CN110536583A - 运算装置中的管路配置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种运算装置中的管路配置，其用于服务器的管路系统，所述服务器包含相对于进入空气的遮蔽配置(shadow arrangement)中的多个元件配置。所述管路系统包含多个管路，所述管路用以将空气引导至所述遮蔽配置中的后侧元件，而所述遮蔽配置中的前侧元件很少或不加热所述空气。

Description

运算装置中的管路配置

技术领域

本发明涉及一种用于改善冷却的系统与方法，且特别是涉及一种使用管路来改善下游元件的冷却的系统与方法。

背景技术

为了使服务器中电子装置维持在运作温度规格，包含在服务器的外壳内的电子装置所产生的热使得服务器需要被冷却。一般而言，这些服务器是通过风扇或强制空气流经服务器的其他装置来进行冷却。

在一些传统的服务器中，使用管路设计(ducting design)来控制用以冷却不同元件所需的空气流动。在一种典型的服务器设计中，中央处理单元(Central ProcessingUnit，CPUs)与存储元件可以以遮蔽配置(shadow arrangement)与分隔的管路配置而被放置在服务器中。也就是说，相对于流经服务器的气流，中央处理单元(CPUs)串联设置以使得一个在上游而另一个在下游。相似地，相对于流经服务器的气流，存储元件也可串联设置以使得一个在上游而另一个在下游。此外，可提供管路配置以便引导部分冷却的进入空气仅通过存储元件且将引导第二部分冷却的进入空气仅通过中央处理单元(CPUs)。

由于上游元件预热了进入空气，这种类型的设计会产生两个问题。首先，冷却空气的效率降低。也就是说，较暖的空气较不能够冷却下游元件。其次，使用了多余的电力。也就是说，因为冷却效率降低，通常必须加速冷却风扇来增加气流以克服冷却效率的降低。

相应地，需要在伺服系统与其他运算装置中提供冷却系统，以改善下游冷却而不需要显著地使用更多的能量。

发明内容

本发明提出一种用于运算装置的管路系统，所述运算装置包含相对于进入空气的遮蔽配置中的多个元件配置。所述管路系统包含多个管路，所述管路用以将空气引导至所述遮蔽配置中的后侧元件，而所述遮蔽配置中的前侧元件很少或不加热所述空气。

在一种配置中，提供一种运算装置具有处于相对于进入空气的遮蔽配置中的多个第一发热元件与多个第二发热元件。所述第一发热元件位于相邻于所述第一发热元件的所述运算装置中。在这种配置中，管路配置包含用于引导部分的进入空气流经第一发热元件中的后者以及第二发热元件中的前者的第一管路。管路配置也包含用于引导另一部分的进入空气流经第二发热元件中的后者并且不流经第一发热元件与第二发热元件的前者的第二管路。

在一替代性的实施方式中，所述运算装置可替代性地包含第一管路、第二管路与第三管路。第一管路可用于引导部分的进入空气流经第一发热元件中的后者以及第二发热元件中的前者。第二管路可用于引导另一部分的进入空气流经第二发热元件中的后者并且不流经第一发热元件与第二发热元件的前者。第三管路可用于引导又一部分的进入空气流经第一发热元件中的后者并且不流经第一发热元件的前者与第二发热元件。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附的附图作详细说明如下。

附图说明

图1为现有技术的包含管路配置的服务器的侧视剖视图；

图2为本发明的包含管路配置的服务器的侧视剖视图；

图3为本发明的包含管路配置的服务器的透视图、部分剖视图。

符号说明

10、30、31、32：管路

12：进入空气

14、16：存储器

18：服务器

19：前侧

20：冷却空气

22：后侧

24：主机板

25：管路配置

26、26’、27、28、28’：箭头

33：排气口

34、36、37：壁

35：单一外壳

38：开口部

40、42：中央处理单元(CPU)

具体实施方式

参照附图来描述本发明，其中在所有的附图中使用相同的编号来表示相似的或相同的元件。附图并非按比例绘制且仅用以说明本发明。以下参照用于说明的例示应用来描述本发明的几个方面。应理解的是，列举了许多具体细节、关系与方式来提供对于本发明的全面理解。然而，相关领域的通常技术人员将立即认知到，可以在没有一个或多个具体细节或采用其他方法的情况下来实现本发明。在其他情况下，未详细示出公知的结构或操作以避免混淆本发明。本发明不限于所示的行为或事件的顺序，一些行为可能以不同的顺序和/或与其他行为或事件同时发生。此外，并非所有示出的行为或事件都需要根据本发明的方法来实施。

如图1(现有技术)所示，管路配置可包含传统管路10，其接收进入空气(incomingair)12且引导空气流经服务器18的前侧19的前存储器14与服务器18的后侧或下侧22的后存储器16。尤其是，管路10首先引导进入空气12流经存储器14。管路10收集流经存储器14与管路10的其他部分的空气，以提供冷却空气(cooling air)20给后存储器16。管路10还使得进入空气12转向而远离服务器18中的任一中央处理单元(CPUs)，以避免这些中央处理单元(CPUs)对进入空气12加热。可使用相邻的管路(图未示)来引导部分的进入空气流经邻近存储器14与存储器16的中央处理单元(CPUs)。

当与较低功率的存储元件一起使用时，管路10允许进入空气12保持足够的冷以提供存储器14与存储器16的有效冷却。然而，由于新的高速存储器技术有着更高的功率需求，存储器14与存储器16的每一者可显著地消耗更高热量。存储器功率将达到18瓦(Watt，W)。这导致存储器温度达到超过摄氏85度(存储器规格)。所以，进入管路10的进入空气12可在流经存储器14且到达存储器16之前，显著地被预热。在管路10内的进入空气12的预热导致到达存储器16的任一冷却空气20具有比起进入管路10的冷却进入空气12更高的温度。这个预热的进入空气12因此减少了到达存储器16的冷却空气20的冷却效率。接着，这个减少的冷却效率可能因此导致存储器16的温度超过操作规格，并且可能进一步导致存储器16的失效或甚至是比预期还早的故障。

有鉴于新的存储器技术之用于传统冷却管路配置的限制，本发明思量新的管路设计，其绘示于图2与图3当中。图2绘示根据本发明的包含管路配置的服务器的侧视剖面图。图3绘示根据本发明的包含管路配置的服务器的透视图、部分剖视图。

虽然说明书针对特定类型的运算装置(即服务器)的实现，但这仅是为了便于解释。所以，本发明适用于包含发热电子装置的任一运算装置，其中发热电子装置相对于气流而设置于遮蔽配置中。因此，本发明思量这样的运算装置可包含任何型态的元件，例如中央处理单元(CPU)、图形处理器(graphics processing unit，GPU)、存储器与相似的电子装置。

如图2与图3所示，服务器18的管路配置25包含管路32、管路31与管路30。分别如箭头26、27与28所指示者，管路32、管路31与管路30用以将进入空气12分为三部分。配置这些管路以提供服务器18的不同部分的冷却。

首先参照管路30，此管路主要用以提供服务器18中的后CPU的冷却。尤其是，如图3中的箭头28’所示，由箭头28所示的部分的进入空气12首先被引导流经管路30且随后被引导至后CPU 42。管路30的内表面不仅提供气流的必要引导，而且还促进流经管路30的部分进入空气12平稳流动。也就是说，这部分的进入空气首先遵循不通过前CPU 40(其位置于图3中以点线表示)的路径。这样一来，因为不通过前CPU 40，这部分的进入空气12遭遇到较少的预热或没有被预热。相应地，如箭头28’所示，随后引导至后CPU 42的部分的进入空气12为冷却后CPU 42提供较冷的空气。

接着参照管路32，此管路主要用以提供前存储器14的冷却。此外，此管路也用以提供后CPU 42的部分冷却。如图2与图3所示，如箭头26所示，部分的进入空气12首先被引导流经管路32。为了冷却前存储器14，管路32用以引导这部分的进入空气12流经前存储器14。之后，如图3中的箭头26’所示，这部分的进入空气12也通过排气口33而被引导至后CPU 42。管路32的内表面可配置为促进流经管路32的部分进入空气12平稳流动。

虽然经排气口33而排出的空气可通过存储器14而被加热，但是由存储器14加热的空气的量通常小于前CPU 40加热的空气的量。所以，经排气口33所排出的空气仍可具有足够能力来冷却较热的元件，例如后CPU 42。随后，如箭头26’所示，排气口33所排出的部分的进入空气12用于冷却后CPU 42。

如图3所示，其示出管路30的至少一部分具有面向前CPU 40的开口部38，而管路32不包含这样的开口部(除了排气口33)，即包含壁37。在管路32中，壁37被设计为保持部分的进入空气12被引导流经存储器14而不被CPU 40所加热。然而，本发明思量在一些结构中，管路32也可具有开口部或甚至像是图3中的管路30那样完全打开。相似地，管路30可以可选地设计成与管路32相似。也就是说，为了维持流经管路30的部分的进入空气更冷，也可提供壁36(以点线标示)来将管路30的内部与CPU 40分隔开。

除了管路30与管路32之外，如图2与图3所示，管路配置25也可包含位于管路30与管路32之间的管路31。这个管路用以提供后存储器16的冷却。如图2与图3所绘示的，如箭头27所示，配置管路31使得部分的进入空气12被引导至后存储器16，而不会被存储器14或任一CPU 40或CPU 42所预热。因此，到达存储器16的部分的进入空气12保持冷却，从而提供存储器16的有效冷却。如同管路30与管路32，管路31的内表面可配置为平稳地引导空气。

虽然图2与图3示出了管路30、管路31与管路32的特定配置与尺寸，但本发明思量这些管路的其他配置也可不受限制地使用。因此，管路的配置与尺寸可基于要被冷却的各种元件的尺寸、在服务器18中的配置、在服务器18内的可用空间与各种元件的冷却需求而改变。举例来说，虽然管路30、管路31与管路32在图2与图3中被示为包含共同的壁，但是在其他实施方式中，这些管路可包含不同的壁。在其他例子中，虽然管路30、管路31与管路32在图2与图3中被示为提供实质上平行且彼此相邻的空气路径，但是在其他实施方式中，这些管路不需要彼此相邻或彼此平行。

在一些实施方式中，管路30、管路31与管路32可通过配置在服务器18的主机板24上的单一外壳35而定义，其支撑存储器14、存储器16与CPU 42。然而，本发明思量管路30、管路31与管路32可使用任意数量的元件来定义。

本说明书所描述的管路的构造的材料可为低热传导率材料，从而最小化介于共用的壁(例如隔开管路30与管路31的壁34以及隔开管路31与管路32的共用的壁37)之间的任何热转移。用于管路的适合的材料包含聚合物和陶瓷。然而，在其他的实施方式中，可使用在摄氏25度下具有0.55瓦/(米·度)(W/(m·K))或更低的热传导率的任意材料。

应注意的是，为了便于讨论，示于各图中的一或多个元件的呈现可能已被简化。因此，应该理解的是，所示出的某些元件可包含未被单独绘示或标示的附加部分或元件。举例来说，被标示为CPU 40与CPU 42的区域可包含实际处理单元，但也可包含或并入其他特征，例如散热片结构。所以，本发明思量本领域技术人员将认知到，在本说明书中描述的管路配置所实作的运算装置可包含比各图中所绘示或所标示的更多或更少的元件。

本文所使用的术语仅是用于描述特定实施例的目的且不意欲限制本发明。如本文所使用，单数形式“一”(a、an)及“该”(the)意欲亦包括多个的形式，除非本文另有清楚地指示。再者，不论是在详细的说明和/或发明权利要求中所使用的术语“包含”(including、includes、having、has、with或其变形)的范围，这样的术语旨在包含类似于术语“comprising”的方式。

除非另外定义，否则本文使用的所有术语(包含技术与科学术语)具有与本发明所属领域的通常技术人员所理解的相同的意义。应进一步理解的是，诸如在常用字典中定义的那些术语，应被解释为具有与其在相关领域的上下文中一致的意义，并且不会被解释为理想化或过度形式化的意义，除非明确地如此定义。

Claims (10)

1.一种运算装置中的管路配置，其特征在于，具有处于相对于进入空气的遮蔽配置中的多个第一发热元件与多个第二发热元件，该些第一发热元件位于相邻于该些第一发热元件的该运算装置中，该管路配置包含：

一或多个第一管路，用于引导一部分的该进入空气流经该些第一发热元件中的后者以及该些第二发热元件中的前者；以及

一或多个第二管路，用于引导另一部分的该进入空气流经该些第二发热元件中的后者并且不流经该些第一发热元件与该些第二发热元件的该前者。

2.如权利要求1所述的管路配置，其中一或多个该些第一管路与一或多个该些第二管路共用至少一共用壁。

3.如权利要求1所述的管路配置，其中一或多个该些第一管路包含多个管路，其中该些管路的第一部分绕过该些第二发热元件的该前者。

4.如权利要求3所述的管路配置，

其中该些管路的第二部分包含将该些第二发热元件的该前者与该些第一发热元件的前者分开的一或多个壁，

其中该些管路的该第二部分包含至少一排气口用以引导该些管路的该第二部分内的空气朝向该些第二发热元件的该后者。

5.如权利要求4所述的管路配置，其中一或多个该些第二管路位于该些管路的该第一部分与该些管路的该第二部分之间。

6.一种运算装置中的管路配置，其特征在于，具有处于相对于进入空气的遮蔽配置中的多个第一发热元件与多个第二发热元件，该些第一发热元件位于相邻于该些第一发热元件的该运算装置中，该管路配置包含：

第一管路，用于引导一部分的该进入空气流经该些第一发热元件中的后者以及该些第二发热元件中的前者；

第二管路，用于引导另一部分的该进入空气流经该些第二发热元件中的后者并且不流经该些第一发热元件与该些第二发热元件的该前者；以及

第三管路，用于引导又一部分的该进入空气流经该些第一发热元件中的该后者并且不流经该些第一发热元件的前者与该些第二发热元件。

7.如权利要求6所述的管路配置，其中该第一管路与该第二管路共用至少一共用壁。

8.如权利要求6所述的管路配置，其中该第二管路与该第三管路共用至少一共用壁。

9.如权利要求6所述的管路配置，

其中该第一管路包含将该些第二发热元件的该前者与该些第一发热元件的该前者分开的一或多个壁，

其中该第一管路包含至少一排气口用以引导该第一管路内的空气朝向该些第二发热元件的该后者。

10.如权利要求6所述的管路配置，其中该第二管路位于该第一管路与该第三管路之间。