[發(fā)明專利]一種高密度機(jī)架服務(wù)器散熱系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010128631.3
• 申請(qǐng)日: 2010-03-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101807100A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 祝明發(fā);劉宇航;肖利民;程賢初;杜國(guó)平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F1/20
• 分類號(hào): G06F1/20
• 代理公司: 北京慧泉知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛(ài)華

(一)技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高密度機(jī)架服務(wù)器散熱系統(tǒng)。屬于計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。

(二)背景技術(shù)

研究表明，熱失效是包括計(jì)算機(jī)在內(nèi)的電子設(shè)備的主要失效形式之一。隨著溫度的增加， 電子設(shè)備的失效率呈指數(shù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，甚至有的器件在環(huán)境溫度升高10℃，失效率增大一倍以 上(被稱之為10℃法則)。芯片工作溫度增高，會(huì)帶來(lái)半導(dǎo)體內(nèi)的電子遷移，從而引起芯片 失效甚至燒毀。

由于熱量產(chǎn)生的熱環(huán)境應(yīng)力是一種重要的工作應(yīng)力，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，70％的電子設(shè)備失 效與過(guò)高的熱環(huán)境應(yīng)力有關(guān)。因此對(duì)電子設(shè)備而言，即使降低1℃，也將使設(shè)備的失效率降 低一個(gè)可觀的量值。

機(jī)架(RACK)服務(wù)器是一種外觀按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的服務(wù)器，配合機(jī)柜統(tǒng)一使用。機(jī)架 服務(wù)器的寬度為19英寸，高度以U為單位(1U＝1.75英寸＝44.5毫米)，可區(qū)分為1U、2U、 3U、4U、5U等規(guī)格。如何高效利用計(jì)算機(jī)機(jī)箱內(nèi)部空間，一直是學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界探索研究 的課題。

機(jī)架服務(wù)器的設(shè)計(jì)宗旨主要是為了盡可能減少服務(wù)器空間的占用，特別是在空間敏感的 機(jī)群系統(tǒng)中和需要服務(wù)器托管的情況下。空間上縮小給散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了局限。

由于內(nèi)部尺寸固定、空間狹小、元器件密度大，因此1U?RACK服務(wù)器的組成部件如中央 處理器、內(nèi)存、Chipset、外部總線控制器等眾多發(fā)熱部件的散熱問(wèn)題，成為諸如1U?RACK服 務(wù)器這一類服務(wù)器設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

Loongson3A(一種國(guó)產(chǎn)處理器品牌)是相對(duì)單核處理器功耗較大的一款多核處理器。服 務(wù)器機(jī)箱經(jīng)常密集放置于標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜中，機(jī)箱環(huán)境通風(fēng)效果較差。同時(shí)，服務(wù)器系統(tǒng)的處理器 數(shù)量一般比較多，功耗較大，而機(jī)箱內(nèi)部空間較小，使熱流密度(單位面積內(nèi)發(fā)熱功率值) 比較大，而能采取的散熱手段也受到空間限制。這些，都給服務(wù)器系統(tǒng)的散熱設(shè)計(jì)帶來(lái)挑戰(zhàn)。

傳統(tǒng)的一種解決方法是單純?cè)黾语L(fēng)扇數(shù)量、轉(zhuǎn)速。其缺點(diǎn)在于：第一，1U橫向長(zhǎng)度是固 定的，可安裝的工業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格風(fēng)扇的數(shù)量有限；第二，更多的風(fēng)扇、更大的轉(zhuǎn)速，造成 服務(wù)器的噪聲較大。

傳統(tǒng)的一種解決方法是通過(guò)給發(fā)熱量大的芯片外加帶有風(fēng)扇的散熱器進(jìn)行散熱。其缺點(diǎn) 在于：在機(jī)箱較小時(shí)，散熱器上的風(fēng)扇產(chǎn)生的垂直風(fēng)壓會(huì)對(duì)機(jī)箱內(nèi)外的橫向?qū)α鳟a(chǎn)生負(fù)面影 響，當(dāng)機(jī)箱內(nèi)外對(duì)流不足時(shí)，散熱器產(chǎn)生的熱量累積在機(jī)箱內(nèi)，使機(jī)箱內(nèi)的溫度升高，機(jī)箱 內(nèi)的高溫反過(guò)來(lái)又影響散熱器的散熱效果。

傳統(tǒng)的一種解決方法是增加人為設(shè)計(jì)的導(dǎo)風(fēng)罩以形成多個(gè)風(fēng)道。其缺點(diǎn)在于：導(dǎo)風(fēng)罩本 身占據(jù)一定空間，且定制設(shè)計(jì)的周期較長(zhǎng)。

因此，如何綜合考慮1U?RACK等類型服務(wù)器的空間限制、減少噪聲、空氣對(duì)流效果等因 素，在一定的設(shè)計(jì)周期內(nèi)，提供一種實(shí)用、高效的散熱解決方案已成為服務(wù)器設(shè)計(jì)中亟待解 決的問(wèn)題。

(三)發(fā)明內(nèi)容

1.目的：

本發(fā)明的目的是提供一種高密度機(jī)架服務(wù)器散熱系統(tǒng)，并以1U十六路機(jī)架服務(wù)器為例， 給出其具體裝置設(shè)置。該散熱系統(tǒng)基于空間限制，克服傳統(tǒng)散熱系統(tǒng)的缺陷，能使CPU等主 要散熱器件溫度較低且相互之間更加均衡，避免由系統(tǒng)散熱導(dǎo)致的各種系統(tǒng)故障，并延長(zhǎng)整 個(gè)系統(tǒng)的平均無(wú)故障工作時(shí)間和使用壽命。

2.技術(shù)方案：

本發(fā)明一種高密度機(jī)架服務(wù)器散熱系統(tǒng)，按如下方法設(shè)計(jì)而成。該散熱系統(tǒng)由軸流風(fēng)扇 組、散熱器、機(jī)箱箱體組成，軸流風(fēng)扇組和散熱器都安裝在機(jī)箱箱體內(nèi)。

所述軸流風(fēng)扇組是由N+M臺(tái)風(fēng)扇組成的，其中N臺(tái)風(fēng)扇位于機(jī)箱箱體前端，向機(jī)箱箱 體內(nèi)抽風(fēng)，M臺(tái)風(fēng)扇位于機(jī)箱箱體后端，向機(jī)箱箱體外排風(fēng)。前后兩組風(fēng)扇搭配進(jìn)行吹抽 式排風(fēng)散熱。其中，N、M分別至少為2。風(fēng)扇組在必要時(shí)可部分或全部選用具有雙排強(qiáng)制排 風(fēng)性能的風(fēng)扇組成。

所述散熱器為平行鰭片式形狀，鋁型材質(zhì)，安置方向沿風(fēng)扇軸向。CPU芯片(如 Loongson3A)散熱器的數(shù)量可是4～16個(gè)；Chipset(如MCP68)和通信芯片(如IB)散熱 器的數(shù)量可分別是2～6個(gè)。散熱器覆蓋于上述芯片表面，將芯片熱量吸收并散發(fā)到周?chē)? 氣中。所有CPU芯片散熱器上沒(méi)有安裝風(fēng)扇，所有Chipset和通信芯片散熱器上也沒(méi)有安裝 風(fēng)扇。