李文方

(浪潮電子信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司，北京 100085)

在競爭激烈的IT 市場，客戶在評估自己的IT 設(shè)備如何更高效運(yùn)行，為公司帶來額外的價(jià)值。為了提高運(yùn)營效率，系統(tǒng)的集成度越來越高，大功耗器件廣泛使用，高性能計(jì)算、系統(tǒng)的大容量和產(chǎn)品體積小型化要求提高，設(shè)備環(huán)境的適應(yīng)性要求也越來越高。因此，為了保證產(chǎn)品在指定的環(huán)境規(guī)格條件下正常工作并達(dá)到產(chǎn)品的可靠性目標(biāo)，需要選擇合適的冷卻、散熱方法，改進(jìn)傳統(tǒng)的散熱技術(shù)，提高散熱效率。

1 服務(wù)器散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

1.1 風(fēng)道設(shè)計(jì)原則

風(fēng)道設(shè)計(jì)的基本原則包括：（1）降低系統(tǒng)的壓力損失，力求對氣流的阻力最小；（2）合理控制氣流和分配氣流；（3）保證流過關(guān)鍵熱源的風(fēng)速；（4）防止風(fēng)道中產(chǎn)生空氣回流；（5）進(jìn)出口盡量遠(yuǎn)離，避免風(fēng)流短路；（6）防止系統(tǒng)中發(fā)熱部件的相互影響。

1.2 風(fēng)機(jī)選擇及結(jié)構(gòu)布置

選擇風(fēng)機(jī)時(shí)應(yīng)考慮的因素包括風(fēng)量、風(fēng)壓（靜壓）、效率、空氣流速、系統(tǒng)（風(fēng)道）阻力特性、應(yīng)用環(huán)境條件、噪聲以及體積、重量等，其中風(fēng)量和風(fēng)壓是主要參數(shù)。

當(dāng)所選風(fēng)機(jī)風(fēng)量或風(fēng)壓不能滿足要求時(shí)，可采用串聯(lián)或并聯(lián)工作方式。當(dāng)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量能滿足要求，而風(fēng)壓不夠時(shí)，可采用風(fēng)機(jī)串聯(lián)的工作方式，以提高其工作壓力；當(dāng)風(fēng)道特性曲線比較平坦，需增大風(fēng)量時(shí)，可采用并聯(lián)系統(tǒng)，并聯(lián)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是氣流路徑短，阻力損失小，氣流分布比較均勻，但效率低。

2 刀片服務(wù)器散熱結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

在傳統(tǒng)服務(wù)器基礎(chǔ)架構(gòu)設(shè)計(jì)中，電源系統(tǒng)和散熱系統(tǒng)都是獨(dú)立設(shè)計(jì)，在機(jī)箱中分別占據(jù)獨(dú)立的空間，限制服務(wù)器機(jī)箱向更小尺寸發(fā)展。針對以上問題，本文提出一種刀片服務(wù)器供電散熱集成系統(tǒng)，將供電系統(tǒng)和散熱系統(tǒng)整合設(shè)計(jì)，減小電源和風(fēng)扇在機(jī)箱中所占空間，縮小機(jī)箱尺寸，提高服務(wù)器密度。其常用刀片服務(wù)器結(jié)構(gòu)形式和集成形式如圖1、圖2。

圖1 可以看出，普通刀片服務(wù)器機(jī)箱前部為服務(wù)器刀片，后部為電源、風(fēng)扇、交換模塊和監(jiān)控模塊，各刀片以及子模塊之間通過中板連接，中板上下及中間部分留有通風(fēng)孔，為風(fēng)流提供通路，電源和散熱獨(dú)立設(shè)計(jì)，這種結(jié)構(gòu)形式不能最有效壓縮機(jī)箱高度，并且為了達(dá)到上下電源均流一般中背板高度比較高，增加成本。

圖1 常用刀片服務(wù)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式

圖2 刀片服務(wù)器供電散熱集成結(jié)構(gòu)形式

由圖2 可以看出，機(jī)箱前部為服務(wù)器刀片，后部為電源、風(fēng)扇、交換模塊和監(jiān)控模塊，各刀片以及子模塊之間通過中板連接，系統(tǒng)為前進(jìn)風(fēng)，后出風(fēng)，中板上下部分留有通風(fēng)孔，為風(fēng)流提供通路。刀片內(nèi)部器件密集，風(fēng)阻較大，為使風(fēng)速均勻，不存在死區(qū)，采用將風(fēng)扇放置于系統(tǒng)后部抽風(fēng)形式。為充分利用機(jī)箱空間，將機(jī)箱系統(tǒng)風(fēng)扇置于電源機(jī)殼內(nèi)，其同時(shí)為刀片和電源散熱。電源內(nèi)部設(shè)計(jì)可采用兩塊印制電路板設(shè)計(jì)，分別固定在電源機(jī)殼底部和頂部，由于采用兩塊印制電路板，每塊板上的器件密度減小，更有利于風(fēng)流通過。同時(shí)電源器件采用矮小元器件，在兩塊板中間會留出較大間隙，使風(fēng)流流通順暢，保證系統(tǒng)散熱。由于系統(tǒng)風(fēng)扇集成在電源中，不用在機(jī)箱中為風(fēng)扇單獨(dú)安排空間，因此，機(jī)箱可以設(shè)計(jì)的更小，也有更多的空間布置其他功能模塊，提高刀片服務(wù)器密度。

將系統(tǒng)風(fēng)扇集成在系統(tǒng)后部電源中，風(fēng)道路徑較長，為保證足夠風(fēng)壓將風(fēng)扇串聯(lián)后置于電源內(nèi)部，同時(shí)制定風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制策略，保證服務(wù)器刀片和電源的散熱。當(dāng)調(diào)速信號異常時(shí)，風(fēng)扇會全速運(yùn)行，保證系統(tǒng)散熱，當(dāng)調(diào)速信號正常時(shí)，風(fēng)扇按照調(diào)速信號規(guī)定運(yùn)行。

3 機(jī)柜式服務(wù)器多風(fēng)道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

目前機(jī)柜式服務(wù)器采用的都是ATCA 架構(gòu)，采用機(jī)柜上下通風(fēng)結(jié)構(gòu)，風(fēng)扇盤放置在機(jī)柜的上層和下層，下層風(fēng)扇盤吹風(fēng)(入風(fēng)口)上層風(fēng)扇盤抽風(fēng)(出風(fēng)口)。常見的機(jī)柜風(fēng)道形式包括單插框和多插框兩種，根據(jù)風(fēng)向及風(fēng)道設(shè)置的不同而分為不同的形式，各種不同的形式可以應(yīng)用于不同的結(jié)構(gòu)當(dāng)中，具體如表1 所示。

單插框吹風(fēng)進(jìn)風(fēng)可以是插框前部，也可以是插框下部，在出風(fēng)為插框后上部時(shí)，單板存在低速區(qū)，而出風(fēng)為上部時(shí)，則不存在。風(fēng)機(jī)出風(fēng)有一定的方向，在插框橫截面上風(fēng)量均勻，進(jìn)（出）風(fēng)為上下直風(fēng)道時(shí)，系統(tǒng)的壓力損失小。

單插框出風(fēng)可以是插框后部，也可以是插框上部，在進(jìn)風(fēng)為插框前下部時(shí)，單板存在回流區(qū)，而進(jìn)風(fēng)為下部時(shí)，則這種現(xiàn)象不存在。

多風(fēng)道結(jié)構(gòu)分為機(jī)柜前部風(fēng)道和機(jī)柜后部風(fēng)道兩部分。整個(gè)結(jié)構(gòu)包括主功能模塊、輔助功能模塊和中背板，風(fēng)扇盤設(shè)置在機(jī)柜上，主功能模塊、輔助功能模塊、中背板分別設(shè)置在機(jī)柜內(nèi)部，中背板設(shè)置在主功能模塊和輔助功能模塊之間。風(fēng)扇盤分為上下兩組，分別設(shè)置在機(jī)柜上下端，下風(fēng)扇盤向上吹風(fēng)，上風(fēng)扇盤從下方抽風(fēng)，形成一致的風(fēng)流方向。各插框機(jī)箱不僅起到支撐整個(gè)服務(wù)器系統(tǒng)的作用，而且是系統(tǒng)散熱的主要風(fēng)道。中背板豎直放在主輔功能模塊之間，是各模塊的數(shù)據(jù)交換通道，同時(shí)也是風(fēng)道的隔斷裝置。其將機(jī)箱分區(qū)，主輔模塊分別獲得獨(dú)立風(fēng)道。

機(jī)柜后部為附屬功能模塊，左右兩側(cè)面開孔通風(fēng)。

（1）后下方模塊可內(nèi)置風(fēng)扇，冷空氣從機(jī)柜前門底部進(jìn)風(fēng)，后門出風(fēng)(前后通風(fēng))。

（2）后上方模塊也可內(nèi)置風(fēng)扇，但由于沒有足夠的壓力從機(jī)柜前門底部進(jìn)風(fēng)，機(jī)柜前門頂部又是熱風(fēng)，可采取從機(jī)柜后門進(jìn)風(fēng)，前上出風(fēng)結(jié)構(gòu)形式。

4 結(jié)語

（1）在高密度服務(wù)器中，提出供電系統(tǒng)和散熱系統(tǒng)整合設(shè)計(jì)，節(jié)約機(jī)箱空間，縮小機(jī)箱尺寸，提高了服務(wù)器密度，同時(shí)對風(fēng)扇的智能控制保證服務(wù)器可靠性。

（2）針對高密度機(jī)柜式服務(wù)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和高可靠性要求，提出多風(fēng)道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念，將系統(tǒng)散熱壓力分解，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。