آشنایی با فنها و هیت سینکهای اچپی
هیت سینکهای اچپی مولفه حیاتی سرورهای این شرکت هستند که نقش محوری در مدیریت حرارتی و تضمین عملکرد پایدار و طول عمر قطعات داخلی، به ویژه پردازندهها، ایفا میکنند. در محیطهای سرور، پردازندهها و سایر مولفههای پرقدرت، گرمای قابل توجهی تولید میکنند که اگر به درستی دفع نشود، میتواند منجر به کاهش عملکرد (Throttling)، ناپایداری سیستم و حتی آسیب دائمی به سختافزار شود. هیت سینک دقیقا برای مقابله با این چالش طراحی شده است.
آشنایی با هیت سینکهای اچپی
در هسته خود، یک هیت سینک اچپی یک مبدل حرارتی غیرفعال است که گرمای تولید شده توسط یک قطعه الکترونیکی را جذب و به محیط اطراف پراکنده میکند. این فرآیند معمولا از طریق افزایش سطح تماس با هوا انجام میشود. هیت سینکهای اچپی معمولا از موادی با رسانایی حرارتی بالا مانند مس یا آلومینیوم ساخته میشوند. مس به دلیل رسانایی حرارتی عالیاش (حدود 400 وات بر متر کلوین) اغلب در بخشهایی که نیاز به جذب سریع گرما از منبع دارند، استفاده میشود، در حالی که آلومینیوم (با رسانایی حدود 205 وات بر متر کلوین) به دلیل وزن سبکتر و هزینه کمتر، برای ساخت پرههای گستردهتر و بدنه اصلی هیت سینک ترجیح داده میشود. بسیاری از هیت سینکهای پیشرفته اچپی از ترکیبی از این دو فلز بهره میبرند؛ مثلاً یک پایه مسی برای تماس مستقیم با CPU و پرههای آلومینیومی برای دفع گرما.
طراحی هیت سینکهای اچپی بسیار مهندسیشده است. آنها معمولا شامل یک پایه صاف (Base Plate) هستند که مستقیما روی سطح پردازنده قرار میگیرد و با استفاده از یک لایه نازک از خمیر حرارتی (Thermal Paste/Compound)، انتقال حرارت را به حداکثر میرساند. از این پایه، مجموعهای از پرهها (Fins) به سمت بالا امتداد مییابند. این پرهها، که میتوانند به شکلهای مختلفی مانند پرههای مستقیم، موجدار، یا حتی ساختارهای پیچیدهتر باشند، سطح تماس هیت سینک با هوا را به طور چشمگیری افزایش میدهند. هرچه سطح پرهها بیشتر باشد، گرمای بیشتری میتواند به هوا منتقل شود. در برخی از هیت سینکهای با کارایی بالا، لولههای حرارتی (Heat Pipes) نیز به کار گرفته میشوند. این لولههای مسی مهر و موم شده حاوی مایعی هستند که در یک سر (نزدیک به CPU) تبخیر شده، بخار به سمت سر دیگر (در میان پرهها) حرکت کرده، در آنجا متراکم شده و گرما را به پرهها منتقل میکند، سپس مایع به پایه بازمیگردد. این چرخه بسیار کارآمد است و میتواند گرما را به سرعت از منبع دور کند.
انواع هیت سینکهای HPE
هیت سینکهای HPE بر اساس طراحی، قابلیتها و کارایی برای مدیریت حرارت در سرورها و ورکاستیشنهای مختلف دستهبندی میشوند. انتخاب نوع مناسب هیت سینک بستگی به مدل سرور، نوع پردازنده و بار کاری مورد انتظار دارد. در ادامه به انواع اصلی هیت سینکهای HPE و ویژگیهای آنها میپردازیم:
1. هیت سینکهای استاندارد (Standard Heatsinks)
این نوع هیت سینکها، راهحل خنککنندگی پایه را برای پردازندههایی با توان طراحی حرارتی (TDP) متوسط ارائه میدهند. آنها معمولا از آلومینیوم ساخته شدهاند و از پرههای متراکم برای افزایش سطح تماس با هوا و دفع گرما استفاده میکنند. هیت سینکهای استاندارد برای سرورهایی که با بارهای کاری سبک تا متوسط (مثلا سرورهای فایل، DNS، یا وبسرورهای کم ترافیک) کار میکنند، مناسب هستند. اچپی برای هر نسل از سرورهای خود (مانند Gen9, Gen10, Gen10 Plus) مدلهای استاندارد خاصی را ارائه میدهد که کاملا با ابعاد داخلی شاسی و نیازهای پردازندههای سازگار با آن نسل همخوانی دارند.
2. هیت سینکهای با کارایی بالا (High Performance Heatsinks)
این هیت سینکها برای پردازندههایی با TDP بالاتر و بارهای کاری سنگینتر طراحی شدهاند. آنها معمولا از ترکیب مس و آلومینیوم بهره میبرند؛ پایه مسی به دلیل رسانایی حرارتی عالیاش، گرما را به سرعت از سیپییو جذب میکند و پرههای آلومینیومی گرما را به محیط اطراف پخش میکنند. در بسیاری از این مدلها، لولههای حرارتی نیز به کار گرفته میشوند. لولههای حرارتی، کارایی انتقال گرما را به طور چشمگیری افزایش میدهند و امکان دفع مؤثرتر گرما را از هستههای پردازنده فراهم میکنند. هیت سینکهای High Performance برای سرورهایی که وظایف محاسباتی فشرده (مانند مجازیسازی، پایگاههای داده بزرگ، هوش مصنوعی، یا HPC) را انجام میدهند، ضروری هستند. این مدلها نیز به صورت اختصاصی برای نسلها و مدلهای خاص سرور (DL380 Gen10) بهینهسازی میشوند.
3. هیت سینکهای حداکثر کارایی (Max/Hyper Performance Heatsinks)
این دسته از هیت سینکها بالاترین سطح خنککنندگی را در خط تولید HPE ارائه میدهند. آنها برای پردازندههایی با بالاترین TDP و بارهای کاری بسیار سنگین و مداوم طراحی شدهاند. این هیت سینکها از بهترین مواد و پیشرفتهترین طراحیها، از جمله تعداد زیاد لولههای حرارتی و پرههای بهینهسازی شده برای حداکثر جریان هوا، بهره میبرند. هدف از این هیت سینکها، اطمینان از عملکرد پایدار پردازنده حتی در شدیدترین شرایط کاری، جلوگیری کامل از Thermal Throttling و افزایش طول عمر قطعه است. این مدلها معمولا با سرورهای رده بالا و پیکربندیهای دارای پردازندههای قدرتمند (مثلا سرورهای نسل 11 با پردازندههای Intel Xeon Scalable با هستههای بالا) سازگار هستند.
شماره قطعه (Part Number) در هیت سینک چیست؟
شماره قطعه یا پارت نامبر در هیت سینکهای اچپی (و به طور کلی در تمامی قطعات سختافزاری سرور) فراتر از یک کد ساده است؛ این یک شناسه حیاتی است که سازگاری دقیق، مشخصات فنی و اصالت قطعه را تضمین میکند. در سرورها، جایی که حتی کوچکترین ناسازگاری میتواند منجر به مشکلات جدی در عملکرد، پایداری یا حتی خرابی کامل سیستم شود، درک و توجه به شماره قطعه از اهمیت فوقالعادهای برخوردار است.
شماره قطعه در هیت سینک، با هدف شناسایی منحصربهفرد آن به شمار میرود. هر مدل سرور اچپی و هر نسل از پردازندهها (CPU) نیازهای حرارتی خاصی دارند و فضای فیزیکی محدودی را برای هیت سینک فراهم میکنند. بنابراین، یک هیت سینک برای یک مدل و نسل خاص از سرور (مثلاً HPE ProLiant DL380 Gen10 با یک پردازنده Intel Xeon Gold 6248) به صورت سفارشی طراحی و تولید میشود. این طراحی شامل ابعاد دقیق، نقاط نصب، نوع و تعداد پرهها، حضور یا عدم حضور لولههای حرارتی و حتی مواد به کار رفته است. شماره قطعه دقیقاً این پیکربندی منحصربهفرد را کدگذاری میکند.
نادیده گرفتن شماره قطعه و استفاده از یک هیت سینک “شبیه” یا “سازگار” از نظر ظاهری، میتواند پیامدهای فاجعهباری داشته باشد. به عنوان مثال، یک هیت سینک ممکن است از نظر فیزیکی جا بیفتد، اما نتواند گرمای کافی را از پردازنده دفع کند زیرا برای TDP (توان طراحی حرارتی) کمتری طراحی شده است. این امر به سرعت منجر به Thermal Throttling پردازنده میشود که در آن پردازنده مرکزی برای جلوگیری از آسیب، سرعت کلاک خود را به شدت کاهش میدهد و عملکرد سرور افت میکند. در موارد بدتر، گرمای بیش از حد میتواند به طور دائمی به پردازنده، مادربرد یا سایر قطعات اطراف آسیب برساند و عمر مفید سرور را به شدت کاهش دهد.
علاوه بر سازگاری فنی، شماره قطعه در ارتباط با گارانتی نیز به شما کمک میکند. وقتی یک قطعه را با شماره دقیق آن سفارش میدهید، اطمینان حاصل میکنید که قطعه صحیح را دریافت میکنید که تحت پوشش گارانتی HPE قرار دارد و با مشخصات کارخانهای سرور مطابقت دارد. استفاده از قطعات با شماره قطعه غیرمطابق یا “غیر اورجینال” (Non-Original) میتواند گارانتی سرور را باطل کند و در صورت بروز مشکل، شرکت تولیدکننده مسئولیتی در قبال آن نخواهد داشت.
برای مهندسان و تکنسینها، دانستن شماره قطعه به معنی دسترسی سریع به مستندات فنی است. با داشتن این شماره، میتوانند به راحتی دیتاشیتها، دستورالعملهای نصب، و لیست قطعات سازگار را در وبسایت پشتیبانی HPE پیدا کنند. این امر به ویژه هنگام عیبیابی یا برنامهریزی برای ارتقاء سرور اهمیت دارد. به طور خلاصه، شماره قطعه در هیت سینکهای HPE یک عنصر حیاتی است که سازگاری بیعیب و نقص، عملکرد بهینه، قابلیت اطمینان سیستم و اعتبار گارانتی را تضمین میکند. این شماره، پل ارتباطی بین طراحی دقیق مهندسی و اجرای عملی در محیط دیتاسنتر است و هر مهندس طراحی سرور باید به آن توجه کامل داشته باشد.
به چه نکاتی باید هنگام خرید فن و هیت سینک اچ پی دقت کنیم؟
به عنوان یک کارشناس شبکه، علاوه بر نکات مربوط به سازگاری و شماره قطعه که قبلا بحث شد، چند نکته فنی مهم دیگر در مورد فن و هیت سینکهای اچپی وجود دارد که باید به آنها مسلط باشید تا از عملکرد بهینه و پایداری سرور اطمینان حاصل کنید:
۱. Thermal Design Power (TDP) پردازنده
TDP یک سیپییو (توان طراحی حرارتی) حداکثر مقدار گرمایی است که سیستم خنککننده برای دفع آن در حین عملکرد عادی پردازنده طراحی شده. این مهمترین فاکتور در انتخاب هیت سینک و ارزیابی نیازهای فن است. مطمئن شوید که هیت سینک انتخابی (استاندارد، High Performance یا Max Performance) برای TDP پردازنده شما مناسب است. اچپی در دیتاشیتهای سرور و پردازنده، هیت سینکهای توصیه شده برای هر TDP را مشخص میکند. استفاده از هیت سینک نامناسب میتواند منجر به Thermal Throttling (کاهش خودکار فرکانس CPU برای جلوگیری از گرمای بیش از حد) و افت شدید عملکرد شود.
۲. طراحی جریان هوا (Airflow Design) در شاسی سرور
سرورهای HPE، به خصوص مدلهای رکمونت، دارای مسیرهای جریان هوای بسیار مهندسیشدهای هستند. فنها برای کشیدن هوای خنک از جلو (یا پایین) سرور و خارج کردن هوای گرم از عقب (یا بالا) طراحی شدهاند. در مراکز داده، سرورها معمولا در راهروهای سرد (Cold Aisle) که هوای خنک را از جلو دریافت میکنند و راهروهای گرم (Hot Aisle) که هوای گرم را از عقب دفع میکنند، چیده میشوند. طراحی هیت سینک و فن باید با این مفهوم سازگار باشد. اچپی کیتهایی برای بهینهسازی جریان هوا در رکها و داخل شاسی سرور ارائه میدهد. اطمینان از بسته بودن تمام شکافهای خالی فن یا اسلاتهای PCIe با کاورهای مناسب (Fan Blanks / PCIe Blanks) برای هدایت صحیح جریان هوا و جلوگیری از گردش هوای گرم بسیار حیاتی است. این کار از “Short-cycling” هوا (بازگشت هوای گرم به ورودی سرور) جلوگیری میکند. طراحی باید اطمینان حاصل کند کابلکشیها و سایر قطعات داخلی مسیر جریان هوا را مسدود نمیکنند.
۳. کنترل سرعت فن (Fan Speed Control – PWM) و سنسورهای حرارتی
فنهای سرور اچپی از PWM برای کنترل دقیق سرعت بر اساس نیازهای حرارتی لحظهای استفاده میکنند. این امر به سرور اجازه میدهد تا در بارهای کاری سبکتر، فنها را کندتر کند (کاهش نویز و مصرف انرژی) و در بارهای سنگین، سرعت آنها را افزایش دهد. سرورهای HPE به شبکهای از سنسورهای حرارتی در نقاط کلیدی (پردازنده، حافظه، هارد دیسک، چیپست و غیره) مجهز هستند. سیستم مدیریت iLO از دادههای این سنسورها برای تنظیم سرعت فنها استفاده میکند. اطمینان از نصب درایورهای مناسب در سیستمعامل برای خواندن دقیق سنسورهای حرارتی و کنترل صحیح فنها ضروری است. عدم نصب آنها میتواند منجر به نویز اضافی یا خنککنندگی ناکافی شود.
۴. افزونگی فن (Fan Redundancy) و سناریوهای خرابی
فنهای سرورهای HPE معمولا Hot-Swap هستند، به این معنی که میتوان آنها را بدون خاموش کردن سرور تعویض کرد. بسیاری از سرورهای HPE دارای افزونگی فن هستند (مثلاً 6 فن فعال و یک یا چند فن اضافی). این حرف بدان معنا است که اگر یک فن خراب شود، بقیه فنها سرعت خود را افزایش میدهند تا خنککنندگی کافی را حفظ کنند و سرور به کار خود ادامه دهد. به عنوان یک کارشناس شبکه، باید رفتار سرور را در سناریوهای خرابی فن درک کنید. HPE معمولا سیاستهایی برای این موارد دارد. هنگامی که یک فن خراب شده باشد، سرور به کار خود ادامه میدهد، اما ممکن است پیام هشدار (Alert) صادر کند و سرعت فنهای باقیمانده را افزایش دهد. هنگامی که خرابی به چند فن یا فنهای کلیدی برسد،میتواند منجر به کاهش عملکرد و در نهایت خاموش شدن خودکار سرور برای محافظت از سختافزار شود.
۵. راهحلهای خنککنندگی پیشرفته (Advanced Cooling Solutions)
برای محیطهای با تراکم بالا یا پردازندههای با TDP بسیار بالا، HPE راهحلهای خنککنندگی مایع (Direct Liquid Cooling – DLC) را نیز ارائه میدهد. در این سیستمها، مایع خنککننده مستقیما به پردازنده یا سایر اجزا متصل میشود و گرمای بیشتری را به طور کارآمدتری دفع میکند. این راهکارها مصرف انرژی فن را به شدت کاهش میدهند و به سرورهای با چگالی بالا اجازه کار میدهند. همچنین، فناوری Smart Cooling راهکار دیگری در این زمینه است که برای بهینهسازی خنککنندگی در سطح رک و دیتاسنتر استفاده میشود و شامل مدیریت هوشمند جریان هوا، استفاده از سنسورها و کنترلرها برای تنظیم پویا خنککنندگی بر اساس بار کاری و دمای محیط میشود.
نکات فنی و کلیدی در ارتباط با انتخاب فن و هیت سینک سرور HPE
| جنبه فنی | نکته مهم برای مهندس طراح |
| ۱. سازگاری (Compatibility) | – مدل و نسل سرور: مهمترین فاکتور. هیت سینک و فن باید دقیقا با مدل سرور (مثلاً DL380 Gen10 Plus) و نسل آن سازگار باشند. از شماره قطعه (Part Number) برای تضمین سازگاری استفاده کنید. – نسل پردازنده (CPU Generation): هیت سینک بر مبنای معماری و توان طراحی حرارتی پردازندهها طراحی میشود. |
| ۲. توان طراحی حرارتی (TDP) پردازنده | – Matching TDP: همیشه اطمینان حاصل کنید که هیت سینک و سیستم خنککننده (شامل فنها) قادر به دفع حداکثر گرمای تولیدی توسط پردازنده در شدیدترین بار کاری (TDP) باشند. – عواقب عدم تطابق: عدم تطابق منجر به Thermal Throttling (کاهش خودکار فرکانس CPU) و افت شدید عملکرد یا حتی آسیب سختافزاری میشود. |
| ۳. انواع هیت سینک و کاربردها | – استاندارد: برای پردازندههای با TDP متوسط و بارهای کاری سبک تا متوسط (معمولاً آلومینیومی). – با کارایی بالا (High Performance): برای پردازندههای با TDP بالاتر و بارهای کاری سنگین (ترکیب مس/آلومینیوم، غالباً با لولههای حرارتی). – حداکثر کارایی (Max Performance): برای بالاترین TDPها و بارهای کاری بسیار فشرده (طراحی پیشرفته با بیشترین لولههای حرارتی). – فرم فکتور: هیت سینک متناسب با فضای رک یک یا دو یونیت، تاور یا تیغهای انتخاب شود. |
| ۴. طراحی و مواد هیت سینک | – مواد: مس (رسانایی حرارتی بالا برای جذب اولیه) و آلومینیوم (وزن سبک و پخشکنندگی). هیت سینکهای با کارایی بالا از ترکیبی از این دو استفاده میکنند. – پرهها (Fins): تعداد، تراکم و شکل پرهها مستقیماً بر سطح تماس با هوا و کارایی دفع گرما تأثیر میگذارد. – لولههای حرارتی (Heat Pipes): در هیت سینکهای High Performance برای انتقال سریع و کارآمد گرما از پایه به پرهها استفاده میشوند. |
| ۵. فنهای سرور و مدیریت جریان هوا | – جریان هوا (Airflow): فنها هوای خنک را از جلو/پایین به عقب/بالای سرور هدایت میکنند. طراحی رک (Hot Aisle/Cold Aisle) را در نظر بگیرید. – کنترل سرعت (PWM): فنها باید قابلیت کنترل دقیق سرعت (PWM) بر اساس دمای حسگرها را داشته باشند تا نویز و مصرف انرژی بهینه شود. – سنسورهای حرارتی: سیستم iLO از دادههای سنسورها برای تنظیم خودکار سرعت فنها استفاده میکند. نصب درایورهای مربوطه (مانند AMS) ضروری است. – افزونگی (Redundancy): سرورهای HPE دارای افزونگی فن هستند (Hot-Swap)؛ در صورت خرابی یک فن، بقیه سرعت را افزایش میدهند. – بهینهسازی جریان هوا: استفاده از کاورهای فن (Fan Blanks) و کاورهای اسلات PCIe (PCIe Blanks) برای هدایت صحیح هوا و جلوگیری از گردش هوای گرم. |
| ۶. پیامدهای استفاده از قطعات غیر اورجینال | – عدم سازگاری: مشکلات فیزیکی، عدم شناسایی توسط سرور یا عملکرد نامناسب. – افت عملکرد: خنککنندگی ناکافی و Thermal Throttling. – آسیب سختافزاری: گرمای بیش از حد میتواند به CPU و مادربرد آسیب دائمی بزند. – ابطال گارانتی: استفاده از قطعات غیر اورجینال میتواند گارانتی سرور را باطل کند. |
| ۷. ابزارهای مدیریت و نظارت | – HPE iLO: برای نظارت بر دما، سرعت فن و وضعیت سلامت کلی سرور از راه دور. – HPE Smart Storage Administrator (SSA): برای پیکربندی و نظارت بر رید کنترلر و درایوها که میتواند بر روی بار حرارتی CPU تأثیر بگذارد. |
| ۸. راهحلهای خنککنندگی پیشرفته | – خنککنندگی مایع (DLC): در صورت نیاز به بالاترین تراکم پردازشی یا دفع حرارت فوقالعاده بالا، راهحلهای خنککنندگی مایع HPE را در نظر بگیرید. |
نویسنده: حمیدرضا تائبی