CN109121357B - 收发器冷却设备以及包含该收发器冷却设备的交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种收发器冷却设备以及包含该收发器冷却设备的交换器。其中该冷却设备用以冷却一收发器，该冷却设备包含冷却夹套、冷却装置以及散热装置。冷却夹套配置以接收收发器，其中收发器通过连接结构固定于冷却夹套之中。冷却装置固定于收发器的外壳的外部表面，其中冷却装置包含高度导热材料。散热装置连接至冷却装置每一者离收发器较远的一端。

Description

收发器冷却设备以及包含该收发器冷却设备的交换器
技术领域
本发明涉及一种收发器冷却设备以及包含该收发器冷却设备的交换器。
背景技术
一般而言，数据中心拥有为数庞大的机架，每个机架都塞满了系统中各种用于数据、计算及/或传输的电子元件及配备。电子机架为装设各种电子元件(如：服务器)的基本设备。可在每个机架上，以依序叠放的方式安装多种组件。这些组件通常由前侧外框所支撑，该些外框由平面板金裁切，并在侧缘具有多个孔隙或插槽以将外框固定至机架。通常来说，会相对紧密地安装这些组件来塞满机架。安装于机架中的电子元件常常产生过多的热能。需从机架移除所产生的热能以避免该些电子元件过热。一般而言，散热器会与对温度敏感或产热的电子元件进行热接触，并通过风扇迫使空气通过散热器以进行降温。
肇因于网络扩张而大增的数据存储以及高频传输，造成数据中心内连系统的密度需求跟着增加。这些数据中心通常由成排的服务器机架组成。这些服务器需要在数据中心内与其他服务器进行高频传输。高频传输可由屏蔽电缆或日益活络的光学缆线支持。有源光缆(active optical cable,AOC)支持更长的传输距离以及更高的传输频宽。有源光缆至少一端通常具有合并于收发器内的光学引擎。光学引擎会将电信号转换为光信号(传送函数T[x])，并将光信号转换为电信号(接收函数[Rx])。电子机架可具有数百上千的内部连接，每一者皆会产生不可不移除的热能。若无法移除该些热能，将造成电子机架中内连的其他元件加速老化及/或早期损坏。因此，提供一种能用于高速传输元件中，并可在高密度内部连接的情形下达成高效热移除的冷却系统，确有其必要性。
发明内容
本发明提出一种冷却设备，用以冷却一收发器。该冷却设备，依据各种实施方式，包含配置以接收收发器的冷却夹套。在一些实施方式中，收发器通过连接结构固定于冷却夹套之中。冷却设备可包含固定于冷却夹套外部表面的冷却装置，其中冷却装置包含高度导热材料。冷却设备也可包含连接至冷却装置每一者离收发器较远的一端的散热装置。
在一些实施方式中，散热装置包含散热器，散热器连接至管线，管线包含从水槽来的冷却水。进一步而言，在本发明的一些实施方式中，冷却夹套包含导热材料，导热材料选自铝、铜、钻石、合金、或上述的复合材料组成的一群组。在本发明的一例示性实施方式的冷却设备中，散热装置包含散热器、被动热交换器以及鳍片的至少其中一者。在一些实施方式中，冷却装置包含至少一热管，其包含高度导热材料。在一其他例示性实施方式的冷却设备中，冷却装置包含至少一蒸气箱，其包含高度导热材料。
附图说明
图1为传统的收发器的立体图，其具有安装于收发器外壳顶侧的散热器；
图2为传统的交换器的立体图，其包含多个传统的收发器，该些收发器具有安装于收发器外壳顶侧的散热器；
图3为本发明一或多个实施方式的收发器的冷却组件的立体图；
图4为本发明一或多个实施方式中具有多个收发器并对应安装有多个冷却组件的交换器的部分立体图；
图5A为本发明一或多个实施方式中安装有多个冷却组件模块的交换器的立体图；
图5B为两个图5A中的收发器本体设置于冷却夹套中的剖面示意图；
图6A为本发明一或多个实施方式于图3的冷却组件的顶视图；
图6B为沿着图6A中线段A-A的剖视图；
图6C为沿着图6A中线段B-B的剖视图。
符号说明
30：冷却组件
30N：冷却组件模块
50、450、451：气流
100：收发器
102：散热器
104：边缘卡
200：交换器
201：前端
202：后端
210：第一侧壁
220：第二侧壁
300：收发器
301：本体
301N(1)、301N(2)：收发器本体
302：冷却夹套
302N(1)、302N(2)：冷却夹套
303：缆线接口
320、320A、320B、320N(1)、320N(2)、320N(3)、320N(4)：冷却装置
321、322：固定元件
321A、322A：螺孔
321B、322B：螺丝组件
340：连接结构
350、350N：散热装置
400：交换器
500：交换器
A-A：线段
B-B：线段
具体实施方式
以下将以附图公开本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些现有惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示之。并且，除非有其他表示，在不同附图中相同的元件符号可视为相对应的元件。这些附图的绘示是为了清楚表达这些实施方式中各元件之间的连接关系，并非绘示各元件的实际尺寸。
大体而言，在此处所公开的内容里，其中一个实施方式有关一种冷却组件，其用以冷却可插拔的收发器。在一或多个实施方式中，热能由收发器外壳朝向收发器后侧的散热器移动，使得热能可以通过散热装置、冷却风扇、或类似者散发至较冷的气流中。依据一或多个实施方式，由收发器的外部进行冷却。在本实施方式中，将由导热材料制成的外壳附加到收发器。进一步而言，高度导热的材料或元件(如热管)附加到外壳的侧面或顶面。高导热能力的热管具有足以接触至散热器或热散发装置的长度。接着热管将热能由收发器传送至热散发装置。可通过使用高导热能力的材料制作外壳部分，及/或加宽热管使其与外壳内部接触的表面积加大，来增进此技术的效果。
图1为传统的收发器100的立体图。于2013/10/31公开的收发器100与四路小型热插拔规范(Quad Small Form-factor pluggable,QSFP+)SFF-8436及多源协议修订4.8(multi-source agreement revision 4.8)相容，在此并入全文中作为参考。其他已知类型的收发器包含小封装热插拔收发器(small form factor pluggable transceiver,SFP)、四路小型热插拔收发器、微型四路小型热插拔收发器(microQSFP)等。如图1中所示的收发器100可支持5～8瓦特的收发器功率。收发器100可插入机架中的插座，或自机架中的插座拔出(图1并未绘示机架以及插座)。插座可安装于印刷电路板(printed circuit board,PCB)。将收发器100插入插座中将产生物理及电性上的接触。电信号则可在插座以及印刷电路板之间传输。收发器100可包含散热器102以及边缘卡104。散热器102通常直接安装于收发器100的顶侧，使得当收发器100插入其中一个插座连接器时，散热器102的位置得以固定。一般而言，散热器102可包含挤压或弯折的板金。散热器102定义出气流通道。边缘卡104可以与插座中的连接器配对。边缘卡104可以与收发器100互相传输电信号。
收发器100可为光学式、电子式、或包含光学及电子的混合式。如果收发器100为光学式，则连接线(图1中未绘示)包含有能传输(接收或发送)光信号的光纤。光纤可为单模(single-mode)光纤或多模(multi-mode)光纤。收发器100可包含用以将光信号转换为电信号及/或将电信号转换为光信号的光学引擎。
当收发器100为电子式时，连接线(图1中未绘示)包含用以传送电信号的导电电线。连接线可为，举例而言，同轴电线(coaxial cable)，有时也称为同轴线(coax)。同轴线包含由介电质以及屏蔽层包围的单一导电体。连接线也可为双轴电线(twinaxial cable)，有时也称为双轴线(twinax)。双轴线包含由介电质以及屏蔽层包围的双导电体。连接线也可包含其他适当的传输线。收发器100可包含用以传送电信号(包含高频宽电信号)的电子电路。
如果收发器100为混合式，则连接线(图1中未绘示)同时包含有光学线以及电子线。在此配置中，收发器100包含可将光信号转换为电信号及/或将电信号转换为光信号的光学引擎。而这样的收发器100也包含用以通过电子线发送及接收电信号的适当电子电路。
图2为传统的交换器200的立体图。在一些实施方式中，交换器200包含多个收发器100。交换器200可包含前端201以及后端202。交换器200也包含第一侧壁210以及第二侧壁220。第一侧壁210以及第二侧壁220由前端201往后端202延伸。可通过多个风扇模块(图2中未绘示)使气流50穿过交换器200，并环绕前端201以及后端202之间的多个收发器100。多个风扇模块通常安装于散热器附近，如此一来该些风扇模块将直接迫使气流50通过散热器上方。气流50倾向于在挤压或弯折的板金之间的一或多个气流通道中流动。应了解，交换器200可包含此处未提及的其他元件。上述所提到的元件仅为举例，而非用以限制本发明。本领域中通常知识者可依据本发明弹性包含其他元件。
承上所述，更高频宽收发器100的需求与日俱增。然而，随着频道密度以及频宽增加，在交换器200中的收发器100所产生的热能也增加。过高的温度可能会导致提前损坏或效能低落。因此，本发明中多种实施方式提出一种新的收发器设计，其具有改善的冷却能力，于此同时仍然维持高密度封装与高频宽收发能力。
图3为本发明一或多个实施方式的收发器300的冷却组件30的立体图。冷却组件30可包含收发器300、散热装置350以及冷却夹套302。收发器300可包含本体301以及用以接收连接线的缆线接口303。冷却夹套302可包含耦接至散热装置350的冷却装置320(如热管)。冷却夹套302可由任何导热材料制成，诸如：铝、铜、钻石、合金、或复合材料。冷却组件30可由连接结构340彼此固定。连接结构340配置以将收发器300固定于冷却夹套302之中，其中冷却夹套302提供空间给冷却装置320。在一些实施方式中，连接结构340也配置以沿其底部连接收发器300以及散热装置350。在其他实施方式中，散热装置350可直接连接至冷却装置320。冷却组件30的组成将于下文中细部讨论。虽然说冷却组件30是用以冷却收发器300，但本发明的实施方式并不以此为限。举例而言，此处描述的冷却组件30可用以冷却其他电子元件(举例而言，小型热插拔元件及/或光学输入/输出元件)。
在一或多个实施方式中，散热装置350可为任何得以通过传导、对流、辐射或类似方法提供散热能力的适当元件。如此处所用，「散热装置」用以包含任何散热器、被动热交换器、鳍片、或类似物。散热装置350可由任何高导热材料制成，诸如：铝、铜、钻石、合金、或复合材料。散热装置350可通过导热胶、导热硅脂(thermal grease)或类似物耦接至冷却装置320。在一些实施方式中，散热装置350可包含水冷系统。举例而言，由水槽中输送冷水的管子可连接至散热装置350，该管可与交换器位于一处或分隔两地。
在一或多个实施方式中，冷却装置320可包含由高度导热材料制成的热管或蒸气箱。在一些实施方式中，可采用由高度导热材料制成的热管。此种高度导热材料可包含，举例而言，铜。在其他实施方式中，可采用蒸气箱。举例而言，冷却装置320可包含结合热导与相变原理的热传送元件。在热管中的热接面处，与热管的导热固体表面接触的液体会通过吸收导热固体表面的热能而转变为蒸气。然后蒸气会沿着热管行进至冷接面处，而被凝结回液体，并释放出潜热。液体接着通过毛细作用或重力回到热接面处，并在该处再一次汽化并重复上述循环。在所说明的实施方式中，冷却装置320接触冷却夹套302。在一实施方式中，高度导热的冷却装置320可通过粘着剂、夹钳、或其他适当机构附加至冷却夹套302。
图4为本发明一或多个实施方式中具有多个收发器300并对应安装有多个冷却组件30的交换器400的部分立体图。在一些实施方式中，通过放置高导热度的热管于收发器300的两个侧面以及顶侧(如图3以及图4中所部分绘示)上来达成更佳冷却。在此配置中，多个收发器300安装于交换器400中，且每个收发器300配置有所公开的冷却组件30。热管可介于每个收发器300之间，且沿着每个收发器300的顶侧延伸。高导热度的热管(冷却装置320)可位于将收发器300切为两半的位置。通过确保热管与收发器300接触，可以增进冷却能力。因此，冷却装置320被安插于冷却夹套302(如图3所示)中以使冷却装置320以及收发器300之间的距离最小化。高导热度的热管(冷却装置320)小到足够与冷却夹套302切齐。并且，冷却夹套302固定至收发器300。因此，冷却装置320更有效率的对收发器300进行冷却。此将参照图6A～图6C进行更详细的讨论。
冷却组件30可受益于气流450或气流451。也就是说，所公开的冷却组件30可受益于两个方向的气流。因为热能由收发器300朝向冷却组件30离收发器300较远的一端移除，其会接收到冷空气。也就是说，热能被传送到另一个区域并且被射进散热装置350、冷却风扇或类似者的气流中。因此，冷却组件30提供了交换器400的设计弹性。多个冷却风扇(未绘示)可在相对于多个收发器300的各种位置安装。
图5A为本发明一或多个实施方式中具有多个冷却组件模块30N的交换器500的立体图。应了解，上文中描述及绘示于图3中的冷却组件30是配置以安装于单一个收发器300，而多个冷却组件模块30N可作为用于多个收发器300的单一冷却组件配置。热管可介于每个收发器300之间，并途经每个收发器300的顶侧。高度导热的热管(冷却装置320)可位于将该些收发器300分割为两半的区域。可通过确保在散热装置350N中的每个散热装置350彼此接触，来改善冷却机构的效能。
图5B为收发器本体301N(1)以及收发器本体301N(2)两者。收发器本体301N(1)以及收发器本体301N(2)分别设置于冷却夹套302N(1)以及冷却夹套302N(2)之中。冷却夹套302N(1)可包含冷却装置320N(1)以及冷却装置320N(2)。进一步而言，冷却夹套302N(2)可包含冷却装置320N(3)以及冷却装置320N(4)。因为收发器本体301N(1)以及收发器本体301N(2)两者邻近，两者可共用冷却装置320N(3)。在一些实施方式中，在此排列中可配置12个收发器300于交换器500中。此外，散热装置350N(如图5A所示)可作为单一个散热装置350。因此，冷却组件模块30N(如图5A所示)可作为单一模块来冷却交换器500中的该些收发器300。
图6A为本发明一或多个实施方式绘示图3的冷却组件30的顶视图。冷却组件30包含沿着线段A-A以及线段B-B的剖视图，将分别参照图6B以及图6C进行讨论。图6B为沿着图6A中线段A-A的剖视图。图6C为沿着图6A中线段B-B的剖视图。在所绘示的附图中，可看出冷却装置320A以及冷却装置320B如何放置于冷却夹套302中。冷却装置320A以及冷却装置320B位于冷却夹套302之中，使得冷却装置320A及冷却装置320B与冷却夹套302于外部切齐。冷却装置320A以及冷却装置320B可使用导热胶、导热硅脂、或类似物耦接置冷却夹套302。进一步而言，可通过点焊法、或将两高度导热材料接合起来的其他方法，将冷却装置320A以及冷却装置320B耦接至冷却夹套302。
冷却夹套302通过固定元件321以及固定元件322连接至连接结构340。固定元件321可包含螺丝组件321B与螺孔321A，螺孔321A位于冷却夹套302的前柄上，螺丝组件321B连接至冷却夹套302中。固定元件322可包含螺丝组件322B与螺孔322A，螺孔322A位于冷却夹套302的前柄上，螺丝组件322B连接至冷却夹套302中。一旦冷却夹套302固定至连接结构340，连接结构340便被固定至收发器300的本体301。因此，由收发器300产生的热能可从本体301经由连接结构340递送至冷却夹套302，并外传至冷却装置320A以及冷却装置320B。此时，冷却装置320A以及冷却装置320B变为热能传送器，将来自收发器300的热能载送至冷却组件30较冷的区域。可通过使用高导热能力的材料制作连接结构340以及冷却夹套302两者，及/或加宽冷却装置320A与冷却装置320B使其与冷却夹套302内部接触的表面积加大，来增进此技术的效果。
本发明已由范例及上述实施方式描述，应了解本发明并不限于所公开的实施方式。相反的，本发明涵盖多种更动及近似的布置(如，此领域中的通常技术者所能明显得知者)。因此，附加的权利要求应依据最宽的解释以涵盖所有此类更动及近似布置。

Claims (10)

1.一种冷却设备，用以冷却一收发器，其特征在于，该冷却设备包含：
冷却夹套，配置以接收该收发器，其中该收发器通过一连接结构固定于该冷却夹套之中，并且冷却夹套具有第一部分和第二部分，第一部分和第二部分在收发器的两个相邻侧面延伸；
至少两个冷却装置，其分别被安插于冷却夹套的第一部分和第二部分中，并且与冷却夹套切齐，其中该些冷却装置包含高度导热材料；以及
散热装置，连接至每一该些冷却装置的远离收发器的一端。
2.如权利要求1所述的冷却设备，其中该散热装置包含散热器，该散热器连接至一管线，且该管线包含从一水槽来的冷却水。
3.如权利要求1所述的冷却设备，其中该散热装置包含散热器、被动热交换器与鳍片的至少其中一者。
4.如权利要求1所述的冷却设备，其中该些冷却装置包含至少一热管，其包含高度导热材料。
5.如权利要求1所述的冷却设备，其中该些冷却装置包含至少一蒸气箱，其包含高度导热材料。
6.一种交换器，具有前端、后端、第一侧壁以及第二侧壁，该第一侧壁以及该第二侧壁由该前端往该后端延伸，其特征在于，该交换器包含：
至少一排的多个收发器，该些收发器至少部分地由该第一侧壁依次排列至该第二侧壁，其中该至少一排的该些收发器配置以接收多个冷却组件，其中每一该些冷却组件包含：
冷却夹套，配置以通过一连接结构固定该至少一排的该些收发器的一者，并且冷却夹套具有第一部分和第二部分，第一部分和第二部分在收发器的两个相邻侧面延伸；
至少两个冷却装置，其分别被安插于冷却夹套的第一部分和第二部分中，并且与冷却夹套切齐，其中该些冷却装置包含一高度导热材料；以及
散热装置，连接至每一该些冷却装置远离收发器的一端。
7.如权利要求6所述的交换器，其中该散热装置包含散热器，该散热器连接至一管线，且该管线包含从一水槽来的冷却水。
8.如权利要求6所述的交换器，其中该散热装置包含散热器、被动热交换器与鳍片的至少其中一者。
9.如权利要求6所述的交换器，其中该些冷却装置包含至少一热管，该热管包含高度导热材料。
10.如权利要求6所述的交换器，其中该些冷却装置包含至少一蒸气箱，该蒸气箱包含高度导热材料。
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