Efektīvas termiskās dizaina stratēģijas servera PCB montāžai
Servera PCB darbojas nepārtrauktās lielās slodzēs, procesoriem, atmiņas moduļiem un enerģijas regulatoriem, kas rada ievērojamu siltumu. Efektīva termiskā pārvaldība ir kritiska, lai novērstu veiktspējas sadalīšanos, komponentu kļūmi vai sistēmas dīkstāvi. Lai to sasniegtu, ir jāoptimizē PCB izkārtojums, izvēlēties uzlabotus materiālus un inovatīvu dzesēšanas risinājumu integrēšana, kas pielāgoti blīvai servera videi.
Optimizēts komponentu izvietojums un PCB izkārtojums gaisa plūsmas efektivitātei
Siltuma ģenerējošo komponentu izvietojums servera PCB tieši ietekmē gaisa plūsmas modeļus un dzesēšanas efektivitāti. Lieljaudas elementi, piemēram, CPU, GPU un sprieguma regulatori, būtu jānovieto, lai saskaņotu ar servera šasijas primāro gaisa plūsmas virzienu. Piemēram, procesoru novietošana tuvu ieplūdes atverēm nodrošina, ka vēss gaiss tos vispirms sasniedz, samazinot iepriekš uzkarsētu gaisa iedarbību no kaimiņu komponentiem.
Atstatums starp komponentiem ir vienlīdz svarīgs. Atbilstoša klīrenss ap augstas karstuma detaļām ļauj gaisam brīvi cirkulēt, samazinot karsto punktu skaitu. Tas ir īpaši svarīgi vairāku procesoru konfigurācijās, kur viena CPU siltums varētu ietekmēt blakus esošās vienības, ja gaisa plūsma ir ierobežota. Dizaineri izmanto skaitļošanas šķidruma dinamikas (CFD) simulācijas, lai modelētu gaisa plūsmu un temperatūras sadalījumu, pirms fiziska prototipēšanas identificējot optimālu komponentu izvietojumu.
Izsekošanas maršrutēšana un caur izvietojumu ietekmē arī termisko veiktspēju. Biezas vara pēdas un vairākas vias samazina elektrisko pretestību, kas savukārt samazina jaudas izkliedi kā siltumu. Jaudas izsalkušajiem komponentiem dizaineri var palielināt termisko vias skaitu, kas savieno komponenta spilventiņu ar iekšējām zemes plaknēm, pastiprinot siltuma vadīšanu prom no virsmas. Šī pieeja ir īpaši efektīva virsmas montāžas ierīcēm (SMD) ar ierobežotiem termisko kontaktu apgabaliem.
Papildu termiskās saskarnes materiāli un siltuma izkliedes struktūras
Siltuma interfeisa materiāli (TIMS) palielina spraugu starp komponentiem un siltuma izlietnēm, uzlabojot siltumvadītspēju un samazinot kontaktu pretestību. Tradicionālie TIM, piemēram, termiskā smērviela, tiek papildināti vai aizstāti ar fāzes maiņas materiāliem (PCM) un ar metālu piepildītām epoksēmām, kas piedāvā augstāku siltumvadītspēju un ilgāku uzticamību ilgstošā augstā temperatūrā. Piemēram, PCMS pāreja no cieta uz šķidru stāvokli darba temperatūrā, piepildot mikroskopiskos gaisa spraugas un nodrošinot konsekventu termisko kontaktu.
Siltuma izlietnes dizains servera PCB attīstās, lai risinātu telpas ierobežojumus un palielinātu jaudas blīvumu. Tvaika kameras, kurās tiek izmantoti fāzes maiņas dzesēšanas principi, ir integrētas siltuma izlietnēs, lai vienmērīgi sadalītu siltumu lielākās virsmās. Tas ir īpaši noderīgi procesoriem ar nevienmērīgu siltuma veidošanos, piemēram, tiem, kuriem ir integrētas grafikas serdeņi. Turklāt siltuma caurules, kas iestrādātas PCB substrātā vai komponentu paketēs, pārnes siltumu uz attāliem dzesēšanas vietām, ļaujot elastīgākiem izkārtojuma dizainiem.
Augstas veiktspējas serveriem šķidruma dzesēšanas šķīdumi gūst vilkmi. Mikrokanāla aukstās plāksnes, kas piestiprinātas pie PCB virsmas, cirkulē dzesēšanas šķidrumu, lai absorbētu siltumu tieši no komponentiem. Šīm sistēmām nepieciešama precīza izlīdzināšana un noplūdes montāža, bet tā piedāvā labāku siltuma veiktspēju, salīdzinot ar gaisa dzesēšanu, īpaši blīvi iesaiņotos plauktos. PCB montāžas laikā ražotāji izmanto automatizētas dozēšanas sistēmas, lai vienādi un spiediena jutīgas līmes pielietotu tims, lai nostiprinātu aukstās plāksnes, nesabojājot smalkus komponentus.
Dinamiskā termiskā pārvaldība un reālā laika uzraudzības sistēmas
Mūsdienu serveri ietver dinamiskās termiskās pārvaldības (DTM) paņēmienus, lai dzesēšanas resursus pielāgotu reāllaika darba slodzes prasībām. Iegultie temperatūras sensori PCB monitora kritiskajos komponentos, datu barošana ar programmaparatūras algoritmiem, kas pielāgo ventilatora ātrumu, enerģijas patēriņu vai pulksteņa frekvences, lai saglabātu drošu darbības temperatūru. Piemēram, ja CPU pārsniedz iepriekš noteiktu slieksni, sistēma var samazināt tā spriegumu vai frekvenci (droseļvārstu), vienlaikus palielinot ventilatora apgriezienus, lai ātrāk izkliedētu siltumu.
Mašīnmācīšanās algoritmi uzlabo DTM, prognozējot termiskās tendences, kuru pamatā ir vēsturiskas lietošanas modeļi. Šīs sistēmas iemācās paredzēt temperatūras tapas maksimālās slodzes laikā, preventīvi pielāgojot dzesēšanas parametrus, lai novērstu veiktspējas kritumu. Piemēram, serveris, kas apstrādā pakešu apstrādes darbus uz nakti, zemas aktivitātes periodos var samazināt ventilatora ātrumu, lai ietaupītu enerģiju, pēc tam palielinot tos, palielinoties aprēķiniem.
Atlaišana termiskajā uzraudzībā nodrošina uzticamību. Vairāki sensori izseko vienu un to pašu komponentu vai zonu, ar sistēmas šķērsgriezumu rādījumiem, lai noteiktu kļūdas. Ja sensors neizdodas, DTM var paļauties uz alternatīviem datu avotiem, lai saglabātu drošu darbību. PCB testēšanas laikā ražotāji apstiprina sensora precizitāti visā darbības temperatūras diapazonā, nodrošinot konsekventu veiktspēju datu centros ar atšķirīgiem vides apstākļiem.
Siltuma izlietņu integrācija ar PCB substrātu pastiprinātai vadītspējai,
kas tieši iegulda siltuma izlietnes PCB substrātā, samazina termisko pretestību starp komponentiem un dzesēšanas šķīdumu. Šī pieeja bieži ietver metāla kodolu PCB (MCPCBS) izmantošanu, kur termiski vadošs metāla slānis (piemēram, alumīnijs vai varš) aizstāj tradicionālo FR4 materiālu. Metāla serde darbojas kā siltuma izkliedētājs, noņemot siltumu no komponentiem un izkliedējot to caur šasiju vai piestiprinātām siltuma izlietnēm.
Daudzslāņu PCB dizaineri iekļauj termiskos vias, kas iekļūst visos slāņos, izveidojot zemas pretestības ceļus siltuma pārnesei. Šie Vias bieži ir piepildīti ar vadītspējīgu epoksīdu vai lodēšanu, lai palielinātu efektivitāti. Dažos dizainos pats PCB darbojas kā siltuma izlietne, ar pakļautiem vara laukumiem aizmugurējā pasniegšanā kā termiskās izkliedes virsmas. Tas ir izplatīts zema profila serveros, kur tradicionālo siltuma izlietņu vieta ir ierobežota.
Integrēto siltuma izlietņu siltuma veiktspējas pārbaude ietver infrasarkano termogrāfiju un termiskās simulācijas instrumentus. Infrasarkanās kameru kartes temperatūras sadalījums visā PCB virsmā, izceļot apgabalus, kur siltuma uzkrāšanās pārsniedz dizaina robežas. Inženieri izmanto šos datus, lai precizētu, izmantojot modeļus, pirms masveida ražošanas dizaina pabeigšanas tiek pielāgots komponentu izvietojums vai modificētu siltuma izlietnes ģeometriju.
Apvienojot stratēģisko komponentu izkārtojumu, uzlabotus TIM, dinamisko siltuma pārvaldību un substrāta līmeņa siltuma izkliedes paņēmienus, ražotāji var izveidot servera PCB komplektus, kas uztur optimālu temperatūru pat ekstrēmās darba slodzēs, nodrošinot ilgtermiņa uzticamību un veiktspēju datu centra vidē.
