战地服务器需要散热、备件和应用程序可移植性设计

当今的战场环境范围从陆地到海洋再到空中，但即使在这些不同的领域，三个关键设计元素也是必要的，以使战场服务器在生命受到威胁的情况下保持运行。

首先，高性能服务器需要创新的热管理，以便在不限制CPU的情况下实现最大的系统性能，即使在最热的沙漠条件或狭窄的密封环境中也是如此。其次，可靠性至关重要，这使得生产线更换单元（LRU）成为早期设计阶段必须考虑的关键因素。最后，应用程序代码重用需要模块化方法，以便根据安装情况在许多不同的服务器类型中移植相同的应用程序软件，从而节省资金。

热量是服务器杀手

在陆地上，战场服务器通常部署在固定建筑平台中，例如 CONUS ［美国大陆］;在用于准固定前线后方作战中心的帐篷或拖车中;或在移动车辆中，例如悍马，MRAP（防雷伏击车辆）或Strykers。但热量是服务器的杀手，尤其是在当今的沙漠战场上。商用温度组件的工作温度为0°C至70°C，当它们变得太热时，其性能会受到影响（或导致故障）。当英特尔处理器接近其最高 100 °C 温度时，CPU 会节流，减慢时钟以降低工作负载和设备温度。发生这种情况时，服务器速度会变慢，其性能会受到影响，并且在战场条件下，速度会变慢可能会导致生命损失。

在建筑物、帐篷和拖车中，服务器通常是风冷（通过对流）机架式设备，宽 19 英寸，与其他设备堆叠在一起，例如 RAID ［独立磁盘冗余阵列］ 驱动器、电源、以太网交换机，有时还有机架式无线电。对流服务器使用风扇和纯商用温度组件。这些设备通常与企业安装中使用的设备相同，这些设备在空调服务器机房中工作，但在烧毁的战场指挥所建筑物或移动作战帐篷中则不然。在这些位置，需要大型便携式空调来保持服务器运行而不会过热。

当机架式服务器在没有空调的情况下运行时，只有通过系统的高效气流以及有效地将热量从处理器等组件转移到散热器上，才能避免节流。一种有效的方法是使用两个热插拔风扇托盘组件，每个组件包含六个独立控制的风扇。在每个风扇 10，000 rpm 时，整个 19 英寸机箱可提供数百 CFM ［立方英尺/分钟］，以保持系统冷却。要将空气输送到散热器，需要一个非常大的组件（与 6U VPX 主板的整个表面一样多）以及垂直鳍片。

另一种方法是使用一组风扇将空气推过散热器组件，而第二组风扇将空气从系统的另一部分抽出，混合较冷的进气以平衡穿过散热器的较热空气。单个风扇控制可用于监控多个系统内温度传感器，以便调节气流以实现最大冷却。

在车辆中，服务器可能安装在机架式并安装在类似手提箱的运输箱中，但它们越来越多地是传导冷却的小型 （SFF） 密封机箱，这些机箱更坚固且专为处理至强级工作负载而设计。这些系统可能需要新的冷却技术，例如使用粘性金属浴，处理器的接触块位于其中，从而从热处理器封装到最终风冷散热器形成非常低的热路径。结果是从热芯片到散热器的热量上升不到 10 度（图 3）。这种高效的热路径意味着来自处理器的90%以上的热量进入散热器并进入气流，这使得它可用于没有空调的战场上的风冷服务器。对于传导冷却的战场服务器，该技术将热量直接传递到盒子的安装冷板。

图3：散热器可以在热CPU和冷却板之间保持小于10度的热量上升。

备件可能是物流的噩梦

战地服务器在环境之外的其他方面也有独特的要求。一个是可靠性：对于机架式服务器，由于故障或升级而快速更换模块的能力推动了对模块化和热插拔线路更换单元 （LRU） 的需求。系统的每个模块（从电源和风扇组件到基于 VPX 的主板和驱动器组件）都必须可在几秒钟内更换。这是典型的商用现货 （COTS） 1U 或 2U 服务器的垮台：如果出现故障，必须更换整个服务器。

商用机架式服务器的最大用户之一是美国海军，因为空调船上环境通常可以容忍商用设备。船舶囤积大量新的品牌服务器，这些服务器不断部署为船上广泛部署的服务器的备件。

相比之下，战场坚固耐用的服务器带来更高的平均故障间隔时间 （MTBF），并且可以在经历极端高温、潮湿、冲击和振动的环境中运行更长时间，同时保持与商业服务器成本的竞争力。这些专用服务器的模块化设计使系统中的任何内容都可以在战场上、船上或空中执行侦察任务时进行交换。例如，这在潜艇中尤其重要，在潜艇中，携带一些替换模块比拖运大量备用服务器要实用得多。

跨平台重用应用程序代码

许多大型国防承包商拥有多平台系统，例如具有移动地图、传感器融合和数据库检索的命令模块，该模块将数据叠加在展开的任务场景中。该指挥系统可以驻留在安装在装甲车或宽体飞机上的航空运输架（ATR）或车载底盘中，可以位于船上的风冷机架中，或者可能需要硬塞进多任务地面车辆上的SFF系统中。

相同的应用软件必须可跨许多不同的服务器类型移植，因此客户只需根据安装选择服务器的格式。这种选择要求坚固耐用的服务器在同一处理器家族中使用容纳处理器或处理器子系统的计算机模块 （COM） 引擎（如英特尔至强 E5、至强 D 或未来的处理器类型）的代码兼容。无论是用于 VPX 服务器刀片、SFF 传导冷却机箱、风冷 19 英寸机架安装，还是夹在智能平板电脑显示器中，引擎都是相同的。

专用战场服务器

战地服务器正被设计成各种要求苛刻的国防应用。其中包括前沿部署的作战中心机动指挥所;用于半永久性战场作战的车载网络基础设施;船上系统;宽体指挥、控制、通信、计算机、情报、监视和侦察（C4ISR）和电子战平台;以及连接到机载和卫星通信网络的机载指挥基础设施。对于这些不同的领域中的每一个，模块化的专用设计方法可确保生命受到威胁的系统的成功运行。关键设计考虑因素包括创新的散热方法、确保系统可靠性的模块化备件以及多平台系统的应用可移植性。

审核编辑：郭婷