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），設計者可以在分析模型中根據(jù)設計需要來調(diào)整進風與出風口面積、調(diào)整風扇具體參數(shù)與配置、增加風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，風扇的指標采用CFM來衡量，然而，在具體應用場合中，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。

　　對于風扇的CFM數(shù)據(jù)，應該全面的分析。比如在12U ATCA系統(tǒng)中，利用Flotherm分析可以知道，采用某些低CFM風扇可以獲得更好的散熱效果，如下圖所示：風扇靜壓大約為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)風道，風扇類型已經(jīng)風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)設定的邏輯來自我修復錯誤。比如 Elma提供的IPM Sentry Manager模塊可以對系統(tǒng)的風扇進行調(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，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扇可能被更換，這時，散熱仿真數(shù)據(jù)就將為系統(tǒng)設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