CN106961820A - 服务器系统 - Google Patents

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Abstract

一种服务器系统，包括壳体、第一区段、主机板区段、风扇区段以及中板。第一区段设置于该壳体的一第一端，并包括至少一热产生元件。主机板区段设置于该壳体的一第二端，并包括至少一主机板。风扇区段设置在该第一区段与该主机板区段之间，该风扇区段包括至少一风扇，以将空气从该第一端导入并从该第二端导出。中板垂直地插设在该风扇区段与该主机板区段之间，用以将该至少一主机板电性地并通信地耦接至该第一区段中的一或多个元件，该中板包括一或多个气流阻断口(airflow cutout)。该一或多个气流切断器构成该中板至少百分之三十的横截面面积。

Description

服务器系统
本申请涉及一种机架式服务器(rack server)，尤其涉及一种改善气流的服务器系统。
背景技术
现代数据中心里的计算机服务系统通常是架设在服务器机架上的特定配置。服务器机架适用于多个运算模块，像是服务器托盘(Server Trays)、服务器机箱(Server Chassis)、服务器滑轨(Server Sleds)、刀锋服务器(Server Blades)等，此些运算模块被安置在服务器机架内且彼此相迭。机架式系统(RackMounted System)允许垂直地配置运算模块以运用空间效率。一般来说，各运算模块可滑入或滑出服务器机架，而各式的缆线，像是输入/输出(Input/Output，IO)缆线、网络缆线、电源缆线等，在机架的前侧或后侧连接至这些运算模块。各运算模块包含一或多个运算服务器，或是容纳一或多个运算服务器元件。举例来说，运算模块包括用以处理、存储、网络控制、磁盘驱动、缆线端口、电源供应等的硬件电路。
在许多配置中，设置在机架式系统中的风扇用以将空气从机箱壳体的前侧，经过运算模块以及其他元件后，自机箱壳体的后侧排出。许多电子元件在操作时会产生热。由于运算模块在机箱中以高密度设置，故此些运算模块将会产生相当大的热。因此，穿过机箱壳体的空气流动是避免运算模块过热所不可或缺的。
许多冷却系统包括风扇以推动空气流过运算模块，进而达到冷却运算模块的效果。然而，当机箱壳体内有许多运算模块，或是有其他显著的发热源，风扇可能无法导进足够量的空气流入机箱壳体以对机箱壳体的整体或部分进行散热。
发明内容
以下呈现的一或多个实施例的简要概述以提供对本技术的基本了解。此概述并非本技术的所有可能实施例的泛泛总览，也不是要确立所有例示的关键或重要元件，或是描述本技术的任一或所有层面的范围。其唯一目的在于用简要的形式呈现一或多个例子的一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
在一些实施例中，服务器系统包括壳体、第一区段、主机板区段、风扇区段以及中板。第一区段设置于该壳体的一第一端，并包括至少一热产生元件。主机板区段设置于该壳体的一第二端，并包括至少一主机板。风扇区段设置在该第一区段与该主机板区段之间，该风扇区段包括至少一风扇，以将空气从该第一端导入并从该第二端导出。中板垂直地插设在该风扇区段与该主机板区段之间，用以将该至少一主机板电性地并通信地耦接至该第一区段中的一或多个元件，该中板包括一或多个气流阻断口(airflow cutout)。该一或多个气流切断器构成该中板至少百分之三十的横截面面积。
为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下：
附图说明
本技术的多个方面将配合附图描述于以下的详细说明书以及权利要求书内：
图1绘示一例服务器系统。
图2绘示另一例服务器系统。
图3绘示又一例服务器系统。
图4绘示一例用以改善气流的中板。
图5绘示一例用以改善气流的中板
图6绘示一例用以改善气流的中板；
图7绘示一例用以改善气流的中板
图8绘示一例用以改善气流的中板
图9绘示一例用以改善气流的中板
图10绘示采用导向性排气结构的一例服务器系统。
【符号说明】
100、200、300、1000：服务器系统
110、210、310：前侧板
120、220、320：存储/电源区段
122、222、322：HDD/PSU
130、230、330：背板
140、240、340、1040：风扇区段
142、242、342、720、1042：风扇
150、250、350、400、500、600、700、800、900、1050：中板
160、260、360、1060：主机板区段
162、262、362、1062：主机板
170、270、370：后侧板
105、205、305：气流方向
410、510、610、710、810、910、1054：气流阻断口
612：网格结构
820：截面轮廓
920：空气滤网
1052：导向性排气结构
具体实施方式
本公开提供一种用以管理对运算装置的冷却的技术。本技术的多个层面将配合附图进行说明。在以下描述中，为了解释的目的，陈列出多个具体的细节以提供对本技术一或多个层面的理解。然而明显地，本技术可以不用这些具体的细节来实现。在其他例子中，已知的结构及装置绘示在方块图中以便于描述本公开的这些层面。
多种服务器机箱的设计用来容置大量的硬盘、主机板以及风扇。此些服务器机箱的设计经常藉由在服务器机箱中的不同位置放置特定的运算模块以改善气流及冷却。然而，单凭重新配置运算模块对于改善冷却效果是有限的。此外，有些情况下必需将服务器机箱中的运算模块作特定的放置，导致服务器机箱中产生实质上大量的热，和/或阻碍足够的气流穿过服务器机箱以进行有效地冷却。举例来说，在一些配置中，需将电源供应单元放置在服务器机箱的前侧。将电源供应单元放置在服务器机箱的前侧可让服务器机箱的后侧有更多的空间来放置主机板。服务器机箱后侧的额外空间可用来放置更多的主机板、更多不同的主机板模块以及提供更多个空间来放置要安装在服务器机箱后侧的存储器模块以及其他元件。
图1绘示一例服务器系统100。在部分实施例中，服务器系统100是一大型机架式系统的一部分。在一些实施例中，多个服务器系统100可以垂直地或水平地堆迭在一起。
此例示的服务器系统100包括前侧板110、存储/电源区段120、风扇区段140、主机板区段160以及后侧板170。服务器系统100亦包括背板(backplaneboard)130以及中板(midplane board)150。
前侧板110位于服务器系统100的前侧部分，并可由接近服务器系统100的人进行物理性地存取。前侧板110构成服务器系统100的前侧壳体墙。前侧板110全长即服务器系统100的宽度。前侧板110典型地包括各式输入/输出端口、显示以及控制。前侧板110也可连接至服务器系统100的其他各式元件。在一些实施例中，前侧板110包括一或多个气流排气口(vent)或阻断口(cutout)以允许空气进入服务器系统100。
后侧板170位于服务器系统100的后侧部分，并可由接近服务器系统100的人进行物理性地存取。后侧板170构成服务器系统100的后侧壳体墙。后侧板170全长即服务器系统100的宽度。类似于前侧板110，后侧板170可包括各式输入/输出端口、显示以及控制。后侧板170也可连接至服务器系统100的其他各式元件。在一些实施例中，后侧板170包括一或多个气流排气口或阻断口以允许空气离开服务器系统100。
存储/电源区段120是服务器系统100中包括一或多个电源供应单元(PSU)122的区域。在一些实施例中，存储/电源区段120还包括一或多个存储单元122。存储/电源区段120可设置大量的硬盘(HDD)或固态硬盘(SSD)或PSU。在一些实施例中，HDD 122或PSU 122是可热插拔的(hot swappable)。PSU 122的功用在于将主交流电流(AC)转换成用于服务器系统100内部元件的低电压整流后直流电流(DC)能。HDD以及SSD提供服务器系统100数据存储的能力。热插拔装置可在未关闭计算机系统的情况下进行安装或是移除。热插拔表示在不中断计算机系统的情形下更换元件。
风扇区段140包括一或多个风扇142，可将空气沿着方向105从前侧板110穿过服务器系统100移动至后侧板170。风扇142可将空气经由前侧板110吸入服务器系统100，经由存储/电源区段120、跨过主机板区段160，再经由后侧板170排出服务器系统100的后侧。标准的风扇为方形，其长宽可以是80毫米、92毫米、120毫米、140毫米、200毫米或230毫米。传统上，相较于使用较小的风扇，使用较大的风扇只需少量的风扇以及低转速即可产生的等量的气流。在一些实施例中，风扇142的转速为可调。风扇控制器可基于温度或服务器系统100的电力消耗来调整转速。较慢的转速可降低杂音和震动，并可延长风扇的寿命和可靠度。
背板130位于存储/电源区段120和风扇区段140之间。背板130提供连接至存储/电源区段120的HDD/SSD以及PSU 122，以及提供连接至风扇区段140的风扇142。在一些实施例中，背板配置成与前侧板110平行。
主机板区段160包括一或多个主机板162。在一些实施例中，各主机板162皆为热插拔。各主机板162(亦称为主板(mainboard)、系统板(system board)、平板(planar board)或逻辑板(logic board))建立在计算机及其他可扩展系统的主印刷电路板上(printed circuit board，PCB)。主机板162控制并允许计算机系统中许多电子元件间的通信，像是中央处理单元(central processing unit，CPU)以及存储器，并提供连接至其他周边装置。在一些实施例中，各主机板162可在一主机板盘(motherboard tray)上被插入至主机板区段160，或是自主机板区段160移除。
中板150位于风扇区段140和主机板区段160之间。中板150提供连接至一或多个主机板162。在一些实施例中，中板150配置成与前侧板110平行。在一些实施例中，中板150是一印刷电路板(PCB)，其包括热插拔连接器以允许插入各主机板162。中板150连接背板130以允许主机板162和存储装置122之间进行通信，并提供主机板162来自PSU 122的电力。中板150可最小化与主机板162的信号距离，以确保信号完整性。
图2绘示另一例服务器系统200。服务器系统200是图1的服务器系统100的变形，其中PSU 222(仅绘示两个PSU)位于存储/电源区段220的左侧及右侧。HDD 224位于PSU 222之间。
图3绘示又一例服务器系统300。服务器系统300是图1的服务器系统100的另一变形，其中HDD 322位于存储/电源区段220的左侧及右侧。至少一PSU 324(仅绘示一个PSU)位于HDD 322之间。
图1、2、3中的服务器系统的主要议题在于，多个显著的热产生元件，即PSU，的其中之一位于服务器系统的前端。因此，存储/电源区段中的空气倾向于处于一被提高的温度。由于被风扇推进的空气已处于高温，利用风扇冷却下风处元件(如位于服务器系统后侧的主机板)的效率可能会被严重地降低。更糟的是，由于图1、2、3中的配置需使用中板以允许主机板电性地及通信地耦接至此些服务器系统中的其他元件，这将进一步阻碍流经此些服务器系统的气流。因此，缺乏适当的冷却将缩短此些服务器系统的正常运行时间(uptime)。
有鉴于此些困难，本公开提出一种新的服务器系统设计，其实现新的中板设计以改善气流。此将在图4、5、6作说明。
图4绘示一例用以改善气流的中板400。中板400可位于如图1、2、3所讨论的介于服务器机箱的风扇区段和主机板区段之间。在一些实施例中，中板400是一印刷电路板，其提供连接至主机板区段中的一或多个主机板。中板允许主机板和存储装置之间进行通信，也可经由对应的背板提供主机板来自PSU的电力。
此例示性中板400包括四个分离的气流阻断口410。在一些实施例中，各气流阻断口410为方形。在其他实施例中，各气流阻断口410可以是圆形、矩形、或其它任意的几何形状。在一些实施例中，气流阻断口410彼此间平均地间隔。
在一些实施例中，气流阻断口410的整体表面积构成中板400的整体表面积的至少百分之三十。举例来说，气流阻断口410的整体表面积可以是大于或等于中板400的整体表面积的百分之七十。当气流阻断口410的整体表面积越大，流过服务器机箱的气流将越佳。然而，非阻断区域仍需有足够的表面积以包含所需的电路以及主机板连接器以连接至主机板，并且提供中板400适当的结构完整性。因此，在一些实施例中，作为中板的印刷电路板可具有更多层以容置用以支持主机板通信及电力需求的所有信号线。
图5绘示一例用以改善气流的中板500。中板500位于服务器机箱中的风扇区段和主机板区段之间。在一些实施例中，中板500是一印刷电路板，其提供连结至主机板区段中的一或多个主机板。中板允许主机板和存储装置之间进行通信，也可提供主机板来自PSU的电力。
此例示性中板500包括52个分离的气流阻断口510。应注意的是，气流阻断口的数目可以是任意的，端视不同应用而定。在一些实施例中，各气流阻断口510为方形。在其他实施例中，各气流阻断口510可以是圆形、矩形、或其它任意的几何形状。各气流阻断口510为相同大小。在一些实施例中，气流阻断口510彼此间具有不同的形状和大小。
气流阻断口510的整体表面积构成中板500的整体表面积的至少百分之三十。举例来说，气流阻断口510的整体表面积可以是大于或等于中板500的整体表面积的百分之七十。当气流阻断口510的整体表面积越大，流过服务器机箱的气流将越佳。然而，非阻断区域仍需有足够的表面积以包含所需的电路以及主机板连接器以连接至主机板，并且提供中板500适当的结构完整性。
在一些实施例中，气流阻断口510可以被一或多个滤网(filter)所覆盖。举例来说，一分离的空气滤网可覆盖各个气流阻断口510。在另一实施例中，可用单一个空气滤网覆盖所有的气流阻断口510。
图6绘示一例用以改善气流的中板600。中板600位于服务器机箱中的风扇区段和主机板区段之间。在一些实施例中，中板600是一印刷电路板，其提供连结至主机板区段中的一或多个主机板。中板允许主机板和存储装置之间进行通信，也可提供主机板来自PSU的电力。
此例示性中板600包括单一个气流阻断口610。应注意的是，气流阻断口的数目可以是任意的，端视不同应用而定。在一些实施例中，气流阻断口610为矩形。气流阻断口610包括网格(mesh)结构612，其覆盖整个气流阻断口610。举例来说，网格结构612可以由金属或塑胶线所组成。网格结构612可为中板600提供额外的结构强度，并允许空气轻易地流过网格结构612。
气流阻断口610的整体表面积构成中板600的整体表面积的至少百分之三十。举例来说，气流阻断口610的整体表面积可以是大于或等于中板600的整体表面积的百分之七十。当气流阻断口610的整体表面积越大，流过服务器机箱的气流将越佳。然而，非阻断区域仍需有足够的表面积以包含所需的电路以及主机板连接器以连接至主机板，并且提供中板600适当的结构完整性。
图7绘示一例用以改善气流的中板700。在一些实施例中，中板700的一或多个气流阻断口710与服务器系统的风扇区段的风扇720对齐。风扇720与气流阻断口710对齐排列可增加流过服务器系统的气流效率。
图8绘示一例用以改善气流的中板800。在一些实施例中，一或多个气流阻断口810与主机板区段的气流通道对齐。主机板区段物件的例示性截面轮廓820如图所示，其可阻断气流。主机板区段的气流通道为主机板区段中任何未被阻断的直通通道(即，从服务器系统的前侧对齐至后侧)，其可让空气轻易地通过。主机板区段的气流通道与气流阻断口810对齐排列可增加流过服务器系统的气流效率。
图9绘示一例用以改善气流的中板900。在一些实施例中，气流阻断口910可以由一或多个空气滤网920所覆盖。举例来说，一分离的滤网可覆盖四个气流阻断口910的每一个。又一实施例中，可采用单一个空气滤网920来覆盖所有的气流阻断口910。覆盖气流阻断口910的例示性截面轮廓920如图所示。空气滤网920由纤维材料所组成，其可滤除空气中的固体粒子，像是灰尘、花粉、霉菌以及细菌。空气滤网的功用在于减少空气中可能伤害主机板的灰尘及其他粒子。
图4、5、6、7、8及9中的中板设计基于说明目的而单独地绘示。本公开也可采取多样的中板设计来实现。因此，不同服务器系统内的中板设计以及其中开口的特定尺寸、类型以及配置可以有所变化。举例来说，虽然第4、5、6图所示的开口为矩形，此些开口也可是圆形、椭圆形或其它多边形、或其任意的组合。因此，开口的尺寸、类型及配置可基于存储电源区段所产生的热量、风扇尺寸、风扇吞吐量(throughput)、主机板区段中元件的配置、尺寸以及数量、中板内所需的连接器配置而作选择。
图10绘示采用导向性排气结构1052的一例服务器系统1000。在一些实施例中，一或多个气流阻断口1054耦接至少一导向性排气结构1052。导向性排气结构1052可包括鳍片(fin)或其它空气导向结构。在一些实施例中，一或多个气流阻断口1054与至少一导向性排气结构1052对齐。藉由将气流从气流阻断口1054导向主机板区段1060的气流通道，导向性排气结构1052可增加气流流通服务器系统1000的效率。
本公开亦提出，在一些配置中，可通过背板中的开孔来改善气流。如同中板，背板中的开口尺寸、类型及配置也可基于不同的因素来作选择，像是存储电源区段所产生的热量、风扇尺寸、风扇吞吐量、存储/电源区段及主机板区段中元件的数量、尺寸以及配置、以及背板内所需的连接器的配置。
此外，尽管本文已描述关于第1、2、3图的计算机模块的特定配置的多种实施例，本公开所提出的方法也可实现于其他任意型式的服务器系统，其相较于所示的第1、2、3图，可包括较多或较少的元件以及不同的元件配置。
综上所述，虽然本发明已以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视所附权利要求书界定范围为准。

Claims (10)

1.一种服务器系统，包括：
壳体；
第一区段，设置于该壳体的第一端，并包括至少一电源供应单元；
主机板区段，设置于该壳体的第二端，并包括至少一主机板；
风扇区段，设置在该第一区段与该主机板区段之间，该风扇区段包括至少一风扇，以将空气从该第一端导入并从该第二端导出；以及
中板，垂直地插设在该风扇区段与该主机板区段之间，用以将该至少一主机板电性地并通信地耦接至该第一区段中的一或多个元件，该中板包括一或多个气流阻断口(airflow cutout)。
2.如权利要求1所述的系统，其中该中板的该一或多个气流切断器构成该中板至少百分之三十的横截面面积。
3.如权利要求1所述的系统，其中该主机板区段不包括电源供应单元。
4.如权利要求1所述的系统，其中该第一区段还包括至少一存储装置(storage drive)。
5.如权利要求4所述的系统，其中该第一区段包括第一存储区段以及第二存储区段，该第一存储区段邻近该壳体的左侧，该第二存储区段邻近该壳体的右侧，其中该至少一电源供应单元位于该第一存储区段与该第二存储区段之间。
6.如权利要求4所述的系统，其中该第一区段包括第一电源区段以及第二电源区段，该第一电源区段邻近该壳体的左侧，该第二电源区段邻近该壳体的右侧，其中该至少一存储装置位于该第一电源区段以及该第二电源区段之间。
7.如权利要求1所述的系统，其中该中板的各该一或多个气流阻断口具有相同尺寸以及相同形状。
8.如权利要求1所述的系统，其中该中板的该一或多个气流阻断口的至少其中之一与该主机板区段的气流通道对齐。
9.如权利要求1所述的系统，其中该中板的该一或多个气流阻断口的至少其中之一耦接至少一导向性排气结构。
10.如权利要求1所述的系统，其中该中板的该一或多个气流阻断口的至少其中之一与至少一导向性排气结构对齐排列。
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