotka vaihtelevat arktisesta -40 °C:sta polttavan kuumaan 85 °C:een. Tämä tarkoittaa, että jokainen komponentti on kovetettava.

Vankat suunnittelut pienentävät jäähdytyskustannuksia

Hermostuttavin kohta reunapalvelin-, verkko- ja tallennustekniikoiden suunnittelussa on prosessoritekniikan valinta. On tehtävä päätös, noudatetaanko ASHRAE:n suosituksia ja investoidaanko massiivisesti jäähdytystekniikkaan ja eristykseen, mikä aiheuttaa korkeat investointi- ja käyttökustannukset sekundäärienergiaan. Vai pitäisikö kehittää järjestelmiä, jotka eivät sitä tarvitse, koska ne toimivat luotettavasti myös äärimmäisissä lämpötiloissa ja voidaan siten toteuttaa ankarissa ympäristöissä paljon halvemmalla – tehdasasennuksista verkkolaitteisiin ulkona, videovalvontaan ja muihin kriittisiin infrastruktuurilaitteisiin ja palvelimiin mobiilijärjestelmissä, joita käytetään junista ja lentokoneista itseohjautuviin linja-autoihin älykaupungeissa.

Uusien Intel Xeon D -suorittimien ansiosta saatavilla on nyt erittäin tehokas palvelintekniikka, joka soveltuu käytettäväksi äärimmäisissä -40 °C - 85 °C lämpötiloissa. Ilmastoitujen palvelinhuoneiden tiukat lämpörajoitukset eivät enää rajoita edes erittäin suorituskykyisiä palvelinmalleja. Niitä voidaan ottaa käyttöön missä tahansa, missä tarvitaan latenssitonta massiivista tiedonsiirtoa esineiden internetin reunalla ja Teollisuus 4.0 -tuotantolaitoksissa.

Kovat vaatimukset järjestelmäsuunnitteluun

Palvelinprosessori ei kuitenkaan yksinään tee kestävää reunapalvelinta. Ankarien ympäristöjen järjestelmäsuunnittelun vaatimusten täyttäminen vaatii myös laajaa osaamista. Jokaisen käytetyn komponentin on oltava tähän ympäristöön kvalifioitu, ja myös piirilevyyn ja piirikorttisuunnitteluun kohdistuu erityisvaatimuksia. Tällaisia ovat esimerkiksi erityiset pinnoitteet, jotka suojaavat kondenssivedeltä ja muilta ympäristövaikutuksilta, tai korkeatasoinen suoja vierailta sähkömagneettisilta ja suurtaajuussignaaleilta, jotka voivat heikentää laitteen suorituskykyä.

Sulautettujen korttitietokoneiden kehittäjillä kuten congatecilla on vuosikymmenten kokemus tällaisten järjestelmien suunnittelusta. He ovat jo pitkään integroineet tavallisia, Intelin Core-prosessorien kaltaisia PC-tekniikoita sulautettuihin järjestelmiin tavalla, joka sopii teolliseen käyttöön. He tuntevat useiden eri toimialojen vaatimukset ja sertifiointistandardit läpikotaisin. Lisäksi he ovat tottuneet suunnittelemaan järjestelmänsä pitkäaikaiseen käytettävyyteen, jotta ne täyttävät alan vaatimukset ja joita voidaan toimittaa OEM-valmistajille identtisillä korttikokoonpanoilla 7, 10 tai 15 vuoden ajan.

He tietävät myös, että teolliset sovellukset eroavat merkittävästi toimistoympäristön vakiojärjestelmien suunnitelmista. Teolliset sovellukset vaativat aina enemmän tai vähemmän räätälöintiä, mikä tekee Computer-on-Modules -moduulia käyttävistä modulaarisista rakenteista ihanteellisen tavan kehittää kortteja. He ovat myös oppineet, että standardointi on avainasemassa, minkä vuoksi he ovat auttaneet luomaan maailmanlaajuisesti tunnustettuja standardeja tällaisille moduuleille.

Kuva 2: Modulaarinen Server-on-Module -lähestymistapa helpottaa räätälöityjen reunapalvelimien kehittämistä sovelluskohtaisilla liitännöillä ja käyttämällä räätälöityjä kantakortteja.

Nopeammin tavoitteisiin standardien avulla

Uuden COM-HPC Server -standardin ja Intelin Xeon D -suorittimien julkaisun myötä tämä yhdistetty asiantuntemus on nyt siirretty teollisuuden reunapalvelimien suunnitteluun. Ensimmäistä kertaa kehittäjillä on pääsy oikeisiin tuotteisiin. Näiden uusien standardoitujen COM HPC -palvelinmoduulien etuna on, että kehittäjät voivat integroida ne asiakaskohtaisille kantakorteilleen sovellusvalmiina sulautettuna laskentalogiikkana. Tämä tarkoittaa, ettei heidän tarvitse huolehtia prosessoriteknologian perusasioista, vaan ainoastaan huolehtia kortin komponenttien sovelluskohtaisesta sijoittelusta ja toteuttaa liitännät oikeassa paikassa kantakortilla.

Tätä tarkoitusta varten PICMG-standardointikomitea on julkistanut COM-HPC Carrier Design Guide -suunnitteluoppaan. Se tarjoaa keskeiset ohjeet yhteentoimivien ja skaalautuvien asiakaskohtaisten sulautettujen alustojen rakentamiseen uuden standardin pohjalta ja helpottaa myös kehittäjiä ymmärtämään standardin taustalla olevan logiikan.

Tämä artikkeli on 1. osa 2-osaisesta kokonaisuudesta.