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	  本发明公开了一种模拟服务器热特性的数据中心负载,包括,服务器机箱、厚膜电阻加热片、翅片散热器、服务器风扇、导风罩、PCB主板、直流稳压电源、热电偶、数控可调电源、电子触摸显示屏、指示灯、蜂鸣器、急停按钮、开关和电源插座,所述服务器箱体为标准4U服务器机箱,本发明按照每个用户需求来调节厚膜电阻加热片的发热功率,并参考服务器的布局来对模拟负载进行结构设计,同时可结合实际检测的温度反馈调节服务器风扇转速,更真实模拟服务器的散热情况及气流组织,提高模拟负载的测试精度。


	  1.一种模拟服务器热特性的数据中心负载,其特征是,包括服务器箱体,以及设置在服务器箱体内的厚膜电阻加热片、翅片散热器、服务器风扇、导风罩、模拟内存、模拟硬盘、数控可调电源、直流稳压电源、热电偶、PCB主板、壳体和显示屏,


	  所述厚膜电阻加热片布置在PCB主板,用于模拟服务器的高功率CPU、GPU和NPU芯片的工作功率及封装外形,


	  所述翅片散热器紧贴在加热片上方,对加热片强化传热,降低加热片温度,加热片与散热器之间填充导热硅脂,减小接触热阻,


	  所述服务器风扇与加热片及散热器对应布置,提高通过散热器的空气流速,强化空气对流,风扇的PWM信号线、FG信号线连接至PCB主板,


	  所述导风罩布置在风扇至散热器上部,优化气流组织,使冷空气直接流过加热片及散热器区域,减少其他区域的旁通气流,,


	  所述热电偶温度测点设置在散热器表面、壳体进风口、出风口,连接至PCB主板,


	  所述PCB主板用于集成供电,采集电流、电压和温度信号并进行反馈,PCB主板输出端连接到的壳体的RS485通讯接口,


	  所述壳体采用数据中心机架式服务器尺寸,前表面进风、后表面出风,壳体设有显示屏、指示灯、设备开关以及通讯接口,支持远程操作,


	  所述显示屏接线端连接到PCB主板,用于显示采集的数据,并对加热片功率、风扇转速进行调节。


	  2.根据权利要求1所述的一种模拟服务器热特性的数据中心负载,其特征是,标准服务器机箱前、后板设置了通风孔。


	  3.根据权利要求1所述的一种模拟服务器热特性的数据中心负载,其特征是,在所述服务器机箱内部装有8块用于模拟服务器芯片发热的厚膜电阻加热片,每个发热片的上限功率为625W。


	  4.根据权利要求3所述的一种模拟服务器热特性的数据中心负载,其特征是,在所述的高功率厚膜电阻加热片上表面装有8块翅片散热器,两者之间填充有导热硅脂。


	  5.根据权利要求1所述的一种模拟服务器热特性的数据中心负载,其特征是,所述服务器机箱内部装有8台服务器风扇,所述服务器风扇的PWM调速线、FG信号线连接到PCB主板,其中PWM是脉冲宽度调制,通过调节脉宽信号实现风扇转速的精确控制,风扇FG信号线对转速反馈输出的是一个方波信号,根据方波信号的频率可换算出风扇的转速,实现风扇转速的测量。


	  6.根据权利要求1所述的一种模拟服务器热特性的数据中心负载,其特征是,所述的PCB主板对厚膜电阻加热片的温度、电流和电压,对风扇的电流、电压信号进行采集,并将信号传输到显示屏显示读取,显示屏实现本地读取控制,对厚膜电阻加热片的功率、服务器风扇的转速进行调节。


	  7.根据权利要求6所述的一种模拟服务器热特性的数据中心负载,其特征是,所述PCB主板通过RS485接口实现本机信息的远程读取控制,远程实现对服务器风扇、数控可调电源的调控。


	  8.根据权利要求7所述的一种模拟服务器热特性的数据中心负载,其特征是,所述的本机信息包括热电偶的所测温度,厚膜电阻加热片的电流、电压、功率,风扇的实际电流、电压和转速。


	  9.根据权利要求7所述的一种模拟服务器热特性的数据中心负载,其特征是,所述服务器机箱内的数控可调电源经过控制电压电流来调节厚膜电阻加热片的功率,直流稳压电源独立为PCB主板与服务器风扇供电。


	  10.根据权利要求9所述的一种模拟服务器热特性的数据中心负载,其特征是,所述服务器机箱前面板上安装显示屏、指示灯和开关,PCB主板监测本机的异常信号并控制指示灯报警。


	  [0001]本发明涉及数据中心测试技术领域,具体涉及一种模拟服务器热特性的数据中心负载。


	  [0002]数据中心是我国新基建中的高耗能产业,2017年我国数据中心用电量已超过三峡水电站发电量,占全社会用电量的2.00,。随着网络、人工智能、数字化的经济的快速地发展,数据中心作为其硬件基础,其能耗问题中越来越得到普遍关注。


	  [0003]新建的数据中心机房在正式投入到正常的使用中前,需要对机房设计指标及气流环境进行调试、验收,包括供配电系统、空调系统、弱电系统及机房动环监控系统等,现今一般会用加热棒型负载来替代服务器进行测试。


	  [0004]随着低碳节能要求提高,传统加热棒型负载并不能如实反应数据中心在实际运行中的气流组织。由于加热棒型负载内部构造与实际服务器设计差别很大,与真实服务器相比,传统负载尚未提出基于服务器建立相似结构,尤其是服务器芯片的发热机制,在调试验收阶段,忽略了对服务器工作时候的温度来测试,造成数据中心投入到正常的使用中后的实际运行中,由于服务器局部过热需要冷却系统过度冷却,验收工况与实际运行工况有所差异,不能很好地指导数据中心测试与验收工作。同时传统负载未考虑负载内部结构对其进出口气流的压降影响,对机房整体的气流组织影响也和实际服务器大相径庭,导致气流组织中存在旁通、回流等问题不能及时有效地发现。例如发明专利《机架式热负载及其应用》采用3个PTC加热单元模拟500W、1000W、1500W服务器散热,无法模拟总功率范围内任意发热功率,未考虑服务器芯片的发热机制、负载内部结构对其进出口气流的压降影响。综上,传统负载对局部热点以及机房气流组织的测试并不准确,有几率会使数据中心机房测试存在着较大的误差,而且没办法对真实运维环境(如温度场)做准确评估,影响数据中心的低碳节能应用与技术发展。


	  [0005] 本发明的目的是提供一种模拟服务器热特性的数据中心负载,以解决上述背景中的问题,用于精确模拟服务器的高功率CPU、GPU、NPU等芯片的工作功率及封装外形、服务器结构布局及其气流组织。本模拟负载可实现无极调节负载的发热功率,进而模拟不同发热功率的服务器以及发热功率不均匀的服务器,同时模拟设置发热功率和服务器风扇转速的控制逻辑,可实现本地或远程智能监控调节不同风扇的转速,保证模拟负载的安全运行,模拟服务器结构真实还原了服务器进出口压降变化及在机房内的气流组织,可以对机房内的温度场、压力场更精确地测试,进而提高了机房验收指标数据的准确性。


	  [0007] 一种模拟服务器热特性的数据中心负载,包括服务器箱体,以及设置在服务器箱体内的厚膜电阻加热片、翅片散热器、服务器风扇、导风罩、模拟内存、模拟硬盘、数控可调电源、直流稳压电源、热电偶、PCB主板、壳体、显示屏,


	  [0009] 所述厚膜电阻加热片布置在PCB主板,用于模拟服务器的高功率CPU、GPU和NPU芯片的工作功率及封装外形,


	  [0010] 所述翅片散热器紧贴在加热片上方,对加热片强化传热,降低加热片温度,加热片与散热器之间填充导热硅脂,减小接触热阻,


	  [001 1] 所述服务器风扇与加热片及散热器对应布置,提高通过散热器的空气流速,强化空气对流,风扇的PWM信号线、FG信号线连接至PCB主板,


	  [0012] 所述导风罩布置在风扇至散热器上部,优化气流组织,使冷空气直接流过加热片及散热器区域,减少其他区域的旁通气流, ,


	  [0017] 所述热电偶温度测点设置在散热器表面、壳体进风口、出风口,连接至PCB主板,


	  [0018] 所述PCB主板用于集成供电,采集电流、电压和温度信号并进行反馈,PCB主板输出端连接到的壳体的RS485通讯接口,


	  [0019] 所述壳体采用数据中心机架式服务器尺寸,前表面进风、后表面出风,壳体设有显示屏、指示灯、设备开关以及通讯接口,支持远程操作,


	  [0020] 所述显示屏接线端连接到PCB主板,用于显示采集的数据,并对加热片功率、风扇转速进行调节。


	  [0021] 本发明进一步的改进在于,标准服务器机箱前、后板设置了通风孔。


	  [0022] 本发明进一步的改进在于,在所述服务器机箱内部装有8块用于模拟服务器芯片发热的厚膜电阻加热片,每个发热片的上限功率为625W。


	  [0023] 本发明进一步的改进在于,在所述的高功率厚膜电阻加热片上表面装有8块翅片散热器,两者之间填充有导热硅脂。


	  [0024] 本发明进一步的改进在于,所述服务器机箱内部装有8台服务器风扇,所述服务器风扇的PWM调速线、FG信号线连接到PCB主板,其中PWM是脉冲宽度调制,通过调节脉宽信号实现风扇转速的精确控制,风扇FG信号线对转速反馈输出的是一个方波信号,根据方波信号的频率可换算出风扇的转速,实现风扇转速的测量。


	  [0025] 本发明进一步的改进在于,所述的PCB主板对厚膜电阻加热片的温度、电流和电压,对风扇的电流、电压信号进行采集,并将信号传输到显示屏显示读取,显示屏实现本地读取控制,对厚膜电阻加热片的功率、服务器风扇的转速进行调节。


	  [0026] 本发明进一步的改进在于,所述PCB主板通过RS485接口实现本机信息的远程读取控制,远程实现对服务器风扇、数控可调电源的调控。


	  [0027] 本发明进一步的改进在于,所述的本机信息包括热电偶的所测温度,厚膜电阻加热片的电流、电压、功率,风扇的实际电流、电压和转速。


	  [0028] 本发明进一步的改进在于,所述服务器机箱内的数控可调电源经过控制电压电流来调节厚膜电阻加热片的功率,直流稳压电源独立为PCB主板与服务器风扇供电。


	  [0029] 本发明进一步的改进在于,所述服务器机箱前面板上安装显示屏、指示灯和开关,


	  [0031] 本发明能够准确的通过实验需求模拟真实服务器的芯片发热情况及内部的气流组织,还原了服务器进出口的压降变化。


	  [0032] 本发明选用不同的厚膜电阻加热片模拟服务器CPU、GPU、NPU等芯片的工作功率及封装外形,通过数控可调电源调节厚膜电阻加热片的供电电压,能调节厚膜电阻加热片任意步长的发热功率,采用不一样的数控可调电源可控制不同的厚膜电阻加热片的功率变化,因此能模拟数据中心服务器不同的芯片同时发热且发热不均匀的情况。


	  [0033] 本发明选用厚膜电阻加热片、翅片散热器、服务器风扇、导风罩、模拟内存、模拟硬盘、数控可调电源、直流稳压电源、热电偶、PCB主板等模拟服务器内部的结构布局,充分考虑到真实服务器进出口气流变动情况及对芯片的散热情况并进行模拟,真实还原了服务器进出口压降变化及内部的热环境,可以对机房内的温度场、压力场更精确地测试。


	  [0034] 本发明机箱内部布置热电偶进行多点温度监测,PCB主板根据监测温度数据和厚膜电阻加热片的功率对服务器风扇进行一定的PID控制,可更真实地模拟服务器风扇的智能控制,极大限度地保证了设备的节能安全运作,其次,负载面板上的显示屏可实时显示负载运行中的监测数据,如加热片发热功率、各点监测温度、风扇转速,并可以在面板上对负载的功率、风扇转速进行本地调控,与通过RS485通讯接口远程控制互为补充,方便机房测试人员的操作。


	  [0035] 在所述的模拟负载中真实模拟服务器发热芯片的发热情况及散热环境,相比于传统电阻棒的启停控制发热功率,实现了发热芯片的发热功率连续任意变化满足功率需求,并解决了传统负载对服务器内部的压降变化及气流组织模拟大相径庭的问题。


	  [0041] 1为服务器机箱,2为厚膜电阻加热片,3为翅片散热器,4为服务器风扇4,5为导风罩,6为PCB主板,7为直流稳压电源,8为数控可调电源,9为电子触摸显示屏,10为急停按钮,11为蜂鸣器,12为指示灯,13为RS485通讯接口,14为开关,15为电源插座。


	  [0042] 下面结合本发明实例中的附图,对本发明的技术方案作进一步的详细描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明的实施例,本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。


	  [0043] 根据本发明的实施例提供了一种模拟负载,模拟服务器芯片尺寸大小和发热功率,以及服务器风扇4控制逻辑和内部气流组织。


	  [0044] 如图1至图6所示,单台4U模拟负载设备功率为5kW,电压220AV供电,可布置在标准


	  的42U机柜中,服务器机箱1内部安装有8块模拟服务器芯片发热的厚膜电阻加热片2和8台PWM四线,分为上下两层布置,每层均匀布置4块厚膜电阻加热片2和4台服务器风扇4,同时每4块厚膜电阻加热片2配置1台数控可调电源8,实现每层厚膜电阻加热片2功率和每个服务器风扇4转速的独立控制。


	  [0045] 由于厚膜电阻的发热功率较高,本发明的具体实施例通过数控可调电源8无极调节可实现每块厚膜电阻加热片2发热功率从0,625W变化,整体发热功率最高能够达到5000W。区别于PTC元件保证恒定发热温度,本发明的具体实施例可以模拟0,5000W功率范围内的服务器,并保持发热功率恒定不变。


	  [0046] 为了能够更好的保证设备在上限功率情况下运行,每块发热片表面布置了满足散热需求的翅片散热器3。


	  [0047] 而且翅片散热器3以及导风罩5的布置,不仅强化了厚膜电阻加热片2的散热,而且更真实地模拟了服务器内部的压降变化和气流组织。


	  [0048] 翅片散热器3的选型通过厚膜电阻加热片2的功率、服务器风扇4的最大风量进行一定的计算。采用标准的矩形截面直肋,计算肋片的换热面积、肋效率能确定翅片散热器3的热流密度。根据预估的翅片散热器3表面的对流换热系数进行一定的数值计算,保证翅片散热器3的表面温度合理。


	  [0049] 对选定的合理的翅片散热器3模型进行建模仿真,通过已选型的厚膜电阻加热片2的发热功率、服务器风扇4的风量转速设定相应的条件参数,进一步验证选型的翅片散热器3能够完全满足散热需求。


	  [0050] 服务器机箱1内部安装了PCB主板6,可以对厚膜电阻加热片2两端的电流和电压信号进行采集,并对厚膜电阻加热片2发热功率的实时计算反馈。


	  [0051] 而且在服务器机箱1进出口、数控可调电源8以及每块厚膜电阻加热片2表面、翅片散热器3表面上布置了T型热电偶,对各个温度值进行安全监测,把采集的温度信号实时传输到PCB主板6的采集模块。


	  [0052] PCB主板6根据采集的温度信号按照控制管理系统预设定的程序自动调节服务器机箱1内的服务器风扇4转速,同时将服务器风扇4转速的侦测数据实时采集传输到远程上位机电脑。


	  [0053] 上述PWM四线的引脚分别为电源正极V+、负极V‑ 、PWM控制信号、FG转速反馈信号。服务器机箱1的电源插座15为数控可调电源8供电,内部的直流稳压电源7保证了服务器风扇4的正常供电。服务器风扇4正常运作时,其PWM控制信号通过采集的不一样的温度信号来调节脉冲宽度即服务器风扇4的占空比,可实现服务器风扇4转速的精确控制,进而提升整体的散热性能,其FG转速反馈信号是输出一个方波,根据方波信号的频率可换算出服务器风扇4的转速,实现服务器风扇4转速的实时测量。


	  [0054] 在服务器机箱1内部安装的PCB主板6的采集模块对服务器风扇4两端的电流和电压信号进行采集,可实时监测计算服务器风扇4的功耗,并且将数据远程传输。


	  [0055] 服务器风扇4的不同调节模式对于服务器的散热、能耗以及内部气流组织有着非常大的影响。服务器风扇4的转速调节分为主动调节模式和智能调节模式。


	  [0056] 主动调节模式是用户根据实际温度情况采用基于阈值控制的服务器风扇4调速策略,设置温度的安全阈值、警告阈值和危险阈值。


	  [0057] 基于阈值控制的服务器风扇4调速策略,通过设置合理的阈值,随着温度的变化改变服务器风扇4的占空比,控制服务器风扇4的转速变化,进而达到散热需求。同时在保证散热的前提下,尽可能地降低服务器风扇4转速,并且当温度处于阈值范围内波动时,控制管理系统并不对服务器风扇4转速做调整,这样避免了温度波动而导致的服务器风扇4频繁调速,可使服务器工作在安全的温度范围内,同时产生较低的稳态噪声和非稳态噪声。


	  [0058] 智能调节模式是通过PID算法控制进行整体性调控来避免发热片的温度过高。发热片的温度随其功耗上升的速度及幅度不同,当服务器风扇4转速调节无法跟上发热片的气温变化就会导致超温。因此通过优化的PID算法进行反馈调节服务器风扇4的占空比。


	  [0059] 根据服务器机箱1进风口的空气温度、预设定的厚膜电阻加热片2发热功率快速计算温度期望值,并且通过P I D算法计算调节服务器风扇4的PWM占空比,进而调整服务器风扇4的实际转速。同时根据实时监测反馈厚膜电阻加热片2的温度信号与服务器风扇4的FG转速反馈信号,根据PID算法对服务器风扇4的占空比进行一定的校正,可实现服务器风扇4节能优化运行。


	  [0060] 服务器机箱1前端布置5寸电子触摸显示屏9,可对监测的数据来进行循环显示,包括部分元器件的电流值、电压值,热电偶所测的温度值,服务器风扇4的转速等,同时电子触摸显示屏9能轻松实现手动参数的调节。


	  [0061] 服务器机箱1前后端设置为进出风口,保证服务器机箱1口的进出风面积,同时服务器机箱1前面板上设置急停按钮10、蜂鸣器11、指示灯12和开关14。


	  [0062] 模拟负载设置有安全报警系统和装置,当热电偶温度信号超过预设温度值进行自动报警,同时控制板控制电路断开,厚膜电阻加热片2停止工作。同时本地测试过程中也可通过急停按钮10对于高温情况做应急停机处理。


	  [0063] 当服务器风扇4故障或者停转时,设定的转速与所测转速相差较大时,控制电路输出恒定为一个高电平或低电平信号,并进行故障报警。


	  [0064] 开关14能轻松实现本地远程的切换控制,在远程智能控制过程中,可进行切换并设置调节相关参数实现设备的功能调试和运行测试。


	  [0065] 依照不同的设置控制可模拟服务器的不均匀发热以及内部的气流组织,能够对数据中心机房的热环境进行更好的模拟测试。


	  [0066] 本发明实施例提供的模拟热装置,可实现对数据中心中高密度机房的综合测试,不但可以快速安全部署、使用起来更便捷,而且与真实的机架式服务器的负载特性相接近,可模拟调节不同发热芯片的不同发热功率,模拟机房不同发热功率的服务器。模拟装置内部的结构布局和服务器相似,同时设定相应的服务器风扇4控制逻辑,可以真实地模拟服务器内部的气流组织和局部热点,可作为简化的服务器详细模型或多孔介质模型进行实验或仿真测试。本发明实例能更加真实地测试机房内气流的压降变化和温度热点,为机房验收和改造提供更好的数据支撑。


	  [0067] 上述具体实施方式,并不构成对本申请保护范围的限制。本领域技术人员应明白的是,根据设计的基本要求和其他因素,能够直接进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本申请的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等,均应包含在本申请保护范围以内。