ATCA服务器散热系统的热仿真分析

总第254期计算机与数字工程VoL 38 No. 122010年第12期Computer& Digital EngineeringATCA服务器散热系统的热仿真分析王开新岚?)张琼2(中国人民解放军驻710厂军事代表室)武汉430010)(武汉数字工程研究所武汉430074)摘要抗恶劣环境ATCA服务器是否能够承受温度冲击直接影响着产品的可考性。为了确定ATCA加固服务器在环境温度急剧变化时的适应性,对该设备的散热系统进行了热仿真分析,并对其进行了优化设计。关键词ATCA服务器;散热系统;热仿真分析中图分类号TP39Thermal Simulation Analysis of the Heat Rejection System of ATCA ServerWang Kaixin" Qin Lan ZharRepresentative Office of the PLA in 710 Factory, Wuhan 430010)Wuhan Digital Engineering Institute, Wuhan 430074)bstract Whether a severe environment ATCa server can endure temperature shock affects directly the reliability ofproducts. In order to confirm the adaptability of the atCa server when the environment temperature changes sharply, thispaper introduces the thermal simulation analysis process of the heat rejection system of ATCA server.Key Words ATCA server, heat rejection system, thermal simulation analysisClass Number TP3931引言高速数据传输;具有高级智能化管理,保证高可用性。能够解决高性能计算目前主要面临的系统带ATCA是一种全开放、可互操作的电信工业标宽问题、高可用性问题、现场升级问题、可伸缩性问准,为新一代融合电信及数据网络应用提供一个高题、可管理性问题以及可互操作问题,并最终降低性价比的、基于模块化结构的、兼容的、并可扩展的成本硬件架构,可以满足数据处理服务器的各种应用需基于ATCA规范的集群服务器,其机箱内部有求。ATCA规范的一个主要目标就是确保实现最12个服务器模块槽位、2个交换模块槽位。服务器短的平均故障恢复时间(MTTR)和最长的平均故模块、交换模块采用计算与I/O相分离的设计,增强障间隔时间(MTBF),从硬件、操作系统、中间件、了服务器对外部数据网络和存储网络环境的适应能业务应用、系统管理等各层面分级实现系统的高可力,可以根据需求选择不同的IO,组合不同的网络靠性,保障用户业务和应用的高可靠运行。ATCA存储功能模块,从而适应业务对网络、存储资源的需的特色是提供“可靠性、可用性、使用性”(RAS)的求变化;支持 Linux、 Windows操作系统,兼容当前主服务,采用先进的点对点高速串行通信结构,支持流的32位应用并提供向64位应用扩展的能力适多种高速串行通信技术。具有更大的板卡规格和应未来64位普及应用的发展趋势;坚持相互兼容的容量更高的背板带宽对板卡有更严格的管理和设计思想可以在旧系统中扩容技术领先的新产品,控制能力、更高的供电能力以及更强的制冷能力从而适应服务器技术发展的趋势等,可以实现高性能高速计算,支持板卡到板卡的中国煤化工器件制造过程CNMHG·收稿日期:2010年6月5日,修回日期:2010年7月10日作者简介:王开新男,硕士研究生,工程师,研究方向:电子工程技术2010年第12期计算机与数字工程引入先进的生产过程控制和严格的检测,从根本上位体积的质量密度,c为比热,表示时间,K是材保证整个系统的高可靠性;核心部件采用冗余设料在指定空间方向上的热传导率张量分量,对各向计,支持热插拔;机箱管理板1+1冗余,通过管理同性材料热传导率在各方向上保持同一常数。总线对系统内各个部件的性能、状态进行监控和管在ATCA服务器的结构外表面上通常可建立理,可以帮助用户迅速发现和解决问题,并且针对四类不同边界条件:可能发生的故障在其对系统造成影响之前向管理1)表面rr上的给定温度:员发出警告,有效地避免故障的发生;管理总线、T=T(i,t)Base数据总线和 Fabric数据总线都采用双星型冗这一温度边界可能随空间位置和时间的不同余设计保证系统各种总线无单点故障;管理平面而变化。和业务平面相互独立、完全隔离,保证了平台的维2)在r边界上给定热流强度的边界条件:护管理不能访问到业务平面数据,从而保护了业务数据的安全,同时故障不互相影响提高了系统的可靠性;采用自动功率控制电子防误插等先进的其中示表示r的外法线方向。q(x,x)是随空间位安全保障技术,可以防止电源过载、避免单板插入置和时间变化的给定热流强度值。错误的槽位。3)在r边界上给定对流的边界条件:ATCA通过存储机箱输入功率、电压馈电和其g=h(Tr-To它变量,降低由于背板故障而导致数据丢失的可能其中h是表面对流换热系数。T是表面温度,T性,进一步提高系统的可靠性。是对外界环境介质温度,对流换热系数h通常是环境介质的温度及其它材料特性和结构尺寸的复杂2问题的提出函数随着舰载指控系统向网络化、扁平化方向发4)在r边界上给定热辐射边界:展,不断增长的数据传输与通讯服务都需要更加灵9=Eo(TF-Too)活可靠的通信计算平台。由于商用ATCA服务器其中a是斯蒂芬·波尔兹曼常数。∈是表面辐射具备高性能,可扩展性与高可靠性的架构具有较率。T和T。分别是辐射表面温度和系统辐射面大的背板面积,而且技术已经成熟并且稳定、成本进行热量交换的环境介质温度。低,因此,对商用ATCA服务器进行一系列的后天除了上述四类边界条件类型定义热传导方程加固后,它可以满足恶劣环境下的使用需求。商用的边界条件外,还需给定初始时刻的结构温度分ATCA服务器能耗高对使用环境的要求较高。因布,作为求解热传导方程式的初始条件此,对ATCA服务器的后天加固中,热设计是一项r(x,0)=T。重要的内容。在利用计算机仿真方法进行传热分析时,首先在对ATCA服务器的热设计中由于电子设备的应采用一系列热传导单元将结构的连续区域进行传热是导热对流(自然对流十强迫对流)辐射以及热离散,通过单元的插值形状函数N,每个传导单元管的传热等多种传热过程的耦合因此是一个相当复的温度均可表示为杂的过程。对于这样复杂的工程问题,采用专业的热T(元,r)=EN()T(r)仿真软件,为结构的优化设计提供理论依据上式中,N(X)为热传导单元的插值形状函数,T(r)是结构在离散的单元节点处与时间相关3热传导问题的数学描述的温度。在恶劣环境下,ATCA服务器的散热主要采用4ATCA服务器散热系统的构成传导的方式,对于体积为V,表面积为r的连续介质可建立能量守恒的微分方程如下:服各黑的撕执縴由机箱和热管散热器组中国煤化工CaL+Q-pc arCNMHG的热量被带入热管散热器中并通过热管与外部环境进行热量的交换。其中T为温度Q为单位体积的热生成率,P为单ATCA机箱内部的散热系统如图2所示。王开新等:ATCA服务器散热系统的热仿真分析第38卷热管散热器型的构造质量直接影响着分析结果的准确性。由部环境于ATCA服务器结构及散热系统的复杂性建立热仿真模型时,如果照搬实体模型,势必造成有限元模型庞大复杂,有可能导致无法解算。因此,需丰风机抽风要进行合理地简化。主机箱出风在仿真工具中,用 block单元模拟热管散热器, plate单元模拟机箱内部的前后插板。为减少网格的数目,将四个热管散热器、机箱内部的前后TcA机箱机箱进风插板、机箱内部的12个风机均建成 assembly单元,创建非连续网格。模型如图3所示。创建非连续网格后,生成单元数1680100,节点数1774659生成的网格如图4所示。图1ATCA机箱散热系统构成设置环境温度为4℃。风机为6000转,最大风量7.2m3/min。机箱使用7个插槽,每块前插板上均匀分布200W的热量,每块后插板上均匀分布插板30W的热量。后插板ttI图2ATCA内部的散热系统从图中可以看出,风扇框位于机箱的下部,单板插框的下面,支持在线维护和热插拔。该风扇框采用从下向上的吹风散热方式,对单板插框中的单板进行吹风散热。机箱内部的热量从机箱的后上部排出。5热仿真模型的建立在ATCA服务器的热仿真分析中,最关键也图3ATCA散热系统图4生成网格是最困难的就是合理地建立热仿真模型,热仿真模热仿真模型中国煤化工图5ATCA插件模块图6热管温度YHCNMHG的流体矢叠图的温度云图(下转第127页)2010年第12期计算机与数字工程最大,调整公式如下:newR=0.393R+0.769G+0.189B6结语newG=0.349R+0.686G+0.168B利用 Photoshop将彩色图像进行灰度化艺术newB=0.272R+0.534G+0.131B处理,其方便、快捷、质量好的特点得到了越来越多由此设想对一幅图像做仿古灰度化时,可先判的关注。本文在分析图像灰度化的原理及 Photo断R、G、B三分量中哪一个分量所占比例最大,相shop的处理方法的基础上,设计了利用 Photoshop应地对其采用较大的参数。在一幅以红色为主的对彩色图像进行灰度化处理的方法,通过实验证明图像中采用上述公式,以及改变三分量的调整参数了方法的有效性。并且R分量的调整参数最大,实验结果如图3所参考文献[1]锐艺视觉 Photoshop CS核心功能与特效应用[M]北京:中国青年出版社,2008[2]范玉婵张纪文. Photoshop C3中文版学习超级手册[M].北京:电子工业出版社,200[3]陈倩.一种改进的 Welsh灰度图像彩色化算法[].武(a)R分量较大(b)B分量较大(a)源图(b)模糊后的汉理工大学学报,2009,22(11):151~153效果图[4]张桂华,冯艳波,陆卫东图像处理的灰度化及特征区图3R、G、B分量图4模糊后的效果域的获取[J.齐齐哈尔大学学报,2007,23(4):49调整效果[5]周金和彭福堂.一种有选择的图像灰度化方法[门由图3可知,上述设想是可行的,从人眼的感算机工程,2006,32(20):198~200觉来判断图3(b)的仿古化比(a)更具有真实感,[6]桑桑数字图像艺术处理及应用[D]上海:上海大学,2009似乎图像表面有一层模糊的褐色调。可以进一步[7] Photoshop通道图层转换黑白图像[EB/OL].htp:调整亮度值,在感观上改变图像的存放时间,产生ech.ddvp.com/200706/118153942627041.hml历史厚重感。2007-06-113)为加入模糊感觉。可先在原图像中加入噪[8]用 Photoshop创建最佳黑白图像的方法[EBOL].ht声。再采用中值滤波做平滑处理,实验结果如图4tp://techddvp.com/200707/118383407728827.ht所示。ml,2007-07-08(上接第76页)6结果及分析热情况有直接和准确的了解,且能及时发现设计中的问题并给予修改,使其满足设计要求。上述对在对上述模型进行计算后,通过后处理,得到ATCA服务器散热系统的热仿真分析,展现了利用温度分布云图及流体矢量图如图5~图7所示。热分析软件进行电子设备热设计建模及仿真的全对ATCA服务器进行了实际测试,热平衡后过程,为ATCA服务器散热系统的热设计提供了服务器各模块的检测温度如表1所示。有价值的参考。表1检测温度表参考文献插板序号23456环境检测温度℃62616463626240[1]余建祖电子设备热设计及分析技术[M]北京:高等根据上表,在环境温度40℃时,6个模块平均教育出版社,2001温度为62℃,对比仿真分析结果,40℃环境下模块2]徐晓婷朱敏波,杨艳妮电子设备热仿真分析软件与最高温度为69.8℃。因此计算仿真误差为(69.8软件应用]电子工业技术,2006(5[3]62)/62=12.6%。中国煤化工20603:53-58利用专业的电子设备热分析软件,可以快速得CNMHG真技术探讨电268~275该设备的热设计仿真分析结果。模拟出设备的温[5]李琴,刘海东朱敏波热仿真在电子设备结构设计中度场分布以及热点温度,从而使设计者对设备的散的应用[].电子工艺技术,2006(3):165~167