基于Intel M5平臺CPU服務(wù)器的可靠性建模預(yù)計

張文昌，劉海鵬，于功山，范志超

（1.浪潮電子信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司，山東 濟南 250101；2.軍委裝備發(fā)展部軍事代表局駐天津地區(qū)軍代室，天津 300000；3.山東天岳晶體材料有限公司，山東 濟南 250101）

0 引 言

Intel M4平臺CPU服務(wù)器的平均無故障間隔時間為 26 280 h（MTBF≥ 26 280 h），而 Intel M5平臺CPU服務(wù)器的MTBF不低于43 800 h。可見，Intel M4平臺CPU服務(wù)器的MTBF值不能滿足設(shè)計要求。因此，對服務(wù)器的可靠性增長進行研究，對于通信系統(tǒng)服務(wù)器設(shè)備的設(shè)計、生產(chǎn)和運維具有重要意義。

1 可靠性指標(biāo)

服務(wù)器設(shè)計要求：MTBF不低于43 800 h。

2 可靠性分析

服務(wù)器系統(tǒng)可靠性模型為串聯(lián)模型，如圖1所示。

2.1 可靠性數(shù)字模型

常用的評價可靠性指標(biāo)的參數(shù)是平均無故障間隔時間，即用MTBF。

若服務(wù)器的累計觀測工作時間為T，觀測期間累計故障數(shù)為r，則服務(wù)器的MTBF可采用式（1）進行預(yù)計：

服務(wù)器的壽命服從指數(shù)分布，故MTBF與故障率λ有如下關(guān)系[1]：

2.2 可靠性分配計算

服務(wù)器可靠性技術(shù)要求MTBF≥43 800 h，由MTBF=1/λs可知，服務(wù)器故障率為λs=2.28×10-5次 /h。

圖1 服務(wù)器系統(tǒng)可靠性框圖

2.2.1 CPU

CPU是服務(wù)器的關(guān)鍵部件之一，由數(shù)量眾多的晶體管組成的超大規(guī)模集成電路，控制著服務(wù)器系統(tǒng)的運行。Intel推出的M5平臺CPU環(huán)境適應(yīng)性強，工作可靠。廠商硬件工程師提供M5平臺CPU平均無故障間隔時間不低于2 000 000 h，由式（2）可知λ1=0.05×10-5次 /h。

2.2.2 MEM（內(nèi)存）

選取Intel公司推出的M5系列處理器搭配的DDR4內(nèi)存，每個時鐘的上升/下降沿進行8 bit數(shù)據(jù)存取操作，16 bit預(yù)取技術(shù)，有效提高了內(nèi)存的可靠性。廠商硬件工程師提供內(nèi)存平均無故障間隔時間不低于6 100 000 h，由式（2）可知，λ2=0.016 39×10-5次 /h。

2.2.3 硬盤

硬盤是服務(wù)器的存儲部件，設(shè)計時采用了降額設(shè)計，選用企業(yè)級品質(zhì)硬盤。廠商硬件工程師提供硬盤平均無故障間隔時間不低于2 000 000 h，由式（2）可知，λ3=0.05×10-5次 /h。

2.2.4 硬盤背板

硬盤背板是連接硬盤和數(shù)據(jù)線纜的部件，設(shè)計時采用了降額設(shè)計，選用企業(yè)級元器件，并經(jīng)高溫老化篩選和三防處理。硬件工程師預(yù)計硬盤背板平均無故障間隔時間不低于500 000 h，由式（2）可知，λ4=0.2×10-5次 /h。

2.2.5 PSU（電源）

PSU為服務(wù)器供電，設(shè)計時采用了降額設(shè)計，選用企業(yè)級元器件，并經(jīng)高溫老化篩選和三防處理。硬件工程師預(yù)計PSU平均無故障間隔時間不低于350 000 h，由式（2）可知，λ5=0.285 7×10-5次/h。

2.2.6 風(fēng)扇

風(fēng)扇是服務(wù)器散熱的動力源，設(shè)計時采用了N+1冗余設(shè)計，選用企業(yè)級品質(zhì)風(fēng)扇。硬件工程師預(yù)計風(fēng)扇平均無故障間隔時間不低于187 125 h，由式（2）可知，λ6=0.534 4×10-5次 /h。

2.2.7 RAID卡

RAID卡是存儲模塊的控制核心部件，設(shè)計時采用降額設(shè)計，選用企業(yè)級元器件，并經(jīng)高溫老化篩選和三防處理。硬件工程師預(yù)計RAID卡平均無故障間隔時間不低于873 402 h，由式（2）可知，λ7=0.114 5×10-5次/h。

2.2.8 MB（主板）

主板是服務(wù)器的關(guān)鍵部件之一，設(shè)計時采用了降額設(shè)計，選用企業(yè)級元器件，并經(jīng)高溫老化篩選和三防處理。硬件工程師預(yù)計主板平均無故障間隔時間不低于200 000 h，由式（2）可知，λ8=0.5×10-5次/h。

3 可靠性預(yù)計

服務(wù)器總故障率=λ1+λ2+λ3+λ4+λ5+λ6+λ7+λ8=1.750 99×10-5次/h；服務(wù)器平均無故障間隔時間MTBF'=1=571 11 h，是上限值43 800 h的1.3倍。服務(wù)器可靠性預(yù)計值比設(shè)計要求有一定的余量，完全滿足設(shè)計要求。

4 結(jié) 論

通過分析可知Intel M5平臺CPU服務(wù)器的可靠性水平較高，能夠滿足質(zhì)保5年的要求。