AdvancedTCA系統散熱分析策略

AdvancedTCA標準的出現為我們帶來(lái)了新的機遇與挑戰。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，尤其當系統空間有約束、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，都為系統散熱提出了新的要求。AdvanceTCA對每槽200W散熱能力的能力要求我們需要對每個(gè)具體應用都需要進(jìn)行必要的散熱分析。本文就重點(diǎn)討論12U AdvancedTCA系統散熱問(wèn)題以及與之相關(guān)的優(yōu)化設計。

　　12U ATCA系統

　　從散熱角度上來(lái)說(shuō)，13U與14U ATCA系統更加容易實(shí)現，因為他們有足夠的空間來(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系統就有很多不利條件。但從系統配置與應用角度來(lái)看，12U ATCA系統確有其優(yōu)點(diǎn)，因為標準42U機柜可以容納3個(gè)12U ATCA系統。

　　無(wú)論采用12U標準ATCA系統還是客制化系統，散熱仿真對于系統散熱方案優(yōu)化都是很大的幫助的。事實(shí)上，如果與板卡銷(xiāo)售廠(chǎng)商工作足夠緊密，則系統集成設計者可以很清楚地板卡的散熱方式，同時(shí)來(lái)優(yōu)化系統本身的散熱，比如，他可以更加系統板卡廠(chǎng)商說(shuō)提供的散熱資料，并結合其系統的散熱方案來(lái)準確的預測整個(gè)系統中的熱點(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），設計者可以在分析模型中根據設計需要來(lái)調整進(jìn)風(fēng)與出風(fēng)口面積、調整風(fēng)扇具體參數與配置、增加風(fēng)道擋板或者增加溫度檢測點(diǎn)。這些優(yōu)化措施都將為我們將來(lái)在測試時(shí)帶來(lái)很多方便，因為，實(shí)際系統溫度測試中，第一步就是在系統中布置溫度測試熱電偶，如果不清楚系統中溫度的分布，這將是一個(gè)費時(shí)費力，而且可能需要多次重復的過(guò)程。在有散熱分析結果的前提下，溫度探頭將不再是一個(gè)沒(méi)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)指標來(lái)衡量空氣流量。CFM測量的是體積流量，LFM則側重于流體線(xiàn)速度。通常，風(fēng)扇的指標采用CFM來(lái)衡量，然而，在具體應用場(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。當系統配置與布局確定后，則LFM可以通過(guò)仿真數據獲得。

　　對于風(fēng)扇的CFM數據，應該全面的分析。比如在12U ATCA系統中，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；當我們把靜壓力降低0.1 inH2O，其流量為120CFM。通常高CFM指標的風(fēng)扇并不意味著(zhù)更好的散熱效果。靜壓力也是需要考慮的指標。

　　除此之外，利用散熱分析軟件，（以Flotherm為例），還可以對系統風(fēng)道，風(fēng)扇類(lèi)型已經(jīng)風(fēng)道擋板的效果進(jìn)行檢驗，從而確定系統散熱效果，為改善系統設計提供必要的建議與信息。

　　集成系統管理模塊

　　AdvancedTCA的一個(gè)重要特點(diǎn)就是集成了系統管理模塊。系統管理模塊（Shelf Mangers）可以監視與控制系統電源、風(fēng)扇、溫度散熱情況，并可以以報警的形式通知給系統管理人員，或者根據系統設定的邏輯來(lái)自我修復錯誤。比如 Elma提供的IPM Sentry Manager模塊可以對系統的風(fēng)扇進(jìn)行調速，以降低噪音與使用成本。

　　散熱分析結果可以幫助提高系統管理模塊的最優(yōu)化使用：散熱分析的結果可以為管理策略提供必要的數據基礎，以使系統管理模塊來(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，可以對系統進(jìn)行瞬態(tài)分析，這將為系統維護提供必要的信息，比如：當系統維護時(shí)功能模塊或者散熱風(fēng)扇可能被更換，這時(shí)，散熱仿真數據就將為系統設計或者維護人員提供在特殊條件下可以運行的時(shí)間，如下就是一個(gè)瞬態(tài)分析的實(shí)例。

　　12U ATCA機箱系統分析

　　對于12U ATCA系統來(lái)說(shuō)，最重要的問(wèn)題就是要驗證系統可以在給定的條件下可以滿(mǎn)足10－15C的溫升，經(jīng)過(guò)必要的仿真，可知，整個(gè)系統基本溫升在10C左右，只有個(gè)別的在12C左右，滿(mǎn)足散熱要求