CN101650760B - 计算机散热模拟方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种计算机散热模拟方法和装置，其中，该方法包括：对机房中的各个机柜进行功率监控，根据监控结果确定各个机柜处的热点分布；利用集中式模型确定各个机柜内部部件的温度；根据各个机柜内部部件的温度，利用有限元方法确定各个机柜处热点的温度，并确定机房的温度。通过使用本发明，既能够避免相关技术中的过量计算和模拟滞后性问题，还能够保证模拟的精确度，有助于在机房中安装制冷设备，提高制冷效果，并最大程度上节省制冷的能耗。

Description

计算机散热模拟方法和装置

技术领域

本发明涉及计算机领域，尤其涉及一种计算机散热模拟方法和装置。

背景技术

目前，在计算机房中通常会存放较多的机柜。这些机柜在工作时会产生较大的热量。为了保证机柜的正常运行和机柜的使用寿命，对机柜进行散热就是一个比较的措施。

通常，散热的方式主要是在机房中安装空调或直接向机房排放冷气，对于在机房中的什么位置安装空调或冷气排放口使制冷的效果达到最佳并且能够最大程度上的节省能源是目前研究的重点之一。

目前所采用的方案主要是对机房的散热模式进行模拟，从而确定制冷的方式。通常所采用的模拟方式主要有以下两种：

(1)有限元方法：采用分布式模型。该方法在计算机中建立物体的模型，将其划分为几十万甚至上百万的小单元，然后给出外界条件进行散热模拟，之后，需要由计算机进行大量的运算，对每一点进行模拟，该方法的优点是结果精确度较高，误差一般在10％左右。但是，由于在模拟过程中的计算量非常大，模拟一台服务器的热力学特性往往需要计算十个小时以上，因此需要占用较长的时间，如果计算整个机房内安装有很多机柜，在结合每个机柜的热力学特性进行模拟时，计算的规模和时间会增加几个数量级。

(2)经验公式法：用集中式模型。由于有限元方法中大多数格点与邻近格点的温差很小，所以进行了大量不必要的计算，为了解决该问题，经验公式法根据物体的材料、几何形状、和热传导方式进行模拟，可以简化热传导过程，并且在模拟时可以用集中式模型代替分布式模型，参照前人据此总结了的经验公式，可以根据经验对热传导系数做出调整，其优点是计算过程简单快捷，缺点是误差较大，只适合几何形状比较规则的物体，尤其是在较复杂的系统中，由于要用到多个经验公式，结果的精度会受到积累误差的明显影响，并不能取得良好的模拟效果。

并且，在目前提出的模拟方法中，模拟的主要依据是机柜的温度，而机柜温度变化的原因是机柜的功率负载变化，因此，在机柜的温度没有变化或变化不明显时，机柜的功率可能已经发生了较大变化，相应地产生了温度变化的趋势，在服务器的温度升高之后根据模拟结果进行制冷控制往往不能够及时保证机房的温度。因此，目前所采用的基于温度进行模拟的方法存在较为明显的滞后性。

然而，针对相关技术中机柜散热模拟机制存在的计算量大、精确度低、且滞后较为严重的问题，目前尚未提出有效地解决方案。

发明内容

针对相关技术中机柜散热模拟机制存在的计算量大、精确度低、且滞后较为严重的问题，本发明的目的在于提供一种计算机散热模拟方案，以解决上述问题中的至少之一。

为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种计算机散热模拟方法。

根据本发明的计算机散热模拟方法包括：

对机房中的各个机柜进行功率监控，根据监控结果确定各个机柜处的热点分布；

利用集中式模型确定各个机柜内部部件的温度；

根据各个机柜内部部件的温度，利用有限元方法确定各个机柜处热点的温度，并确定机房的温度。

其中，根据监控结果确定各个机柜处的热点分布的处理包括：根据监控得到的各个机柜的功率大小确定各个机柜的热点数量。

另外，利用集中式模型确定各个机柜内部部件的温度的处理包括：对于各个机柜的内部部件，根据其参数，利用特定公式确定该部件的温度。上述特定公式可以包括以下至少之一：球面散热量计算公式、立方体散热量计算公式、平面空间散热量计算公式。

在该方法中，确定机房的温度的处理包括：根据各个机柜处热点的温度并结合各个机柜的历史温度数据，利用有限元方法确定机房的温度。

优选地，上述机柜的内部部件可以包括以下至少之一：CPU、内存、硬盘。

根据本发明的另一方面，提供了一种计算机散热模拟装置。

根据本发明的计算机散热模拟装置包括：

监控模块，用于对机房中的各个机柜进行功率监控；

第一确定模块，用于根据监控结果确定各个机柜处的热点分布；

第二确定模块，用于利用集中式模型确定各个机柜内部部件的温度；

第三确定模块，用于根据各个机柜内部部件的温度，利用有限元方法确定各个机柜处热点的温度，并确定机房的温度。

其中，第一确定模块可用于根据监控模块监控得到的各个机柜的功率大小确定各个机柜的热点数量。

另外，第二确定模块可用于根据各个机柜的内部部件的参数，利用特定公式确定该部件的温度。

优选地，上述特定公式可以包括以下至少之一：球面散热量计算公式、立方体散热量计算公式、平面空间散热量计算公式。

借助本发明上述至少一个技术方案，通过基于机柜的功率、结合集中式模型和限元方法进行散热模拟，既能够避免相关技术中的过量计算和模拟滞后性问题，还能够保证模拟的精确度，有助于在机房中安装制冷设备，提高制冷效果，并最大程度上节省制冷的能耗。

附图说明

图1是根据本发明方法实施例的计算机散热模拟方法的流程图；

图2是根据本发明方法实施例的计算机散热模拟方法对机柜及内部部件进行散热模拟的示意图；

图3是根据本发明装置实施例的计算机散热模拟装置的框图。

具体实施方式

功能概述

考虑到相关技术中机柜散热模拟机制存在的计算量大、精确度低、且滞后较为严重的问题，本发明提出根据机柜的功率确定各个机柜对整个机房温度的影响，通过集中式模型模拟机柜内部的部件的温度，并结合有限元方法模拟整个机房的温度，能够精确地计算出每一点的温度，最优化安排机柜位置取得最佳空间利用率和制冷效果，为配备的制冷设备最大程度地节省电力。

下面将结合附图，详细描述本发明的实施例。

方法实施例

在本实施例中，提供了一种计算机散热模拟方法。

图1是根据本实施例的计算机散热模拟方法的流程图。

图1是根据本实施例的计算机散热模拟方法的流程图，需要说明的是，在以下方法中描述的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在图1中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

如图1所示，根据本实施例的计算机散热模拟方法包括：

步骤S102，对机房中的各个机柜进行功率监控，根据监控结果确定各个机柜处的热点分布，这样就能够定位热点在机柜内多个服务器的分布，通过根据机柜的功率负载确定机柜的温度，能够避免模拟的滞后性；

步骤S104，利用集中式模型确定各个机柜内部部件的温度，优选地，此处选择进行温度确定的内部部件可以是机柜内的主要发热部件，例如，可以包括硬盘、CPU、内存等；

步骤S106，根据各个机柜内部部件的温度，利用有限元方法确定各个机柜处热点的温度，并确定机房的温度。

通过上述处理，能够基于机柜的功率、结合集中式模型和限元方法进行散热模拟，既能够避免过量的计算和滞后性，还能够保证模拟的精确度，有助于在机房中安装制冷设备，提高制冷效果，并最大程度上节省制冷的能耗。

具体地，在步骤S102中，监控结果中包括各个机柜的总功率大小，根据各个机柜的总功率就能够确定各个机柜的可能达到的温度，对于功率较大的机柜，可以视为多个热点，而对于功率较小的机柜，可以视为一个热点。在确定热点时，还可以进一步结合机房内机柜的布局以及各个机柜对整个机房温度影响的大小，例如，可以参照机房内的空气流动情况，将空气流动较大且负载较高的机柜作为多个热点，以便之后对该机柜进行较强的制冷，避免该机柜出现异常或影响其他机柜。

在具体确定热点的数量时，可以预先设置多个功率阈值，例如，阈值1、阈值2、阈值3，阈值1＜阈值＜阈值3，在实际确定热点分布时，可以将功率低于阈值1的机柜视为1个热点，将功率高于阈值1且低于阈值2的机柜视为2个热点、将功率高于阈值2且低于阈值3的机柜视为3个热点，将功率低于阈值4的机柜视为4个热点，具体的热点确定方式可以根据实际需要灵活配置，阈值的确定可以结合机柜本身的参数(例如，可以考虑各个机柜的热力学特性)来确定，本文不再详述。

在步骤S104中，利用集中式模型确定各个机柜内部部件的温度时，可以根据每个部件的参数(该参数可以是部件厂商提供的数据)，利用特定公式确定该部件的温度，即，确定机柜内的热点分布。可选地，在计算时所采用的公式可以是球面散热量计算公式、立方体散热量计算公式、平面空间散热量计算公式等，这样就能够精确确定机房内机柜上每个点的温度。

优选地，在步骤S106中确定各个机柜的温度时，可以利用有限元方法并利用专门的软件进行模拟，例如，可以采用目前已有的机房散热模拟软件，热力学的相关软件等。在确定整个机房的温度时，根据各个机柜处热点的温度并结合各个机柜的历史温度数据，利用有限元方法进行确定，这样可以进一步减少不必要的重复计算，简化模拟的过程，减少模拟所需的时间。

下面将结合图2描述根据本发明实施例的计算机散热模拟方法的一个处理过程的实例。

(1)在进行模拟时，需要稳定负载，让机房内的机柜进入热平衡状态；

(2)对各机柜进行功耗监控，找出主要热点，其中，可以将负载小、对机房温度影响小的机柜整体视为一个热点，将负载大、对机房温度影响大的机柜可以视为多个，并对这多个热点进行进一步分析；

(3)分析机柜热点内部各节点，确定节点内的热点；

(4)对负载大、对机柜温度影响大的节点热点可以再进一步分析内部部件，看作多个热点；

(5)采用集中式模型，利用厂商提供的数据和经验公式计算出部件热点的温度，例如，如图2所示，可以利用经验公式计算每个机柜内服务器中硬盘、CPU、内存的温度；

(6)采用集中式模型，结合各部件数据，利用特定的经验公式(球面散热量计算公式、立方体散热量计算公式、平面空间散热量计算公式等、或其组合)计算出节点热点的温度；

(7)根据有限元方法，结合各节点数据，利用专业软件(例如，机房散热模拟软件、热力学的相关软件等)计算出机柜热点的温度，即，如图2所示，利用有限元方法计算每个机柜中每个服务器的温度，并得出每个机柜的温度；

(8)根据有限元方法，结合各机柜数据和历史数据，利用专业软件(例如，机房散热模拟软件、热力学的相关软件等)计算出整个机房的温度。

通过上述处理，既能够避免相关技术中的过量计算和模拟滞后性问题，还能够保证模拟的精确度，有助于在机房中安装制冷设备，提高制冷效果，并最大程度上节省制冷的能耗。

装置实施例

在本实施例中，提供了一种计算机散热模拟装置。

图3是根据本实施例的计算机散热模拟装置的框图。如图3所示，根据本实施例的计算机散热模拟装置包括：

监控模块1，用于对机房中的各个机柜进行功率监控；

第一确定模块2，连接至监控模块1，用于根据监控结果确定各个机柜处的热点分布；

第二确定模块3，连接至第一确定模块2，用于利用集中式模型确定各个机柜内部部件的温度；

第三确定模块4，连接至第二确定模块3，用于根据各个机柜内部部件的温度，利用有限元方法确定各个机柜处热点的温度，并确定机房的温度。

在该装置中，监控模块1得到的监控结果中包括各个机柜的总功率大小，第一确定模块2能够根据各个机柜的总功率就能够确定各个机柜的可能达到的温度，对于功率较大的机柜，可以视为多个热点，而对于功率较小的机柜，可以视为一个热点。在确定热点时，还可以进一步参照机房内机柜的布局以及各个机柜对整个机房温度影响的大小，以便之后进行制冷，避免机柜出现异常或彼此互相影响。

第二确定模块3利用集中式模型确定各个机柜内部部件的温度时，可以根据每个部件的参数(该参数可以是部件厂商提供的数据)，利用特定公式确定该部件的温度，即，确定机柜内的热点分布。可选地，在计算时所采用的公式可以是球面散热量计算公式、立方体散热量计算公式、平面空间散热量计算公式等、或其组合，这样就能够精确确定机房内机柜上每个点的温度。

优选地，在确定各个机柜的温度时，第三确定模块4可以利用有限元方法并利用专门的软件进行模拟，例如，可以采用目前已有的机房散热模拟软件，热力学的相关软件等。在确定整个机房的温度时，根据各个机柜处热点的温度并结合各个机柜的历史温度数据，利用有限元方法进行确定，这样可以进一步减少不必要的重复计算，简化模拟的过程，减少模拟所需的时间。

根据本实施例的装置可以根据图2所示的方式对机房进行散热模拟，其具体过程之前已经描述，这里不再重复。

通过上述装置，既能够避免相关技术中的过量计算和模拟滞后性问题，还能够保证模拟的精确度，有助于在机房中安装制冷设备，提高制冷效果，并最大程度上节省制冷的能耗。

综上所述，借助本发明上述至少一个技术方案，将有限元方法和经验公式法结合起来，对于机柜内部采用经验公式法计算，表面交界处采用有限元分析，分析服务器内部对流和机房空气对流需要把经验公式和软件模拟相结合，得出热传导系数，可以比较准确且快速地得到确定空间尤其是服务器机房的散热模型，结合当前负载可较精确地计算出每一点的温度。以此为基础配备空调可最大程度地节省电力，最优化安排机柜位置取得最佳空间利用率。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种计算机散热模拟方法，其特征在于，包括：

对机房中的各个机柜进行功率监控，根据监控得到的各个机柜的功率大小确定所述各个机柜的热点数量；

利用集中式模型确定所述各个机柜内部部件的温度；

根据所述各个机柜内部部件的温度，利用有限元方法确定所述各个机柜处热点的温度，并确定所述机房的温度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用集中式模型确定所述各个机柜内部部件的温度的处理包括：

对于所述各个机柜的内部部件，根据其参数，利用特定公式确定该部件的温度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述特定公式包括以下至少之一：球面散热量计算公式、立方体散热量计算公式、平面空间散热量计算公式。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述机房的温度的处理包括：

根据所述各个机柜处热点的温度并结合所述各个机柜的历史温度数据，利用有限元方法确定所述机房的温度。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述部件包括以下至少之一：CPU、内存、硬盘。

6.一种计算机散热模拟装置，其特征在于，包括：

监控模块，用于对机房中的各个机柜进行功率监控；

第一确定模块，用于根据所述监控模块监控得到的各个机柜的功率大小确定所述各个机柜的热点数量；

第二确定模块，用于利用集中式模型确定所述各个机柜内部部件的温度；

第三确定模块，用于根据所述各个机柜内部部件的温度，利用有限元方法确定所述各个机柜处热点的温度，并确定所述机房的温度。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二确定模块用于根据所述各个机柜的内部部件的参数，利用特定公式确定该部件的温度。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述特定公式包括以下至少之一：球面散热量计算公式、立方体散热量计算公式、平面空间散热量计算公式。

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