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边缘计算在可扩展的微型数据中心使用模块化电源

HIRO 正在利用边缘计算,通过使用 Vicor 电源模块让脑部手术更加精确并提供更好的效果。

Edge computing micro data centres hospital image

Lev Slutskiy,欧洲、中东和非洲地区,高性能计算业务发展经理

边缘计算对于充分发挥人工智能 (AI)、机器学习和物联网 (IoT) 的全部潜能至关重要。这些技术正在融入我们生活的方方面面:自动驾驶、智能楼宇、机器人、供应链管理和医疗保健。为了实现这些智能技术的一贯承诺,更快的计算和数据传输速度必须更接近智能设备、更接近“边缘”。荷兰创业技术公司 HIRO 利用模块化电源在可扩展微型数据中心中实现低延迟应用,这些应用由 Vicor 的 DCM 电源模块供电。

边缘计算是推动这个智能世界发展的隐形动力,旨在以我们从未想象过的方式让我们的生活变得更轻松、更美好。但它是什么样子的呢?其推动力量是什么?同样重要的是,如何可靠高效地为边缘供电?

荷兰创业技术公司 HIRO 开发了高性能的创新可靠边缘基础架构(软硬件),可将智能边缘作为一种服务交付给工业以及其它终端用户。他们看到智能边缘服务稳步增长的需求,这些服务不仅可自动运行,而且还支持针对多个租户(共享软件实例访问的用户组)进行大数据流的实时分析,同时也可在多个地点安全共享分析结果。

为什么是边缘计算?

边缘计算作为速度更快的(中间层)数据中继技术,可在设备中实现关键任务实时响应。边缘计算支持本地 AI,无需依赖云端 AI,可显著推动服务和应用。边缘计算技术将有限的内存、存储和更接近数据生成位置的节点计算集成在云计算架构中。它们有助于智能决策何时将计算从边缘移至云端,同时考虑到网络能力以及数据安全性和敏感性。

这种行业首选的方式可实现期待已久的发展,包括工厂 4.0 和智能制造、5G、物联网 (IoT)、自动驾驶汽车、智慧城市、智慧医院、机器人技术以及机器视觉等。

边缘计算的成功取决于是否有适当的硬件:系统能够低成本地提供必要的处理速度和能力,同时还能在常规数据中心之外遇到的监管较少和不可预测性更大的环境中生存。 

边缘计算硬件必须包含紧凑、节能的解决方案,可广泛部署在空间有限的恶劣环境中,从而可让计算更接近传感器以及其它数据源。硬件包括供电网络,而笨重的传统大型低压电源解决方案无法支持边缘不断增长的功率密度和小巧的外形,这是边缘计算创新的主要瓶颈。 

一款可扩展的高效率解决方案

HIRO 创建了边缘微型数据中心 (EMDC),这是一种高度可扩展的紧凑边缘计算资源,可在恶劣外部环境中可靠地运行。它可将任何类型、任何数量的 CPU、GPU、FPGA 和 NVMe®(非易失性存储器标准)介质集成在从 1.5kW 鞋盒大小的设备到 500kW 集装箱化的边缘设备的平台上。这些平台为全固态化和模块化,不仅需要的维护极少,而且无需散热。可通过风扇支持的干冷器(见图)或完全被动的干冷器散掉,使 EMDC 无源。高带宽、双交换结构(PCIe、以太网)和可扩展设计有助于客户完全自由地使用任意组合和数量的 CPU、加速器和闪存组成 EMDC。

HIRO Micro Data Centre examples image

图 1:  微型数据中心 EMDC 示例:从左到右分别为 EMDC8 1.5kW、EMDC16 3kW、EMDC24 4.5kW。

具有社区影响的实际应用

HIRO 特别致力于构建分布在欧洲各学术医院的边缘基础架构,以支持大型数据集,甚至是实时程序。医院依靠超越其自身数据集之外的大型数据集,以训练有助于发现和治疗心血管疾病、癌症、肿瘤以及其它复杂疾病的 AI 模型。此外,一些医院还在手术室中使用边缘计算技术。术中功能超声 (IOfUS) 通过直接显示神经结构和支持手术过程(见图 2),可在扩大外科医生视野的同时,提高手术效果和患者安全性。IOfUS 是术中颅脑成像最经济、侵入性最小的方法。超声很便携、也很灵活,必要时可在手术过程中提供实时术中成像。因此,使用边缘微型数据中心,可以密切监控手术进展,不会在工作流程中出现重大延误或中断。

HIRO 还在从事耗资 1600 万欧元的 BRAINE 项目,该项目获得了 850 万欧元的欧盟 ECSEL 联合创业基金。欧盟的四个测试台(两个在荷兰,一个在意大利,一个开发平台在匈牙利)将为面向智慧城市、智慧医院、智能制造和机器人以及智能供应链的多项测试应用提供服务。

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图 2:  术中功能超声通过直接显示神经结构和支持手术过程,在扩大外科医生视野的同时,提高手术效果和患者安全性。

高功率密度带来低成本

HIRO 不仅能构建非常紧凑的 EMDC,而且还能解决各种技术瓶颈问题:更短电气线路上的信号完整性、高度紧凑和高效率电源转换以及低功耗散热与工程。除了设备的不可知论、灵活性和可扩展性之外,EMDC 还具有高性能,与原有系统相比,至少可降低 40% 的能耗。其固态设计(无移动部件)不仅可提高可用性,而且还可减少呼叫发生率,对于远程或无人值守位置的边缘设施而言,价值更高。

设计从 48VDC (而非 12VDC)配电运行的硬件,可实现极为紧凑、高效的电源转换(见图 3)。更高的电压可降低供电网络 (PDN) 的 I2R 损耗。尽管 48VDC 配电在电信和工业领域很常见,但直到现在,它才开始被数据中心和相关边缘环境所接受。

HIRO PDN image

图 3:  Vicor DCM 48VDC – 12VDC 电源模块:有助于实现 HIRO 低功耗 EMDC 设计。

Vicor 高密度、高效率的电源模块有助于实现 HIRO 散热良好而且节能的紧凑固态 EMDC 设计。例如,使用标准 COM Express 模块(模块级计算机)的原有解决方案,每张卡能耗 150W。在一个 3U 底座中,这相当于大约 3kW。处理种高密度电源转换的能力是 Vicor 在市场上所独有的。

HIRO 一直使用 Vicor DCM 模块进行 48 至 12V 转换。在他们看来,Vicor 电源模块具有灵活的散热选项,可提供业界领先的体积功率密度。这种灵活性有利于发展可再生能源。HIRO EMDC 最终将会被太阳能发电厂或风力发电厂锁定,并安全可靠地接入可再生能源供电。

HIRO 的第一步是启用 48V 系统,并为原有 12V 设计提供基础架构。下一步将是为 PGA 等芯片提供支持,在负载点将 48V 降压转换为 1V 左右。 

在 HIRO 系统中,Vicor 提供了从芯片层面一直到边缘数据中心层面的 DC 电源转换。分立式解决方案需要大量的电源系统设计工作,而现成的设计体积庞大,缺乏适应不同环境所需的灵活性。

Vicor 模块具有可靠性、高功率密度、灵活的散热、高转换效率以及广泛的产品选择。这些产品可帮助 HIRO 设计紧凑、高效的固态 EMDC,可在环境管理的原有数据中心建筑之外留存。

让欧洲向边缘技术再迈进一步

持续加强世界的智能与互联是一项艰巨的任务,是一项艰巨的任务。边缘计算是实现更快计算以及新构想的重要桥梁。HIRO、Vicor 和 PCB 设计有限公司是这一举措的三大重要驱动力量,共同推动技术不断发展。今天,他们的合作将为智慧城市、智慧医院、智能制造及机器人以及智能供应链等领域产生重大影响。未来,他们将为改变世界的最新构想提供强大的支持。

本文最初由 Power Electronics Europe 发表。

Lev Slutskiy 于2012年 11 月加入 Vicor,先后担任技术销售工程师、区域销售和业务发展经理(中欧/东欧)。自 2020 年 4 月起,Lev 负责公司在欧洲、中东和非洲地区的高性能计算(HPC)、数据中心和人工智能(AI)领域的业务发展。在 Vicor 任职前,Lev 电信行业任职 30 多年,从事硬件/软件开发、技术销售、销售和产品管理。

Lev Slutskiy

欧洲、中东和非洲地区,高性能计算业务发展经理 Lev Slutskiy

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