Справиться с теплом -- средства борьбы с тепловыделением в цифровых видеорегистраторах

По мере взлета популярности систем цифрового видеонаблюдения (компания JP Freeman оценивает ежегодный рост этого сегмента на мировом рынке примерно в 42%), возникают и технические проблемы, подлежащие решению.

Надежность цифровых видеорегистраторов (DVR) в некоторых аспектах остается под сомнением -- в частности, это касается жестких исков (HDD). Происходит это благодаря жестким условиям окружающей среды и собственно работы (недостаточная вентиляция, круглосуточные нагрузки), свойственным области применения устройств цифровой видеорегистрации.

К счастью, следуя нескольким простым рекомендациям, касающимся оптимизации конструктивного исполнения и установки цифровых видеорегистраторов, возможно существенно повысить уровень надежности жестких дисков. Единственной угрозой долговечности хард-дисков остается тепло. Дело даже не в том, что тепловыделение является наиболее частой причиной выхода компонентов из строя -- а в том, что оно влияет на производительность и стабильность системы. Чтобы понять, насколько критичен теплоотвод для надежности работы дискового накопителя, полезным было бы вкратце рассмотреть принцип устройства и работы жесткого диска.

Как устроен жесткий диск

В жестких дисках применяется магнитный способ записи и считывания данных с вращающихся пластин. Микроскопические частицы магнитного материала, которым покрыты пластины, при записи под действием магнитного поля универсальной головки специальным образом переориентируются, и полученная ориентация считывается той же самой головкой в режиме чтения данных.

Такое устройство стало возможным благодаря сверхмалому расстоянию между головкой и поверхностью пластины. Зависая всего лишь в нескольких нанометрах над быстро вращающейся пластиной, магнитная головка подобна Боингу-747, летящему со скоростью 960 километров в час в 15-ти сантиметрах над землей.

Величина напряженности магнитного поля, создаваемого объектом, быстро падает по мере удаления от него; это закономерно и для магнитной головки, и для намагниченных частиц на поверхности пластины. Следовательно, для обеспечения надежной записи и считывания информации головка должна быть на очень малом и неизменном расстоянии от пластины. Любое прерывание физического либо магнитного взаимодействия головки с поверхностью пластины чревато потерей данных.

Почему тепло губительно

Чрезмерный нагрев может нарушить это чувствительное взаимодействие несколькими путями. Универсальная головка отделена от поверхности пластины воздушной подушкой; при нагреве корпуса свыше 35°С воздух внутри расширяется до такой степени, что это может повлиять на высоту головки над поверхностью пластины. Несмотря на то, что конструкция накопителей предусматривает компенсацию изменяющегося при нагреве воздушного зазора, при нагреве нарушается целостность данных, изменяются магнитные свойства носителя, а в экстремальных ситуациях может произойти и потеря данных.

На режим обдува шасси устройства влияют его внутренний объем, производительность вентилятора охлаждения (измеряемая в кубических футах в минуту, или CFM) и количество вентиляторов. Чем больше шасси корпуса, тем больше воздуха следует перемещать через шасси, чтобы достичь данной величины интенсивности потока (в CFM), проходящего через шасси. Иногда, чтобы создать интенсивную циркуляцию в отдельных зонах корпуса, применяются вентиляторы меньшего размера, в то время как бОльшие по размеру высокопроизводительные вентиляторы гонят воздух по всему корпусу.

Ключ к достижению оптимального режима охлаждения, снижению энергозатрат и уровня эксплуатационного шума -- соотнесение производительности и скорости вентилятора с объемом внутренней части корпуса и ее формой.

Размер, форма и количество радиаторов

На эффективность применения радиаторов влияют их масса, площадь поверхности и конфигурация ребер. Более тяжелые радиаторы аккумулируют больше тепловой энергии, а радиаторы с большей площадью поверхности быстрее отдают эту энергию окружающему воздуху. Радиаторы с вертикальным расположением ребер более эффективны, так как в их охлаждении в большей степени участвует конвекция.

Теоретически установка добавочных радиаторов дает лучшие возможности охлаждения, однако сами радиаторы относительно дороги, и в действие вступает закон убывания прироста. При правильном конфигурировании и расположении всего лишь несколько аккумуляторов способны значительно увеличить эффективность охлаждения системы.

Энергопотребление

Потребляемая мощность внутренних компонентов системы значительно влияет на энергетический баланс и, следовательно, на его тепловыделение.

Эффективность блока питания

Блок питания цифрового видеорегистратора преобразует напряжение питания переменного тока (обычно 120 или 220 вольт) в соответствующее напряжение постоянного тока (обычно 12 вольт и менее). Различные принципы построения блоков питания -- к примеру, импульсный и трансформаторный -- приводят к значительной разнице в собственном энергопотреблении блоков, имеющих на выходе одно и то же напряжение постоянного тока. Более эффективные блоки питания расходуют меньше энергии на выработку того же самого напряжения на выходе, что, в свою очередь, приводит к тому, что меньше энергии рассеивается в качестве тепловой. Более того -- такие высокоэффективные блоки питания, как правило, имеют меньшие габариты и потому занимают меньший объем в корпусе, что улучшает обдув системы.

Энергопотребление компонентов системы

Центральный процессор, видеоподсистема (включая аппаратный кодек MPEG) и жесткие диски цифрового видеорегистратора вносят свой вклад в общее энергопотребление системы. В то время как центральный процессор несет на себе основные функции системы, работающий с ним в паре кодек MPEG конвертирует видеосигналы в цифровые данные, поступающие затем к жестким дискам для организации их записи и хранения.

...

Полная версия статьи доступна на сайте журнала Security Focus >>