浅谈:1U服务器散热技术

作者: 李汝群

责任编辑: 阚智

来源: 中小企业IT采购

时间: 2006-04-11 10:18

关键字: 服务器

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随着企业信息化建设的开展,服务器逐渐成为众多企业的标准配备。由于需求的关系,中小企业大多选择体积小巧、性价比高的1U机架服务器搭建自己的信息平台,然而由于1U的体积有限,众多配件在拥挤的空间长期高负荷的运作,能否及时散热直接关系到服务器的稳定度。因此,散热问题成为服务器最大的技术瓶颈之一。就目前来看,虽然国内的服务器厂商生产的大多产品还是直接采用的Intel设计,但是随着技术的发展,也出现了其他设计,笔者简单总结了几种设计和大家共享。

蜂窝状散热孔设计

   当人们漫步街头的时候,不时会发现一块块用正六边形的水泥砖铺成的、成蜂窝状的路面;紧固零件用的螺丝帽一般也被设计成正六边形;服务器、主机、电源等IT产品的机箱外壳都布满了蜂窝状的散热孔……这些为什么都与蜂窝有关?蜂窝到底有什么优点呢?

   蜂窝是一个成长与扩张完美结合的结构。蜂窝的扩张是最精巧的,可承受巨大的外来压力,予以分担接受从而抵消。蜜蜂是以蜂王为中心,顺时针围绕建立无数紧密结合的蜂巢。工蜂在筑巢时,会肩并肩同时完成每一个室,而每一个室的壁均与邻室共享,因此最节省材料也不会过重,而其形状在地心引力的作用下自然而然的形成了六角形,达到建筑上最省材料又坚固的构造。从仿生组织的层面而言,人类善于从自然界中学习模仿动物、植物的优势与本能,以利取得效益与成果。 蜂窝具有众多优越性,自然得到广泛的运用。

   机箱散热孔采用蜂窝设计,不仅可以满足机箱稳定性的要求,而且可以保证拥有最大通风面积,有利于系统散热。蜂窝结构技术,具有结构稳定、用料省、覆盖面广、强度高和结构轻等众多优点,因此早已广泛运用于航空、航天等高科技领域,服务器方面也有所应用。

铜质散热片

  散热片材质直接关系着散热效果的好坏,从技术角度来说,各家都没有太大区别,性能的好劣主要在材质上。目前市面上常用的散热材料一般有两种选择--铝和铜,铝材质的散热片虽然价格便宜,但是散热效果不佳,目前已经逐渐为铜质所取代。纯铜材质的散热片具有价格低廉,散热效果出色的特点,在导热性能上,仅次于金、银等昂贵金属,是目前中高端散热器材的主要材料。

   服务器中,如果是采用铜质散热片,吸收热量的速度自然比铝快很多,可迅速将CPU在运行中产生的热量传导到散热片上,散热片上的热量再经由散热孔中流动的冷空气或风扇的冷风带到机箱外部,达到散热效果。

合理通风的内部结构
   
   由于1U的空间有限,很多厂商常常将硬盘与硬盘、硬盘与光驱的位置紧密的放在一起,不考虑它们的通风散热,为服务器的稳定埋下了大隐患。由于服务器使用的CPU频率通常较高,有的还是双CPU或多CPU,加上高转速的SCSI硬盘和大功率电源,这些部件发出的热量通常很大,因此空气很快变热。而相互贴近的空间设计让几倍的高热量叠加起来却没有足够的空间散热,会威胁到系统的正常运转,造成宕机。

   虽然看似一个小问题,却有可能因此“酿成大祸”。所以服务器工程师往往会认为:一个好的设计,一种不同的结构,很可能会大大提高机箱的散热效果。如果在各个高功率组件间留有合理的空隙,就能达到很好的散热效果。

   由于气流是由放置硬盘光驱的一端进入机箱内部的,如果硬盘与光驱贴在一起,则相当于树起了一扇“门”,挡住了冷空气的进入,影响了散热效果。为此在硬盘与硬盘之间,以及硬盘于光驱之间留有适当的空隙,再配以蜂窝式通风孔设计,不但便于硬盘及光驱的散热,而且增加了进风量。当足够的冷风从硬盘一端流向中心的“发热大户”CPU,为CPU配备的4组4056强力风扇,将相对温度较低的空气从CPU上的铜质散热片吹向机箱的出口端,形成畅通的空气流,从而大大提高散热效果。  

   虽然上面的内容看似简单,但是设计起来非常不容易。关键是因为1U空间十分有限,空隙大了浪费空间,空隙小了又达不到最佳散热效果。所以只有合理的机箱结构,并通过精巧的工学设计才可以达到“有限的空间,最合理的应用”。
 
Smart Fan智能风扇技术
   
    服务器通常要进行大量的吞吐运算,任务繁忙时所产生的热量也逐渐增加,单单凭散热孔和散热片是解决不了问题的,在主动散热设备上,具有高性价比的风冷技术一直是服务器最常采用的散热方式。但是风扇虽然经济实用,却也存在很多缺陷:随着转速的增加,风扇在高速运转中产生的噪音也逐渐增大;长时间的高速运转,不但会缩短风扇使用“寿命”,而且风扇本身也会产很大热量。

    在风扇技术方面,笔者觉得华硕Smart Fan智能风扇技术不错。

    Smart Fan是利用Intel的PWM(脉冲宽度调制)规范,根据PWM的循环变化来控制风扇的转速。由于PWM变化的依据是处理器内部的二极管读取的温度数据,其精确程度超过热敏电阻,所以依据PWM的华硕Smart Fan风扇转速按照脉冲宽度的百分比进行,其控制精度也很高。

    通过Smart Fan技术,用户可以在BIOS中自主设置CPU和主板的温度限制,当风扇通过PWM脉冲判断温度超过所设限制,就会自动运转,并可根据所产生的热量大小调控转速;相反,当温度未超过设定的限制,风扇则会适当“休息”,免做“无用功”。

   在上面描述的这些方面之外,还有些产品拥有独特的设计,比如浪潮服务器的U型管设计等等,这种设计主要是应用于塔式服务器,不在1U服务器的范围。总之,服务器往往是7*24小时运转,而且承载的大部分是重要应用,散热问题无论什么时候都是需要重点关注的。
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