CN116070467B - 一种3u加固服务器内部gpu卡的散热仿真分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于GPU卡散热技术领域，尤其涉及一种3U加固服务器内部GPU卡的散热仿真分析方法，本发明对GPU模组进行散热仿真分析，并且不影响服务器内部其他模组的散热，合理利用服务器既有的内部空间结构布局，根据仿真分析结果，设计出匹配CPU模组的挡风罩，使通过GPU内部散热器的冷空气增加，带走GPU模组产生的热量；通过散热仿真分析确定增加GPU模组后，挡风罩的设计方式，从而实现了GPU卡散热方式的确定；并且本发明可以在真是挡风罩制造出来之前，预设加固服务器内部模块过热问题，为真实的挡风罩设计形式提供了准确的散热理论依据，大大降低了研发周期和研发成本。

Description

一种3U加固服务器内部GPU卡的散热仿真分析方法
技术领域
本发明属于GPU卡散热技术领域，尤其涉及一种3U加固服务器内部GPU卡的散热仿真分析方法。
背景技术
目前，随着通信技术的高速发展，服务器高度集成化，内部由各个大功率模块集成；由于高度集成化，使得服务器内部各个模块的散热要求越来越高；散热不足将严重影响服务器 的使用可靠性和安全性；解决服务器内部各个模块的散热问题，对服务器的工作性能具有重要的意义。
在现有的加工服务器内部主板上留有可插拔GPU模组的连接器，可以根据不同客户的需求，提供不同配置的服务器；在考虑到成本、维护以及配置等各个方面的便利性情况下，在不改变原有机箱结构的基础上，可以安装GPU模组，在原有服务器散热系统的基础上，新安装的GPU模组不影响原有模组的散热，并且需要考虑新安装的GPU模组自身的散热问题。
在现有3U加固服务器散热技术中，由于服务器内部模组较多，结构紧凑，内部阻力较大，采用前进后出的抽风设计方式，服务器内部流场比较均匀，服务器前面板所有缝隙都可以作为进风口；但是由于原有加固服务器结构限制，以及GPU模组的散热问题，需要设计新的挡风罩来匹配GPU模组，因此需要借助散热仿真设计手段，对整个服务器重新进行散热设计，包括流量分配，挡风罩设计，对原有系统CPU的影响等，解决GPU模组的散热问题，提高整体系统的散热效率，对增强加固服务器的使用场景具有重要意义。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种3U加固服务器内部GPU卡的散热仿真分析方法，拟解决GPU模组的散热问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种3U加固服务器内部GPU卡的散热仿真分析方法，包括以下步骤：
利用仿真分析对3U加固服务器进行散热仿真分析，得到第一散热相关数据；
利用仿真分析对增加了GPU卡的3U加固服务器进行散热仿真分析，得到第二散热相关数据，并将第二散热相关数据与GPU所需的标准风量进行比对，若满足，则完成散热方式的确定，若不满足，则通过在GPU模组的进风口或/和出风口加设挡风罩，并调整挡风罩的位置，来达到调整进风口大小的目的；调整完成后，进行散热仿真分析，直至所获取的第二散热相关数据符合GPU所需的标准风量时，停止调整挡风罩和散热反正分析，得到GPU卡的散热方式。
本发明通过散热仿真分析确定增加GPU模组后，挡风罩的设计方式，从而实现了GPU卡散热方式的确定；并且本发明可以在真是挡风罩制造出来之前，预设加固服务器内部模块过热问题，为真实的挡风罩设计形式提供了准确的散热理论依据，大大降低了研发周期和研发成本。
优选的，所述第一散热相关数据包括CPU的温度和散热器翅片附近的空气流速。
优选的，在增设挡风罩后，进行散热仿真分析，若所得到的第二散热数据符合GPU所需的标准风量，则无需调整挡风罩的位置；若不符合，则调整挡风罩的位置，使得进风口或/和出风口逐渐减小，且每调节一次，均需要进行一次散热仿真分析，直至所获取的第二散热数据符合GPU所需的标准风量后，停止调整挡风罩的位置。
优选的，进行的所述散热仿真分析均在相同的环境条件下进行。
优选的，所述第二散热相关数据包括CPU的温度、散热器翅片附近的空气流速以及流过GPU卡内部的风量。
进一步的，通过散热仿真分析得到的第二散热相关数据满足GPU所需的标准风量时，还需要确定是否满足CPU的温度要求，若不满足，则继续调整挡风罩的位置，直至仿真出的第二散热相关数据满足GPU的标准风量以及CPU的温度要求。
优选的，所述散热仿真分析采用正交仿真分析方法。
本发明的有益效果包括：
本发明通过散热仿真分析确定增加GPU模组后，挡风罩的设计方式，从而实现了GPU卡散热方式的确定；并且本发明可以在真实挡风罩制造出来之前，预设加固服务器内部模块过热问题，为真实的挡风罩设计形式提供了准确的散热理论依据，大大降低了研发周期和研发成本。
本发明在不改变加固服务器原本结构形式的前提下，在不影响整体散热情况下，可以兼顾配置的加固服务器，增强服务器的使用场景。
附图说明
图1为本发明的加固服务器内部结构俯视图。
图2为本发明的加固服务器进风口面板正视图。
图3为本发明的GPU模组正视图。
图4为本发明的GPU模组进风口正视图。
附图标记说明：1.GPU模组；2.主板模组；3.风扇模组；4.电源模组；5.标卡模组；6.硬盘模组；7.进风口面板；8.GPU卡；9.进风口挡风罩；10.出风口挡风罩。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
参见图1到图4，通过实施例对本发明做进一步的说明：
参见附图1到附图4所述，3U加固服务器内部包括主板模组2、电源模组4、标卡模组5、硬盘模组6、风扇模组3以及GPU模组1等；其中主板模组2上具有两颗大功率CPU芯片，CPU芯片的上方安装有带热管的翅片散热器，CPU芯片与散热器之间涂有导热硅脂，减小CPU芯片与散热器之间的接触热阻。
加固服务器采用抽风散热设计，服务器内部流场比较均匀，服务器前面板所有缝隙都可以作为进风口，能够使冷风均匀流过内部的所有模组，能够满足自身的散热需求。
增加的GPU模组1安装在服务器内部，由于GPU模组1自身结构及加固服务器结构限制，加固服务器原有的散热系统无法兼顾新增加的GPU模组1散热问题，在不改变加固服务器原有结构的前提下，需要通过仿真分析方法，对加固服务器重新进行系统散热仿真分析。
具体的散热仿真分析方法如下所述：
步骤1：利用仿真分析方法，对现有的3U加固服务器进行散热仿真分析，得到服务器内部的温度场及风速，再基于所得到的温度场和风速得到CPU的温度及散热器翅片附近的空气流速；
步骤2：与步骤1相同的仿真环境下，增加GPU模组1，通过散热仿真分析，得到服务器内部的温度场和风速，再基于所得到的温度场和风速得到CPU的温度、散热器翅片附近的空气流速以及流过GPU内部的风量；将流过GPU内部的风量与GPU卡8所需的标准风量进行对比，若不满足所需的标准风量值，则继续执行下一步，若满足则无需增加挡风罩；
步骤3：在不改变加固服务器原本结构的条件下，在GPU模组1增加出风口挡风罩10，通过仿真分析得到服务器内部的温度场和风速，再基于所得到的温度场和风速得到CPU的温度、散热器翅片附近的空气流速以及流过GPU内部的风量；将流过GPU内部的风量与GPU卡8所需要的标准风量进行对比，若不满足GPU所需的标准风量值，则继续进行下一步，若满足则无需在进风口面板7增加挡风罩设计；
步骤4：在不改变加固服务器原本结构的条件下，在GPU模组1进风口增加挡风罩，并且挡风罩分别覆盖加固服务器面板进风口面积的四分之一、三分之一以及二分之一，通过仿真分析得到服务器内部的温度场和风速，并基于温度场和风速得到CPU的温度、散热器翅片附近的空气流速以及流过GPU内部的风量；将流过GPU内部的风量与GPU卡8所需标准风量进行比对，并且还需将本步骤所得的CPU的温度与步骤1所得到的的CPU温度进行比对，若不满足GPU卡8所需的标准风量值，则继续进行下一步，增大挡风罩的面积（即通过挡风罩减小进风口的尺寸）；若满足GPU卡8所需标准的风量值，并且CPU的温度值不满足要求，则继续进行下一步；
步骤5：通过改变挡风罩的挡风面积及不同的挡风形式，采用正交仿真分析法，对比CPU的温度规格以及CPU的进风量，直至两者同时满足要求，不改变服务器结构形式的前提下，满足整体的散热效果。
对步骤1中未增加GPU模组1时进行仿真分析，得到仿真分析风速云图，其中主控CPU芯片上面散热翅片附近的风速分别2.93m/s和3.45m/s；
对步骤1中未增加GPU模组1时进行仿真分析，得到仿真分析温度云图，其中主控CPU芯片温度分别为86.5℃和79.6℃，满足主控CPU芯片105℃的最高温度要求。
对步骤4中只添加GPU模组1进风口挡风罩进行仿真分析，得到仿真分析速度云图，其中主控CPU芯片上方的散热器翅片的附近的风速分别为2.91m/s和3.22m/；
对只添加GPU模组1进风口挡风罩9进行仿真分析，得到仿真分析温度云图，其中主控CPU芯片温度分别为89.5℃和86.5℃，同样满足主控CPU芯片105℃的最高温度要求；
并且从仿真结果得到，通过GPU内部翅片的风量为6.761CFM，满足GPU设计要求所需要的6CFM风量。
本发明对GPU模组1进行散热仿真分析，并且不影响服务器内部其他模组的散热，合理利用服务器既有的内部空间结构布局，根据仿真分析结果，设计出匹配CPU模组的挡风罩，使通过GPU内部散热器的冷空气增加，带走GPU模组1产生的热量。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (7)

1.一种3U加固服务器内部GPU卡的散热仿真分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用仿真分析对3U加固服务器进行散热仿真分析，得到第一散热相关数据；
利用仿真分析对增加了GPU卡的3U加固服务器进行散热仿真分析，得到第二散热相关数据，并将第二散热相关数据与GPU所需的标准风量进行比对，若满足，则完成散热方式的确定，若不满足，则通过在GPU模组的进风口或/和出风口加设挡风罩，并调整挡风罩的位置，来达到调整进风口大小的目的；调整完成后，进行散热仿真分析，直至所获取的第二散热相关数据符合GPU所需的标准风量时，停止调整挡风罩和散热反正分析，得到GPU卡的散热方式；
具体的散热仿真分析方法如下所述：
步骤1：利用仿真分析方法，对现有的3U加固服务器进行散热仿真分析，得到服务器内部的温度场及风速，再基于所得到的温度场和风速得到CPU的温度及散热器翅片附近的空气流速；
步骤2：与步骤1相同的仿真环境下，增加GPU模组，通过散热仿真分析，得到服务器内部的温度场和风速，再基于所得到的温度场和风速得到CPU的温度、散热器翅片附近的空气流速以及流过GPU内部的风量；将流过GPU内部的风量与GPU卡所需的标准风量进行对比，若不满足所需的标准风量值，则继续执行下一步，若满足则无需增加挡风罩；
步骤3：在不改变加固服务器原本结构的条件下，在GPU模组增加出风口挡风罩，通过仿真分析得到服务器内部的温度场和风速，再基于所得到的温度场和风速得到CPU的温度、散热器翅片附近的空气流速以及流过GPU内部的风量；将流过GPU内部的风量与GPU卡所需要的标准风量进行对比，若不满足GPU所需的标准风量值，则继续进行下一步，若满足则无需在进风口面板增加挡风罩设计；
步骤4：在不改变加固服务器原本结构的条件下，在GPU模组进风口增加挡风罩，并且挡风罩分别覆盖加固服务器面板进风口面积的四分之一、三分之一以及二分之一，通过仿真分析得到服务器内部的温度场和风速，并基于温度场和风速得到CPU的温度、散热器翅片附近的空气流速以及流过GPU内部的风量；将流过GPU内部的风量与GPU卡所需标准风量进行比对，并且还需将本步骤所得的CPU的温度与步骤1所得到的CPU温度进行比对，若不满足GPU卡所需的标准风量值，则继续进行下一步，增大挡风罩的面积；若满足GPU卡所需标准的风量值，并且CPU的温度值不满足要求，则继续进行下一步；
步骤5：通过改变挡风罩的挡风面积及不同的挡风形式，采用正交仿真分析法，对比CPU的温度规格以及CPU的进风量，直至两者同时满足要求，不改变服务器结构形式的前提下，满足整体的散热效果。
2.根据权利要求1所述的一种3U加固服务器内部GPU卡的散热仿真分析方法，其特征在于，所述第一散热相关数据包括CPU的温度和散热器翅片附近的空气流速。
3.根据权利要求1所述的一种3U加固服务器内部GPU卡的散热仿真分析方法，其特征在于，在增设挡风罩后，进行散热仿真分析，若所得到的第二散热数据符合GPU所需的标准风量，则无需调整挡风罩的位置；若不符合，则调整挡风罩的位置，使得进风口或/和出风口逐渐减小，且每调节一次，均需要进行一次散热仿真分析，直至所获取的第二散热数据符合GPU所需的标准风量后，停止调整挡风罩的位置。
4.根据权利要求1所述的一种3U加固服务器内部GPU卡的散热仿真分析方法，其特征在于，进行的所述散热仿真分析均在相同的环境条件下进行。
5.根据权利要求1所述的一种3U加固服务器内部GPU卡的散热仿真分析方法，其特征在于，所述第二散热相关数据包括CPU的温度、散热器翅片附近的空气流速以及流过GPU卡内部的风量。
6.根据权利要求1所述的一种3U加固服务器内部GPU卡的散热仿真分析方法，其特征在于，当通过散热仿真分析得到的第二散热相关数据满足GPU所需的标准风量时，还需要确定是否满足CPU的温度要求，若不满足，则继续调整挡风罩的位置，直至仿真出的第二散热相关数据满足GPU的标准风量以及CPU的温度要求。
7.根据权利要求1所述的一种3U加固服务器内部GPU卡的散热仿真分析方法，其特征在于，所述散热仿真分析采用正交仿真分析方法。
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