服务器散热技术综述

摘要：作为支撑云计算的重要基础设施之一的服务器，其散热问题已经成为制约服务器发展的一大障碍，本文介绍了服务器散热技术的发展路线，并详细分析和梳理了当前国内外典型的服务器散热技术。

关键词：服务器；散热；制冷

       在云计算产业发展浪潮风起云涌的背景下，越来越多的数据中心建立起来，服务器作为数据中心最核心的设备，其高性能、高可用性、高性价比成为衡量服务器好坏的重要指标。由于服务器体积有限，众多大功率电子元件在其内长时间、高负荷的运行，能否及时地将电子元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。本文通过对国内外有关服务器散热技术进行分析和梳理，可以发现服务器散热技术的发展路线，从中确定服务器散热技术。

一、服务器散热技术发展路线

       服务器散热技术的发展大致可以分为三个阶段：

     （一）1965 年至 2000 年为技术萌芽期：服务器散热技术已在国外出现，但是发展较为缓慢，这是由于当时大型计算机和服务器的发展刚处于起步期，这个时期的服务器散热主要借鉴个人计算机的散热技术，以传统的风冷技术为主，同时也出现了液冷技术，主要是将电子元件浸没于无导电性的冷却液中，而且受限于当时的材料技术发展，散热器的制造成本高。

     （二）2001 年至 2009 年为技术成熟期：此时随着互联网时代的到来，对服务器的散热要求越来越高，除了对传统的风冷技术和液冷技术的改进外，还出现了对风扇控制的智能控制技术，随着材料技术的发展，散热器的制造成本也随之下降。

     （三）2010 年至今为高速发展期：随着云计算的发展，有更多的数据中心建立，越来越多的服务器需要在有限的空间中布局，而散热问题则成了数据中心需要解决的头号问题，此时，智能控制技术成为研究重点，新散热材料的出现也给散热领域带来了新的生机。

二、服务器散热技术

       服务器散热技术主要有：风冷散热、液冷散热、热转移和智能控制。其中，风冷散热和液冷散热依旧是服务器散热技术领域的两大核心技术，另外，服务器散热领域最大的一个技术特点就是很少单独使用一种散热技术。

（一）风冷散热

       风冷散热的原理简单来说都是引导风走向，将冷风往发热元件吹入，或者将热风从发热元件抽出。常见的技术有风扇和导风罩，前者可以采用抽风风扇或者吹风风扇，后者可以按照特定的风道引导风走向，在散热过程中形成特定的气流流通方向。

       其代表方式有：

       1. 在服务器主板上安装大量的冷却设备，通过冷却设备将主板上的电子元件产生的热量导出，之后在服务器机柜的上方和下方都安装大量的风扇，热量通过风扇产生的气流带走，从而达到散热效果。

       2. 将导风罩放置于服务器主板的电子元件上，其前端连接风扇组形成入风口，后端设置于主板后端且出风口管径缩减，以形成对流区，同时有分割部件分割对流区，阻隔部件、密封部件和分割部件形成的区域即为对应的风道，而产生热量的电子元件正好位于风道内，其产生的热量通过风道中的气流带走，从而达到散热效果。

（二）液冷散热

       液冷散热的原理简单来说就是采用热对流或热传导的方式，通过液体的浸没或流动将发热元件的热量带走。常见的液冷方式有：浸没和液冷回路。由于电子元件遇水极易损坏，因此浸没采用的液体是油、氟化物等不易导电的液体，而液冷回路则是将电子元件与一个封闭式的液体回路接触，通过液体流动将电子元件产生的热量带走，液体常采用冷水。

       具体的代表方式有：

       1. 服务器设置为密闭的容器，其中装了大量的液体冷却剂，例如氟化烃，能够淹没服务器中的所有芯片，在液体冷却剂的上方留有一部分空气空间，可以在服务器气温升高时进行气体压缩变成液体，芯片是浸没在液体冷却剂中的，液体冷却剂通过蒸发和冷凝带走芯片的热量，蒸汽从冷却剂上升起，然后凝结成液滴流下融入冷却剂，在密闭的容器中，液体冷却液和蒸汽可以按照一定的路线循环，冷却液蒸发后带走热量，经过散热板冷却后变成液体又再融入冷却剂中。

       2. 服务器中的发热元件组成单体，其产生的热量通过水冷套管散除，冷却液向表示液体循环的方向流动，通过微型泵驱动冷却液，首先通过冷却套管，经热交换器被放热，返回微型泵，在服务器机壳中设置固定配管、第一受热部分、第二受热部分和大型泵，打开设在机壳的固定配管中的开关阀，冷却液分别独立且并行地向各单体循环，各单体内的水冷套管、热交换器和机壳内的第一受热部分、第二受热部分热接触，将各单体的发热元件产生的热传至机壳，然后通过机壳整体自然散热或设在机壳内的冷却风扇被强制释放到空气中。

（三）热传递

       热转移的原理是采用热传导的散热方式，即将热量由高温物体传递给低温物体。常见的散热技术有：散热片、冷却板和半导体板。采用半导体板的散热技术是基于帕尔帖原理，即利用当两种不同的导体 A 和 B 组成的电路且通有直流电时，一个接头释放热量，另一个接头吸收热量，当改变电流方向时吸热和放热部分互换，从而达到散热效果。

（四）智能控制

       智能控制的原理是采用传感器监测服务器内部的温度和负载，并通过相应的控制电路调节风扇转速或液体流速，属于一种智能化散热。

       具体的代表方式如下：

       电源向 CPU 和冷却风扇提供电力，冷却风扇在工作时，引导气流流过 CPU 和其他部件，控制器根据电源单元和温度传感器送来的信息，控制冷却风扇的工作，在电源单元上还有一个负荷传感器，该负荷传感器监视或检测表示电源单元的负荷的参数，控制器根据估算的电源负荷以及监测的温度，启动从电源加到冷却风扇上的电压并将其调节到适当的电平。

结语

       本文详细对服务器散热技术进行了梳理和分析，从整体来看，随着服务器制造技术的发展，服务器散热技术也越发趋于成熟。目前，对服务器散热技术的需求仍然处于上升阶段，期待涌现更多更好的散热技术。

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