服务器机柜的共享风扇散热研究

2026-05-22 17:08:16

摘要：跟着网络化的发展，数据中心在企业中的应用越来越广泛，而作为数据中心的构成单元-服务器机柜的装置密度不断添加，一起因为服务器功用的进步，元件的数目和功耗急剧添加，然后导致服务器散热阻抗大、热流密度高、散热功用差，严重影响机柜功用，乃至有热失效现象出现。基于此，本文首要针对服务器机柜同享电扇散热方面的内容进行了剖析讨论，以供参阅。

关键词：服务器机柜；同享电扇；散热

引言

设备内各个元件的失效率直接影响到整机的可靠性，现在很多大功率元器材仅仅依靠外壳封装散热，而因为其外壳尺度有限，且对流系数低，散热功用差，无法满意散热要求，需添加合理的散热器乃至运用风冷或液冷散热才能满意散热规划需求。在满意热规划规范的情况下，经过合理的散热规划，能够下降散热规划本钱，下降电扇噪音及功耗等，进步产品竞争力。

1服务器机柜热规划剖析

1.1传统散热计划和同享散热计划的剖析

服务器机柜中通常运用1U、2U、3U、4U及刀片式服务器，运用风冷逼迫对流散热或液冷逼迫对流散热，现在机柜中液冷散热因尺度约束、加工技术约束、售后修理约束等因素限制，市场占有率较低，故机柜大都选用风冷散热。服务器机柜中选用同享散热和电源集中办理计划后，单台服务器中不再装置电源及散热电扇，直接将同享电扇固定于服务器外面机柜上。同享电扇散热一般运用较大尺度电扇，几台服务器运用一组电扇进行散热，削减电扇数目，下降全体电扇本钱，而且服务器内部因无电扇装置能够腾出更多空间进行规划，别的电扇选用热插拔方法，保护简略便利。运用同享电扇散热后，3台服务器只需3pcs电扇进行体系散热，具有更高的散热功用，电扇全体数目大幅削减，导致电扇功耗和本钱均会有所下降，而且具有失效率较低，易保护等特色。

1.2同享电扇的特色及布局

同享电扇由几颗电扇组成电扇模组，一起对多台设备进行散热，不存在单颗电扇只对一台电子设备进行散热的情况。为了满意热规划与修理性相结合原则，单颗电扇及模组电扇的固定选用卡扣式固定规划，具有支持热插拔功用的优势。在热规划过程中，电扇数目越少，失效率越低，本钱越低，这必定要求运用大尺度电扇进行散热规划。当时市场上首要有AC、DC和EC三种散热电扇。

1.3机柜的散热规划

机柜由机架、前后门板以及侧板组成，一般具有长方体的外形，落地放置，底部装置有万向轮和安全阀，以便移动或固定放置；其结构应具有杰出的刚度和强度以及杰出的电磁阻隔、接地、噪声阻隔、通风散热等功用。此外，服务器机柜有必要有杰出的抗振荡、抗冲击、耐腐蚀、防尘、防水、防辐射等功用，以便确保设备安稳可靠地工作。在首要空气流转方向上，尽量减小结构尺度或添加开孔虑，防止出现阻碍气流经过现象；别的机柜内的线材布置方法有必要合理，不合理的布线阻挡了空气的流转，不仅会形成热空气滞留在机柜内，并使热空气回流至进风口，形成空气短路循环通道[18]。作为数据中心的构成单元，一套完好的服务器机柜首要包含机架、机柜主体-服务器、气体办理单元-散热电扇、供电设备一般为ACPower，装置固定配件、网络交换机、线缆等。本课题机架包含支撑结构、移动固定设备以及侧壁挡板，此外附件还有电扇模组、服务器、供电设备、网络交换机、客户Logo；依据散热要求，前后门有必要在确保结构强度的前提下预留通风孔，以便利冷空气流入，热空气流出；侧壁装置有L型挡板，使上下两台服务器间距为1.2mm，便利服务器的装置与保护，一起防止气流从服务器与机柜之间流过，防止漏风回流现象发生。

1.4同享电扇功用参数的规划

本课题选用3颗DC电扇一起对3台服务器进行散热，电扇的选择要合理，不能因散热要求一味的选择大流量，高功耗，高静压的电扇，形本钱钱糟蹋。电扇的参数规划思路如下：依据体系功耗及规划条件计算体系散热所需流量，选择P-Q适合的电扇进行散热。

2机柜中服务器的散热规划

本课题机柜中运用的为1URack服务器，其热规划的目的是对电子元件、组件以及整机的温升操控，尤其是对发热功耗大的元器材的温升操控，如CPU及其供电元件等。

2.1散热部件的开发

本课题选用120mm×38mm电扇进行散热，单体电扇支持热插拔，三个电扇为一组，一起对三台服务器进行散热。

2.2CPU散热器

机柜中每台服务器运用两颗CPU散热器，CPU功率为115W，其热量首要有对流散热完成，其中很小一部分由辐射散热完成，尽管CPU基座为金属结构，但其Pin脚为顶针结构，和CPU触摸面积较小，而且基座和主板连接，一般以为CPU热量首要经过传导到散热器上进行散热，不考虑从主板散热部分。

2.3芯片散热器

因为MCH、LanChip元件功耗较高，芯片较小，芯片本身无法满意散热需求，故运用散热器进行散热；一起因为后端CPUVR及DIMMVR进风口温度较高，故亦需运用散热器进行散热，而前段CPUVR及DIMMVR进风口温度较低，本身散热能够满意需求，不运用散热器进行散热。

3服务器机柜的散热验证

3.1散热验证的计划及过程

因为本机柜服务器较多，不可能每个服务器都进行具体的散热试验，故散热计划的验证会分为下面几个过程进行：（1）散热验证的预备工作，包含在机柜中经过试验验证找出散热条件最恶劣的服务器和试验仪器的预备、关键元件的功耗丈量、丈量点的散布与粘贴固定等。因为服务器中元件较多，故运用散热危险最高的元件进行判断，本专案中运用服务器中后端CPU进行比照，服务器中CPU温度相对最高的服务器散热条件最差。（2）针对散热条件最差的服务器进行具体验证，得出关键元件的温度，判断散热计划是否可行。（3）对服务器及机柜进行散热优化。（4）验证优化计划是否有用。（5）电扇转速自动操控时的逻辑关系及体系散热验证。（6）剖析仿真精度差错及原因。

3.2散热验证的预备工作

3.2.1散热条件最差服务器的确定

依据仿真数据表明，服务器中温度最高且散热余量最小的元件为CPU，针对这种现象，直接在机柜中读取各服务器CPU温度，默以为温度最高的服务器散热条件最差，后续将针对此位置散热器进行具体散热验证。测验前首要有必要将服务器机柜组装起来，要求每台服务器有必要运用相同装备，机柜中所有服务器、电源模组、网络设备、电扇模组等全部装置完毕，防止有漏风现象，形成测验数据差错等。

3.2.2测验仪器的阐明及运用

为添加测验数据可靠性，服务器直接放在机柜中进行散热测验，因为机柜尺度较大，无法进入恒温恒湿柜，故直接放在会议室中进行，经过服务器一起工刁难房间进行加热，再结合排气扇操控环境温度，此处环境气流满意试验标准，即试验对象邻近的空气活动速度不高于1.7m/s。

3.2.3关键元件功耗的丈量

因为实践测验时元件负载达不到TDP，测验温度偏低，故测验前需对关键元器材功耗进行测验，以便数据计算至TDP确定是否满意散热规划需求。为了确保计算数据更准确，服务器温度测验一般运用重载测验，即测验装备运用满配且运用器材功耗相对最高，接近TDP。

3.2.4丈量点的散布

尽管仿真结果显现散热规划满意散热要求，但元件温度越低，其失效率越低，如P111500芯片，其温度每下降10℃，失效率将下降4%，所以散热计划优化有其积极意义。

结束语

综上所述本课题就是针对热失效问题进行散热研讨，从机柜、服务器、芯片三个层次进行散热规划，使电子设备中各元件在满意散热规范温度的情况下运行，防止元件的热失效问题，进步设备的可靠性。