AdvancedTCA系統(tǒng)散熱仿真分析策略

AdvancedTCA系統(tǒng)散熱仿真分析策略

　AdvancedTCA標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)為我們帶來(lái)了新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。8UX280mm 尺寸的板卡和基于串行交換技術(shù)的模式為我們帶來(lái)了更高的交換能力，但同時(shí)，也為我們帶來(lái)了很多方面的麻煩，至少在散熱方面是這樣的，尤其當(dāng)系統(tǒng)空間有約束、限制的情況下更是如此。高主頻速度、高集成度、以及高可靠性要求，都為系統(tǒng)散熱提出了新的要求。AdvanceTCA對(duì)每槽200W散熱能力的能力要求我們需要對(duì)每個(gè)具體應(yīng)用都需要進(jìn)行必要的散熱分析。本文就重點(diǎn)討論12U AdvancedTCA系統(tǒng)散熱問題以及與之相關(guān)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

　　12U ATCA系統(tǒng)

　　從散熱角度上來(lái)說(shuō)，13U與14U ATCA系統(tǒng)更加容易實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樗麄冇凶銐虻目臻g來(lái)保證充足的散熱空氣的流量與流動(dòng)，在這一點(diǎn)上來(lái)看，12U ATCA系統(tǒng)就有很多不利條件。但從系統(tǒng)配置與應(yīng)用角度來(lái)看，12U ATCA系統(tǒng)確有其優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)42U機(jī)柜可以容納3個(gè)12U ATCA系統(tǒng)。

　　無(wú)論采用12U標(biāo)準(zhǔn)ATCA系統(tǒng)還是客制化系統(tǒng)，散熱仿真對(duì)于系統(tǒng)散熱方案優(yōu)化都是很大的幫助的。事實(shí)上，如果與板卡銷售廠商工作足夠緊密，則系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)者可以很清楚地板卡的散熱方式，同時(shí)來(lái)優(yōu)化系統(tǒng)本身的散熱，比如，他可以更加系統(tǒng)板卡廠商說(shuō)提供的散熱資料，并結(jié)合其系統(tǒng)的散熱方案來(lái)準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)整個(gè)系統(tǒng)中的熱點(diǎn)以及散熱死角。

　　利用基于CFD技術(shù)的散熱分析軟件（以Flotherm為例），設(shè)計(jì)者可以在分析模型中根據(jù)設(shè)計(jì)需要來(lái)調(diào)整進(jìn)風(fēng)與出風(fēng)口面積、調(diào)整風(fēng)扇具體參數(shù)與配置、增加風(fēng)道擋板或者增加溫度檢測(cè)點(diǎn)。這些優(yōu)化措施都將為我們將來(lái)在測(cè)試時(shí)帶來(lái)很多方便，因?yàn)?，?shí)際系統(tǒng)溫度測(cè)試中，第一步就是在系統(tǒng)中布置溫度測(cè)試熱電偶，如果不清楚系統(tǒng)中溫度的分布，這將是一個(gè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且可能需要多次重復(fù)的過(guò)程。在有散熱分析結(jié)果的前提下，溫度探頭將不再是一個(gè)沒有目的性的工作，從而大大提高效率。

　　LFM與CFM

　　通常使用CFM（cubic feet per minute）與LFM（linear feet per minute）兩個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量空氣流量。CFM測(cè)量的是體積流量，LFM則側(cè)重于流體線速度。通常，風(fēng)扇的指標(biāo)采用CFM來(lái)衡量，然而，在具體應(yīng)用場(chǎng)合中，LFM卻能夠提供更加有效的信息，比如散熱器表面的空氣速度。當(dāng)系統(tǒng)配置與布局確定后，則LFM可以通過(guò)仿真數(shù)據(jù)獲得。

　　對(duì)于風(fēng)扇的CFM數(shù)據(jù)，應(yīng)該全面的分析。比如在12U ATCA系統(tǒng)中，利用Flotherm分析可以知道，采用某些低CFM風(fēng)扇可以獲得更好的散熱效果，如下圖所示：風(fēng)扇靜壓大約為0.32 inH2O，此時(shí)的流量為55CFM；當(dāng)我們把靜壓力降低0.1 inH2O，其流量為120CFM。通常高CFM指標(biāo)的風(fēng)扇并不意味著更好的散熱效果。靜壓力也是需要考慮的指標(biāo)。

　　除此之外，利用散熱分析軟件，（以Flotherm為例），還可以對(duì)系統(tǒng)風(fēng)道，風(fēng)扇類型已經(jīng)風(fēng)道擋板的效果進(jìn)行檢驗(yàn)，從而確定系統(tǒng)散熱效果，為改善系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供必要的建議與信息。

　　集成系統(tǒng)管理模塊

　　AdvancedTCA的一個(gè)重要特點(diǎn)就是集成了系統(tǒng)管理模塊。系統(tǒng)管理模塊（Shelf Mangers）可以監(jiān)視與控制系統(tǒng)電源、風(fēng)扇、溫度散熱情況，并可以以報(bào)警的形式通知給系統(tǒng)管理人員，或者根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的邏輯來(lái)自我修復(fù)錯(cuò)誤。比如 Elma提供的IPM Sentry Manager模塊可以對(duì)系統(tǒng)的風(fēng)扇進(jìn)行調(diào)速，以降低噪音與使用成本。

　　散熱分析結(jié)果可以幫助提高系統(tǒng)管理模塊的最優(yōu)化使用：散熱分析的結(jié)果可以為管理策略提供必要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，以使系統(tǒng)管理模塊來(lái)決定是否需要關(guān)閉一些板卡還是要關(guān)閉所有模塊。

　　瞬態(tài)分析

　　利用散熱分析軟件，可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行瞬態(tài)分析，這將為系統(tǒng)維護(hù)提供必要的信息，比如：當(dāng)系統(tǒng)維護(hù)時(shí)功能模塊或者散熱風(fēng)扇可能被更換，這時(shí)，散熱仿真數(shù)據(jù)就將為系統(tǒng)設(shè)計(jì)或者維護(hù)人員提供在特殊條件下可以運(yùn)行的時(shí)間，如下就是一個(gè)瞬態(tài)分析的實(shí)例。

　　12U ATCA機(jī)箱系統(tǒng)分析

　　對(duì)于12U ATCA系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，最重要的問題就是要驗(yàn)證系統(tǒng)可以在給定的條件下可以滿足10－15C的溫升，經(jīng)過(guò)必要的仿真，可知，整個(gè)系統(tǒng)基本溫升在10C左右，只有個(gè)別的在12C左右，滿足散熱要求。