服務器散熱技術(shù)綜述

摘要：作為支撐云計算的重要基礎設施之一的服務器，其散熱問題已經(jīng)成為制約服務器發(fā)展的一大障礙，本文介紹了服務器散熱技術(shù)的發(fā)展路線，并詳細分析和梳理了當前國內(nèi)外典型的服務器散熱技術(shù)。

關(guān)鍵詞：服務器；散熱；制冷

       在云計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展浪潮風起云涌的背景下，越來越多的數(shù)據(jù)中心建立起來，服務器作為數(shù)據(jù)中心最核心的設備，其高性能、高可用性、高性價比成為衡量服務器好壞的重要指標。由于服務器體積有限，眾多大功率電子元件在其內(nèi)長時間、高負荷的運行，能否及時地將電子元件產(chǎn)生的熱量傳遞到外部直接關(guān)系到服務器運行的穩(wěn)定性。因此，服務器的散熱問題成為制約服務器發(fā)展的一大障礙。本文通過對國內(nèi)外有關(guān)服務器散熱技術(shù)進行分析和梳理，可以發(fā)現(xiàn)服務器散熱技術(shù)的發(fā)展路線，從中確定服務器散熱技術(shù)。

一、服務器散熱技術(shù)發(fā)展路線

       服務器散熱技術(shù)的發(fā)展大致可以分為三個階段：

     （一）1965 年至 2000 年為技術(shù)萌芽期：服務器散熱技術(shù)已在國外出現(xiàn)，但是發(fā)展較為緩慢，這是由于當時大型計算機和服務器的發(fā)展剛處于起步期，這個時期的服務器散熱主要借鑒個人計算機的散熱技術(shù)，以傳統(tǒng)的風冷技術(shù)為主，同時也出現(xiàn)了液冷技術(shù)，主要是將電子元件浸沒于無導電性的冷卻液中，而且受限于當時的材料技術(shù)發(fā)展，散熱器的制造成本高。

     （二）2001 年至 2009 年為技術(shù)成熟期：此時隨著互聯(lián)網(wǎng)時代的到來，對服務器的散熱要求越來越高，除了對傳統(tǒng)的風冷技術(shù)和液冷技術(shù)的改進外，還出現(xiàn)了對風扇控制的智能控制技術(shù)，隨著材料技術(shù)的發(fā)展，散熱器的制造成本也隨之下降。

     （三）2010 年至今為高速發(fā)展期：隨著云計算的發(fā)展，有更多的數(shù)據(jù)中心建立，越來越多的服務器需要在有限的空間中布局，而散熱問題則成了數(shù)據(jù)中心需要解決的頭號問題，此時，智能控制技術(shù)成為研究重點，新散熱材料的出現(xiàn)也給散熱領(lǐng)域帶來了新的生機。

二、服務器散熱技術(shù)

       服務器散熱技術(shù)主要有：風冷散熱、液冷散熱、熱轉(zhuǎn)移和智能控制。其中，風冷散熱和液冷散熱依舊是服務器散熱技術(shù)領(lǐng)域的兩大核心技術(shù)，另外，服務器散熱領(lǐng)域最大的一個技術(shù)特點就是很少單獨使用一種散熱技術(shù)。

（一）風冷散熱

       風冷散熱的原理簡單來說都是引導風走向，將冷風往發(fā)熱元件吹入，或者將熱風從發(fā)熱元件抽出。常見的技術(shù)有風扇和導風罩，前者可以采用抽風風扇或者吹風風扇，后者可以按照特定的風道引導風走向，在散熱過程中形成特定的氣流流通方向。

       其代表方式有：

       1. 在服務器主板上安裝大量的冷卻設備，通過冷卻設備將主板上的電子元件產(chǎn)生的熱量導出，之后在服務器機柜的上方和下方都安裝大量的風扇，熱量通過風扇產(chǎn)生的氣流帶走，從而達到散熱效果。

       2. 將導風罩放置于服務器主板的電子元件上，其前端連接風扇組形成入風口，后端設置于主板后端且出風口管徑縮減，以形成對流區(qū)，同時有分割部件分割對流區(qū)，阻隔部件、密封部件和分割部件形成的區(qū)域即為對應的風道，而產(chǎn)生熱量的電子元件正好位于風道內(nèi)，其產(chǎn)生的熱量通過風道中的氣流帶走，從而達到散熱效果。

（二）液冷散熱

       液冷散熱的原理簡單來說就是采用熱對流或熱傳導的方式，通過液體的浸沒或流動將發(fā)熱元件的熱量帶走。常見的液冷方式有：浸沒和液冷回路。由于電子元件遇水極易損壞，因此浸沒采用的液體是油、氟化物等不易導電的液體，而液冷回路則是將電子元件與一個封閉式的液體回路接觸，通過液體流動將電子元件產(chǎn)生的熱量帶走，液體常采用冷水。

       具體的代表方式有：

       1. 服務器設置為密閉的容器，其中裝了大量的液體冷卻劑，例如氟化烴，能夠淹沒服務器中的所有芯片，在液體冷卻劑的上方留有一部分空氣空間，可以在服務器氣溫升高時進行氣體壓縮變成液體，芯片是浸沒在液體冷卻劑中的，液體冷卻劑通過蒸發(fā)和冷凝帶走芯片的熱量，蒸汽從冷卻劑上升起，然后凝結(jié)成液滴流下融入冷卻劑，在密閉的容器中，液體冷卻液和蒸汽可以按照一定的路線循環(huán)，冷卻液蒸發(fā)后帶走熱量，經(jīng)過散熱板冷卻后變成液體又再融入冷卻劑中。

       2. 服務器中的發(fā)熱元件組成單體，其產(chǎn)生的熱量通過水冷套管散除，冷卻液向表示液體循環(huán)的方向流動，通過微型泵驅(qū)動冷卻液，首先通過冷卻套管，經(jīng)熱交換器被放熱，返回微型泵，在服務器機殼中設置固定配管、第一受熱部分、第二受熱部分和大型泵，打開設在機殼的固定配管中的開關(guān)閥，冷卻液分別獨立且并行地向各單體循環(huán)，各單體內(nèi)的水冷套管、熱交換器和機殼內(nèi)的第一受熱部分、第二受熱部分熱接觸，將各單體的發(fā)熱元件產(chǎn)生的熱傳至機殼，然后通過機殼整體自然散熱或設在機殼內(nèi)的冷卻風扇被強制釋放到空氣中。

（三）熱傳遞

       熱轉(zhuǎn)移的原理是采用熱傳導的散熱方式，即將熱量由高溫物體傳遞給低溫物體。常見的散熱技術(shù)有：散熱片、冷卻板和半導體板。采用半導體板的散熱技術(shù)是基于帕爾帖原理，即利用當兩種不同的導體 A 和 B 組成的電路且通有直流電時，一個接頭釋放熱量，另一個接頭吸收熱量，當改變電流方向時吸熱和放熱部分互換，從而達到散熱效果。

（四）智能控制

       智能控制的原理是采用傳感器監(jiān)測服務器內(nèi)部的溫度和負載，并通過相應的控制電路調(diào)節(jié)風扇轉(zhuǎn)速或液體流速，屬于一種智能化散熱。

       具體的代表方式如下：

       電源向 CPU 和冷卻風扇提供電力，冷卻風扇在工作時，引導氣流流過 CPU 和其他部件，控制器根據(jù)電源單元和溫度傳感器送來的信息，控制冷卻風扇的工作，在電源單元上還有一個負荷傳感器，該負荷傳感器監(jiān)視或檢測表示電源單元的負荷的參數(shù)，控制器根據(jù)估算的電源負荷以及監(jiān)測的溫度，啟動從電源加到冷卻風扇上的電壓并將其調(diào)節(jié)到適當?shù)碾娖健?/p>

結(jié)語

       本文詳細對服務器散熱技術(shù)進行了梳理和分析，從整體來看，隨著服務器制造技術(shù)的發(fā)展，服務器散熱技術(shù)也越發(fā)趨于成熟。目前，對服務器散熱技術(shù)的需求仍然處于上升階段，期待涌現(xiàn)更多更好的散熱技術(shù)。

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