隨著科技的不斷進步,大數據、人工智能的應用場景日益增多,大型數據中心不斷落成。海量數據需要不間斷的處理，導致服務器的溫度久高不下。同時,服務器的超負荷運轉也帶來巨大的能源消耗,散熱功耗占據了整個數據中心總功耗的三成以上。因此,低成本、高效率地對服務器進行溫度控制至關重要。本文以通用型服務器為研究對象，介紹服務器高功耗部件的散熱設計，并使用仿真軟件Flotherm對系統進行仿真分析。
1.模型介紹
通用型服務器的主要部件包括CPU、內存、硬盤，PSU和散熱風扇。服務器的應用為：最高環溫為35℃，1500m海拔。在正常運行時，要求滿足服務器各部件的溫度降額要求。圖1為服務器簡化模型。
圖1 服務器簡化模型
2.散熱設計
服務器采用風冷散熱架構，合理設計散熱器，搭配導風罩，滿足各部件的溫度要求，下表為各部件的功耗及溫度要求。
表1 各部件功耗及溫度要求
1）CPU功耗較高，因此選用高性能的熱管型散熱器；
2）CPU及散熱器與內存存在高度差，因此搭配導風罩合理規劃氣流；
3）硬盤對溫度較為敏感，因此放置在服務器入風口處；
4）考慮機箱空間尺寸，選擇后置4顆8056風扇，為整機提供充足風量。
3.仿真計算
使用專業電子散熱仿真軟件Flotherm進行散熱仿真，合理劃分網格，保證溫度梯度較大處有足夠多的網格，使仿真結果更加準確。
設置溫度監測點，仿真至各監測點溫度收斂。圖2為服務器仿真模型，圖3為服務器系統導風罩，圖4為系統網格截面。
圖2 服務器仿真模型
圖3 服務器系統導風罩
圖4系統網格截面
4.結果分析
仿真計算收斂后，整理各監測點的溫度，查看服務器系統的溫度截面云圖、速度截面云圖，判斷仿真結果是否合理。
表2為各部件的溫度，可以看出當前工況下，所有部件都滿足散熱要求，其中CPU的溫度余量最小，為散熱瓶頸點。
表2 各部件仿真溫度
以CPU的溫度監測點位置為基準，提取縱向溫度截面云圖，可以看出氣流從入口流經硬盤區域，再流經CPU和內存區域，出現了明顯的熱級聯現象。
圖5 溫度云圖
提取系統縱向截面的速度云圖，可以看出氣流在流經固體之間的狹小縫隙處，速度較大，后續可以根據氣流速度分布來合理優化器件布局，從而進一步提升散熱效果。
圖6 速度云圖
5.總結
本文對通用型服務器進行散熱設計，包括散熱器的選型，導風罩設計，風扇選型等，并對系統進行散熱仿真分析，結果顯示各器件均滿足散熱要求。文中的散熱設計方法及仿真流程，對服務器風冷散熱設計具有一定參考意義。
作者：熱設計網專家團
