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邊緣運算在可擴充的微型資料中心使用模組化電源

HIRO 正在利用邊緣運算,通過使用 Vicor 電源模組讓腦部手術更加精確並提供更好的效果。

Edge computing micro data centres hospital image

Lev Slutskiy,歐洲、中東和非洲地區,高性能運算業務發展經理

邊緣運算對於充分發揮人工智慧(AI)、機器學習和物聯網(IoT)的全部潜能至關重要。 這些科技正在融入我們生活的方方面面:自動駕駛、智慧樓宇、機器人、供應鏈管理和醫療保健。 為了實現這些智慧科技的一貫承諾,更快的計算和資料傳輸速度必須更接近智慧設備、更接近“邊緣”。荷蘭創業科技公司 HIRO 利用模組化電源在可擴充微型資料中心中實現低延遲應用,這些應用由 Vicor 的 DCM 電源模組供電。

邊緣計算是推動這個智慧世界發展的隱形動力,旨在以我們從未想像過的管道讓我們的生活變得更輕鬆、更美好。 但它是什麼樣子的呢? 其推動力量是什麼? 同樣重要的是,如何可靠高效地為邊緣供電?

荷蘭創業科技公司 HIRO 開發了高性能的創新可靠邊緣基礎架構(軟硬體),可將智慧邊緣作為一種服務交付給工業以及其它終端用戶。 他們看到智慧邊緣服務穩步增長的需求,這些服務不僅可自動運行,而且還支持針對多個租戶(共用軟體實例訪問的用戶組)進行大資料流程的實时分析,同時也可在多個地點安全分享分析結果。

為什麼是邊緣運算?

邊緣運算作為速度更快的(中間層)數據中繼科技,可在設備中實現關鍵任務實时響應。 邊緣計算支持本地 AI,無需依賴雲端 AI,可顯著推動服務和應用。 邊緣計算科技將有限的記憶體、存儲和更接近數據生成位置的節點計算集成在云計算架構中。 它們有助於智慧決策何時將計算從邊緣移至雲端,同時考慮到網路能力以及數據安全性和敏感性。

這種行業首選的管道可實現期待已久的發展,包括工廠 4.0 和智慧製造、5G、物聯網(IoT)、自動駕駛汽車、智慧都市、智慧醫院、機器人科技以及機器視覺等。

邊緣計算的成功取決於是否有適當的硬體:系統能够低成本地提供必要的處理速度和能力,同時還能在常規資料中心之外遇到的監管較少和不可預測性更大的環境中生存。

邊緣計算硬體必須包含緊湊、節能的解決方案,可廣泛部署在空間有限的惡劣環境中,從而可讓計算更接近感測器以及其它資料來源。 硬體包括供電網路,而笨重的傳統大型低壓電源解決方案無法支持邊緣不斷增長的功率密度和小巧的外形,這是邊緣計算創新的主要瓶頸。

一款可擴充的高效率解決方案

HIRO 創建了邊緣微型資料中心(EMDC),這是一種高度可擴充的緊湊邊緣運算資源,可在惡劣外部環境中可靠地運行。 它可將任何類型、任何數量的 CPU、GPU、FPGA 和 NVMe ® (非易失性記憶體標準)介質集成在從 1.5kW 鞋盒大小的設備到 500kW 集裝箱化的邊緣設備的平臺上。 這些平臺為全固態化和模組化,不僅需要的維護極少,而且無需散熱。 可通過風扇支持的乾冷器(見圖 1)或完全被動的乾冷器散掉,使 EMDC 無源。 高頻寬、雙交換結構(PCIe、以太網)和可擴充設計有助於客戶完全自由地使用任意組合和數量的 CPU、加速器和閃存組成 EMDC。

一款可擴充的高效率解決方案

HIRO 創建了邊緣微型資料中心(EMDC),這是一種高度可擴充的緊湊邊緣運算資源,可在惡劣外部環境中可靠地運行。 它可將任何類型、任何數量的 CPU、GPU、FPGA 和 NVMe ® (非易失性記憶體標準)介質集成在從 1.5kW 鞋盒大小的設備到 500kW 集裝箱化的邊緣設備的平臺上。 這些平臺為全固態化和模組化,不僅需要的維護極少,而且無需散熱。 可通過風扇支持的乾冷器(見圖 1)或完全被動的乾冷器散掉,使 EMDC 無源。 高頻寬、雙交換結構(PCIe、以太網)和可擴充設計有助於客戶完全自由地使用任意組合和數量的 CPU、加速器和閃存組成 EMDC。

HIRO Micro Data Centre examples image

圖 1:  微型資料中心 EMDC 示例:從左到右分別為 EMDC8 1.5kW、EMDC16 3kW、EMDC24 4.5kW。

具有社區影響的實際應用

HIRO 特別致力於構建分佈在歐洲各學術醫院的邊緣基礎架構,以支持大型資料集,甚至是實时程式。 醫院依靠超越其自身資料集之外的大型資料集,以訓練有助於發現和治療心血管疾病、癌症、腫瘤以及其它複雜疾病的 AI 模型。 此外,一些醫院還在手術室中使用邊緣計算科技。 術中功能超聲(IOfUS)通過直接顯示神經結構和支持手術過程(見圖 2),可在擴大外科醫生視野的同時,提高手術效果和患者安全性。 IOfUS 是術中顱腦成像最經濟、侵入性最小的方法。 超聲很便攜、也很靈活,必要時可在手術過程中提供實时術中成像。 因此,使用邊緣微型資料中心,可以密切監控手術進展,不會在工作流程中出現重大延誤或中斷。

HIRO 還在從事耗資 1600 萬歐元的 BRAINE 項目,該項目獲得了 850 萬歐元的歐盟 ECSEL 聯合創業基金。 歐盟的四個測試臺(兩個在荷蘭,一個在義大利,一個開發平臺在匈牙利)將為面向智慧都市、智慧醫院、智慧製造和機器人以及智慧供應鏈的多項測試應用提供服務。

Edge computing micro data centres hospital image

圖 2:  術中功能超聲通過直接顯示神經結構和支持手術過程,在擴大外科醫生視野的同時,提高手術效果和患者安全性。

高功率密度帶來低成本

HIRO 不僅能構建非常緊湊的 EMDC,而且還能解决各種科技瓶頸問題:更短電力線路上的信號完整性、高度緊湊和高效率電源轉換以及低功耗散熱與工程。 除了設備的不可知論、靈活性和可擴充性之外,EMDC 還具有高性能,與原有系統相比,至少可降低 40% 的能耗。 其固態設計(無移動部件)不僅可提高可用性,而且還可减少呼叫發生率,對於遠程或無人值守位置的邊緣設施而言,價值更高。

設計從 48VDC(而非 12VDC)配電運行的硬體,可實現極為緊湊、高效的電源轉換(見圖 3)。 更高的電壓可降低供電網路(PDN)的 I2R 損耗。 儘管 48VDC 配電在電信和工業領域很常見,但直到現在,它才開始被資料中心和相關邊緣環境所接受。

HIRO PDN image

圖 3:  Vicor DCM 48VDC–12VDC電源模組:有助於實現 HIRO 低功耗 EMDC 設計。

Vicor 高密度、高效率的電源模組有助於實現 HIRO 散熱良好而且節能的緊湊固態 EMDC 設計。 例如,使用標準COM Express 模組(模組級電腦)的原有解決方案,每張卡能耗 150W。 在一個 3U 底座中,這相當於大約 3kW。 處理種高密度電源轉換的能力是 Vicor 在市場上所獨有的。

HIRO 一直使用 Vicor DCM 模組進行 48 至 12V 轉換。 在他們看來,Vicor 電源模組具有靈活的散熱選項,可提供業界領先的體積功率密度。 這種靈活性有利於發展可再生能源。 HIRO EMDC 最終將會被太陽能發電廠或風力發電廠鎖定,並安全可靠地接入可再生能源供電。

HIRO 的第一步是啟用 48V 系統,並為原有 12V 設計提供基礎架構。 下一步將是為 PGA 等晶片提供支援,在負載點將 48V 降壓轉換為 1V 左右。

在 HIRO 系統中,Vicor 提供了從晶片層面一直到邊緣資料中心層面的 DC 電源轉換。 分立式解決方案需要大量的電源系統設計工作,而現成的設計體積龐大,缺乏適應不同環境所需的靈活性。

Vicor 模組具有可靠性、高功率密度、靈活的散熱、高轉換效率以及廣泛的產品選擇。 這些產品可幫助 HIRO 設計緊湊、高效的固態 EMDC,可在環境管理的原有資料中心建築之外留存。

讓歐洲向邊緣科技再邁進一步

持續加强世界的智慧與互聯是一項艱巨的任務,是一項艱巨的任務。 邊緣計算是實現更快計算以及新構想的重要橋樑。 HIRO、Vicor 和 PCB 設計有限公司是這一舉措的三大重要驅動力量,共同推動科技不斷發展。 今天,他們的合作將為智慧都市、智慧醫院、智慧製造及機器人以及智慧供應鏈等領域產生重大影響。 未來,他們將為改變世界的最新構想提供强大的支持。

本文最初由 Power Electronics Europe 發表。

Lev Slutskiy 於 2012 年 11 月加入 Vicor,先後擔任技術銷售工程師、區域銷售和業務發展經理(中歐/東歐)。 自 2020 年 4月起,Lev負責公司在歐洲、中東和非洲地區的高性能計算(HPC)、資料中心和人工智慧(AI)領域的業務發展。 在 Vicor 任職前,Lev 電信行業任職 30 多年,從事硬體/軟體發展、科技銷售、銷售和產品管理。

Lev Slutskiy

歐洲、中東和非洲地區,高性能計算業務發展經理 Lev Slutskiy

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