随着科技的不断进步,大数据、人工智能的应用场景日益增多,大型数据中心不断落成。海量数据需要不间断的处理，导致服务器的温度久高不下。同时,服务器的超负荷运转也带来巨大的能源消耗,散热功耗占据了整个数据中心总功耗的三成以上。因此,低成本、高效率地对服务器进行温度控制至关重要。本文以通用型服务器为研究对象，介绍服务器高功耗部件的散热设计，并使用仿真软件Flotherm对系统进行仿真分析。
1.模型介绍
通用型服务器的主要部件包括CPU、内存、硬盘，PSU和散热风扇。服务器的应用为：最高环温为35℃，1500m海拔。在正常运行时，要求满足服务器各部件的温度降额要求。图1为服务器简化模型。
图1 服务器简化模型
2.散热设计
服务器采用风冷散热架构，合理设计散热器，搭配导风罩，满足各部件的温度要求，下表为各部件的功耗及温度要求。
表1 各部件功耗及温度要求
1）CPU功耗较高，因此选用高性能的热管型散热器；
2）CPU及散热器与内存存在高度差，因此搭配导风罩合理规划气流；
3）硬盘对温度较为敏感，因此放置在服务器入风口处；
4）考虑机箱空间尺寸，选择后置4颗8056风扇，为整机提供充足风量。
3.仿真计算
使用专业电子散热仿真软件Flotherm进行散热仿真，合理划分网格，保证温度梯度较大处有足够多的网格，使仿真结果更加准确。
设置温度监测点，仿真至各监测点温度收敛。图2为服务器仿真模型，图3为服务器系统导风罩，图4为系统网格截面。
图2 服务器仿真模型
图3 服务器系统导风罩
图4系统网格截面
4.结果分析
仿真计算收敛后，整理各监测点的温度，查看服务器系统的温度截面云图、速度截面云图，判断仿真结果是否合理。
表2为各部件的温度，可以看出当前工况下，所有部件都满足散热要求，其中CPU的温度余量最小，为散热瓶颈点。
表2 各部件仿真温度
以CPU的温度监测点位置为基准，提取纵向温度截面云图，可以看出气流从入口流经硬盘区域，再流经CPU和内存区域，出现了明显的热级联现象。
图5 温度云图
提取系统纵向截面的速度云图，可以看出气流在流经固体之间的狭小缝隙处，速度较大，后续可以根据气流速度分布来合理优化器件布局，从而进一步提升散热效果。
图6 速度云图
5.总结
本文对通用型服务器进行散热设计，包括散热器的选型，导风罩设计，风扇选型等，并对系统进行散热仿真分析，结果显示各器件均满足散热要求。文中的散热设计方法及仿真流程，对服务器风冷散热设计具有一定参考意义。
作者：热设计网专家团
