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细节决定成败——让“心”冷却下来

    用不着熟悉,只需要对计算机使用有所了解的人都清楚,要提升计算机的性能,最好的办法莫过去给计算机一颗奔腾的“芯”。然而,要使计算机能够持续稳定的运行,就需要想办法让这颗“心”实时保持冷静。否则,过分的“激情燃烧”不但会影响机器的整体性能,严重的还可能损毁机器。

    服务器也是如此。当CPU从至强升级为新至强,计算性能提升的另一面就是功率的大幅度提升,单颗新至强处理器的功率就超过100瓦。功率的提升使得改善散热工况成为新一代商用服务器平台研发过程中最重要的问题之一。为了解决散热问题,浪潮的工程师经过反复研究,最终选取了业内领先的热管散热技术,配合优化的风道设计,不仅有效解决了散热问题,而且避免了采用其他散热技术带来的机箱结构的调整。在这一期中,我们将作更为详细的介绍。

    热管散热

    如何让CPU产生的热量能够充分散发出来,是整个服务器散热架构中的重中之重。为了有效解决这个问题,浪潮对业内的散热技术进行了系统的研究和比较。

    在解决大功率CPU散热问题上,业内一种普遍的做法就是采用功率更大的散热片。所谓功率更大,一方面是更换改变散热片的材料,用导热性更好的铜片代替原来的铝质材料,另一方面就是加大散热片散热鳍片的面积。这样以来,固然散热问题能够解决,但是却带来了另一个问题,就是散热片成为一个庞然大物,单个重量要达到1000克以上。由于主板的承载量有限,原来把散热片直接固定在主板上的做法就难行的通了,唯一的做法就是改变主板乃至机箱的结构,为散热片固定寻找一种更为牢靠的方法。

    而NP370散热问题大胆采用了业界另一种先进的散热设计——热管。CPU的散热片一般呈片蹭状排列,在一般的情况下,由于热传导的问题,距CPU越远,散热片的散热效率就越低。针对这个问题,NP370散热系统采用了广泛用于精密设备例如笔记本电脑散热的热管技术。热管是原本用于航天的一种具有极高热传导能力的设备,它能达到几十甚至上百上千倍于普通金属的导热能力。NP370采用的两条热管底部贯穿于散热片当中,当CPU发热时,热量使管中特殊液体气化吸收热量,气体沿热管上升,在上升的过程中将热量传递给散热片,同时液化,回到管底,重新进入循环。在这个过程中,所有的散热鳍片都能接受到来自气体液化的热量,每个散热片均能发挥较大的散热功效,整体散热效率就大大提高。同时,由于热管的采用,整个散热片的重量达到了有效控制,可以直接固定在主板上,而不需要在改变主板或者机箱的结构。

    在经过不断的试验,热管散热技术在英信NP370上得以成功应用,而单个散热片加上风扇也只有600余克。

    不仅仅是热管

    “服务器的散热是一个系统的工程。CPU的散热仅是整个系统工程中重要的一个环节,在这个问题之外,还有很多的问题需要解决,比如说如何解决南北桥芯片等部件的散热,如何让热空气顺利导出机箱,有效降低机箱内的温度等等。这些都是我们在NP370的设计过程中所必须考虑的问题。”浪潮的研发人员这样介绍。

    为了解决这些问题,浪潮研发人员经过反复研究和试验,终于设计出了最优化的风道系统,配合热管散热技术,近乎完美的解决的服务器的散热难题。

    除了CPU上配有散热片外,浪潮研发人员在其他发热量比较大的部件如南桥芯片和北桥芯片上,也安装了专用的散热片,以保证其能够稳定可靠运行。

    “保证风流顺畅是解决散热问题中一个至关重要的问题。”浪潮研发人员这样说。而这个问题也是浪潮研发人员投入精力最多的一个问题。

    要保证风流的顺畅,就必须保证风道的通畅,这包括入风通道的顺畅、机箱内风流通道的顺畅以及排风通道的顺畅。

    对于塔式服务器来说,通常都采用前面进风的设计。NP370的前面板后面安装有光软驱、还有六个硬盘槽位。为了保证这些部件能够稳定牢固,同时进风又要顺畅,浪潮研发人员经过反复计算和试验,确定了部件之间的合理间距。“这中间曾经有一个小插曲,就是按照我们计算的数值进行试验时,我们发现总是发现没有达到预期的散热效果,后来大家经过讨论,发现在设计模型的时候并没有把风流经过硬盘时温度升高这一点考虑进来。后来我们把这个量也加入到模型中,并调整了部件的间距,这个问题就顺利解决了。”浪潮的研发人员介绍。

    而在解决机箱内风道问题上,浪潮研发人员将大面积的板卡插槽顺着风流的方向设计,确保这些板卡不会影响风流,另一方面提出了“无线缆”的设计思想。在传统的机箱内,不同的部件之间都有线缆连接,大量线缆的无序排列大大影响了风流的顺畅,而打开NP370的机箱,则会发现线缆少多了,而仅有的线缆则被特制的塑料卡固定在机箱壁上。经过这样的处理后,风流可以顺畅的经过机箱内几个大发热量的部件,使散热效率大大提高。

    为了保证排风通道的顺畅,浪潮研发人员还在后挡板上安装了一个大功率的风扇,风扇启动后可以向外抽风。进风、通风、排风构成了完善的导风系统,为系统良好的散热做出了巨大的贡献。

    还是细节

    “无论在什么时候,细节总是最重要的。”这是浪潮研发人员一贯的研发风格。

    在设计导风系统的过程中,研发人员发现,要提升散热效率,在很多情况下都要提高风扇的转速,但是高转速也会带来很大的噪音,对人员工作造成影响。怎样才既能保持散热的效率,又能有效降低噪音。研发人员进行了多次试验,在风扇上安装转速控制电路,使散热风扇可以根据系统负载自行调整风扇的转速,在满足散热需求的情况下尽可能降低噪音。

    为了工作人员在进行系统维护时不被转动的风扇划伤,浪潮研发人员特地为风扇加上了一个防护罩。

    “细节决定成败,我们一直这样认为。不仅散热系统的设计是这样,机箱的设计也是如此。”浪潮研发人员如是说。那么在机箱的设计中都有哪些学问,在下一篇《关于机箱的学问》我们会为你细细道来。

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