CN109992078A - 支持高密度高功耗gpu服务器散热结构及设计方法 - Google Patents

支持高密度高功耗gpu服务器散热结构及设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了支持高密度高功耗GPU服务器散热结构及设计方法，其结构包括机箱主体，所述机箱主体设有两个独立风道，分别为上层风道和下层风道，主板区域设于上层风道内，显卡区域设于下层风道，机箱主体的后端设有风扇模组，所述上层风道和下层风道设于风扇模组的一端通过通孔连通。机箱采用分层结构，可以在4U服务器内实现高功耗GPU显卡的高密度集成。形成的两个独立的风道，可以支持高频高功耗CPU的散热，极大提高服务器的图形计算能力和运算能力。另外，设计独特的散热调控方法，兼容所有关键部件如GPU和CPU等散热，并且保证系统功耗最低。

Description

支持高密度高功耗GPU服务器散热结构及设计方法
技术领域
本发明涉及服务器领域，具体地说是一种支持高密度高功耗GPU服务器散热结构及设计方法。
背景技术
现在互联网计算机行业为满足对地图、游戏的技术支持，对服务器的图形处理要求越来越高，对显卡的需求也越来越高。但考虑到成本和空间需求，希望能在有限的机箱空间内能高度集成大型显卡，如GPU卡或者MIC卡。这些显卡的功耗大都在200w以上，最高400W左右。这些GPU显卡的本身散热就是一个难题。再者，由于受国标机柜上架尺寸的限制，机箱的宽度不能无限放宽。但如果高功耗显卡放在系统后端，很容易受到前方元器件的预热，散热问会非常严重。而且服务器为识别和使用这些显卡，需要在系统内部放置CPU/硬盘/内存等，而这些芯片的功耗很高，尤其是CPU也在200W以上，依然需要重点解决散热问题。这样既要满足高功耗GPU卡的散热，又要保证高功耗CPU的散热，对这种类型的服务器散热设计必然是一个很大的散热挑战。
发明内容
本发明的目的在于提供一种支持高密度高功耗GPU服务器散热结构及设计方法，该散热结构通过采用两个独立风道进行机箱内部所有器件的散热，增加了机箱内部的安装空间，且互不影响，风扇后置为多个CPU和GPU集中散热，散热效率高。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：支持高密度高功耗GPU服务器散热结构，其结构包括机箱主体，所述机箱主体设有两个独立风道，分别为上层风道和下层风道，主板区域设于上层风道内，显卡区域设于下层风道，机箱主体的后端设有风扇模组，所述上层风道和下层风道设于风扇模组的一端通过通孔连通。
进一步，所述主板区域前端设有硬盘模组，中间设有导风罩，主板区域后端设有两个CPU，导风罩将内存与CPU分隔为两个独立空间。
进一步，所述导风罩是由安装板、固定板和导风块构成，所述安装板两端与主板区域的侧边安装，所述安装板对应CPU的一侧设有导风块。
进一步，所述安装板上设有两个导风块，每个导风块对应一个CPU。
进一步，所述下层风道内设有八个GPU，每四个GPU形成一排，下层风道外侧设有挡风盖板，所述挡风盖板上设有多个挡风条，所述挡风条插入相邻GPU的空隙里。
进一步，所述风扇模组设有六个风扇，上层三个风扇对应上层风道，下层三个风扇对应下层风道，且上层风道和下层风道连通。增强了机箱内风的流通，提高散热效果。
支持高密度高功耗GPU服务器散热结构的设计方法，包括如下步骤：
1)、采用散热仿真软件flotherm，针对该服务器架构进行散热仿真，确认CPU、GPU和硬盘的布局，分别设计出上层风道内的导风罩和下层风道的挡风盖并确认所用风扇的规格。
2)、收到服务器样机后，进行散热设计方案的验证，完成CPU导风罩和CPU导风罩的散热可行性验证，并针对CPU和GPU进行散热方案验证。
3)、在20度下，手动调节风扇转速，确保调节的风扇转速PWM1值能够保证该服务器系统功耗最优，保证GPU温度70°-80°、CPU温度80°-90°、内存温度60°-70°和硬盘温度45°-55°，同时记录下GPU显卡的温度值、CPU的温度值、内存温度值和硬盘温度值。
4)、在25度下，手动调节风扇转速，确保调节的风扇转速PWM2值能够保证该服务器系统功耗最优，保证GPU温度70°-80°、CPU温度80°-90°、内存温度60°-70°和硬盘温度45°-55°，同时记录下GPU显卡的温度值、CPU的温度值、内存温度值和硬盘温度值。
5)、在30度下，手动调节风扇转速，确保调节的风扇转速PWM3值能够保证该服务器系统功耗最优，而保证GPU温度70°-80°、CPU温度80°-90°、内存温度60°-70°和硬盘温度45°-55°，同时记录下GPU显卡的温度值、CPU的温度值、内存温度值和硬盘温度值。
6)在35度下，手动调节风扇转速，确保调节的风扇转速PWM4值能够保证该服务器系统功耗最优，保证GPU温度70°-80°、CPU温度80°-90°、内存温度60°-70°和硬盘温度45°-55°，同时记录下GPU显卡的温度值、CPU的温度值、内存温度值和硬盘温度值。
7)根据上述1)-6)步骤的数据，分别编译GPU显卡和CPU模块、内存模块和硬盘模块的PID风扇调控策略，风扇的最终PWM值取所有部件模块输出的风扇转速最大值，作为该服务器的最终输出转速。
本发明的有益效果：
1、本发明的机箱采用分层结构，可以在4U服务器内实现高功耗GPU显卡的高密度集成。形成的两个独立的风道，可以支持高频高功耗CPU的散热，极大提高服务器的图形计算能力和运算能力。另外，设计独特的散热调控方法，兼容所有关键部件如GPU和CPU等散热，并且保证系统功耗最低。
2、由于在上层通道中CPU前面设置导风罩，通过导风罩侧面的导风块，将更多的前进风反弹给CPU，同时导风罩将内存与CPU隔开，由于内存流阻小，可以利用导风罩的隔断将更多的风导向CPU，提高散热效率。
3、由于下层风道的外侧设有带挡风条的挡风盖板，当把挡风盖板安装在机箱上后，挡风盖板内侧的挡风条插入下层风道内相邻GPU之间的空隙，防止风扇吹的风从GPU之间的空隙内漏走，提高散热效果。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为导风罩的结构示意图；
图4为挡风盖板的结构示意图；
图5为设计方法原理图。
图中：
1上层风道、2下层风道、3硬盘模组、4导风罩、41安装板、42固定板、43导风块、5CPU、6通孔、7风扇模组、8挡风盖板、9挡风条。
具体实施方式
参照说明书附图对本发明的支持高密度高功耗GPU服务器散热结构及设计方法作以下详细说明。
如图1、图2所示，本发明的支持高密度高功耗GPU服务器散热结构，包括机箱主体，所述机箱主体设有两个独立风道，分别为上层风道1和下层风道2，主板区域设于上层风道内，显卡区域设于下层风道，机箱主体的后端设有风扇模组7，所述上层风道1和下层风道2设于风扇模组7的一端通过通孔6连通。
所述主板区域前端设有硬盘模组3，中间设有导风罩4，主板区域后端设有两个CPU5，导风罩4将内存与CPU分隔为两个独立空间。
如图3所示，所述导风罩4是由安装板41、固定板42和导风块43构成，所述安装板41两端与主板区域的侧边安装，所述安装板41对应CPU的一侧设有导风块43。导风块43可以塞入散热器元件之间的缝隙，把从缝隙泄漏的风阻挡导入对应的GPU上，对GPU进一步散热，提高散热效率。
所述安装板41上设有两个导风块43，每个导风块43对应一个CPU5。
所述下层风道2内设有八个GPU，每四个GPU形成一排，下层风道外侧设有挡风盖板，如图2所示，所述挡风盖板8上设有多个挡风条9，所述挡风条9插入相邻GPU的空隙里。下层风道的外侧设有带挡风条的挡风盖板8，当把挡风盖板安装在机箱上后，挡风盖板8内侧的挡风条9插入下层风道2内相邻GPU之间的空隙，防止风扇吹的风从GPU之间的空隙内漏走，提高散热效果。
所述风扇模组7设有六个风扇，设于机箱后端，上层三个风扇对应上层风道，下层三个风扇对应下层风道，且上层风道和下层风道连通。两边各放置2个电源。这样风扇模组和电源模块的风扇分别给前面的GPU芯片和CPU、硬盘等集中散热。通过该模组模块，可以使CPU支持到205W，GPU可以支持到400W。增强了机箱内风的流通，提高散热效果。
支持高密度高功耗GPU服务器散热结构的设计方法，如图5所示，包括如下步骤：
1)、采用散热仿真软件flotherm，针对该服务器架构进行散热仿真，确认CPU、GPU和硬盘的布局，分别设计出上层风道内的导风罩和下层风道的挡风盖并确认所用风扇的规格。
2)、收到服务器样机后，进行散热设计方案的验证，完成CPU导风罩和CPU导风罩的散热可行性验证，并针对CPU和GPU进行散热方案验证。
3)、在20度下，手动调节风扇转速，确保调节的风扇转速PWM1值能够保证该服务器系统功耗最优，保证GPU温度70°-80°、CPU温度80°-90°、内存温度60°-70°和硬盘温度45°-55°，同时记录下GPU显卡的温度值、CPU的温度值、内存温度值和硬盘温度值。
4)、在25度下，手动调节风扇转速，确保调节的风扇转速PWM2值能够保证该服务器系统功耗最优，保证GPU温度70°-80°、CPU温度80°-90°、内存温度60°-70°和硬盘温度45°-55°，同时记录下GPU显卡的温度值、CPU的温度值、内存温度值和硬盘温度值。
5)、在30度下，手动调节风扇转速，确保调节的风扇转速PWM3值能够保证该服务器系统功耗最优，而保证GPU温度70°-80°、CPU温度80°-90°、内存温度60°-70°和硬盘温度45°-55°，同时记录下GPU显卡的温度值、CPU的温度值、内存温度值和硬盘温度值。
6)在35度下，手动调节风扇转速，确保调节的风扇转速PWM4值能够保证该服务器系统功耗最优，保证GPU温度70°-80°、CPU温度80°-90°、内存温度60°-70°和硬盘温度45°-55°，同时记录下GPU显卡的温度值、CPU的温度值、内存温度值和硬盘温度值。
7)根据上述1)-6)步骤的数据，分别编译GPU显卡和CPU模块、内存模块和硬盘模块的PID风扇调控策略，进而汇总成该服务器的风扇调控策略。在这套风扇调控策略，风扇的最终PWM值取所有部件模块输出的风扇转速最大值，作为该服务器的最终输出转速，进而能保证该服务器的部件能得到完全散热，并且系统功耗最低。
实施例
支持高密度高功耗GPU服务器散热结构的设计方法，包括如下步骤：
1)、采用散热仿真软件flotherm，针对该服务器架构进行散热仿真，确认CPU、GPU和硬盘的布局，分别设计出上层风道内的导风罩和下层风道的挡风盖并确认所用风扇的规格。
2)、收到服务器样机后，进行散热设计方案的验证，完成CPU导风罩和CPU导风罩的散热可行性验证，并针对CPU和GPU进行散热方案验证。
3)、在20度下，手动调节风扇转速，确保调节的风扇转速2000-4000转/分，能够保证该服务器系统功耗最优，保证GPU温度70°-80°、CPU温度80°-90°、内存温度60°-70°和硬盘温度45°-55°，同时记录下GPU显卡的温度值、CPU的温度值、内存温度值和硬盘温度值。
4)、在25度下，手动调节风扇转速，确保调节的风扇转速4000-6000转/分，能够保证该服务器系统功耗最优，保证GPU温度70°-80°、CPU温度80°-90°、内存温度60°-70°和硬盘温度45°-55°，同时记录下GPU显卡的温度值、CPU的温度值、内存温度值和硬盘温度值。
5)、在30度下，手动调节风扇转速，确保调节的风扇转速6000-8000转/分，能够保证该服务器系统功耗最优，而保证GPU温度70°-80°、CPU温度80°-90°、内存温度60°-70°和硬盘温度45°-55°，同时记录下GPU显卡的温度值、CPU的温度值、内存温度值和硬盘温度值。
6)在35度下，手动调节风扇转速，确保调节的风扇转速8000-10000转/分，能够保证该服务器系统功耗最优，保证GPU温度70°-80°、CPU温度80°-90°、内存温度60°-70°和硬盘温度45°-55°，同时记录下GPU显卡的温度值、CPU的温度值、内存温度值和硬盘温度值。
7)根据上述1)-6)步骤的数据，分别编译GPU显卡和CPU模块、内存模块和硬盘模块的PID风扇调控策略，进而汇总成该服务器的风扇调控策略。在这套风扇调控策略，风扇的最终PWM值取所有部件模块输出的风扇转速最大值，作为该服务器的最终输出转速，进而能保证该服务器的部件能得到完全散热，并且系统功耗最低。
本发明的机箱采用分层结构，可以在4U服务器内实现高功耗GPU显卡的高密度集成，形成的两个独立的风道，可以支持高频高功耗CPU的散热，极大提高服务器的图形计算能力和运算能力。该独特的散热调控设计方法，兼容所有关键部件如GPU/CPU等散热，并且保证系统功耗最低。
以上所述，只是用图解说明本发明的一些原理，本说明书并非是要将本发明局限在所示所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。
除说明书所述技术特征外，其余技术特征均为本领域技术人员已知技术。

Claims (7)

1.支持高密度高功耗GPU服务器散热结构，包括机箱主体，其特征是，所述机箱主体设有两个独立风道，分别为上层风道和下层风道，主板区域设于上层风道内，显卡区域设于下层风道，机箱主体的后端设有风扇模组，所述上层风道和下层风道设于风扇模组的一端通过通孔连通。
2.根据权利要求1所述的支持高密度高功耗GPU服务器散热结构，其特征是，所述主板区域前端设有硬盘模组，中间设有导风罩，主板区域后端设有两个CPU，导风罩将内存与CPU分隔为两个独立空间。
3.根据权利要求2所述的支持高密度高功耗GPU服务器散热结构，其特征是，所述导风罩是由安装板、固定板和导风块构成，所述安装板两端与主板区域的侧边安装，所述安装板对应CPU的一侧设有导风块。
4.根据权利要求3所述的支持高密度高功耗GPU服务器散热结构，其特征是，所述安装板上设有两个导风块，每个导风块对应一个CPU。
5.根据权利要求1所述的支持高密度高功耗GPU服务器散热结构，其特征是，所述下层风道内设有八个GPU，每四个GPU形成一排，下层风道外侧设有挡风盖板，所述挡风盖板上设有多个挡风条，所述挡风条插入相邻GPU的空隙里。
6.根据权利要求1或2所述的支持高密度高功耗GPU服务器散热结构，其特征是，所述风扇模组设有六个风扇，上层三个风扇对应上层风道，下层三个风扇对应下层风道，且上层风道和下层风道连通。增强了机箱内风的流通，提高散热效果。
7.支持高密度高功耗GPU服务器散热结构的设计方法，其特征是，包括如下步骤：
1)、采用散热仿真软件flotherm，针对该服务器架构进行散热仿真，确认CPU、GPU和硬盘的布局，分别设计出上层风道内的导风罩和下层风道的挡风盖并确认所用风扇的规格；
2)、收到服务器样机后，进行散热设计方案的验证，完成CPU导风罩和CPU导风罩的散热可行性验证，并针对CPU和GPU进行散热方案验证；
3)、在20度下，手动调节风扇转速，确保调节的风扇转速PWM1值能够保证该服务器系统功耗最优，保证GPU温度70°-80°、CPU温度80°-90°、内存温度60°-70°和硬盘温度45°-55°，同时记录下GPU显卡的温度值、CPU的温度值、内存温度值和硬盘温度值；
4)、在25度下，手动调节风扇转速，确保调节的风扇转速PWM2值能够保证该服务器系统功耗最优，保证GPU温度70°-80°、CPU温度80°-90°、内存温度60°-70°和硬盘温度45°-55°，同时记录下GPU显卡的温度值、CPU的温度值、内存温度值和硬盘温度值；
5)、在30度下，手动调节风扇转速，确保调节的风扇转速PWM3值能够保证该服务器系统功耗最优，而保证GPU温度70°-80°、CPU温度80°-90°、内存温度60°-70°和硬盘温度45°-55°，同时记录下GPU显卡的温度值、CPU的温度值、内存温度值和硬盘温度值；
6)在35度下，手动调节风扇转速，确保调节的风扇转速PWM4值能够保证该服务器系统功耗最优，保证GPU温度70°-80°、CPU温度80°-90°、内存温度60°-70°和硬盘温度45°-55°，同时记录下GPU显卡的温度值、CPU的温度值、内存温度值和硬盘温度值；
7)根据上述1)-6)步骤的数据，分别编译GPU显卡和CPU模块、内存模块和硬盘模块的PID风扇调控策略，风扇的最终PWM值取所有部件模块输出的风扇转速最大值，作为该服务器的最终输出转速。
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