一、認(rèn)知誤區(qū)：恒溫機(jī)房不等于沒有溫度應(yīng)力

在很多人的認(rèn)知里，AI 數(shù)據(jù)中心都是恒溫恒濕的，服務(wù)器運行在 25℃左右的穩(wěn)定環(huán)境中，沒必要做 - 70℃到 + 150℃的極端溫度測試，更沒必要做快速溫變測試。但從實際運維數(shù)據(jù)與失效案例來看，這是一個非常普遍的認(rèn)知誤區(qū)。即便是在恒溫機(jī)房中，AI 服務(wù)器在整個生命周期里依然會承受各種溫度應(yīng)力，這些應(yīng)力是導(dǎo)致硬件早期失效的主要原因之一。

首先是服務(wù)器自身運行帶來的溫度波動。AI 服務(wù)器在執(zhí)行大模型訓(xùn)練任務(wù)時，GPU 會從空閑狀態(tài)快速進(jìn)入滿負(fù)載狀態(tài)，芯片溫度在幾分鐘內(nèi)就會從 40℃左右上升到 80℃以上；當(dāng)任務(wù)結(jié)束負(fù)載降低時，芯片溫度又會快速下降。這種頻繁的負(fù)載升降會導(dǎo)致服務(wù)器內(nèi)部元器件經(jīng)歷反復(fù)的冷熱變化，與快溫變測試中的溫度循環(huán)原理一致。其次是數(shù)據(jù)中心的異常工況：空調(diào)系統(tǒng)臨時故障、機(jī)柜局部熱點、備用電源切換時的溫度變化，都可能導(dǎo)致服務(wù)器短時間內(nèi)經(jīng)歷十幾度甚至幾十度的溫度變化。

此外，服務(wù)器在運輸、部署、維護(hù)過程中，還會經(jīng)歷更極端的溫度變化：冬季從北方室外運輸?shù)綑C(jī)房，可能經(jīng)歷 - 20℃到 + 25℃的快速升溫；夏季戶外施工時，設(shè)備可能在陽光下暴曬到 60℃以上再進(jìn)入空調(diào)機(jī)房。這些實際存在的溫度應(yīng)力，都需要在產(chǎn)品出廠前通過快速溫變測試來驗證可靠性。深耕環(huán)境試驗設(shè)備領(lǐng)域 21 年的廣東宏展科技（Lab Companion），在服務(wù)大量服務(wù)器廠商的過程中發(fā)現(xiàn)，很多上市后出現(xiàn)的硬件故障，都可以通過規(guī)范的快溫變測試在出廠前發(fā)現(xiàn)。

二、溫度應(yīng)力導(dǎo)致 AI 設(shè)備失效的實際原理

AI 服務(wù)器集成度高、功率密度大，溫度應(yīng)力導(dǎo)致的失效主要有幾種典型模式，這些失效模式在實際運維中都有大量案例，并非理論推演。

最常見的是熱脹冷縮導(dǎo)致的焊接失效。AI 服務(wù)器上的 GPU、HBM 顯存、供電模塊等大尺寸芯片都采用 BGA 封裝，芯片與 PCB 基板的熱膨脹系數(shù)不同，在溫度變化時，芯片與電路板的脹縮量不一致，會在 BGA 焊點上產(chǎn)生反復(fù)的剪切應(yīng)力。當(dāng)溫度變化速度越快、溫差越大，焊點承受的應(yīng)力就越強(qiáng)。經(jīng)過成百上千次溫度循環(huán)后，焊點上就可能出現(xiàn)微裂紋，微裂紋不斷擴(kuò)展最終導(dǎo)致虛焊，表現(xiàn)為服務(wù)器運行中隨機(jī)死機(jī)、重啟、顯卡掉卡等故障，這類故障在實際運維中排查難度極大，往往需要反復(fù)更換備件才能定位。

其次是 PCB 層壓板分層與材料老化。服務(wù)器主板是由多層樹脂材料與銅箔壓合而成，不同材料的熱膨脹系數(shù)存在差異，快速溫度變化會在層間產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致層間分離、走線斷裂。同時高溫會加速樹脂、電容、連接器等非金屬材料的老化，低溫會導(dǎo)致塑料件、密封件變脆，這些變化都會縮短設(shè)備的使用壽命。對于液冷服務(wù)器來說，溫度循環(huán)還會導(dǎo)致冷板、管路、接頭的密封材料反復(fù)脹縮，長期使用可能出現(xiàn)冷卻液泄漏，造成整個機(jī)柜的硬件損壞。

第三是元器件參數(shù)漂移。服務(wù)器上的電容、電阻、晶振等無源器件的參數(shù)會隨溫度變化，部分存在潛在缺陷的器件，在經(jīng)歷溫度循環(huán)后參數(shù)可能超出允許范圍，導(dǎo)致服務(wù)器運行不穩(wěn)定、計算錯誤、信號完整性問題。這類問題在常溫下很難發(fā)現(xiàn)，只有在溫度循環(huán)后才會暴露出來。

三、快速溫變測試的三大核心實際價值

快速溫變測試并不是為了模擬一個現(xiàn)實中不存在的極端環(huán)境，而是通過加速應(yīng)力的方式，在實驗室里短時間內(nèi)模擬設(shè)備整個生命周期里可能承受的溫度應(yīng)力，提前發(fā)現(xiàn)潛在的設(shè)計缺陷與制造缺陷，其核心價值主要體現(xiàn)在三個方面。

第一是環(huán)境應(yīng)力篩選（ESS），在量產(chǎn)階段剔除制造缺陷。在服務(wù)器生產(chǎn)過程中，因為焊接工藝、元器件來料等原因，總會有少量產(chǎn)品存在潛在的制造缺陷，比如焊點虛焊、元器件安裝bu良等。這些缺陷在常溫測試時可能不會暴露，但在用戶使用過程中經(jīng)過幾次溫度變化就會出現(xiàn)故障。通過快速溫變測試，可以在工廠里給產(chǎn)品施加大于正常使用強(qiáng)度的溫度應(yīng)力，讓有潛在缺陷的產(chǎn)品提前失效，避免bu良品流到市場上造成更大的損失。根據(jù)行業(yè)統(tǒng)計，規(guī)范的 ESS 溫變篩選可以將產(chǎn)品現(xiàn)場失效率降低 60% 以上。

第2是高加速壽命測試（HALT），在研發(fā)階段找到設(shè)計極限。在產(chǎn)品研發(fā)階段，通過快速溫變測試逐步提高溫變速率與溫度范圍，找到產(chǎn)品的工作極限與破壞極限，可以發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的薄弱環(huán)節(jié)，比如散熱設(shè)計不足、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不夠、材料選型不當(dāng)?shù)葐栴}，幫助研發(fā)人員在產(chǎn)品定型前優(yōu)化設(shè)計，提高產(chǎn)品的固有可靠性。很多設(shè)計上的先天缺陷，如果不在研發(fā)階段通過溫變測試發(fā)現(xiàn)，量產(chǎn)后再修改設(shè)計的成本會呈指數(shù)級上升。

第三是溫循老化驗證，確認(rèn)產(chǎn)品長期可靠性。通過幾百上千次的溫度循環(huán)測試，可以驗證產(chǎn)品在整個使用壽命周期內(nèi)，能否承受反復(fù)的溫度變化而不失效，確保產(chǎn)品在設(shè)計壽命內(nèi)可以穩(wěn)定運行。對于 AI 服務(wù)器這類要求 7×24 小時不間斷運行的設(shè)備來說，長期可靠性驗證是產(chǎn)品上市前必不可少的環(huán)節(jié)。

四、AI 服務(wù)器快溫變測試的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求

目前 AI 服務(wù)器、算力芯片的快溫變測試已經(jīng)有成熟的標(biāo)準(zhǔn)體系，國內(nèi)外主流廠商都在按照這些標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行測試。對于芯片級測試，最常用的是 JESD22-A104《溫度循環(huán)》標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)產(chǎn)品應(yīng)用場景不同，測試溫度范圍通常為 - 55℃到 + 125℃或 - 40℃到 + 85℃，溫變速率 5℃/min 到 15℃/min，循環(huán)次數(shù)從 100 次到 1000 次不等。

對于服務(wù)器整機(jī)、板卡級測試，通常參考 GB/T 2423.22《環(huán)境試驗 第 2 部分：試驗方法 試驗 N：溫度變化》、IEC 60068-2-14 等標(biāo)準(zhǔn)，測試溫度范圍根據(jù)產(chǎn)品使用場景確定，一般工作溫度范圍測試為 - 5℃到 + 45℃，存儲溫度范圍測試為 - 40℃到 + 70℃，溫變速率通常為 3℃/min 到 10℃/min。對于光模塊、IP 交換芯片這類通信器件，還需要滿足 GR-468 等通信行業(yè)可靠性標(biāo)準(zhǔn)，對溫變速率、溫度循環(huán)次數(shù)有更嚴(yán)格的要求。

這些標(biāo)準(zhǔn)不是憑空制定的，而是行業(yè)幾十年失效數(shù)據(jù)積累形成的，通過這些標(biāo)準(zhǔn)測試的產(chǎn)品，在實際使用中的失效率會顯著降低。在實際測試執(zhí)行中，還有一個很重要的原則：必須帶載測試，也就是在測試過程中讓服務(wù)器按照實際工作狀態(tài)運行，模擬真實的發(fā)熱情況，這樣測試結(jié)果才更貼近實際使用場景，空載測試無法發(fā)現(xiàn)自發(fā)熱帶來的熱匹配問題。

五、廣東宏展快溫變箱對 AI 測試場景的適配

廣東宏展科技作為國內(nèi)較早布局 AI 算力測試設(shè)備的廠商，其全系列快溫變試驗箱從設(shè)計上就充分考慮了 AI 服務(wù)器測試的實際需求，可滿足從芯片到整機(jī)柜的各類快溫變測試標(biāo)準(zhǔn)要求。

在溫度性能上，宏展快溫變箱標(biāo)準(zhǔn)機(jī)型溫度范圍為 - 70℃到 + 150℃，可覆蓋所有主流測試標(biāo)準(zhǔn)的溫度范圍要求；溫變速率提供 5℃/min、10℃/min、15℃/min、20℃/min、25℃/min 五檔選擇，全部為帶載實測速率，可滿足不同標(biāo)準(zhǔn)對溫變速率的要求，液氮輔助機(jī)型可達(dá) 30℃/min，可滿足 HALT 高加速測試需求。設(shè)備溫度波動度≤±0.5℃，溫度均勻度≤±1.5℃，15℃/min 速率下過沖控制在 ±0.5℃以內(nèi)，可確保測試過程中溫度應(yīng)力準(zhǔn)確施加，不會因為過沖損壞樣品。

針對 AI 服務(wù)器高發(fā)熱的特點，宏展高負(fù)載型號可承載 50kW 的被測件自發(fā)熱，在服務(wù)器滿負(fù)載運行的情況下依然可以保持穩(wěn)定的溫變速率與控溫精度，真實模擬實際運行中的溫度變化。設(shè)備可擴(kuò)展至 24 路溫度采集通道，可同時監(jiān)控 GPU、供電、內(nèi)存等關(guān)鍵位置的元件表面溫度，幫助測試人員準(zhǔn)確掌握樣品實際溫度情況。對于整柜級測試，宏展 Walk-in 步入式快溫變箱可容納 42U 標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器機(jī)柜，支持液冷管路外接，可完成整機(jī)級的溫度循環(huán)測試。

在數(shù)據(jù)管理上，設(shè)備可自動記錄所有測試數(shù)據(jù)與溫度曲線，測試完成后可自動生成測試報告，所有數(shù)據(jù)不可篡改，可追溯，滿足 ISO 17025 等質(zhì)量體系對測試數(shù)據(jù)的要求，測試報告可直接用于產(chǎn)品認(rèn)證、客戶驗廠。在實際客戶應(yīng)用中，多家服務(wù)器廠商使用宏展快溫變箱在研發(fā)階段發(fā)現(xiàn)了 BGA 焊點應(yīng)力過大、電容選型不當(dāng)、散熱設(shè)計缺陷等問題，在量產(chǎn)階段篩選出了焊接bu良的產(chǎn)品，有效降低了產(chǎn)品上市后的失效率。

六、快溫變測試的實際注意事項

從大量實際測試經(jīng)驗來看，做好 AI 服務(wù)器快溫變測試有幾個關(guān)鍵點需要注意：首先是測試過程中要注意防凝露，溫度從低溫回升時，如果箱內(nèi)濕度過高，會在樣品表面形成凝露，可能導(dǎo)致短路，宏展快溫變箱的低濕控制功能可有效避免這一問題；其次是溫度傳感器要貼在樣品表面關(guān)鍵位置，不能只看箱內(nèi)空氣溫度，空氣溫度與元件表面溫度可能存在較大差異；第三是測試前后都要對樣品進(jìn)行功能測試，對比測試前后的性能變化，才能準(zhǔn)確判斷是否出現(xiàn)失效。

很多企業(yè)在測試時為了提高效率，會盡量提高溫變速率，但需要注意溫變速率不能超過產(chǎn)品設(shè)計極限，否則可能引入正常使用中不會出現(xiàn)的失效模式，導(dǎo)致過測試。選擇合適的溫變速率、溫度范圍與循環(huán)次數(shù)，才能達(dá)到最好的測試效果。

結(jié)語

AI 算力基礎(chǔ)設(shè)施是數(shù)字經(jīng)濟(jì)的底座，服務(wù)器的可靠性直接關(guān)系到整個算力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，而快速溫變測試是保障硬件可靠性最基礎(chǔ)、最有效的手段之一。作為扎根東莞的環(huán)境試驗設(shè)備制造商，廣東宏展科技 21 年來始終專注于環(huán)境模擬技術(shù)，為各行各業(yè)提供可靠的測試設(shè)備。在 AI 算力產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的今天，宏展將繼續(xù)以可靠的產(chǎn)品、專業(yè)的服務(wù)，幫助算力企業(yè)做好產(chǎn)品可靠性驗證，讓每一臺 AI 服務(wù)器都能在實際運行中經(jīng)得起時間與溫度的考驗，為中國算力產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展保駕護(hù)航。