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关注MTBF指标,星之邦科技为您构建稳定系统

2014-6-17 14:48:48      点击:

首先说说,什么是MTBF?

MTBF,即平均无故障时间,英文全称是“Mean Time Between Failure”。是衡量一个产品(尤其是电器产品)的可靠性指标。单位为“小时”。它反映了产品的时间质量,是体现产品在规定时间内保持功能的一种能力。具体来说,是指相邻两次故障之间的平均工作时间,也称为平均故障间隔。它仅适用于可维修产品。同时也规定产品在总的使用阶段累计工作时间与故障次数的比值为MTBF。

解释了MTBF,下面我需要再引入一个概念 —— 浴盆曲线

 

浴盆曲线(Bathtub curve,失效率曲线)
实践证明大多数设备的故障率是时间的函数,典型故障曲线称之为浴盆曲线,曲线的形状呈两头高,中间低,具有明显的阶段性,可划分为三个阶段:早期故障期,偶然故障期,严重故障期。

浴盆曲线是指产品从投入到报废为止的整个寿命周期内,其可靠性的变化呈现一定的规律。如果取产品的失效率作为产品的可靠性特征值,它是以使用时间为横坐标,以失效率为纵坐标的一条曲线。因该曲线两头高,中间低,有些像浴盆,所以称为“浴盆曲线”。

从以上图可以看出,失效率随使用时间的变化分为三个阶段:早期失效期、偶然失效期和耗损失效期。

1.早期失效期(Infant
Mortality):表明产品在开始使用时,失效率很高,但随着产品工作时间的增加,失效率迅速降低,这一阶段失效的原因大多是由于设计、原材料和制造过程中的缺陷造成的。
为了缩短这一阶段的时间,产品应在投入运行前进行试运转,以便及早发现、修正和排除故障;或通过试验进行筛选,剔除不合格品

2.偶然失效期,也称随机失效期(Random
Failures):这一阶段的特点是失效率较低,且较稳定,往往可近似看作常数,产品可靠性指标所描述的就是这个时期,这一时期是产品的良好使用阶段,
偶然失效主要原因是质量缺陷、材料弱点、环境和使用不当等因素引起

3.耗损失效期(Wearout):该阶段的失效率随时间的延长而急速增加, 主要由磨损、疲劳、老化和耗损等原因造成。

了解MTBF和“浴盆”曲线的基本概念后,我们对评估产品的使用寿命有了一定的掌握。在合适工作条件下器件使用寿命期内的故障率很低。但电子元器件的寿命,与工作温度是有密切关系的。以电脑主板上常用的也常出故障的电解电容器为例,其寿命会受到温度的影响。因此,应尽可能使电容器在较低的温度之下工作,如果电容器的实际工作温度超过了其规格范围,不仅其寿命会缩短,而且电容器会受到严重的损毁(例如电解液泄漏)。因此,在分析电脑主板上电容器的工作温度时,不仅要考虑机箱内整体环境温度及电容器自身的发热,还要考虑机箱内其他发热元件的热辐射(特别是CPU、电源供应器等)。

根据测试,通常2.0G的CPU消耗功率达56.7W,生成温度达70℃;而当频率提高至3.0G时,CPU温度往往超过90℃。在这样的高温烘烤下,主板、显卡上的电容器寿命会发生什么变化?

简单来说,如果环境温度每升高10℃,电容器寿命将下降一倍!

 

那么我们再看看现在市场上几个主流厂家四屏显卡的工艺:

                NVS系列              ATI FirePro系列       Matrox P系列

工艺技术         110nm                  110nm                 90nm

散热方式         被动                   被动                  被动

电容类型     电解电容+贴片电容      电解电容+贴片电容        片式多层陶瓷电容器(MLCC)

功耗            21W~25W                17W~23W               10W~14W

 

由以上数据进行分析:

 

1、从集成电路的制造工艺来看,集成度越高(90nm芯片集成度比110nm要高),同样规模的集成电路功耗越低,散热越小。于是器件老化磨损越小,寿命越长。

 

2、贴片电容比电解电容性能稳定,散热小,于是寿命长;但成本贵。很多厂家为了降低成本,会更多采用电解电容,从而造成MTBF值缩短(寿命缩短)。

 

3、功耗低的GPU才有可能使用被动散热技术,而非使用风扇。被动散热可以抵抗恶劣的工作环境,降低故障率。matrox已经在很多产品上使用了被动散热技术。

 

4、更多地采用低功耗部件组建系统,能使系统散热量大幅度下降,从而确保整个系统运行的长期稳定。这也正是星之邦科技在向客户推荐系统方案时所坚持的重要标准。

 

 

电解电容              片式多层陶瓷电容器(MLCC)

以下列出Matrox几个代表产品的MTBF值供大家参考:

 

 

 

ATC PCIE (空管、雷达) 

MTBF@25ºC : 22 年以上(超过200,000小时)

ATC PCIX (空管、雷达) 

MTBF@25ºC : 14 年以上(超过125,000小时)

G450MMS (工业控制)

MTBF@25ºC : 14 年以上(超过125,000小时)

MTBF@50ºC : 4.33 年以上(超过37931小时)

MTBF@70ºC : 3.07
年以上(超过26893小时)


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