摘要：随着信息技术的快速发展,高性能服务器的需求不断增长。为了保障服务器长期可靠稳定运行,合适的散热技术显得至关重要。本文以某高性能机架式服务器为研究对象，分析对比服务器在强制风冷和间接液冷两种散热方案下的散热效果。结果表明：在低负荷下，强制风冷散热方式和间接液冷散热方式的效果差别不大；在高负荷下，间接液冷的散热效果优于强制风冷。

1.研究背景

随着信息技术的快速发展,尤其是 5G 通信技术的出现，支撑大数据运行的服务器需求不断增长。为了保障服务器稳定运行,合适的散热技术显得至关重要。机架式服务器是指按照工业标准可以直接安装在 19 英寸宽机柜中的服务器。目前机架式服务器的主流散热方式为强制风冷和间接液冷。本文以某高性能机架式服务器为研究对象，分析对比服务器在强制风冷和间接液冷两种散热方案下的散热效果。

2.基于强制风冷的服务器散热仿真研究

2.1 机架式服务器风冷仿真模型建立

本文研究的机架式服务器的外形尺寸 为 445 mm×720 mm×87 mm，内部包含电源模块、CPU（两个）、内存、硬盘、风扇等部件。服务器内部主要发热部件及热功率如表 2.1 所示，图 2.1 为强制风冷服务器简化模型。

2.2 仿真边界条件设置

一般情况下，当流体速度小于 1/3 风速（340m/s）时，可将流体看作不可压缩流体，因此可将服务器内部空气视作不可压缩流体。本节使用 flotherm 软件，对机架式服务器进行强制风冷仿真计算。服务器内部一共有 6 颗轴流式风扇，其中电源模块单独有一个轴流风扇冷却。轴流风扇采用吹风散热方式冷却 CPU 和内存，硬盘最靠近进风口，出风口压力设为大气压力，环境温度设为 25℃。

2.3 仿真结果分析

服务器散热效果评价指标有 CPU、内存、硬盘的最高温度。环境温度 25℃，忽略服务器与外界环境的辐射换热，分别对服务器低负荷和高负荷两种状态进行仿真。下图2.2 和图 2.3 分别为低负荷和高负荷下服务器的温度云图。

从图 2.2 和图 2.3 可以看出，无论是低负荷还是高负荷，服务器内部最高温度出现在 CPU 上，其次是内存的温度较高，而硬盘最靠近进风口，其温度最低。 

下表 2.2 为服务器主要发热部件的温度汇总表。在低负荷状态下，服务器各部件的温度均得到较好的控制，CPU 温度低于长期运行允许的温度值（95℃）；而在高负荷状态下，CPU 的温度急剧上升，超过了峰值允许的温度值（110℃）。

3.基于间接液冷的服务器散热仿真研究

3.1 机架式服务器液冷仿真模型建立

间接液冷机架式服务器的外形尺寸为 445 mm×720 mm×87 mm，内部包含电源模块、CPU（两个）、内存、硬盘、液冷板、水泵等部件。服务器内部主要发热部件及热功率如表 2.1 所示，图 3.1 为间接液冷服务器简化模型。

一般情况下，当流体速度小于 1/3 风速（340m/s）时，可将流体看作不可压缩流体，因此可将服务器内部空气以及流道内液体视作不可压缩流体。本节使用flotherm 软件，对机架式服务器进行仿真计算。服务器内部一共有 4 颗轴流式风扇，其中电源模块单独有一个轴流风扇冷却。轴流风扇采用吹风散热方式冷却CPU 和内存，硬盘最靠近进风口，出风口压力设为大气压力，环境温度设为 25℃，液冷板入口流体温度为 25℃。

3.2 仿真结果分析

服务器散热效果评价指标有 CPU、内存、硬盘的最高温度。环境温度 25℃，忽略服务器与外界环境的辐射换热，分别对服务器低负荷和高负荷两种状态进行仿真。下图3.2 和图 3.3 分别为低负荷和高负荷下服务器的温度云图。

从图 3.2 和图 3.3 可以看出，在低负荷状态时，最高温度出现在内存上，当服务器处于高负荷时，服务器内部最高温度出现在 CPU 上，其次是内存的温度较高，而硬盘最靠近进风口，其温度最低。 

下表 3.1 为服务器主要发热部件的温度汇总表。在低负荷状态下，服务器各部件的温度均得到较好的控制，CPU 温度低于长期运行允许的温度值（95℃）；在高负荷状态下，CPU 的温度稍有上升，但没超过峰值允许的温度值（110℃）。与强制风冷相比，间接液冷方式下，内存和硬盘的温度稍有升高，这是因为减少了风扇的原因；而 CPU 的温度降低了，因为水的导热系数和比热容等远大于空气的导热系数和比热容。因此对于高负荷的服务器，建议采用间接液冷散热方式。

4.总结

目前世界各国均在大力发展通信技术，良好的散热效果是保证服务器长期稳定运行的关键因素。对服务器进行良好的散热设计，将 CPU、硬盘、内存等部件的工作温度控制在许用范围内，才能有效保证服务器拥有较好的工作能力和较长的工作寿命。本文对服务器散热方式进行研究，并对其进行温度场仿真，最后对结果进行分析，得出的结论可以作为服务器散热设计的参考。

 

标签： 点击： 评论: