topics:18:design_process []

Эта страница только для чтения. Вы можете посмотреть её исходный текст, но не можете его изменить. Сообщите администратору, если считаете, что это неправильно.
====== Процесс проектирования и оптимизации ======
<WRAP box round>
Раздел описывает процесс проектирования, тестирования и внедрения энергоэффективных серверов в составе центров обработки данных. Охватываются этапы жизненного цикла — от концепции и планирования до верификации, серийного производства и эксплуатационной оптимизации.
</WRAP>

===== 1. Общие положения =====
<WRAP info>
Сервер является основным потребителем энергии в ЦОД, на него приходится до 90 % суммарного энергопотребления ИТ-оборудования.  
Эффективный сервер проектируется с учётом энергобаланса всех его компонентов — CPU, памяти, накопителей, системы питания и охлаждения.
</WRAP>

Энергоэффективность достигается через:
  * оптимизацию топологии питания и охлаждения;
  * снижение потерь при преобразовании энергии (AC/DC, DC/DC);
  * балансировку потоков воздуха и тепловых зон;
  * использование высокоэффективных компонентов (сертификаты ENERGY STAR, 80 PLUS Platinum/Titanium);
  * управление нагрузкой и «спящими» состояниями компонентов.

===== 2. Этапы проектирования =====
<WRAP info>
Процесс проектирования энергоэффективного сервера организуется поэтапно.  
Ключевые стадии: **инициация, планирование, разработка, верификация, производство, эксплуатация**.
</WRAP>

<WRAP center>
<mermaid>
flowchart LR
  classDef big font-size:30px,stroke-width:1.2px,padding:8px;
  A["Инициация"]:::big --> B["Планирование"]:::big
  B --> C["Инженерная верификация (EVT)"]:::big
  C --> D["Дизайнерская верификация (DVT)"]:::big
  D --> E["Производственная верификация (PVT)"]:::big
  E --> F["Серийное производство (MP)"]:::big
</mermaid>
</WRAP>

==== 2.1 Инициация ====
  * Определяются цели проекта, состав команды (ИТ-инженеры, теплотехники, механики, специалисты по питанию и сертификации).  
  * Формируется концепция изделия: назначение, производительность, габариты, уровень энергоэффективности.  
  * Закладываются требования по устойчивости напряжения, электромагнитной совместимости и тепловым условиям.

==== 2.2 Планирование ====
  * Уточняются параметры нагрузки и инфраструктуры заказчика (электросеть, охлаждение, эксплуатационные условия).  
  * Проводится **kick-off-встреча** и формируется **Product Concept Document** — исходный документ для всех последующих стадий.  
  * Определяются: форм-фактор (rack, blade, tower), требования к PUE, ресурсы на валидацию, график поставки.  
  * Рассматриваются новые технологии (например, GPU-ускорители, DC-шины 380 В, VRM-модули повышенной эффективности).

==== 2.3 Продление жизненного цикла ====
<WRAP info>
Компоненты сервера (особенно БП и шасси) могут использоваться повторно в последующих поколениях.  
Блочный и модульный дизайн снижает отходы и экономит энергию при обновлении.
</WRAP>

  * Применение модульных блоков питания и унифицированных шасси увеличивает срок службы оборудования.  
  * Сокращение числа преобразований AC/DC в цепи питания даёт до 10 % экономии энергии.  
  * В blade-системах экономия проявляется при полной загрузке шасси, но при частичной заполненности эффективность сопоставима с rack-решением.

==== 2.4 Проектирование серверной системы ====
Стадия включает разработку архитектуры:
  * определение схемы распределения питания, топологии охлаждения и размещения компонентов;
  * моделирование потоков воздуха и тепловых зон;
  * расчёт нагрузки на VRM и межмодульных соединений;
  * разработку системного блока-диаграммы и прототипа.

==== 2.4.1 Механический дизайн ====
  * Форм-фактор шасси (rack 1U–4U, blade, tower) напрямую влияет на эффективность охлаждения и плотность размещения.  
  * Современные стандарты (IEC 60297, IEC 60299) предусматривают унифицированные 19″-рамы.  
  * Для высокопроизводительных CPU допускается локальное жидкостное охлаждение.

==== 2.4.2 Разработка платы и подключений ====
  * Размещение VRM, линий PCIe и памяти формирует тепловую карту и уровень электромагнитных помех.  
  * Ошибки на этой стадии (длина трасс, перекрёстные наводки, перегрев компонентов) приводят к переделке макета.  
  * Blade-архитектуры обеспечивают более высокую плотность и энергоэффективность при условии продуманной вентиляции.

==== 2.4.3 Проектирование системы охлаждения ====
<WRAP important>
Охлаждение — основной узел, определяющий стабильность и энергоэффективность HPC-систем.  
Эффективность охлаждения равна эффективности сервера.
</WRAP>

  * Воздушное охлаждение с направленным потоком (air shroud) предпочтительно для компактных серверов.  
  * Наличие воздуховодов над модулями памяти улучшает циркуляцию и снижает потребление вентиляторов.  
  * При жидкостном или гибридном охлаждении снижается температура кристаллов CPU/GPU, но возрастает сложность изоляции от электрических контуров.  
  * Целевой диапазон температуры горячего воздуха (hot aisle): **35–45 °C** — оптимален для рекуперации тепла.

<WRAP center>
<mermaid>
flowchart LR
  classDef big font-size:18px,stroke-width:1.1px,padding:8px;
  A["Холодный воздух"]:::big --> B["Воздуховоды над CPU и RAM"]:::big
  B --> C["Удаление тепла через радиаторы"]:::big
  C --> D["Выход горячего воздуха в hot aisle"]:::big
</mermaid>
</WRAP>

<WRAP tip>
Дизайн типа **Blade 1** (с воздуховодами) обеспечивает фокусированный поток на радиаторы CPU и лучшие результаты энергоэффективности по сравнению с **Blade 2** без каналов.
</WRAP>

===== 3. Этапы проверки и испытаний =====
<WRAP box round>
Этапы испытаний предназначены для последовательного подтверждения технической реализуемости, надёжности и энергоэффективности конструкции сервера — от опытного образца до серийного производства.
</WRAP>

==== 3.1 EVT — инженерные испытания (Engineering Validation Test) ====
  * Проверяется первая инженерная сборка (материнская плата, кабельные соединения, макет системы охлаждения).  
  * Цель — подтвердить базовую работоспособность, стабильность питания, тепловой баланс и соответствие электрическим параметрам.  
  * При обнаружении отклонений опытный образец возвращается на доработку.  
  * На этом этапе фиксируются все исходные параметры, которые станут контрольными при последующих испытаниях.

==== 3.2 DVT — проектные испытания (Design Validation Test) ====
  * Изготавливается серия из 50–200 экземпляров, на которых проводится полный цикл тестов: производительность, надёжность, термостабильность, виброустойчивость, электромагнитная совместимость.  
  * Проверяется соответствие критериям энергоэффективности по программам **ENERGY STAR** и **80 PLUS**.  
  * Анализируются узкие места в схемах питания, охлаждения и механических креплениях.  
  * По результатам выполняется оптимизация конструкции перед запуском предсерийной партии.

==== 3.3 PVT — производственные испытания (Production Validation Test) ====
  * Проверяется технологичность конструкции и повторяемость сборочных операций на производственной линии.  
  * Отрабатываются процедуры внутреннего контроля качества (**QA/QC**) и калибровка испытательного оборудования.  
  * При необходимости уточняются стандарты сборки, маркировки и испытаний.  
  * После подтверждения стабильности процесса изделие допускается к серийному выпуску.

==== 3.4 MP — серийное производство (Mass Production) ====
  * Серийное изготовление с учётом всех замечаний, выявленных на предыдущих этапах.  
  * Внедряются корректировки по результатам полевых испытаний и обратной связи от центров обработки данных.  
  * Проводится обучение сервисного персонала, обновление эксплуатационной документации и организация обратной связи для совершенствования следующего поколения оборудования.


===== 4. Анализ энергоэффективности по SERT =====
<WRAP info>
Оценка энергоэффективности проводится по **SERT (Server Efficiency Rating Tool)**.  
Методика объединяет вычислительные, память-ориентированные и I/O-тесты, отражая реальные рабочие нагрузки.
</WRAP>

^ Класс сервера ^ Основная архитектура ^ Относительная эффективность CPU ^ Эффективность памяти ^ Эффективность хранилища ^
| 4S Resilient | Устойчивые HPC-системы | Низкая (из-за избыточности) | Средняя | Средняя |
| 4S Blade | Высокоплотная blade-архитектура | Выше на 15–20 % | Повышенная | Улучшенная |
| 4S Rack | Универсальный стоечный сервер | Базовый уровень | Средняя | Средняя |
| 2S Rack | Массовый корпоративный сегмент | +10 % к 4S Rack | Средняя | Средняя |
| 1S Rack | Однопроцессорные системы | +20–25 % при малых нагрузках | Средняя | Высокая |

<WRAP tip>
Результаты SERT показывают, что **blade-системы при высокой плотности** обеспечивают лучшее соотношение «производительность / Вт», но требуют оптимизации обдува и температурного баланса.
</WRAP>

===== 5. Практические рекомендации =====
  * На этапе проектирования использовать модульную архитектуру с возможностью повторного использования БП и шасси.  
  * Оптимизировать охлаждение под реальный диапазон рабочих температур (18–27 °C).  
  * Применять классы блоков питания не ниже **80 PLUS Platinum**.  
  * Сокращать количество переходов AC↔DC, переходя на постоянное питание стоек.  
  * Учитывать в проекте возможности рекуперации тепла (нагрев воды, воздушное отопление).  
  * Проводить тепловое моделирование ещё до выбора компонентной базы.

===== 6. Заключение =====
<WRAP tip>
Энергоэффективный сервер — это результат целостного проектирования, объединяющего тепловую инженерию, электропитание, компоновку и программное управление.  
Главная цель — **максимум вычислительной производительности при минимальной энергии на единицу работы**.  
Реализация принципов энергоэффективности начинается не в ЦОД, а на этапе концепции и инженерного проектирования сервера.
</WRAP>