服務(wù)器散熱技術(shù)綜述

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

關(guān)鍵詞：服務(wù)器；散熱；制冷

       在云計(jì)算產(chǎn)業(yè)發(fā)展浪潮風(fēng)起云涌的背景下，越來越多的數(shù)據(jù)中心建立起來，服務(wù)器作為數(shù)據(jù)中心最核心的設(shè)備，其高性能、高可用性、高性價比成為衡量服務(wù)器好壞的重要指標(biāo)。由于服務(wù)器體積有限，眾多大功率電子元件在其內(nèi)長時間、高負(fù)荷的運(yùn)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(wù)器運(yùn)行的穩(wěn)定性。因此，服務(wù)器的散熱問題成為制約服務(wù)器發(fā)展的一大障礙。本文通過對國內(nèi)外有關(guān)服務(wù)器散熱技術(shù)進(jìn)行分析和梳理，可以發(fā)現(xiàn)服務(wù)器散熱技術(shù)的發(fā)展路線，從中確定服務(wù)器散熱技術(shù)。

一、服務(wù)器散熱技術(shù)發(fā)展路線

       服務(wù)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(wù)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(dāng)時大型計(jì)算機(jī)和服務(wù)器的發(fā)展剛處于起步期，這個時期的服務(wù)器散熱主要借鑒個人計(jì)算機(jī)的散熱技術(shù)，以傳統(tǒng)的風(fēng)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(dǎo)電性的冷卻液中，而且受限于當(dāng)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(wù)器的散熱要求越來越高，除了對傳統(tǒng)的風(fēng)冷技術(shù)和液冷技術(shù)的改進(jìn)外，還出現(xiàn)了對風(fēng)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(jì)算的發(fā)展，有更多的數(shù)據(jù)中心建立，越來越多的服務(wù)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(diǎn)，新散熱材料的出現(xiàn)也給散熱領(lǐng)域帶來了新的生機(jī)。

二、服務(wù)器散熱技術(shù)

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

（一）風(fēng)冷散熱

       風(fēng)冷散熱的原理簡單來說都是引導(dǎo)風(fēng)走向，將冷風(fēng)往發(fā)熱元件吹入，或者將熱風(fēng)從發(fā)熱元件抽出。常見的技術(shù)有風(fēng)扇和導(dǎo)風(fēng)罩，前者可以采用抽風(fēng)風(fēng)扇或者吹風(fēng)風(fēng)扇，后者可以按照特定的風(fēng)道引導(dǎo)風(fēng)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(wù)器主板上安裝大量的冷卻設(shè)備，通過冷卻設(shè)備將主板上的電子元件產(chǎn)生的熱量導(dǎo)出，之后在服務(wù)器機(jī)柜的上方和下方都安裝大量的風(fēng)扇，熱量通過風(fēng)扇產(chǎn)生的氣流帶走，從而達(dá)到散熱效果。

       2. 將導(dǎo)風(fēng)罩放置于服務(wù)器主板的電子元件上，其前端連接風(fēng)扇組形成入風(fēng)口，后端設(shè)置于主板后端且出風(fēng)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(yīng)的風(fēng)道，而產(chǎn)生熱量的電子元件正好位于風(fēng)道內(nèi)，其產(chǎn)生的熱量通過風(fēng)道中的氣流帶走，從而達(dá)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(dǎo)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(dǎo)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(wù)器設(shè)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(wù)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(wù)器氣溫升高時進(jìn)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(wù)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(wù)器機(jī)殼中設(shè)置固定配管、第一受熱部分、第二受熱部分和大型泵，打開設(shè)在機(jī)殼的固定配管中的開關(guān)閥，冷卻液分別獨(dú)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(jī)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(jī)殼，然后通過機(jī)殼整體自然散熱或設(shè)在機(jī)殼內(nèi)的冷卻風(fēng)扇被強(qiáng)制釋放到空氣中。

（三）熱傳遞

       熱轉(zhuǎn)移的原理是采用熱傳導(dǎo)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(dǎo)體板。采用半導(dǎo)體板的散熱技術(shù)是基于帕爾帖原理，即利用當(dāng)兩種不同的導(dǎo)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(dāng)改變電流方向時吸熱和放熱部分互換，從而達(dá)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(wù)器內(nèi)部的溫度和負(fù)載，并通過相應(yīng)的控制電路調(diào)節(jié)風(fēng)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(fēng)扇提供電力，冷卻風(fēng)扇在工作時，引導(dǎo)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(fēng)扇的工作，在電源單元上還有一個負(fù)荷傳感器，該負(fù)荷傳感器監(jiān)視或檢測表示電源單元的負(fù)荷的參數(shù)，控制器根據(jù)估算的電源負(fù)荷以及監(jiān)測的溫度，啟動從電源加到冷卻風(fēng)扇上的電壓并將其調(diào)節(jié)到適當(dāng)?shù)碾娖健?/p>

結(jié)語

       本文詳細(xì)對服務(wù)器散熱技術(shù)進(jìn)行了梳理和分析，從整體來看，隨著服務(wù)器制造技術(shù)的發(fā)展，服務(wù)器散熱技術(shù)也越發(fā)趨于成熟。目前，對服務(wù)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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