平均无故障时间(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。磁盘阵列产品一般MTBF不能低于50000小时。 
　　随着伺服器的广泛应用，对伺服器的可靠性提出了更高的要求。所谓“可靠性”，就是产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力；反之，产品或其一部分不能或将不能完成规定的功能是出故障。概括地说，产品故障少的就是可靠性高，产品的故障总数与寿命单位总数之比叫“故障率”（Failure rate），常用λ表示。例如正在运行中的100只硬碟，一年之内出了2次故障，则每个硬碟的故障率为0.02次/年。当产品的寿命服从指数分布时，其故障率的倒数就叫做平均故障间隔时间（Mean Time Between Failures），简称MTBF。即：
　　MTBF=1/λ
　　笔者最近看到一款可用于伺服器的WD Caviar RE2 7200 RPM 硬碟，MTBF 高达 120万小时，保修 5年。120万小时约为137年，并不是说该种硬碟每只均能工作137年不出故障。由MTBF=1/λ可知λ=1/MTBF=1/137年，即该硬碟的平均年故障率约为0.7%，一年内，平均1000只硬碟有7只会出故障。
　　上图所示为著名的“浴盆”曲线，左边斜线部分为早期故障率，其故障率一般较高且随着时间推移很快下降。曲线中部为使用寿命期，其故障率一般很低且基本固定。最右部为耗损期，失效率急速升高。电子产品制造商一般通过测试、老炼、筛选等手段将早期故障尽量剔除，然后提供给客户使用。当使用寿命期将尽，产品也即将进入故障高发期，需要报废或更新换代了。
　　温度与器件的寿命
　　明白了MTBF和“浴盆”曲线的基本概念，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。广大电子爱好者都知道电子元器件的寿命，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、稳压器、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，主板上的电容器寿命会发生什么变化？
　　为简化起见，不考虑纹波、频率、ESR等因素，电容器的估计寿命可用下述公式表示：
　　其中，L0表示最高工作温度下的寿命，Tmax表示最高工作温度，Ta表示实际环境温度。由此可见，如果环境温度每升高10℃，电容器寿命将下降一倍！
　　由上图右面的曲线可明显看出，随着电容器工作环境温度的上升，其有效寿命急剧缩短。其中有效寿命（Useful life）是指该种电容器达到给定故障率的时间。
　　温度与电脑的可靠性
　　电源供应器对电脑来说，重要性不言而喻。影响电源供应器寿命的因素很多，如负载大小、振动和周边的环境温度等。其中，环境温度很重要，所以选择合适的风扇，排放出由电源供应器内部的热量非常关键。电源供应器的MTBF，在很大程度上是由其内部的电解电容器MTBF值所决定的。因随着温度的上升，电容器的寿命急剧缩短，所以电源供应器的工作温度如能得到降低，其寿命就会更长一些。
　　当评价电源供应器所标称寿命时，电源供应器是否运行在额定的满负载状况是另一重要考虑因素。如果电源供应器装有合适的散热器而散热风扇风量足够大，在低于满负载的情况下连续工作，电源供应器就能有更长的寿命。一般电脑电源供应器寿命按照3-5年计算元件的可能失效周期，MTBF在80,000-100,000小时之间。
　　不同的电源供应器厂家，其产品设计、用料也往往差别很大，工作寿命自然不同。在DIY 1U伺服器时,优质的电源供应器选择不多，台湾新巨Zippy 是一个不错的选择。中国内地一些名牌伺服器例如著名的曙光也采用该品牌电源供应器，在一些DIY市场可购到的P1H-6400P 400W电源供应器，随着双核心CPU推出，400W电源供应器可能不够用，推介使用H1H-6507P 、M1G-6500P 500W。
　　如上图所示，HG2-6400P采用了主动PFC，虽然增加了成本，但具有更高的效率，能够在90V-260V的任何电压环境下稳定工作。该电源供应器大量部采用稳定性和寿命是普通电容器的3倍以上的日本电容器。在一些劣质的电源供应器产品中，EMI电路往往是重点的省略对象。从这款HG2-6400P的EMI电路上可以看出，用料十分充足，符合电磁兼容标准，稳定的表现当然是情理之中。
　　除电源供应器外，硬碟的温度也不可小视。现在的硬碟动不动就7200rpm-15000rpm，想想看硬碟内的马达每天转24小时，平均工作温度在四、五十度的高热是免不了。笔者曾测量过一台散热不够好的伺服器硬碟，温度超过40℃。对硬碟来说，如果机壳内部的温度降低了，这将意味着减少主轴马达液态轴承的轴承润滑剂以及磁碟润滑剂的蒸发，这将大大降低其损坏的机率。据Seagate公司公开的某型号硬碟数据，在34℃时的MTBF为150,000小时，但在25℃时，会达到230,000小时。