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硬件架構(gòu)師到底做什么

嘉峪檢測(cè)網(wǎng)        2021-08-03 13:24

什么是架構(gòu)?架構(gòu)是“表述了契合一個(gè)環(huán)境的系統(tǒng)基本元素及元素之間關(guān)系構(gòu)成的結(jié)構(gòu)集,在環(huán)境中體現(xiàn)出來(lái)基本屬性,以及設(shè)計(jì)和演進(jìn)的原則”。定了硬件架構(gòu),就決定了硬件各個(gè)組件和各個(gè)模塊之間的相互關(guān)系,硬件系統(tǒng)整體、硬件系統(tǒng)里各個(gè)模塊的規(guī)格,硬件的設(shè)計(jì)原則,硬件系統(tǒng)是否有可演進(jìn)性。

 

架構(gòu)是硬件產(chǎn)品的“源頭”,特別是對(duì)于高復(fù)雜度的產(chǎn)品,架構(gòu)就特別重要。比如通信類高復(fù)雜框式產(chǎn)品,硬件系統(tǒng)中組件和模塊很多,客戶采購(gòu)一臺(tái)設(shè)備10多年都不會(huì)更換,通過(guò)增加接口板等方式進(jìn)行擴(kuò)容或適配新接口。因此,我們?cè)谟布軜?gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候要重點(diǎn)考慮到框式產(chǎn)品類管理用的主控板,轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)用的接口板,框式設(shè)備背板,電源模塊,系統(tǒng)監(jiān)控板等不同模塊之間的耦合關(guān)系;產(chǎn)品的生命周期長(zhǎng),你需要考慮系統(tǒng)容量、背板接口、電源和散熱等基礎(chǔ)能力否是能符合未來(lái)8~10年的演進(jìn)需求,確保對(duì)于硬件架構(gòu)的生命力。

 

【什么是架構(gòu)】

 

架構(gòu)的定義:架構(gòu)指系統(tǒng)的頂層結(jié)構(gòu)。架構(gòu)的本質(zhì)就是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有序化地重構(gòu)以致符合當(dāng)前業(yè)務(wù)的發(fā)展,并可以快速擴(kuò)展。

 

因?yàn)榧軜?gòu)設(shè)計(jì)往往是一些模塊劃分、拓?fù)湓O(shè)計(jì)等等比較抽象的動(dòng)作行為。被普通工程師的認(rèn)知,會(huì)進(jìn)入兩個(gè)極端:

1、架構(gòu)設(shè)計(jì)很玄幻,很高級(jí),高不可攀。

2、架構(gòu)設(shè)計(jì)很務(wù)虛,不實(shí)在,架構(gòu)師都是大忽悠。

 

做好一個(gè)架構(gòu)師,其實(shí)不容易的。應(yīng)該是可以理解具體技術(shù),具備具體項(xiàng)目落地能力的。非研發(fā)出身的架構(gòu)師,我個(gè)人覺(jué)得是存在的。所以架構(gòu)師是具備微觀能力,同時(shí)具備宏觀的能力的。

 

太簡(jiǎn)單的系統(tǒng),個(gè)人認(rèn)為不存在“架構(gòu)設(shè)計(jì)”?;蛘咛?jiǎn)單產(chǎn)品,不存在“架構(gòu)設(shè)計(jì)師”這個(gè)單獨(dú)的崗位。比如一個(gè)電動(dòng)玩具,單芯片解決方案。一旦器件選型搞定了,就沒(méi)有什么架構(gòu)可以談。有些電路很復(fù)雜,但是一塊電路板就能解決問(wèn)題,往往也不存在所謂的架構(gòu)設(shè)計(jì)。

 

而有些硬件項(xiàng)目的復(fù)雜度非常高,業(yè)務(wù)模型也非常復(fù)雜,數(shù)據(jù)流也很復(fù)雜,例如電信設(shè)備。則會(huì)需要有一些人,不僅僅懂具體的實(shí)現(xiàn),還需要行業(yè)背景,懂業(yè)務(wù)模型,懂客戶需求,懂軟件,懂硬件,懂器件的性能規(guī)格,懂發(fā)展趨勢(shì)……然后才能抽象出具體的項(xiàng)目,設(shè)計(jì)出好的硬件架構(gòu),設(shè)計(jì)出有產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的。

 

所以復(fù)雜的業(yè)務(wù)模型,往往需要專職的架構(gòu)設(shè)計(jì):

1、需求相對(duì)復(fù)雜。

2、非功能性需求在整個(gè)系統(tǒng)占據(jù)重要位置。

3、系統(tǒng)生命周期長(zhǎng),有擴(kuò)展性需求。

4、系統(tǒng)基于組件或者集成的需要。

5、業(yè)務(wù)流程再造的需要。

 

【硬件架構(gòu)師到底做什么】

 

架構(gòu)是經(jīng)過(guò)系統(tǒng)性地思考, 權(quán)衡利弊之后在現(xiàn)有資源約束下的最合理決策, 最終明確的系統(tǒng)骨架: 包括子系統(tǒng), 模塊, 組件. 以及他們之間協(xié)作關(guān)系, 約束規(guī)范, 指導(dǎo)原則.并由它來(lái)指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)中的每個(gè)人思想層面上的一致。涉及四方面:

1、系統(tǒng)性思考的合理決策:技術(shù)選型、設(shè)計(jì)原則等。

2、明確的系統(tǒng)骨架,系統(tǒng)的拆分。

3、系統(tǒng)協(xié)作關(guān)系,子系統(tǒng)之間的耦合關(guān)系。

4、約束規(guī)范和指導(dǎo)原則。

 

因此架構(gòu)師具備能力:理解業(yè)務(wù),全局把控,選擇合適技術(shù),解決關(guān)鍵問(wèn)題、指導(dǎo)研發(fā)落地實(shí)施。

 

軟件其實(shí)可以快速迭代,可以先小步快跑,構(gòu)建出完整體系之后,可以再重構(gòu)。重構(gòu)之后,替換原來(lái)的老產(chǎn)品。其實(shí)我們可以看到很多互聯(lián)網(wǎng)公司經(jīng)常這么干。但是硬件就沒(méi)有重構(gòu)的機(jī)會(huì)。硬件一旦重構(gòu):

1、沒(méi)法替代老的產(chǎn)品,成本是不能接受的。

2、硬件重新開(kāi)發(fā)的周期太長(zhǎng)。

3、硬件沒(méi)法敏捷開(kāi)發(fā),快速迭代。

 

架構(gòu)的發(fā)展和需求是基于業(yè)務(wù)的驅(qū)動(dòng)。所以硬件架構(gòu)設(shè)計(jì),也是被業(yè)務(wù)推動(dòng)不斷的發(fā)展的。例如電信設(shè)備也是不斷地演進(jìn),產(chǎn)生各種硬件機(jī)框。

 

如果我們把硬件設(shè)備分類為:框式、盒式、終端。

 

那么框式設(shè)備,之所以做成框式設(shè)備,就是因?yàn)樾枰幸粋€(gè)復(fù)雜的架構(gòu)適應(yīng)復(fù)雜的業(yè)務(wù)模型,也解決業(yè)務(wù)演進(jìn)的競(jìng)爭(zhēng)力的問(wèn)題。

 

名副其實(shí)的架構(gòu)師應(yīng)該是框式設(shè)備的架構(gòu)師,因?yàn)槠涔ぷ鞲嗟氖窃谠O(shè)計(jì)“架構(gòu)”。有些崗位其實(shí)并不是做架構(gòu)設(shè)計(jì)的,但是在一些大公司里面無(wú)處安放也放在架構(gòu)部。很多關(guān)于硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)的文章講的都很籠統(tǒng)抽象。我個(gè)人總結(jié)硬件架構(gòu)師(框式設(shè)備)需要做以下具體的事情:

 

1、理解需求和業(yè)務(wù)模型的情況下,設(shè)計(jì)好背板。

    這里首先強(qiáng)調(diào)的是需要充分理解業(yè)務(wù)模型,就是知道硬件設(shè)備承載的軟件功能,和對(duì)應(yīng)的軟件功能所需要的硬件能力。所以,硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)脫離不了業(yè)務(wù)需求,也脫離不了軟件功能。那么背板設(shè)計(jì)實(shí)際就是整個(gè)框式設(shè)備的核心。

 

2、背板設(shè)計(jì),需要考慮數(shù)據(jù)交換能力,電路板管理監(jiān)控能力。

    曾經(jīng)參與一個(gè)設(shè)備的架構(gòu)設(shè)計(jì)。當(dāng)時(shí),交換協(xié)議處于一個(gè)群雄逐鹿的狀態(tài)。當(dāng)時(shí),就專門(mén)分析,以太網(wǎng)交換、PCIe交換、SRIO交換都已經(jīng)相對(duì)成熟的一個(gè)階段。選擇合適的SRIO、PCIe和以太網(wǎng)交換芯片作為數(shù)據(jù)交互中心,需要根據(jù)業(yè)務(wù)模型選擇最合適的速率、開(kāi)銷(xiāo)、可靠性、熱插拔等。

    同時(shí)框式設(shè)備除了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù),還需要有管理數(shù)據(jù)。如何對(duì)每個(gè)電路模塊進(jìn)行監(jiān)控管理,數(shù)據(jù)同步,啟動(dòng)關(guān)閉,冗余備份等等功能,需要在架構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候進(jìn)行充分考慮。一般這種是獨(dú)立于業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通道的低速通道。

 

3、模塊劃分

    就是定義做多少種電路板。這些電路板分別什么功能,通過(guò)插拔插入機(jī)框,實(shí)現(xiàn)不同種類的業(yè)務(wù)組合。每個(gè)模塊的功能定義,需要考慮各種業(yè)務(wù)模型的需求。

    例如以前我們做的框式設(shè)備,一方面需要作為彩信、彩鈴、短信的核心網(wǎng)設(shè)備,需要大量的信令處理能力。同時(shí)需要作為呼叫中心、統(tǒng)一通信的設(shè)備。所以需要各種語(yǔ)音編解碼+信令處理的不同規(guī)格的組合,實(shí)現(xiàn)不同的業(yè)務(wù)場(chǎng)景。那么每個(gè)電路板的顆粒度,性能規(guī)格,就很重要。我們需要開(kāi)發(fā)出什么樣性能的電路板,通過(guò)不同的組合實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景的競(jìng)爭(zhēng)力?這是架構(gòu)師需要充分思考的問(wèn)題。

 

4、工程問(wèn)題

硬件架構(gòu)師,不能只管設(shè)計(jì),不管實(shí)現(xiàn)。所設(shè)計(jì)出來(lái)的硬件架構(gòu)一定是要具備技術(shù)可實(shí)現(xiàn)的。例如:

    框式設(shè)備電路板是橫插還是豎叉

    風(fēng)道設(shè)計(jì)、散熱考慮

 

硬件架構(gòu)師到底做什么

 

這不僅僅是熱工程師的任務(wù)。一個(gè)架構(gòu)師,不僅需要考慮各種工況的散熱需求,還需要考慮失效場(chǎng)景下的各種散熱可能性。同時(shí),對(duì)于散熱器的成本、尺寸、規(guī)格也應(yīng)該有概念,不然未來(lái)電路設(shè)計(jì)出來(lái)的沒(méi)有可以用散熱器。包括整機(jī)部件關(guān)于風(fēng)扇的選型,也需要架構(gòu)師充分考慮。

    供電問(wèn)題

包括電源的供電框架,包括供電規(guī)格、電源失效對(duì)策、安全性對(duì)策、電源板帶電更換等問(wèn)題。

 

5、數(shù)據(jù)流

架構(gòu)師應(yīng)該是繪制出所有業(yè)務(wù)模型的數(shù)據(jù)流,以及一些數(shù)據(jù)流的具體需求。例如需要各個(gè)關(guān)鍵部件需要做什么工作。以及數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)、緩存、處理的需求必須都梳理清楚,對(duì)未來(lái)器件選型才能清晰的指導(dǎo)。

數(shù)據(jù)流清晰,規(guī)格才會(huì)清晰。規(guī)格清晰,才知道器件選型的種類選什么更合適。ARM、DSP、FPGA、MIPS、X86每種器件適合做什么工作,然后對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)規(guī)格需要的性能和器件規(guī)格是多少。如果不知道如何去測(cè)試。

 

【什么是好的架構(gòu)】

 

有競(jìng)爭(zhēng)力的硬件架構(gòu)要遵循以下幾條關(guān)鍵的原則

 

序號(hào)

原則

詳細(xì)解讀

 全面解耦原則

1.軟件和硬件解耦,比如軟件升級(jí)和硬件形態(tài)解耦。

2.硬件平臺(tái)和產(chǎn)品解耦,例如一個(gè)框式平臺(tái)即可以用于數(shù)據(jù)通信產(chǎn)品,也可以用于業(yè)務(wù)處理產(chǎn)品。

3.硬件系統(tǒng)和硬件各部件解耦,比如業(yè)務(wù)組件、數(shù)據(jù)組件、監(jiān)控組件等邏輯解耦。

組件化原則

1.組件化架構(gòu),靈活組裝,比如框式產(chǎn)品里業(yè)務(wù)處理單板,接口擴(kuò)展單板,風(fēng)扇模塊,電源模塊都以組件交付。

2.各組件按需樂(lè)高式組合,更快適應(yīng)變化,如框式設(shè)備業(yè)務(wù)處理單板、電源模塊后容量能力提升。

3.接口標(biāo)準(zhǔn)化,通用化。

持續(xù)演進(jìn)原則

架構(gòu)并非一蹴而就,也需要有效管理,持續(xù)發(fā)展,適應(yīng)業(yè)務(wù)需求變化,保持架構(gòu)的生命力和競(jìng)爭(zhēng)力。

柔性供應(yīng)制造原則

優(yōu)秀的硬件架構(gòu)是能有利于制造的,模塊化設(shè)計(jì)、模塊和物料歸一、標(biāo)準(zhǔn)化制造,海量產(chǎn)品能夠支持自動(dòng)化生產(chǎn)。

高效開(kāi)發(fā)原則

硬件架構(gòu)支持硬件系統(tǒng)拆分成單板、組件、模快并行開(kāi)發(fā),對(duì)于復(fù)雜產(chǎn)品,硬件升級(jí)可以通過(guò)小團(tuán)隊(duì)獨(dú)立交付支持產(chǎn)品滿足新的客戶需求。

 

 

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