对高热密度机架式服务器散热系统的体系审计

　　经过十多年的发展，中国已经成功跻身世界互联网大国行列，其网民数量位居世界第一。而互联网的快速发展也引起了国内服务器市场呈现爆炸式增长。为了满足市场需要，服务器的更新换代越来越快，硬件的发热量越来越大，这在很大程度上限制了服务器的发展。服务器的高性能、高可用、高性价比成为衡量一款服务器好坏的重要指标。由于机架式服务器体积有限，众多大功率配件在其内长时间、高负荷的运行，能否及时的将配件产生的热量传递到外部直接关系到服务器运行的稳定性。因此，服务器的散热问题成为制约服务器发展的一大障碍。
　　1 散热方式
　　散热的方式包括热传导、热对流和热辐射。热传导实质是由大量物质的粒子热运动互相撞击，而使能量从物体的高温部分传至低温部分，或由高温物体传给低温物体的过程。在热传导的过程中物体中的分子不发生相对位移，固体、液体和气体都能以这种方式传热；热对流又称对流传热，是指流体中质子发生相对位移而引起的热量传递过程，热对流可分为自然对流和强制对流，这种传热方式仅发生在液体和气体中；热辐射也可称为辐射传热，是物质由于本身温度自发产生电磁波而被另一低温物体吸收后，又重新全部或部分转化为热能的过程。辐射传热不需要任何介质做媒介，它可以在真空中传播，一般只有物体温度大于400摄氏度时，才有明显的热辐射。多数的散热系统采用混合方式，比如现实中用一个带风扇（可以形成强制对流）的铝基座（热的良导体）散热器给处理器芯片散热降温。散热的关键是如何快速的将大功率热源产生的热量传递出去。
　　2 机架式服务器对散热系统的限制条件
　　机架式服务器是指按照工业标准可以直接安装到标准19英寸机柜当中的服务器。机架式服务器的主要作用是节省空间，将许多服务器装的一个机柜中，便于统一管理，服务器的高度有1U、2U、4U、5U、7U等规格。机架式服务器主要内部硬件包括硬盘、电源、主板（附带cpu、内存、显卡等）、风扇等。由于服务器需要具备高速度的运算能力、长时间的可靠运行、强大的外部数据吞吐能力等特点，在81.28cm（L）*48.26cm（W）*4.45cm（H）（1U服务器）的小空间之中放置了大量的高功率产热原件，这已经对服务器的散热系统构成了较大威胁。
　　3 现今服务器散热系统的应用情况
　　当今服务器的主要散热系统主要由强制对流（风扇）散热器和（未普及的）水冷散热器构成。
　　3.1强制对流散热器
　　强制对流散热器（如图1所示）的构成主要由散热基座、散热片、固定部件、风扇等部件，散热基座大部分由热导率较高的金属铜加工而成，该部件可以更快的将热量传递到散热片；散热片一般采用铝合金加工而成，一方面，铝合金比铜更容易加工；另一方面，铝合金又可以弥补纯铝易氧化、易腐蚀的缺点。散热片主要是通过增大与冷空气的接触面积来使冷空气迅速将散热片中的热量带走。风扇的作用就是为散热片提供足够强的风力。
　　机架式服务器中的散热系统并不是只由强制对流散热器构成，它由防尘罩、过滤网、鼓风机、风扇、散热片构成，热源通过散热器将热量传到空气中，然后由风扇（鼓风机）将热量传到外界，而防尘罩和过滤网的作用就是阻止空气中的灰尘进入机箱内。这种散热方式的优点是，全部构件已经标准化，成本大大降低，整个机箱散热结构相对简单，稳定性较高。但是随着电子器件的热功率不断升高，风扇的性能也在不断提升并逐渐达到极限；机箱内部风扇数量越来越多（现在风扇的数量已经高达到八枚）；风扇长时间的运作所带来的噪声越来越大；机房中的大环境温度不断升高……，这些都会导致风冷散热系统对机架式服务器所要求的高稳定、低温度力不从心。
　　该方案优点：
　　1） 机箱内部散热原件都是被动式散热元件，减少服务器因散热问题而导致的维修次数。
　　2） 机箱内部不需要空气的流通，可将机箱全部封闭，减少微尘、空气湿度对电子设备的影响。
　　3） 全套散热设施不采用风扇等噪声设备，改善工作环境。
　　4） 将热量导出机箱后通过水流传到外界，保护内部电子设备不会因为漏液而产生损失。
　　5） 对比来看，其内部散热设备成本低于风冷和水冷散热。
　　6 结束语
　　随着高热密度机架式服务器及其它机器服务器运行速度的越来越快，对服务器的散热器效果要求日益增高。只有不断的优化产品设计方案和制造出既能高效散热又能防尘的新型散热器，才能满足各类日新月异服务器的高效散热和稳定持久运行的需求！
　　参考文献：
　　[1] 弗兰克.英克鲁佩勒，大卫.德威特.传热和传质基本原理[M].葛新石，叶宏，译.化学工业出版社，2007.
　　[2] 李小松.电子产品散热器的设计[J].电子产品可靠性与环境试验，2005（5）.
　　[3] 王攀藻.电子产品的散热设计研究[J].科技致富向导，2010（18）.
　　[4] 李占阳.2U机架式服务器的机构研制[D].哈尔滨工业大学，2012.