CN108323114A - 具有对称散热结构的电路板及计算设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提出一种具有对称散热结构的电路板及计算设备，位于电路板的第一面的第一散热片和位于电路板的第二面的第二散热片的尺寸规格相同。本发明实施例从计算设备的散热路径的层面进行考虑，优化了电路板正反两面的散热片尺寸，有效均衡了电路板正反两面风道的风阻，使得计算设备机箱中不同的电路板的温度趋于一致，同一块电路板上位于机箱前后芯片的温差降低，从而达到优化的散热效果。

Description

具有对称散热结构的电路板及计算设备

技术领域

本发明涉及计算设备散热技术领域，具体而言，涉及一种具有对称散热结构的电路板及计算设备。

背景技术

现有的人工智能(AI)解决方案中，为了满足大规模数据运算的加速处理需求，技术人员使用多个处理芯片组成串联结构来构建AI运算加速板卡，并采用多块加速板卡组成高性能计算设备，极大地提升了面向人工智能的运算处理能力

现有技术中，针对这种多芯片串联结构，为了使得每个芯片都能及时地散热，保证散热效果，中国发明专利申请CN201710936285.3提出一种电路板芯片散热方案，如图1所示，电路板在位于PCB板3的第一面的每块芯片上均贴设有一个散热片4A，可以对PCB板上的每块芯片单独进行散热，使每块芯片均可以与散热片充分贴合，提高了散热效果。该方案还在PCB板上与第一面相对的第二面也连接有散热片，并且散热片与PCB板第一面上的芯片位置一一对应，散热片4A的底片中与芯片贴合的部分可以通过锡与PCB板的第二面相连接，以进一步通过在PCB板上设置的导热通道将PCB板的铜层或芯片的管脚上的热量传导给散热片。这种电路板的散热结构相对于一块PCB板上几十个芯片共用一个散热器的整体散热方案而言，进一步提高了芯片及电路板的散热效果。

对于执行AI大数据运算的高性能计算设备来说，为了追求更高的性能和算力，一台计算设备中通常由多块PCB板搭载几百个计算芯片构成。虽然单个芯片的尺寸较小，但是芯片运行时的功耗相对较高，并且这么多的芯片集中在不同的PCB板上面，安装在一个非常小的机箱里面，会造成非常高的热流密度。这对整个计算设备的散热要求非常高，既要保证每个芯片的温度不能超标，又要尽量减小每个芯片之间的间距，降低每个PCB板之间的温度差异，因为往往限制计算设备的整机性能的因素就是局部的芯片温度过高。为了提高这种多个PCB板组成的高性能计算设备的散热效果，一种方案是对计算设备中的多个并排布置的PCB板均采用上述现有技术的双面分体的散热结构，如图2所示。

但是，上述散热方案为了保证PCB板载有芯片的第一面的散热效果，将载有芯片的第一面的散热片尺寸相对于第二面的散热片尺寸设计得更高，且位于PCB板第二面的散热器要比位于第一面的散热器的翅片更为密集，这会导致机箱中PCB板背面的风道-L的风阻比正面的风道-R的风阻大，因而很难平衡不同PCB板之间以及不同PCB板上的不同芯片之间的温差，从而会导致存在局部温度过高的PCB板或者芯片，以及会导致机箱前后两侧的温差过大，限制了整机的温度上限，影响了整机的计算性能。

发明内容

为了解决上述问题，根据本发明的一方面，提出一种具有对称散热结构的电路板，包括：PCB板和安装于所述PCB板的第一面的多块芯片，所述多块芯片的上表面分别粘贴有第一散热片，所述PCB板的与第一面相对的第二面上与所述多块芯片相对应的位置处分别连接有第二散热片，其中所述第一散热片与第二散热片的尺寸规格相同。

在一些实施方式中，所述第一散热片与第二散热片具有相同的翅片数和高度。

在一些实施方式中，所述第一散热片与第二散热片分别包括底片和多个翅片，所述多个翅片连接所述底片的顶面。

在一些实施方式中，所述底片包括位于中间的第一部分以及从所述第一部分的两侧分别倾斜向上的第二部分和第三部分。

在一些实施方式中，所述第一散热片与第二散热片还包括设置于所述多个翅片的其中之一的顶端的抓手。

在一些实施方式中，所述多块芯片在所述PCB板上呈规则的阵列排布。

在一些实施方式中，所述第一散热片通过导热胶与所述芯片的上表面连接，所述第二散热片通过焊锡跟所述芯片的底面连接。

根据本发明的另一方面，提出一种计算设备，包括机箱和多块如前述实施例所述的具有对称散热结构的电路板，其中所述多块电路板沿所述机箱的长度方向以垂直于机箱底面的方式并排固定于所述机箱的顶面和底面。

在一些实施方式中，还包括安装于所述机箱的长度方向的两端的作为入风口的第一风扇和作为出风口的第二风扇。

在一些实施方式中，所述多块电路板以均匀的间隙并排固定于所述机箱的顶面和底面。

在一些实施方式中，所述电路板的第一散热片和第二散热片的高度之和满足在不改变现有的机箱尺寸下安装所述多块电路板的要求。

在一些实施方式中，所述机箱内最左侧电路板与所述机箱前侧形成的空间的尺寸和所述机箱内最右侧电路板与所述机箱后侧形成的空间的尺寸相同。

本发明实施例从计算设备的散热路径的层面进行考虑，优化了电路板连接的散热片尺寸，采用正反两面的对称散热结构平衡了散热片传热和系统风阻的关系，有效均衡了电路板正反两面风道的风阻，降低了系统的风阻，使正反两面对流换热的效率基本一致，达到均衡散热的目的，从而使得机箱中不同的电路板的温度区域一致。同时靠近机箱前后两侧的风道尺寸相同，从而使得靠近机箱前后两侧风道的风阻基本一致，减少了机箱前后两侧的温差，从而使得计算设备达到优化的散热效果。

附图说明

图1是现有技术中具有多散热片的电路板的侧面示意图；

图2是现有技术中一实施例的计算设备的剖面结构示意图；

图3是根据本发明一实施例的具有对称散热结构的电路板的侧面示意图；

图4是根据本发明一实施例的具有对称散热结构的电路板的局部放大示意图；

图5是根据本发明一实施例的计算设备的正向剖面结构示意图；

图6是根据本发明一实施例的计算设备的侧向剖面结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

图3和4分别是根据本发明一实施例的具有对称散热结构的电路板的侧面示意图和局部放大示意图。如图3和图4所示，本发明实施例的电路板10包括PCB板11以及安装于所述PCB板11的第一面(正面)的多块IC芯片12，多块芯片12在PCB板上呈规则的阵列排布。每块芯片12的上表面对应连接第一散热片13A，在PCB板11的与第一面相对的第二面(反面)也连接有多个第二散热片13B，并且多个第二散热片13B与PCB板的第一面上的多个芯片12的位置一一对应。

在一些实施方式中，第一散热片13A通过导热胶与芯片12的上表面连接，位于电路板第二面的第二散热片13B通过焊锡跟芯片12的底面连接。

与图1所示实施例不同的是，本发明实施例中，第一散热片13A和第二散热片13B的尺寸规格相同。具体而言，第一散热片13A和第二散热片13B具有相同的翅片数和高度。

在一些实施方式中，第一散热片13A和第二散热片13B可以选用同一型号的散热片实施。第一散热片13A和第二散热片13B可以包括底片和多个翅片。所述底片还可以包括位于中间的第一部分以及从所述第一部分的两侧分别倾斜向上的第二部分和第三部分，第一部分的底面用于与芯片12的上表面通过导热胶粘合连接。多个翅片分别与底片的第一部分、第二部分、第三部分的顶面相连接。多个翅片可以平行设置，也可以等间距设置。为了便于机器或人工对散热片的提拉，还可以在其中一个竖片的顶端设置抓手。抓手可以是连接于竖片顶端的片状或者环状体等。

如图1和2所示的现有的电路板的散热方案往往只考虑了散热片或者风扇风量或者热界面材料等一个或者几个单独的因素进行设计，技术人员的惯性思维通常认为电路板载有芯片的一面发热量相对于另一面的发热量大，因而设计时通常将载有芯片的一面布置的散热片尺寸设计得相对更大，这种设计从电路板单独的散热效果来考虑是没有问题的，但是没有从整个计算设备的散热路径上进行考虑来设计最优的方案。相比之下，本发明实施例从计算设备的散热路径层面进行考虑，对电路板正反两面的散热片尺寸进行优化，采用正反两面的对称散热结构，即将第一散热片13A和第二散热片13B调整为具有相同尺寸和高度的散热片从而平衡了散热片传热和系统风阻的关系，让计算设备中由电路板和机箱分别分割形成的各个风道的传热更均衡，通过每个风道的风量基本均衡，从而达到最优的散热效果。

图5和6分别是根据本发明一实施例的计算设备的正向和侧向的剖面结构示意图。如图5所示，本发明实施例中，计算设备100包括机箱20以及固定在机箱中的多个电路板10-1、10-2、10-3。其中，所述多个电路板10-1、10-2、10-3沿机箱20的长度方向(正向)以垂直于机箱底面的方式并排插接固定于机箱的顶面和底面。电路板10-1、10-2、10-3的实施方式与图3和图4所示实施例相同，在此不再赘述。需要说明的是，图5仅示意性地示出计算设备100包括三个电路板的情形，实际应用中计算设备中的电路板的数量可以根据运算性能的需求按需配置，而不受本实施例中电路板数量的限制。

如图6所示，机箱20的长度方向(正向)的两端分别安装有风扇30A和风扇30B，风扇30A作为入风口，风扇30B作为出风口。在风扇30A和风扇30B的作用下，空气在机箱中从入风口向出风口方向流动，从而带动机箱中的热量流出，实现机箱散热。由于电路板10-1、10-2、10-3上承载的芯片12数量较多，机箱的长度方向从入风口侧到出风口侧的距离通常比较长，传统的散热方式往往会导致计算设备运行时机箱前后温差较大。

如图5所示，本发明实施例中，并排插接固定于机箱的顶面和底面的电路板10-1、10-2、10-3以均匀的间隙并排布置，将机箱分割为四个风道，即风道-L、风道-ML、风道-MR、风道-R。由于每个电路板的第一面(正面)上的每块芯片的上表面粘接的第一散热片13A与安装于电路板的第二面的第二散热片13B的尺寸规格保持一致，从而被电路板10-1分割形成的位于机箱左侧的风道-L与被电路板10-3分割形成的位于机箱右侧的风道-R的空间尺寸和风量相应也一致，风道-L与风道-R的风阻也基本一致。此外，位于机箱中部的由电路板10-1、10-2分割形成的风道-ML和由电路板10-2、10-3分割形成的风道-MR的空间尺寸分别是风道-L、风道-R的空间尺寸的两倍，但其分别包含的散热片高度也是风道-L、风道-R所包含的单一散热片的高度的两倍，因此，散热效果上，风道-ML、风道-MR的整体风阻与风道-L、风道-R基本均衡，从而机箱中四个风道均能有效地通过足够的风量将机箱前后两面的热量带走，达到最优的散热效果，使得机箱前后的温差变小。

在一些实施方式中，还可以使得分别位于图3中电路板两侧的第一散热片13A和13B的高度之和跟图1所示现有技术中的分别位于电路板两侧的散热片的高度之和相同，即增加图1中位于电路板一侧的散热片4B的高度，同时降低另一侧的散热片4A的高度，这样设计的好处是不会增加现有的计算设备机箱的整体尺寸，仅需要优化散热片本身即可，减少了工艺加工流程，降低了成本。

本发明实施例从计算设备的散热路径的层面进行考虑，优化了电路板连接的散热片尺寸，采用正反两面的对称散热结构平衡了散热片传热和系统风阻的关系，有效均衡了电路板正反两面风道的风阻，降低了系统的风阻，使正反两面对流换热的效率基本一致，达到均衡散热的目的，从而使得机箱中不同的电路板的温度区域一致。同时靠近机箱前后两侧的风道尺寸相同，从而使得靠近机箱前后两侧风道的风阻基本一致，减少了机箱前后两侧的温差，从而使得计算设备达到优化的散热效果。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种具有对称散热结构的电路板，其特征在于，包括：PCB板和安装于所述PCB板的第一面的多块芯片，所述多块芯片的上表面分别粘贴有第一散热片，所述PCB板的与第一面相对的第二面上与所述多块芯片相对应的位置处分别连接有第二散热片，其中所述第一散热片与第二散热片的尺寸规格相同。

2.根据权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述第一散热片与第二散热片具有相同的翅片数和高度。

3.根据权利要求2所述的电路板，其特征在于，所述第一散热片与第二散热片分别包括底片和多个翅片，所述多个翅片连接所述底片的顶面。

4.根据权利要求3所述的电路板，其特征在于，所述底片包括位于中间的第一部分以及从所述第一部分的两侧分别倾斜向上的第二部分和第三部分。

5.根据权利要求4所述的电路板，其特征在于，所述第一散热片与第二散热片还包括设置于所述多个翅片的其中之一的顶端的抓手。

6.根据权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述多块芯片在所述PCB板上呈规则的阵列排布。

7.根据权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述第一散热片通过导热胶与所述芯片的上表面连接，所述第二散热片通过焊锡跟所述芯片的底面连接。

8.一种计算设备，其特征在于，包括机箱和多块如权利要求1-7任一项所述的具有对称散热结构的电路板，其中所述多块电路板沿所述机箱的长度方向以垂直于机箱底面的方式并排固定于所述机箱的顶面和底面。

9.根据权利要求8所述的计算设备，其特征在于，还包括安装于所述机箱的长度方向的两端的作为入风口的第一风扇和作为出风口的第二风扇。

10.根据权利要求9所述的计算设备，其特征在于，所述多块电路板以均匀的间隙并排固定于所述机箱的顶面和底面。

11.根据权利要求8所述的计算设备，其特征在于，所述电路板的第一散热片和第二散热片的高度之和满足在不改变机箱尺寸下安装所述多块电路板的要求。

12.根据权利要求8所述的计算设备，其特征在于，所述机箱内最左侧电路板与所述机箱前侧形成的空间的尺寸和所述机箱内最右侧电路板与所述机箱后侧形成的空间的尺寸相同。