AdvancedTCA系統(tǒng)散熱分析策略

AdvancedTCA標準的出現(xiàn)為我們帶來了新的機遇與挑戰(zhàn)。8UX280mm 尺寸的板卡和基于串行交換技術(shù)的模式為我們帶來了更高的交換能力，但同時，也為我們帶來了很多方面的麻煩，至少在散熱方面是這樣的，尤其當系統(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對每槽200W散熱能力的能力要求我們需要對每個具體應(yīng)用都需要進行必要的散熱分析。本文就重點討論12U AdvancedTCA系統(tǒng)散熱問題以及與之相關(guān)的優(yōu)化設(shè)計。

　　12U ATCA系統(tǒng)

　　從散熱角度上來說，13U與14U ATCA系統(tǒng)更加容易實現(xiàn)，因為他們有足夠的空間來保證充足的散熱空氣的流量與流動，在這一點上來看，12U ATCA系統(tǒng)就有很多不利條件。但從系統(tǒng)配置與應(yīng)用角度來看，12U ATCA系統(tǒng)確有其優(yōu)點，因為標準42U機柜可以容納3個12U ATCA系統(tǒng)。

　　無論采用12U標準ATCA系統(tǒng)還是客制化系統(tǒng)，散熱仿真對于系統(tǒng)散熱方案優(yōu)化都是很大的幫助的。事實上，如果與板卡銷售廠商工作足夠緊密，則系統(tǒng)集成設(shè)計者可以很清楚地板卡的散熱方式，同時來優(yōu)化系統(tǒng)本身的散熱，比如，他可以更加系統(tǒng)板卡廠商說提供的散熱資料，并結(jié)合其系統(tǒng)的散熱方案來準確的預(yù)測整個系統(tǒng)中的熱點以及散熱死角。

　　利用基于CFD技術(shù)的散熱分析軟件（以Flotherm為例），設(shè)計者可以在分析模型中根據(jù)設(shè)計需要來調(diào)整進風(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點。這些優(yōu)化措施都將為我們將來在測試時帶來很多方便，因為，實際系統(tǒng)溫度測試中，第一步就是在系統(tǒng)中布置溫度測試熱電偶，如果不清楚系統(tǒng)中溫度的分布，這將是一個費時費力，而且可能需要多次重復(fù)的過程。在有散熱分析結(jié)果的前提下，溫度探頭將不再是一個沒有目的性的工作，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）兩個指標來衡量空氣流量。CFM測量的是體積流量，LFM則側(cè)重于流體線速度。通常，風(fēng)扇的指標采用CFM來衡量，然而，在具體應(yīng)用場合中，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(tǒng)配置與布局確定后，則LFM可以通過仿真數(shù)據(jù)獲得。

　　對于風(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(tǒng)風(fēng)道，風(fēng)扇類型已經(jīng)風(fēng)道擋板的效果進行檢驗，從而確定系統(tǒng)散熱效果，為改善系統(tǒng)設(shè)計提供必要的建議與信息。

　　集成系統(tǒng)管理模塊

　　AdvancedTCA的一個重要特點就是集成了系統(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)定的邏輯來自我修復(fù)錯誤。比如 Elma提供的IPM Sentry Manager模塊可以對系統(tǒng)的風(fēng)扇進行調(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(tǒng)進行瞬態(tài)分析，這將為系統(tǒng)維護提供必要的信息，比如：當系統(tǒng)維護時功能模塊或者散熱風(fēng)扇可能被更換，這時，散熱仿真數(shù)據(jù)就將為系統(tǒng)設(shè)計或者維護人員提供在特殊條件下可以運行的時間，如下就是一個瞬態(tài)分析的實例。

　　12U ATCA機箱系統(tǒng)分析

　　對于12U ATCA系統(tǒng)來說，最重要的問題就是要驗證系統(tǒng)可以在給定的條件下可以滿足10－15C的溫升，經(jīng)過必要的仿真，可知，整個系統(tǒng)基本溫升在10C左右，只有個別的在12C左右，滿足散熱要求