CN113126722A - 一种电子板卡的芯片散热器的设置方法及电子板卡 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电子板卡(PCIe板卡)芯片散热器的设置方法及电子板卡，所述电子板卡包括多个芯片，多个芯片上对应设置有多个散热器。本发明首先通过多个芯片散热器的高度调整，实现温度的差异性缩小，实现第一级别的调整；然后再通过控制导风部件，实现温度差异的更加精确调整。本发明通过构建多个芯片的模型，通过热力学仿真的方式，调整多个芯片散热器的尺寸，调整导风部件，减少多个芯片在运行时之间的温差。解决木桶效应理论中“短板”效应，前后散热能力基本一致，实现较优设计，从而使得多个芯片的温度差值缩小，提高能效。
Description
技术领域
本发明属于电子、电器领域，涉及一种电子板卡的芯片散热器的设置方法及电子板卡。
背景技术
随着大数据和深度学习得到越来越多应用，对于底层硬件和芯片也提出了新的要求。与传统的处理器强调“处理能力”不同，大数据和深度学习应用强调的往往是“算力”以及“能效比”。由于大数据和深度学习应用算法中的特征提取和处理使用的都往往是实打实的计算，因此需要高算力的芯片以期在尽可能短的时间里完成计算。另一方面，能效比也是重要指标。能效比指的是完成计算所需要的能量，能效比越好则完成相同计算消耗的能量越小。
在大功率芯片领域，尤其是芯片阵列级联中的应用场景，芯片的散热优化越来越成为产品设计的关注点。
对于双芯片板卡或是多芯片板卡需要调节工作频率和功耗需要一致的情况，很难比较精确快速的调节，而复杂的算法又过于复杂，且具有一定的滞后特定。
在实际的多级芯片矩阵中，往往存在风道情况复杂，温度分布不均，如果要进行临时性精确调节，往往需要反复临时调整和生产散热器，产品成本、周期和复杂度都比较高。实际产品的情况较为复杂，包括安装装配工艺，产品制造质量差异、板卡在整机中的分布布局，整机在系统中位置，都会对板卡前后芯片散热情况产生影响。
而对于多芯片大规模集群阵列的情况，往往希望芯片能够高效的同频工作，能够发挥系统的最大优势，而对于芯片的温度散热温度如何能够尽量做到灵活调控，一直是个问题。
发明内容
鉴于此，本公开提供一种PCIe板卡芯片散热器的设置方法及PCIe板卡：本公开首先通过前后芯片散热器的高度调整，实现温度的差异性缩小，实现第一级别的调整，然后再通过控制风量的“阀门”，实现温度差异的更加精确调整，解决木桶效应理论中“短板”效应，前后散热能力基本一致，实现较优设计。
具体地：一种电子板卡的芯片散热器的设置方法，所述板卡上安装有多个芯片，每个芯片上均设有散热器，每个散热器均包括与芯片产生热传导作用的基座和设置在基座上的散热齿，通过部分或全部调整所述多个芯片对应的散热器的散热量，以减小所述电子板卡的多个芯片运行时的温差。
优选地，调整散热器的散热量包括：第一级散热调整：通过部分或全部的多个散热器的散热面积调整，使多个芯片实现不同的散热，从而减少多个芯片在运行时之间的温差；
第二级散热调整：通过在部分或全部的多个散热器上设置多个导风部件，通过所述多个导风部件，影响通过部分或全部散热器的气流，进一步减少多个芯片在运行时之间的温差。
优选地，第一级散热调整：通过构建多个芯片的模型，通过热力学仿真的方式，调整多个芯片散热器的尺寸，减少多个芯片在运行时之间的温差；
第二级散热调整：通过构建芯片的模型，通过热力学仿真的方式，通过调整部分芯片的散热器上设置的多个导风部件的结构和布置，减少多个芯片在运行时之间的温差。
优选地，第一级散热调整中通过调整散热器的高度，减少多个芯片在运行时之间的温差；
第二级散热调整中通过调整多个导风部件的个数，减少多个芯片在运行时之间的温差。
另外本发明提供一种电子板卡，所述板卡上安装有多个芯片，每个芯片上均设有散热器，每个散热器均包括与芯片产生热传导作用的基座和设置在基座上的散热齿，部分或全部的多个散热器的散热量不同，使部分或全部的多个芯片实现不同的散热，从而减少多个芯片在运行时之间的温差。
优选地，通过在部分或全部的多个散热器上设置多个导风部件，影响通过部分或全部散热器的气流，减少多个芯片在运行时之间的温差。
优选地，多个芯片包括第一芯片和第二芯片，第一芯片的散热器的高度小于第二芯片的散热器的高度；第一芯片的散热器上设有多个导风部件，以进一步减少多个芯片在运行时之间的温差。
优选地，第一芯片靠近板卡的冷却风的进风端设置，第二芯片靠近板卡冷却风的出风端设置。
优选地，所述多个导风部件为多个条状结构，多个条状结构间隔设置。
优选地，多个条状结构的长度方向大致平行于冷却风的流动方向设置；或者多个条状结构的长度方向大致横向于冷却风的流动方向设置。
优选地，多个条状结构的长度方向大致横向于冷却风的流动方向设置，多个条状结构的高度不同，形成为阶梯状，多个条状结构沿冷却风的方向高度逐渐增加。
优选地，所述电子板卡为PCIe卡。
另外本公开还提供一种电子集成装置，包括多个本公开所述的电子板卡，并将所述多个电子板卡集成一起。
优选地，所述多个芯片在运行时之间的温差为：多个芯片在预设频率运行时之间的温差。
优选地，所述多个芯片为需要同频工作的芯片。
优选地，所述多个芯片的散热器具有相同的宽度和不同的高度，所述多个芯片对应的散热器沿所述冷却风流动的方向，高度逐渐增高。
优选地，所述多个芯片的散热器具有相同的高度和不同的宽度，所述多个芯片的散热器沿所述冷却风流动的方向，从窄到宽。
优选地，所述多个芯片的散热器沿所述冷却风流动的方向，形成从低到高的阶梯状；所述多个芯片的导风部件沿所述冷却风流动的方向，形成从低到高的阶梯状。
优选地，所述多个芯片的导风部件设置在所述散热器的至少一侧，为长条形结构，所述长条形结构的长度方向横向于冷却风的流动方向，且沿所述冷却风流动的方向，长条形结构的长度从窄到宽。
有益效果：
本公开提供的PCIe板卡芯片散热器的设置方法及PCIe板卡，所述PCIe板卡包括多个芯片，多个芯片上对应设置有多个散热器。本公开首先通过多个芯片散热器的高度调整，实现温度的差异性缩小，实现第一级别的调整；然后再通过控制导风部件，实现温度差异的更加精确调整。本公开通过构建多个芯片的模型，通过热力学仿真的方式，调整多个芯片散热器的尺寸，调整导风部件，减少多个芯片在运行时之间的温差。解决木桶效应理论中“短板”效应，前后散热能力基本一致，实现较优设计，从而使得多个芯片的温度差值缩小，提高能效。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本公开。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1本发明的散热器的设置方法原理示意图。
图2本发明的PCIe板卡示意图。
图3带有导风部件的本发明的PCIe板卡示意图(条状结构的长度方向平行于冷却风的流动方向)。
图4带有导风部件的本发明的PCIe板卡(条状结构的长度方向横向于冷却风的流动方向)。
图5本发明的多级PCIe板卡级联在一起的示意图。
其中：1-PCIe板卡，2-第一散热器，3-第二散热器，4-进风端，5-出风端，6-连接接口，7-导风部件。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本公开的各方面。
应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种结构，但这些结构不应受这些术语限制。这些术语乃用以区分一结构与另一结构。因此，下文论述的第一结构可称为第二结构而不偏离本公开概念的教示。如本文中所使用，术语“及/或”包括相关联的列出项目中的任一个及一或多者的所有组合。
本领域技术人员可以理解，附图只是示例实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本公开所必须的，因此不能用于限制本公开的保护范围。
下面结合附图1-5对本公开中的具体实施方式的内容进行详细描述：
如图1所示，本公开提供一种电子板卡(PCIe板卡1)的芯片散热器的设置方法，在PCIe板卡具体的产品设计过程中，为了在有限设备空间内充分发挥系统性能，PCIe板卡可采用前后双芯片的布局方式，前、后双芯片为如在冷却风的流动方向上，前、后分布。而双芯片的布局方式，由于进入后芯片的冷却风由于已经冷却了前芯片，其温度较高，从而导致散热方面往往后一个芯片其要承载前面芯片的热量，从而使两个芯片温度不一致，后端芯片的温度远高于前一个芯片温度，前后温度往往有一定差异。
在PCIe板卡中，如果前后芯片温度差异大，且后一个芯片温度过高，要充分发挥算力，需要芯片在不同频率，需要设计较为复杂的算法实现算力的发挥；但对于芯片矩阵连接，且需要工作在同样频率的情况，即使再通过复杂的算法优化，也只能以最低频率为基准，芯片的算力和能效比都大大打了折扣。
本公开提供一种电子板卡(PCIe板卡1)的芯片散热器的设置方法，在多芯片阵列级联，在双芯片的PCIe板卡1中，为了保障不同前后两个芯片同频工作，通过前后散热齿的设计优化，将后面的芯片温度降低，两个芯片的温度尽量靠近，从而实现频率基本相同，从而发挥产品的最大算力效果，通过散热齿的优化，解决同频工作问题，避免设计复杂的算法控制，实现必须同频工作才可以发挥最大算力的情况。
本公开的电子板卡的芯片散热器的设置方法，所述板卡上安装有多个芯片，每个芯片上均设有散热器，每个散热器均包括与芯片产生热传导作用的基座和设置在基座上的散热齿，通过部分或全部调整所述多个芯片对应的散热器的散热量，以减小所述电子板卡的多个芯片运行时的温差。
其中，调整所述多个芯片对应的散热器的散热量包括如下步骤：
S01：第一级散热调整：通过部分或全部的多个散热器的尺寸调整，使多个芯片实现不同的散热，从而减少多个芯片在运行时之间的温差；
S02：第二级散热调整：通过在部分或全部的多个散热器上设置多个导风部件7，进一步减少多个芯片在运行时之间的温差。
本公开在具体的产品优化过程，主要通过前后芯片上的散热齿优化，主要通过仿真控制散热齿的散热面积以及与风道的匹配，通过仿真软件，可以将前后芯片的最终温度控制在一定范围，从而能够实现芯片的同频工作，发挥整体的最大“算力”和“能效比”。
本公开中，通过两级的逐步控制，首先，通过分析芯片的发热量，调整散热齿的高度，实现第一级的优化，然后，通过调节风量结构，实现更加精细的动态调整热量，将前后芯片的温度控制更加精确化，从而达到最好效果。
本公开的第一级散热调整：通过构建多个芯片的模型，通过热力学仿真的方式，调整多个芯片散热器的尺寸，减少多个芯片在运行时之间的温差；第二级散热调整：通过构建芯片的模型，通过热力学仿真的方式，通过调整部分芯片的散热器上设置的多个导风部件7的结构和布置，减少多个芯片在运行时之间的温差。
步骤S01中通过调整散热器的高度，减少多个芯片在运行时之间的温差；步骤S02中通过调整多个导风部件7的个数，减少多个芯片在运行时之间的温差。所述多个芯片在运行时之间的温差为：多个芯片在预设频率运行时之间的温差。
如图2，3，4所示，另外本公开提供一种电子板卡，所述板卡上安装有多个芯片，多个芯片上均设有散热器。多个芯片包括第一芯片和第二芯片，第一芯片的第一散热器2的高度小于第二芯片的第二散热器3的高度，第一芯片的第一散热器2上设有所述多个导风部件7。第一芯片靠近板卡的冷却风的进风端4设置，第二芯片靠近板卡冷却风的出风端5设置。所述多个导风部件7为多个条状结构，多个条状结构间隔设置。电子板卡靠近进风端4的地方还设有连接接口6，连接接口6可为电源接口。
多个条状结构的长度方向大致平行于冷却风的流动方向设置(图3)；或者多个条状结构的长度方向大致横向于冷却风的流动方向设置(图4)。
多个条状结构的长度方向大致横向于冷却风的流动方向设置，多个条状结构的高度不同，形成为阶梯状，多个条状结构沿冷却风的方向高度逐渐增加。
本公开的所述电子板卡可为PCIe卡。
多个芯片的散热器具有相同的宽度和不同的高度，所述多个芯片对应的散热器沿所述冷却风流动的方向，高度逐渐增高。
多个芯片的散热器具有相同的高度和不同的宽度，所述多个芯片的散热器沿所述冷却风流动的方向，从窄到宽。
多个芯片的散热器沿所述冷却风流动的方向，形成从低到高的阶梯状；所述多个芯片的导风部件沿所述冷却风流动的方向，形成从低到高的阶梯状。
多个芯片的导风部件设置在所述散热器的至少一侧，为长条形结构，所述长条形结构的长度方向横向于冷却风的流动方向，且沿所述冷却风流动的方向，长条形结构的长度从窄到宽。上述这种情况，适用于散热器的宽度不同的情况，如第一芯片对应的散热器的宽度小于第二芯片对应的散热器的宽度，长条形结构设置在第一芯片对应的散热器的至少一侧，从而可影响后一个散热器的冷却风。
如图5所示，另外本公开还提供一种电子集成装置，包括多个本公开所述的电子板卡，并将所述多个电子板卡集成一起。
如表一所示，示意出了采用不同的散热器(齿)高度和不同的控制阀(导风部件7)的本公开的PCIe卡的芯片温度情况。
从表一可以看出，通过散热齿高度的调整和导风部件7个数的调整，可显著减少前、后芯片运行时的温度。其中，散热齿的高度的单位为mm。
本公开解决两个芯片或多个芯片同时同频工作时，对多芯片阵列级联情况，能够进行比较精确的温度控制，实现较优系统级工作效果。相对于传统方式，需要不断的生产制造散热器，再通过实验不断验证效果，这种方式既成本不低，且比较耗时间，此方案由于是两级控制，第一级别在相对范围即可，第二级控制可以通过简单的结构，可以进行更加精细的量化控制，可通过简单的粘贴就可以实现。
在实际的产品中，由于大规模的矩阵式分布，即使在仿真摸底阶段芯片的前后温差很小，但在实际的情况都会存在一定的差异性，如果通过不断生成和替换散热器来实现温度调节，无论周期和成本都是比较高的，而通过简单的温度控制“阀”(导风部件7)结构，就可以解决此问题。
本公开的制造成本、实现难度和周期都进行了优化，效果也会更加精确。
在多级芯片阵列互联的产品使用中，通过第一级的散热齿高度优化和第二级动态控制“阀”的精确控制，实现芯片之间的温度均衡，从而实现算力最大化和最优“能效比”，本公开采用了多级控制达到温度调节的目的。本公开主要应用集中在大功率芯片散热中，尤其是希望芯片工作在相近温度，同频率相互级联，可以扩展到其它产品形态，设计思想类似，可以将不同散热器安装到不同位置的芯片上，通过散热器安装位置的通用，但散热器高度的差异和动态温度控制“阀”的进一步控制，达到芯片温度的均衡性。
有益效果：
本公开提供一种PCIe板卡1芯片散热器的设置方法及PCIe板卡1：本公开首先通过前后芯片散热器的高度调整，实现温度的差异性缩小，实现第一级别的调整，然后再通过控制风量的“阀门”(导风部件7)，实现温度差异的更加精确调整，解决木桶效应理论中“短板”效应，前后散热能力基本一致，实现较优设计，从而使得多个芯片的温度差值缩小，提高能效。
以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施例。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。
Claims (13)
1.一种电子板卡的芯片散热器的设置方法，所述板卡上安装有多个芯片，每个芯片上均设有散热器，每个散热器均包括与芯片产生热传导作用的基座和设置在基座上的散热齿，其特征在于：通过部分或全部调整所述多个芯片对应的散热器的散热量，以减小所述电子板卡的多个芯片运行时的温差。
2.根据权利要求1所述的设置方法，其特征在于：调整散热器的散热量包括：
第一级散热调整：通过部分或全部的多个散热器的散热面积调整，使多个芯片实现不同的散热，从而减少多个芯片在运行时之间的温差；
第二级散热调整：通过在部分或全部的多个散热器上设置多个导风部件，通过所述多个导风部件，影响通过部分或全部散热器的气流，进一步减少多个芯片在运行时之间的温差。
3.根据权利要求2所述的设置方法，其特征在于：第一级散热调整：通过构建多个芯片的模型，通过热力学仿真的方式，调整多个芯片散热器的尺寸，减少多个芯片在运行时之间的温差；
第二级散热调整：通过构建芯片的模型，通过热力学仿真的方式，通过调整部分芯片的散热器上设置的多个导风部件的结构和布置，减少多个芯片在运行时之间的温差。
4.根据权利要求2所述的设置方法，其特征在于：第一级散热调整中通过调整散热器的高度，减少多个芯片在运行时之间的温差；
第二级散热调整中通过调整多个导风部件的个数，减少多个芯片在运行时之间的温差。
5.一种电子板卡，所述板卡上安装有多个芯片，每个芯片上均设有散热器，每个散热器均包括与芯片产生热传导作用的基座和设置在基座上的散热齿，其特征在于：部分或全部的多个散热器的散热量不同，使部分或全部的多个芯片实现不同的散热，从而减少多个芯片在运行时之间的温差。
6.根据权利要求5所述的电子板卡，其特征在于：通过在部分或全部的多个散热器上设置多个导风部件，影响通过部分或全部散热器的气流，减少多个芯片在运行时之间的温差。
7.根据权利要求5所述的电子板卡，其特征在于：多个芯片包括第一芯片和第二芯片，第一芯片的散热器的高度小于第二芯片的散热器的高度；第一芯片的散热器上设有多个导风部件，以进一步减少多个芯片在运行时之间的温差。
8.根据权利要求6所述的电子板卡，其特征在于：第一芯片靠近板卡的冷却风的进风端设置，第二芯片靠近板卡冷却风的出风端设置。
9.根据权利要求6所述的电子板卡，其特征在于：所述多个导风部件为多个条状结构，多个条状结构间隔设置。
10.根据权利要求8所述的电子板卡，其特征在于：多个条状结构的长度方向大致平行于冷却风的流动方向设置；或者多个条状结构的长度方向大致横向于冷却风的流动方向设置。
11.根据权利要求9所述的电子板卡，其特征在于：多个条状结构的长度方向大致横向于冷却风的流动方向设置，多个条状结构的高度不同，形成为阶梯状，多个条状结构沿冷却风的方向高度逐渐增加。
12.一种电子集成装置，其特征在于：包括多个权利要求5-11任意一个电子板卡，并将所述多个电子板卡集成一起。
13.一种如权利要求1-4任一所述的电子板卡的芯片散热器的设置方法，或者一种如权利要求5-11任一所述的电子板卡，或者如权利要求12所述的电子集成装置，其特征在于：所述多个芯片为需要同频工作的芯片。
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