تاريخ خادم واحد مع التبريد السلبي

في بعض الأحيان تنشأ الأفكار دون دراسة مناسبة في المرحلة الأولية ، وهذه الأفكار ، نظرًا لمصداقية مؤلفها ، تبدو واعدة جدًا لجميع أعضاء الفريق. لذلك ، منذ بعض الوقت ، توصلت مجموعة شركات VIT و ComBox Technology إلى فكرة تنفيذ خادم يستند إلى العديد من الحواسيب الصغيرة. الغرض من الخادم هو تنفيذ الشبكات العصبية على وحدة المعالجة المركزية و GPU من الحواسيب الصغيرة. عامل الشكل المقدر للخادم المستقبلي هو 1U ، نسخة مثبتة على حامل. سيكون كل شيء على ما يرام ، فقط الفكرة شملت التبريد السلبي ، لأن الانبعاثات الحرارية المعلنة للحواسب الصغيرة المقترحة للاستخدام كانت 25 واط في الواقع ، كان الحواسيب الصغيرة المقترحة للتنفيذ هو Intel NUC بمعالج Intel Core i5 و GPU Iris Plus 655 مدمج ، 25 واط ، 1U ، تبريد سلبي ، خادم - كل هذا يبدو مشجعًا ، لكن الفروق الدقيقة ظهرت أكثر.

أولاً ، كان من المفترض أن تكون 8 أجهزة كمبيوتر عبارة عن أجهزة كمبيوتر صغيرة في الخادم. وهذا يعني أن تبديد الحرارة المتناسب مع استهلاك الطاقة يساوي بالفعل 25 * 8 = 200 واط. وبالفعل في هذه المرحلة ، لا يمكن القول إن التبريد السلبي يمكن أن يقال ، لكن التجربة استمرت. بما في ذلك ، لأسباب زيادة تكييف التكنولوجيا لتنفيذ العبوات في الهواء الطلق. حدث تطوير الجهاز بالتوازي مع الوسواس القهري عند استخدام البرنامج الضروري. استخدمنا مجمّعًا للكشف عن لوحات الترخيص والاعتراف بها وصنع / موديلات سيارات VIT تسمى EDGE. كما اتضح ، عند قياس استهلاك الطاقة عند تحميل 100٪ ، تستهلك Intel NUC8i5BEK 46 واط بدلاً من 25 المعلن. مع هذا النهج ، يصبح استهلاك الطاقة للخادم وتبديد الحرارة بالفعل 46 * 8 = 368 واط. وهذا دون الأخذ في الاعتبار امدادات الطاقة والمكونات الإضافية.

كحوض حراري ، استخدمنا صفائح نحاسية بعد الطحن والنقش الخاص. علاوة على ذلك ، أعطت اللوحة النحاسية الحرارة لمبادل حراري للألمنيوم في الجزء العلوي من الخادم. نظرًا لوجود أخطاء في الحسابات ، شغل المبادل الحراري 2/3 من الغطاء العلوي وكان موجودًا على كلا الجانبين بالتوازي مع 4 أجهزة كمبيوتر صغيرة على طول الجانبين الأيسر والأيمن من الخادم. في المنطقة الوسطى ، كان هناك مصدر طاقة 550 واط في الخلف وجهاز توجيه Mikrotik 1 Gbit في المقدمة.


مرحلة تصميم الخادم على أساس 8 أجهزة كمبيوتر صغيرة

والنتيجة التي تحولت إلى:


خادم NUC مع التبريد السلبي

بالطبع ، كان هذا التصميم يعمل عند الحمل المتوسط ​​، ولكن بنسبة 100٪ استمر في تسخينه ببطء وإعطاء جزء كبير من الحرارة للبيئة. حتى داخل خزانة الخوادم ذات الممر الساخن والبارد ، ساهم التصميم في تسخين "جار" أعلى. خفض عدد أجهزة الكمبيوتر الصغيرة إلى 4 قطع سمح بتثبيت درجة حرارة التدفئة وتجنب الاختناق حتى عند التحميل بنسبة 100٪ ، لكن مشكلة "الجار" الأعلى ظلت قائمة.

تباعدت مجموعة الحلول التكنولوجية في اتجاهين:

• تبريد سلبي من Intel NUC8i5BEK في حالة الاستخدام الخارجي
• تبريد الهواء النشط في هيكل خادم 1U

خادم 1U مع 8 معالجات Core i5 و 8 GPUs مثبتة

نعم ، نعم ، إنه كثير ونعم ، إنه ممكن. كيف تسأل؟ من خلال الجمع بين العديد من أجهزة الكمبيوتر الصغيرة داخل هيكل 1U على مستوى الشبكة من خلال جهاز التوجيه. على وجه التحديد ، لتنفيذ الشبكات العصبية ومعالجة تدفقات RTSP الواردة ، فإن هذا الحل هو الأمثل. بالإضافة إلى ذلك ، يسمح لك بإنشاء أنظمة قابلة للتطوير استنادًا إلى مجموعة من Docker و Docker Swarm و Ansible.

أثناء عملية التطوير ، كان علينا تصميم عدة إصدارات مختلفة:

نموذج أولي للقرار المستقبلي

تركت الفكرة الأصلية أحواضًا حرارية نحاسية مثبتة جيدًا ومشعات للألومنيوم ، ولكنها الآن تقع مباشرة على كل عقدة حسابية داخل العلبة. علاوة على ذلك ، لإزالة الحرارة ، تم استخدام مراوحين ، تم تركيبهما أمام كل وحدة حوسبة ، لتوجيه الهواء الدافئ من ممر بارد إلى حار (من مقدمة الخادم). للتحكم الفعال بالمروحة ، تم تطوير لوحات خاصة غيرت سرعتها استنادًا إلى مستشعرات درجة الحرارة في كل كمبيوتر صغير. نظرًا لعدم وجود حاجة إلى PoE ، فقد تم حرمان جهاز التوجيه من التبريد النشط ؛ وتم تحويله إلى جهاز سلبي بإطلاق حرارة لا يزيد عن 10 واط. بقي مصدر الطاقة في الإصدار الأول 500 واط ، ولكن تم تثبيته على حوامل خاصة مع إمكانية الاستبدال السريع ، ولكن مع انقطاع التيار الكهربائي. لمراقبة حالة العقد الحوسبة ، تمت إضافة إشارة إلى 8 الثنائيات على اللوحة الأمامية.


النموذج الأولي لخادم NUC من تقنية ComBox و 8 وحدة المعالجة المركزية Core i5 و 8 GPU Iris Plus 655 في شكل وحدة واحدة

الخصائص التقنية للإصدار الأول من الخادم على Intel NUC:

• Intel NUC8i5BEK (بدون غطاء بنظام تبريد معدّل) ، 8 قطع.
• وحدات الذاكرة AMD Radeon R7 DDR4 SO-DIMM ، 8 جيجابايت ، 8 قطع.
• وحدات ذاكرة إضافية DDR4 SO-DIMM Kingston ، 4 جيجابايت ، 8 قطع.
• SSD M.2 drive WD الأخضر ، 240 جيجابايت ، 8 قطع.
• حالة 1U (إنتاج الخاصة)
• MikroTik RB4011iGS + RM Router (بدون غطاء بنظام تبريد معدّل) ، 1 جهاز كمبيوتر.
• ربط الأسلاك (حبال التصحيح) ، 11 جهاز كمبيوتر شخصى.
• BP 94Y8187 ، 550 واط.

كيف يبدو في عملية العمل:

نسخة إنتاج خادم NUC

شهدت نسخة الإنتاج تغييرات كبيرة. بدلاً من مصدر طاقة واحد ، ظهر 2 على الخادم مع إمكانية التبديل السريع. استخدمنا خادم الطاقة المدمجة 600 واط من سوبرمايكرو. بالنسبة لوحدات الحوسبة ، ظهرت آثار أقدام خاصة وإمكانية تبديلها الساخن دون إيقاف تشغيل الخادم بالكامل. تم استبدال العديد من حلقات الشبكة بسبار ثابتة مثبتة على المقاعد. تمت إضافة الحواسيب الصغيرة المصممة على طراز المعمار NAN Pi ARM من FriendlyARM لإدارة الخادم ، حيث تمت كتابة البرنامج وتثبيته للتحقق من حالة عقد الحوسبة ومراقبتها ، وأخطاء الإبلاغ وإعادة ضبط الأجهزة لعقد الحوسبة المحددة عبر GPIO ، إذا لزم الأمر. يتم تثبيت المشجعين في إصدار الإنتاج خلف اللوحة الأمامية في الاتجاه من الممر البارد باتجاه الساخن ، ويتم الآن توجيه زعانف المبادل الحراري للألمنيوم بدلاً من أعلى ، مما جعل الذاكرة وأقراص كل عقدة حسابية في متناولهم.

حاوية إنتل NUC الخارجية

نظرًا لأن الحواسيب الصغيرة نفسها ليست صناعية ، فإن الاستخدام الخارجي لا يتطلب فقط حالة ، ولكن أيضًا الظروف المناخية المناسبة. نحن بحاجة إلى الحماية من الغبار والرطوبة IP66 ، وكذلك تشغيل درجة الحرارة من -40 إلى +50 درجة مئوية.

لقد اختبرنا فرضيتين للتأكد من فاعلية الحرارة: أنابيب الحرارة والألواح النحاسية كمغسلة للحرارة. تبين أن هذه الأخيرة أكثر فاعلية ، على الرغم من وجود مساحة كبيرة وحلول أكثر تكلفة. كمبادل حراري ، يستخدم كل شيء أيضًا مساند الألومنيوم مع الأبعاد المحسوبة للأضلاع.

لبدء تشغيل الجهاز في درجات حرارة دون الصفر ، استخدمنا السيراميك للتدفئة. لسهولة التشغيل والتنفيذ في مختلف المجالات ، تم تثبيت إمدادات الطاقة من مجموعة واسعة من 6-36 V.

الغرض الرئيسي من الجهاز الناتج: تنفيذ الشبكات العصبية كثيفة الموارد في المنطقة المجاورة مباشرة لمصدر البيانات. وتشمل هذه المهام حساب حركة الركاب في المركبات (سيارات الركاب والقطارات) ، وكذلك المعالجة المركزية للبيانات حول كشف الوجه والتعرف عليها في العملية الصناعية.


إنتل NUC في العلبة في الهواء الطلق ، IP66 مع وحدة المناخ

مخطط الاستنتاج الهجين العام

عادةً ما يتم استخدام ثلاثة أنواع من الأجهزة للاستدلال: خادم في مركز بيانات ، وكاميرات مزودة ببرنامج مثبت للكشف عن الكائنات والتعرف عليها ، وأجهزة كمبيوتر مصغرة للتثبيت الخارجي (يتم توصيل الكاميرات بها ، على سبيل المثال ، عبر محول). علاوة على ذلك ، من أجهزة متعددة (على سبيل المثال ، خادومان ، 15 كاميرا ، 30 حاسوب دقيق) ، يلزم تجميع البيانات وتخزينها (الأحداث).

في حلولنا ، نستخدم المخطط التالي لتجميع البيانات وتخزينها باستخدام أنظمة التخزين:


المخطط العام للاستدلال الهجين