12U AdvancedTCA系统散热及优化

 

　　AdvancedTCA标准的出现为我们带来了新的机遇与挑战。8UX280mm 尺寸的板卡和基于串行交换技术的模式为我们带来了更高的交换能力，但同时，也为我们带来了很多方面的麻烦，至少在散热方面是这样的，尤其当系统空间有约束、限制的情况下更是如此。高主频速度、高集成度、以及高可靠性要求，都为系统散热提出了新的要求。AdvanceTCA对每槽200W散热能力的能力要求我们需要对每个具体应用都需要进行必要的散热分析。本文就重点讨论12U AdvancedTCA系统散热问题以及与之相关的优化设计。

　　12U ATCA系统

　　从散热角度上来说，13U与14U ATCA系统更加容易实现，因为他们有足够的空间来保证充足的散热空气的流量与流动，在这一点上来看，12U ATCA系统就有很多不利条件。但从系统配置与应用角度来看，12U ATCA系统确有其优点，因为标准42U机柜可以容纳3个12U ATCA系统。

　　无论采用12U标准ATCA系统还是客制化系统，散热仿真对于系统散热方案优化都是很大的帮助的。事实上，如果与板卡销售厂商工作足够紧密，则系统集成设计者可以很清楚地板卡的散热方式，同时来优化系统本身的散热，比如，他可以更加系统板卡厂商说提供的散热资料，并结合其系统的散热方案来准确的预测整个系统中的热点以及散热死角。

　　利用基于CFD技术的散热分析软件(以Flotherm为例)，设计者可以在分析模型中根据设计需要来调整进风与出风口面积、调整风扇具体参数与配置、增加风道挡板或者增加温度检测点。这些优化措施都将为我们将来在测试时带来很多方便，因为，实际系统温度测试中，第一步就是在系统中布置温度测试热电偶，如果不清楚系统中温度的分布，这将是一个费时费力，而且可能需要多次重复的过程。在有散热分析结果的前提下，温度探头将不再是一个没有目的性的工作，从而大大提高效率。

　　LFM与CFM

　　通常使用CFM(cubic feet per minute)与LFM(linear feet per minute)两个指标来衡量空气流量。CFM测量的是体积流量，LFM则侧重于流体线速度。通常，风扇的指标采用CFM来衡量，然而，在具体应用场合中，LFM却能够提供更加有效的信息，比如散热器表面的空气速度。当系统配置与布局确定后，则LFM可以通过仿真数据获得。

　　对于风扇的CFM数据，应该全面的分析。比如在12U ATCA系统中，利用Flotherm分析可以知道，采用某些低CFM风扇可以获得更好的散热效果，如下图所示：风扇静压大约为0.32 inH2O，此时的流量为55CFM;当我们把静压力降低0.1 inH2O，其流量为120CFM。通常高CFM指标的风扇并不意味着更好的散热效果。静压力也是需要考虑的指标。

　　除此之外，利用散热分析软件，(以Flotherm为例)，还可以对系统风道，风扇类型已经风道挡板的效果进行检验，从而确定系统散热效果，为改善系统设计提供必要的建议与信息。

　　

 

　　集成系统管理模块

　　AdvancedTCA的一个重要特点就是集成了系统管理模块。系统管理模块(Shelf Mangers)可以监视与控制系统电源、风扇、温度散热情况，并可以以报警的形式通知给系统管理人员，或者根据系统设定的逻辑来自我修复错误。比如 Elma提供的IPM Sentry Manager模块可以对系统的风扇进行调速，以降低噪音与使用成本。

　　散热分析结果可以帮助提高系统管理模块的最优化使用：散热分析的结果可以为管理策略提供必要的数据基础，以使系统管理模块来决定是否需要关闭一些板卡还是要关闭所有模块。

　　瞬态分析

　　利用散热分析软件，可以对系统进行瞬态分析，这将为系统维护提供必要的信息，比如：当系统维护时功能模块或者散热风扇可能被更换，这时，散热仿真数据就将为系统设计或者维护人员提供在特殊条件下可以运行的时间，如下就是一个瞬态分析的实例。

　　

 

　　12U ATCA机箱系统分析

　　对于12U ATCA系统来说，最重要的问题就是要验证系统可以在给定的条件下可以满足10-15C的温升，经过必要的仿真，可知，整个系统基本温升在10C左右，只有个别的在12C左右，满足散热要求