Почему выбор серверных вентиляторов отличается

В отличие от простого вентилятора, вентилятор охлаждения сервера работает в компактной тепловой системе высокой плотности. Воздух должен проходить через плотные ребра радиатора, платы, отсеки для дисков, модули питания, фильтры и перфорированные панели. Каждый предмет добавляет сопротивление. Поэтому вентилятору требуется сильное статическое давление, а также достаточный поток воздуха.

Серверные вентиляторы также работают в динамических условиях. Загрузка ЦП и графического процессора, температура на входе, рабочая нагрузка, высота над уровнем моря и события, связанные с неисправностью вентилятора, могут изменить требования к охлаждению. Готовая к производству конструкция нуждается в логике управления, мониторинге и температурном запасе, а не только в большом количестве кубических футов в минуту на странице каталога.

Начните с теплового профиля сервера

Прежде чем выбирать размер или скорость вентилятора, задокументируйте условия, определяющие потребность в охлаждении:

• Общая тепловая нагрузка: включает процессоры, ускорители, память, диски, сетевые карты, блоки питания и потери преобразования.
• Пределы горячих точек: определите максимально допустимую температуру для наиболее чувствительных компонентов.
• Условия воздуха на входе: Определите нормальную и наихудшую температуру на входе, высоту над уровнем моря и уровень загрязнения.
• Путь воздушного потока: сопоставьте входное и выходное отверстия, радиаторы, зоны препятствий, риски рециркуляции и перепускные зазоры.
• Режимы работы: учитывайте режимы простоя, типичные, пиковые вычислительные нагрузки, условия загрузки и неисправности.
• Цель доступности: решите, должна ли система оставаться в рабочем состоянии после отказа вентилятора.

Важные характеристики серверного вентилятора

Статическое давление

Статическое давление — это способность вентилятора проталкивать воздух, преодолевая сопротивление. Зачастую это важнее, чем свободный приток воздуха в серверах. Посмотрите на кривую давление-воздух (P-Q), а не только на максимальное значение CFM. Полезная рабочая точка — это место, где кривая вентилятора пересекает кривую сопротивления корпуса.

Расход воздуха

Расход воздуха обычно выражается в кубических футах в минуту или м³/ч. Он представляет собой объем воздуха, но опубликованный максимум обычно измеряется с небольшими ограничениями или без них. В сервере высотой 1U или 2U с близко расположенными компонентами реальный воздушный поток может быть намного ниже. Оцените состояние установки.

Формат и толщина вентилятора

Распространенные форматы серверных вентиляторов включают рамы диаметром 40, 60, 80, 92 и 120 мм, а также вентиляторные модули и конструкции с противоположным вращением. Толщина также имеет значение: рамы 28 мм, 38 мм и другие глубокие рамы могут обеспечить высокие характеристики давления, но требуют больше места в шасси. Выберите формат, учитывая доступный объем системы и необходимое давление.

Управление скоростью и ШИМ

Четырехпроводные вентиляторы с ШИМ широко используются в серверах, поскольку позволяют контроллеру управлять скоростью без снижения напряжения питания. Проверьте полный рабочий диапазон, поведение при запуске, требования к входу ШИМ и минимальную контролируемую скорость. Широкий диапазон используемых скоростей упрощает баланс между акустикой, мощностью и охлаждением.

Функции тахометра, сигнализации и неисправности

Хост должен иметь возможность проверить, что каждый вентилятор работает должным образом. Сигналы тахометра сообщают о скорости вращения вентилятора; некоторые модели имеют выходы блокировки ротора, сигнализации или неисправности. Определите, как прошивка будет реагировать на аномальный сигнал об частоте вращения: увеличить количество оставшихся вентиляторов, уменьшить мощность процессора, выдать предупреждение или выполнить контролируемое завершение работы.

Напряжение и ток

12 В постоянного тока и 48 В постоянного тока — это обычные источники питания серверных вентиляторов. Подтвердите номинальное напряжение, допустимый диапазон напряжения, номинальный ток, пусковой ток и ток заторможенного ротора. Схема электропитания должна допускать одновременный запуск вентиляторов и отказы, особенно в системах с большим количеством высокоскоростных вентиляторов.

Надежность и подшипниковая система

Серверы часто работают круглосуточно и без выходных, часто при повышенной температуре на входе. Просмотрите данные о номинальном сроке службы, технологии подшипников, максимальной рабочей температуре и надежности в условиях, соответствующих вашему оборудованию. Не следует считать, что номинальный срок службы, измеренный при низкой температуре, остается неизменным внутри горячей стойки.

Зависимость воздушного потока от статического давления в серверном корпусе

В конструкциях с высоким сопротивлением вентилятор с более низким номинальным значением CFM на открытом воздухе может превзойти альтернативу с более высоким значением CFM, если он имеет более сильную кривую давления. Вот почему измерения на уровне системы имеют важное значение.

Используйте резервирование для защиты времени безотказной работы

Для критически важных серверов система охлаждения должна допускать отказ вентилятора. Наиболее распространенной стратегией является резервирование N+1: стенка вентилятора имеет достаточную мощность, чтобы в случае отказа одного вентилятора другие могли увеличить скорость и поддерживать температуру компонентов в определенных пределах.

Избыточность должна быть подтверждена, а не предполагаема. Проверьте корпус с типовым неисправным вентилятором или снятым модулем при наихудшей нагрузке и температуре на входе. Проверьте, перенаправляется ли поток воздуха через пустое положение, работают ли соседние вентиляторы за пределами предполагаемого диапазона и достаточно ли быстро реагирует прошивка.

Компромиссы в шуме, мощности и производительности

Высокоскоростные серверные вентиляторы могут создавать значительный шум и потреблять значительную мощность. Максимальная скорость должна быть зарезервирована для теплового режима или условий неисправности. Хорошо настроенная кривая управления вентилятором использует датчики температуры вблизи критических горячих точек и постепенно увеличивает скорость по мере повышения температуры.

• Используйте гистерезис или фильтрацию, чтобы избежать быстрых и слышимых изменений скорости.
• Установите безопасную минимальную скорость, которая предотвращает появление локальных точек доступа при низкой нагрузке.
• Используйте разные зоны управления, когда нагрузки на процессор, графический процессор, хранилище и источник питания изменяются независимо.
• Примените консервативный резервный режим полной скорости в случае сбоя критического датчика температуры или сигнала вентилятора.

Факторы окружающей среды, которые следует учитывать

Среды центров обработки данных и пограничных серверов не идентичны. В контролируемом зале обработки данных могут быть повышены акустические и энергетические характеристики, в то время как на торцевом корпусе может наблюдаться пыль, высокая температура окружающей среды, вибрация или влажность. Укажите вентилятор для конкретной среды.

• Диапазон рабочих температур и снижение номинальных значений температуры
• Высота над уровнем моря, которая снижает плотность воздуха и охлаждающую способность.
• Воздействие пыли и загрузка фильтра с течением времени
• Вибрация и удары во время транспортировки или развертывания в полевых условиях
• Влажность, риск коррозии и наличие необходимых защитных покрытий.
• Требования по ЭМС, безопасности и специфичным для продукта требованиям.

Контрольный список выбора вентилятора охлаждения сервера

1. Рассчитайте тепловую нагрузку и определите максимальные температуры компонентов.
2. Измерьте или смоделируйте сопротивление воздушного потока шасси.
3. Выберите кривую вентилятора, которая соответствует требуемому расходу при реальном давлении в системе.
4. Проверьте физические размеры, толщину, монтаж, разъем и направление воздушного потока.
5. Подтвердите напряжение питания, пусковой ток и запас мощности.
6. Подтвердите совместимость ШИМ, тахометра, сигнализации и контроллера управления.
7. Выбирайте подшипники и номинальный срок службы для круглосуточной работы и условий наихудшей температуры на входе.
8. Спроектируйте и протестируйте N+1 или требуемый уровень резервирования.
9. Проверьте акустику, тепловые характеристики и реакцию на неисправности в окончательном шасси.

Часто задаваемые вопросы

Почему вентиляторы сервера такие громкие?

Серверам часто приходится проталкивать воздух через жестко ограниченные радиаторы и расположение компонентов. Обычно для этого требуются высокие обороты и высокое статическое давление, оба из которых увеличивают акустическую мощность. Интеллектуальное управление ШИМ может снизить шум при снижении тепловой нагрузки.

Должен ли я использовать в сервере осевые вентиляторы или нагнетатели?

Многие стоечные серверы используют высокоскоростные осевые вентиляторы или модули вентиляторов, поскольку они эффективно перемещают воздух по направлению вперед-назад к корпусу. Воздуходувки могут быть уместны там, где этого требует механическая схема или воздуховоды. Выбирайте в зависимости от требований к давлению и расходу воздуха и физической интеграции.

Могу ли я заменить вентилятор сервера стандартным вентилятором ПК?

Обычно не обходится без детальной проверки. Стандартным вентиляторам ПК может не хватать необходимого статического давления, диапазона рабочих температур, совместимости разъемов, поведения тахометра, уровня надежности или функций мониторинга неисправностей. Используйте вентилятор, разработанный и проверенный с учетом тепловых и электрических требований сервера.

Заключение

Выбор охлаждающего вентилятора для сервера требует большего, чем просто соответствие размера корпуса и напряжения. Начните с теплового профиля корпуса, выберите производительность по кривой давления и расхода воздуха и проверьте результат в реальной рабочей точке. Добавьте ШИМ-управление, мониторинг частоты вращения, надежную конструкцию электропитания и проверенное резервирование, чтобы создать систему охлаждения, обеспечивающую высокую производительность и время безотказной работы.