CN114647287A - 用于计算装置中的扩展串行温度控制的方法和设备 - Google Patents

用于计算装置中的扩展串行温度控制的方法和设备 Download PDF

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Abstract

一种计算装置，包括印刷电路板、设置在印刷电路板上的至少三个计算子组件、以及液体回路。设置在印刷电路板上的计算子组件以及三个计算子组件中的每个计算子组件包括限定穿过其中的相应的内导管的热控制板。温度受控的液体回路循环经过液体回路，以在操作期间串联地控制各个计算子组件的温度，液体回路包括每个计算子组件中的每个热控制板中的每个内导管。

Description

用于计算装置中的扩展串行温度控制的方法和设备
关于联邦资助的研究或开发的声明
本发明是在政府支持下(协议号H98230-81-3-0001)完成的。政府对本发明享有某些权利。
背景技术
本文件的这一部分介绍了关于和/或来自本领域的信息，这些信息可以为本文描述的和/或下面要求保护的主题提供上下文或与之相关。这一部分提供背景信息以有助于更好地理解当前公开的技术的各个方面。因此，这是对“相关”技术的讨论。这种技术是相关的绝不意味着它也是“现有”技术。相关技术可能是也可能不是现有技术。本文件的这一部分中的讨论内容将在这种情况下阅读，而不一定是对现有技术的承认。
操作温度影响计算装置的可操作性和效率。在具有高密度热产生电子部件的大型、强大的计算装置中，那些电子部件的热处理和冷却可能是优先事项。附加地，一些计算装置可以部署在包括严酷极端温度的恶劣和/或不利环境中。这些极端可能不仅包括不期望的高温、而且还可能包括不期望的低温。更进一步地，存在计算装置可能需要在使用前预热或者甚至在操作期间可能需要变热的应用。
附图说明
通过参考结合附图进行的以下说明可以理解本文公开的技术，其中，相同的附图标记标识相同的元件，并且其中：
图1A至图1D分别是根据一个或多个示例的、热控制设备的第一侧和第二侧的组装立体图和第一侧和第二侧的组装平面视图。
图2A至图2C是图1A至图1C的热控制设备的分解视图。图2A至图2B是图1A至图1D的热控制设备的第一侧从两个不同角度看到的分解立体图。图2C是热控制设备的第二侧的分解立体图。
图3A至图3D图示了图1A至图1D和图2A至图2C的热控制设备的热控制板。图3A至图3B分别是热控制板的第一侧的立体图和平面视图。图3C至图3D分别是热控制板的第二侧的立体图和平面视图。
图4A至图4C分别是图1A至图1D和图2A至图2C的热控制设备的热控制板的热传递板的第一侧的立体图、第一侧的平面视图和第二侧的平面视图。
图5A至图5D图示了如图1A至图1D和图2A至图2C的热控制设备中首先所示的由支架支撑并热耦联至热传递板的多个热传递装置。图5A至图5B分别是热传递装置、支架和热传递板的第一侧的组装视图和分解视图。图5C至图5D分别是热传递装置、支架和热传递板的第一侧和第二侧的组装平面视图。
图6A至图6B分别是包括图1A至图1D和图2A至图2C的热控制设备的计算子组件的分段分解视图和组装视图。
图7图示了通过图1A至图1D和图2A至图2C的热控制设备的热控制板和热传递板的流体流动。
图8A至图8B以沿图7的线8-8的截面视图概念性地图示了热传递通过分别用于冷却和加热的图1A至图1D和图2A至图2C的热控制设备的热控制板和热传递板。
图9概念性地图示了用于串联地冷却包括至少三个计算子组件的计算装置的流体流动和热传递。
图10A至图10B呈现了计算装置(比如图9中所示的计算装置)的实际测试实现方式的液体回路中各个点的测量温度。
图11图示了根据一个或多个示例的用于串联地控制至少三个计算子组件的温度的方法。
图12A至图12D图示了根据一个或多个示例的热控制板。图12A至图12B分别是热控制板的第一侧的立体图和平面视图。图12C至图12D分别是热控制板的第二侧的立体图和平面视图。
图13A至图13B是根据一个或多个示例的热耦联至印刷电路板的导热平面的热控制板的截面平面侧视图。
虽然本文公开的技术容可存在各种修改和替代形式，但是附图通过示例的方式图示了本文描述的特定示例。然而，应理解，本文的特定示例描述并不旨在将公开的技术限于所公开的特定形式，而相反，本发明涵盖落在所附权利要求的精神和范围内的所有修改、等效物以及替代物。
具体实施方式
现在将公开以下所要求保护的主题的说明性示例。为了清楚起见，本说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。将理解，在任何这种实际示例的开发中，必须进行许多实施方式特定的决策以实现开发人员的特定目标，比如符合系统相关约束和业务相关约束，这些约束将因实施方式而不同。此外，将理解的是，这种开发工作虽然复杂且耗时，但对于受益于本公开的本领域普通技术人员而言将是常规任务。
总的来说，计算装置中的热控制通常是由冷却通过功耗产生热的电子部件的需要驱动的。处理单元、专用集成电路(“ASIC”)和存储器模块功耗持续上升。母板封装有越来越多的热产生部件，使得母板的总功率水平随之持续攀升。一些高端、高性能计算(“HPC”)服务器已经以高达2.5kW的功率水平操作，预计未来的服务器将达到甚至更高的功耗水平。
随着装置功率水平的增加，将期望更大的冷却能力，并且可以通过多种方式实现。方法可以包括降低冷却剂温度、输送更多冷却剂、或甚至在多套接字服务器中使用专用冷却回路冷却每个高功率装置。然而，降低冷却剂温度通常被认为是不期望的，因为温水实现无冷却器的冷却和废热再利用。随着流速的增加，或者如果每个装置使用专用的冷却回路进行冷却，管道可能变得更加复杂、成本高、笨重且难以组装。
一些HPC服务器使用液体冷却来管理这些类型的热问题。当前使用的液体冷却技术串联地冷却最多两个计算子组件，因此采用多个平行的液体冷却回路。就本目的而言，“计算子组件”是一组处理资源和存储器资源。许多服务器包括四个计算子组件，由此最少需要两个平行的液体冷却回路。一些HPC服务器为每个计算子组件提供专用回路，由此将平行的液体冷却回路的数量增加到四个。
在本文公开的这些问题的方法的一个示例中，热控制设备包括热控制板、热传递板和多个热传递装置。热控制板由各向异性导热塑料制成，各向异性导热塑料在塑流方向上具有比在横向塑流方向上更高的热导率。热控制板在其至少一侧上包括多个肋，并且至少部分地限定内导管，在操作时温度受控的液体流过该内导管。热传递板与热控制板的至少一部分热耦联。热传递装置通过热传递板热耦联至热控制板。
在另一个示例中，计算装置包括印刷电路板、设置在印刷电路板上的至少三个计算子组件、以及液体回路。三个计算子组件中的每个包括热控制板，该热控制板限定了穿过其中的相应内导管。液体回路串联地延伸穿过至少三个计算子组件中的每个，以在操作期间控制它们的温度。液体回路包括每个计算子组件中的每个热控制板中的每个内导管。
在又一个示例中，用于控制电子部件的温度的方法包括为计算装置提供冷却。计算装置包括印刷电路板、至少三个计算子组件、以及液体回路。三个计算子组件中的每个包括热控制板，该热控制板限定了穿过其中的相应内导管。液体回路延伸穿过至少三个计算子组件中的每个，使得至少三个计算子组件中的每个在操作期间被串联地温度控制。液体回路包括每个计算子组件中的每个热控制板中的每个内导管。该方法然后进一步包括使温度受控的液体循环通过液体回路以通过至少三个计算子组件中的每个串联地控制至少三个计算子组件的温度。
现在转向附图，图1A至图1D是根据一个或多个示例的热控制设备100的组装立体图。更具体地，图1A至图1B分别是热控制设备100的第一侧102和第二侧104的组装立体图。如下面进一步所讨论，当热控制设备100相对于重力以它的典型或通常取向安装在计算设备中时，第一侧102是热控制设备100的“顶侧”并且第二侧104是热控制设备的“底侧”。图1C至图1D分别是热控制设备100的第一侧102和第二侧104的组装平面视图。
图2A至图2C是图1A至图1C的热控制设备100的分解视图。图2A至图2B是第一侧102从两个不同角度看到的分解立体图。图2C是热控制设备100的第二侧104的分解立体图。
现在参考图1A至图1D和图2A至图2C，在此示例中，热控制设备100包括热控制板106、热传递板108和多个热传递装置110(仅指示一个)。热传递板108与热控制板106的至少一部分热耦联。热传递装置110热耦联至热传递板108并且穿过热传递板108热耦联至热控制板106。
如本文中使用的，“热耦联的”两个物体或将两个物体“热耦联”是指在物体之间提供允许热在物体之间传导的导热路径。如果以下任一项为真，则两个物体或实体可以被视为热耦联的：(1)两个物体彼此接触(直接接触，或通过热界面材料或“TIM”接触)，(2)物体均热耦联至同一个热传递装置或热耦联至热耦联的热传递装置链，或者(3)两个物体之间的热导率为10W/m-K或更大。此外，如本文中使用的，“热界面材料”和“TIM”是指在两个装置之间的热界面处放置的相对薄的、导热的和顺应的(容易变形的)材料，以通过填充否则由于表面粗糙度和/或未对齐而在装置之间出现的空气间隙来改善热传递。常见的示例包括热间隙垫、热油脂、热膏等。
如图2A至图2C最佳所示，热控制板106包括板本体200、热传递板202和密封元件204。密封元件204密封板本体200与热传递板202之间的界面，以防止液体泄漏。在此特定示例中，密封元件204是由弹性材料制成的垫圈。然而，其他示例可以使用其他密封技术来防止液体泄漏。密封元件204放置在热传递板202与板本体200之间，并且热传递板202使用固定件206(仅示出一个)组装到板本体200。其他示例可以使用其他技术将热传递板202组装到板本体200。
首先在图1A至图1D和图2A至图2C中示出的热控制设备100的热控板106在图3A至图3D中更好地示出。图3A至图3B分别是热控制板106的第一侧300的立体图和平面视图。图3C至图3D分别是热控制板106的第二侧302的立体图和平面视图。
热控制板106由各向异性导热塑料制成。各向异性导热塑料可以选自可购买到的若干种中的任一种。这种各向异性导热塑料可以包括聚苯硫醚、聚酰胺(比如PA6、PA12、PA66)、液晶聚合物和热塑性弹性体。各向异性导热塑料可从公司购买，公司包括但不限于塞拉尼斯公司(Celanese Corporation)、普立万公司(PolyOne Corp)、Cool Polymers公司、LNP Engineering Plastics公司、RTP公司、Ensinger公司和Ticona公司。例如，一些示例可以使用可从塞拉尼斯公司获得的
Figure BDA0003329625130000051
D系列导热塑料。其他示例可以使用可从Ensinger公司获得的
Figure BDA0003329625130000052
TC复合物。
因为制造它的塑料是各向异性导热的，所以它在不同方向上不同地传递热。热导率水平是材料热导率的函数。于是，制造热控制板106的各向异性导热塑料取决于热传递方向表现出不同的热导率。热控制板106的各向异性导热塑料在塑流方向Fp上比在横向塑流方向Fc上具有更高的热导率。
更具体地，热控制板106使用注射成型技术制成。在制造过程中，各向异性导热塑料通过模具中的一个或多个注射端口(也未示出)被注射到模具(未示出)中。塑流方向(plastic flow direction)Fp是各向异性导热塑料在注射时流入模具中的方向。横向塑流方向(cross-plastic flow direction)Fc是垂直于塑流方向Fp的方向。图3A中指示了塑流方向Fp和横向塑流方向Fc。在一个示例中，热控制板106在塑流方向Fp上表现出～23.02W/m-K的热导率并且在横向塑流方向Fc上表现出～2.65W/m-K的热导率。
热控制板106包括板本体200和在板本体200的第一端308处与板本体200一体形成的一对板臂306。板臂306从板本体200沿如图3A所指示的横向平面方向Dc延伸。如本文中使用的，“一体形成”是指板臂306与板本体200一起制造，使得板臂306不是与板本体200组装(例如，不是在制造后添加)。
板本体200包括多个螺纹孔304，板本体200可以通过螺纹孔固定到各种支架(未示出)以如下所述安装到印刷电路板(也未示出)。更具体地，在图示示例中，板本体200安装到中央处理器(“CPU”)垫板(未示出)，垫板固定到印刷电路组件(“PCA”)。板臂306中的孔304用于将图5A的组件安装到板本体200上。
注意，在此示例中，横向平面方向Dc与横向塑流方向Fc重合。类似地，热控制板106还表现出平面方向Dp，在此特定示例中，该平面方向恰好与塑流方向Fp重合。然而，在Fc、Fp表示热控制板106的功能方面或固有特性而Dc、Dp表示热控制板106的结构方面的意义上，两组方向是不同的。
如图3A至图3B所示，板本体200包括在第一侧300上的多个肋310(仅示出一个)。肋310通过防止热传递分散通过更大的体积来帮助集中下面描述的热传递。肋之间的空间312还通过帮助防止不受控制的内部“间隙空隙”来有助于注射成型过程，如果材料太厚，这些间隙空隙会在实心塑料材料内部形成。板本体200还限定了内导管的第一区段320。当观察第一侧300和第二侧302二者时，可以看到第一区段320。
现在参考图3C至图3D，板本体200还在第二侧302上限定腔314和在腔134中的分隔件316，它们的功能将在下面讨论。注意，第二侧302还包括多个开口318(仅标识出两个)，这些开口降低了制造过程中的材料成本并减轻了成品产品的重量。同样如图3C至图3D最佳所示，每个板臂306限定内导管的第一区段320的一部分。第一区段320包括终止于板臂306外部的远侧流体端口324和终止于腔314中的近侧流体端口326。如本文中使用的，术语“远侧”和“近侧”是相对于板本体200的、图3B所示的纵向中心线330。配件328被插入到每个远侧流体端口324中以提供与外部导管(未示出)的连接。
现在返回图3A至图3B，每个板臂306在离板本体200最远的端部处限定凸缘322，在组装期间热传递板108插入该凸缘中。图1A至图1D和图2A至图2C所示的热传递板108由导热材料或高导热材料制成。在图示示例中，热传递板由金属制成，更具体地，由铜制成。然而，可以使用其他材料。例如，这种材料可以包括某些金属和塑料。注意，当组装时，热传递板108通过两个部分之间的直接接触而与板本体200的至少一部分热耦联。
更具体地，如果以下任一项为真，则物体、装置或组件(其可以包括热耦联的多个不同本体，并且可以包括多种不同的材料)在两个热界面之间“导热”：(1)在0℃到100℃之间的任何温度时，热界面之间的热导率为10W/m-K或更高，(2)物体是一块连续的材料，在0℃到100℃之间的任何温度时，该材料在两个界面之间的热导率(通常表示为k、λ或κ)为10W/m-K或更大，(3)物体是热管、蒸气室、连续铜本体或连续铝本体。在0℃到100℃之间其热导率大于1W·m-1·K-1的材料的示例包括几乎所有金属及其合金(例如，铜、铝、金等)、一些塑料(例如，
Figure BDA0003329625130000061
TC化合物、
Figure BDA0003329625130000062
D系列导热塑料)和许多其他材料。
更进一步地，如果以下任一项为真，则物体、装置或组件(其可以包括热耦联的多个不同本体，并且可以包括多种不同的材料)在两个热界面之间“高导热”：(1)在0℃到100℃之间的任何温度时，热界面之间的热导率为10W/m-K或更高，(2)物体是一块连续的材料，在0℃到100℃之间的任何温度时，该材料在两个界面之间的热导率(通常表示为k、λ或κ)为10W/m-K或更大，(3)物体是热管、蒸气室、连续铜本体或连续铝本体。在0℃到100℃之间其热导率为10W/m-K或更大的材料的示例包括某些类型的铜、铝、银和金。
图4A至图4C图示了图1A至图1D和图2A至图2C的热控制设备100的热传递板202。图4A至图4C是热传递板202的第一侧400的立体图、第一侧400的平面视图、第二侧402的平面视图。热传递板202在其第一侧400上限定多个微通道404，在此示例中，微通道被分成两组。注意，尽管图示示例采用了微通道404，但其他示例(未示出)可以使用例如翅片、通道、表面粗糙度或任何其他表面延伸部来增加热传递。除了表面粗糙度之外，这些类型的表面延伸部中的每一种也可以帮助引导液体流过腔。
第一侧400限定了围绕微通道404的凹槽406，(图2A至图2C中所示的)密封元件204在组装期间放置在该凹槽中。如下文将进一步所描述的，当热传递板202的第一侧400在腔314上方与板本体200的第二侧402配合时，热传递板202和板本体200在腔314中限定内导管的第二区段。
热传递板202可以由与板本体200相同的各向异性导热塑料制成。在比如此示例的示例中，期望塑料以与板本体200的各向异性导热塑料相同的方式是各向异性导热的。因此，热传递板202的各向异性导热塑料在图示的示例中在塑流方向Fp上比在横向塑流方向Fc上具有更高的热导率。然而，其他示例可以使用其他合适的材料，比如金属。
注意热传递板202中的间隙切口408。间隙切口408用于容纳设置在计算子组件(未另外示出)的印刷电路板(未示出)上的高电感器部件。在一些示例中，热控制板106向外伸出并包括薄材料带(例如，未示出的间隙垫)，以增强计算子组件的处理资源的电源电压调节器(“VR”，未示出)的冷却/加热。
图5A至图5D图示了首先在图1A至图1D和图2A至图2C中示出的热控制设备100的一部分。更具体地，图5A至图5D描绘了由支架500支撑并热耦联至热传递板108的多个热传递装置110。图5A至图5B是热传递装置110、支架500和热传递板108的第一侧502的组装视图和分解视图。图5C至图5D分别是热传递装置110、支架500和热传递板108的第一侧502和第二侧504的组装平面视图。
“热传递装置”可以是任何导热的并且被配置为通过传导(接触)从一个热源接收热并且通过传导(接触)将热传递到散热器中的装置。示例包括热管、蒸气室、热散布器、实心金属条或金属带等。在图示示例中，热传递装置110是热管，其细节未示出。“热管”是特定类型的热传递装置，该热传递装置包括具有壁的外壳(容器)，这些壁围绕包含工作液体和芯的密封内部通道，使得液体通过蒸发和冷凝的循环在装置的不同区之间传递热。然而，尽管在这些示例中热传递装置110是热管，但是其他示例可以使用其他种类的热传递装置。
如图5B最佳所示，支架500限定多个凹口506(仅标识出一个)，热传递装置110的一端装配到这些凹口中，使得支架500支撑热传递装置110的那端。如图1A和图1C所示，当热传递板108组装到板本体200时，热传递装置110的另一端由热传递板108支撑。热传递装置110以任何一种或多种合适的方式机械地接合热传递板108。例如，机械接合可以通过例如但不限于焊接、压配合、热环氧树脂化等来实现。
热传递装置110通过热传递装置和热传递板的物理接触而热耦联至热传递板108。如上所述，热传递板108通过热传递板和板本体的直接物理接触而热耦联至板本体200。因此，热传递装置110通过热传递板108热耦联至板本体302。支架500还包括位于两端的支脚508，支架500可以通过该支脚固定到印刷电路板(未示出)。
现在再次共同参照图1A至图1D和图2A至图2C，在组装时，现在将呈现如何组装热控制设备100的一个示例。注意，这只是一种组装方法，也可以实践其他组装方法。具体地，组装不一定必须按照下面讨论的顺序执行。热控制设备100的其他示例可以具有更多、或更少、或不同的部分。因此，可以改变下面呈现的组装方法以适应热控制设备100的这些不同示例。
密封元件204放置在热传递板202的凹槽406中。微通道404与板本体200的在图3C至图3D中最佳示出的腔314对齐。作为此对齐的一部分，也在图3C至图3D中最佳示出的分隔件316与两组微通道404之间的空间410对齐。注意，分隔件316(也在图3C至图3D中示出)没有延伸腔314(仅标识出一个)的整个长度。然后使用图2A至图2C中所示的固定件206(仅标识出一个)将热传递板202固定到板本体200。当热传递板202固定到板本体200时，压力压紧密封元件204以密封内导管的第二区段(即，腔314和微通道404)以防止液体泄漏。
固定件206允许轻易移除热传递板202。例如，如果微通道堵塞，可能期望这一点来清洁热传递板202。然而，注意，除了使用固定件之外，其他示例还可以以其他方式固定热传递板202。例如，其他示例可以替代地使用其他固定方式，比如夹子(未示出)。
然后可以使用(图1A至图1B中所示的)多个固定件112，通过孔512将支架500固定到热控制板106。一旦支架500被固定，热传递装置100可以如上面讨论的那样安装到支架500，在一端由支架500支撑并且在另一端由热传递板108支撑。替代地，热传递装置110可以安装到支架500并焊接到位，使得支架500和热传递装置110为单件被固定。组装的热控制设备100的第一侧102在图1A中示出并且组装的热控制设备100的第二侧104在图1B中示出。
因此，热控制设备100包括热控制板106、热传递板108和多个热控制装置110。热控制板106由在塑流方向Fp上比在横向塑流方向Fc上具有更高热导率的各向异性导热塑料制成。热控制板106包括在其至少一侧(例如，第一侧300)上并且至少部分地限定内导管(例如，第一区段320和第二区段)的多个肋310，在操作时温度受控的液体流过该内导管。热传递板108与热控制板106的至少一部分热耦联。多个热传递装置110通过热传递板108热耦联至热控制板106。
在一些示例中，热控制设备100可以组装成计算子组件，比如图6A至图6B中所示的计算子组件600。图6A至图6B分别是包括图1A至图1D和图2A至图2C的热控制设备100的计算子组件600的分段分解视图和分段组装视图。注意，计算子组件600的一些示例可以使用热控制设备100的其他替代示例。
计算子组件600是或包括计算机的一部分：计算机是任何包括处理器并且能够执行包括机器可读指令的程序的电子装置，包括例如服务器、融合(或超融合)设施、机架级系统、一些存储阵列、个人计算机、膝上型计算机、智能手机、平板电脑等。
如图6A最佳所示，计算子组件600包括安装到印刷电路板604上的电子部件602。电子部件602通常被认为是热产生电子部件，因为它在操作时相对于计算子组件600的其他部件产生大量的热。然而，在一些情况下，电子部件602可能不产生热。例如，一旦操作停止并且计算子组件600被关闭或停用，电子部件602可能不会产生热。在这些情况中的一些中，电子部件602可能实际上需要在操作开始之前变热。此外，在一些情况中，即使产生热，电子部件602可能仍需要变热。因此，热控制设备100可以用于冷却或加热计算子组件600的元件，比如电子部件602。
图示示例中的电子部件602是处理资源。处理资源可以是例如但不限于比如控制器的处理器、微处理器、中央处理器(“CPU”)、图形处理器(“GPU”)、专用集成电路(“ASIC”)或处理器芯片组。在其他示例中，电子部件602可以是但同样不限于一个或多个存储器模块、一个或多个转换器、一个或多个电压调节器、或被本领域认为在操作时产生相对大量热的一些其他电子部件。
除了电子部件602之外，计算子组件600还包括附加的热产生电子部件。在此特定示例中，作为电子部件602的处理资源的两侧是多个双列直插存储器模块(“DIMM”)606(仅标识出一个)。电子部件602的两侧是八个DIMM 606，每侧四个。DIMM 606的数量是特定于实现方式的，计算子组件600的整个组成也一样。还注意，在其他示例中，热控制设备100可以用于冷却不是计算子组件的一部分的计算部件。
当如图6B所示组装计算子组件600时，热传递装置110与DIMM 606和热传递板108热接触。热传递板108与热控制板106热接触并且热控制板106与电子部件602(例如，处理资源)热接触。因此，DIMM 606、热传递装置110、热传递板108、热控制板106和电子部件602全部彼此热耦联。
热控制设备100用于根据需要加热和冷却计算子组件600。图7图示了流体流动穿过图1A至图1D和图2A至图2C的热控制设备100的热控制板106。如上所讨论的，热控制板106限定内导管。内导管700在图7中以虚线示出。内导管700包括由热控制板106限定的第一区段320、以及第二区段704。第二区段704由热传递板202的微通道404和如以上关于图2A至图4C所讨论的热控制板106的板本体200的腔314中的分隔件316限定。
然后，温度受控的液体(未示出)循环经过配件328并进入内导管700。温度受控的液体穿过热控制板106和内导管700的流动方向在液体可以在图7中从左到右或从右到左移动的意义上是不重要的。然而，取决于热控制系统的设计方式，在完整计算装置(未示出)的设计的上下文中，流动方向可能变得重要。
温度受控的液体可以是本领域已知的任何合适的热传输液体。在一些示例中，温度受控的液体可以是用于温度控制—例如用于冷却或加热的若干种液体中的任一种。例如，一些合适的液体包括水、丙二醇及其混合物，比如制冷剂等。在一个示例中，温度受控的液体是25％丙二醇、75％水的混合物。然而，在其他示例中可以使用其他液体。
图8A图示了在冷却情况中使用时的热控制板106。在此情况中，温度受控的液体800用作冷却剂。在一些示例中，温度受控的液体800可以被冷却，但在其他示例中可能不被冷却。当用于冷却时，热控制板106用作液体冷却的热控制板。如本文中使用的，术语“液体冷却的热控制板”是指通过传导(接触)从固体本体接收热并将热消散到在热控制板上流动或流过热控制板的液体冷却剂中的装置。液体冷却剂(a)与热控制板直接接触(例如，流过冷板的内部室)或者(b)流过与热控制板接触的管/管子。
如上所讨论的，DIMM 606通过热传递装置110(首先在图1A中示出)热耦联至热控制板106到板臂306和热传递板108。由DIMM 606产生的热通过刚刚讨论的热耦联如箭头801所指示(仅标识出一个)传递到热控制板106中，。由电子部件602产生的热直接通过热控制板106与电子部件602之间的热接触如箭头802所指示(仅标识出一个)直接传递到热控制板106中。
然后，DIMM 606和电子部件602产生的热传递到沿箭头808(仅标识出一个)的方向循环经过内导管700的温度受控的液体800中。温度受控的液体800然后将热从DIMM606、电子部件602和热控制板106带走。注意，肋310的设计可以有助于热传递流动的方向性，以帮助将流动集中在内导管700的顶部。穿过热控制板106的内导管700的长度也帮助通过呈现更大面积的热接触和增加的热接触时间来有助于热传递。
图8B图示了在加热情况中使用时的热控制板106。除了方向相反之外，热传递以大致相同的方式发生。在一些示例中，温度受控的液体800可以被加热，但在其他示例中可以不被加热。当用于加热时，热控制板106用作液体加热的热控制板。如本文中使用的，术语“液体加热的热控制板”是指通过传导(接触)将热从在热控制板上流动或流过热控制板的温度受控的液体传递到固体本体的装置。温度受控的液体(a)与热控制板直接接触(例如，流过热控制板的内部室)或者(b)流过与热控制板接触的管/管子。
随着温度受控的液体800流过内导管700，热传递到热控制板106中。热如箭头804所指示(仅标识出一个)从热控制板106直接传递到电子部件602中。热还通过由热传递板108和热传递装置110提供的热耦联如箭头806所示(仅标识出一个)传递到DIMM606中。
如上所述，计算组件600可以形成较大计算装置的一部分。图9概念性地图示了用于串联地冷却包括至少三个计算子组件600的计算装置900的流体流动和热传递。更具体地，计算装置900包括串联的四个计算子组件600，每个子组件与其他子组件冷却。
在此示例中，计算装置900被设计为机架安装式服务器并且因此设置在托盘中(未示出)。计算装置900包括两个计算节点902，每个计算节点902包括两个计算子组件600。尽管每对计算子组件600限定了单个计算节点902，但所有四个计算子组件600组装到单个印刷电路板904上。如上所讨论的，每个计算组件600包括限定如图7所示的内导管700的热控制板106。计算组件600还包括如上所讨论的和图1A至图1D所示的DIMM 606和热传递装置110。然而，在图9中，DIMM 606和热传递装置110被示出为单个图形元素905(仅标识出一个)。
每个内导管700通过外部导管906串联地流体连接。外部导管906可以由铜、不锈钢或比如乙烯丙烯二烯单体(“EPDM”，三元乙丙橡胶)橡胶、波纹状氟化乙烯丙烯(“FEP”)或聚四氟乙烯(“PTFE”)等柔性聚合物管制成。外部导管906和内导管700限定液体回路908。外部导管906使用图3A至图3D中最佳示出的配件328流体地连接到内导管700。温度受控的液体(未示出)和用于温度受控的液体流动的动力从用于机架(也未示出)的热控制系统(未另外示出)通过供应装置910供应。一旦温度受控的液体已经循环经过液体回路908，温度受控的液体就通过返回部912返回到用于机架的热控制系统。同样，温度受控的液体的流动方向并不重要，并且在一些示例中，供应装置910和返回部912可以在功能上互换。在图示示例中，流体流动由箭头914指示并且依次穿过点1-12。
温度受控的液体通过供应装置910进入液体回路908并且如箭头914所示串联地循环经过每个计算子组件600。循环包括串联地或前后接着地循环经过每个内导管700。如果热控制系统处于加热操作模式，则温度受控的液体冷却，并且如果热控制系统处于冷却模式，则温度受控的液体随着其循环和热传入或传出计算子组件600而变热。尽管温度受控的液体加热或冷却，但可以选择初始温度和流速以实现期望的热控制。
因此，在至少一些示例中，计算装置900包括其上设置有至少三个计算子组件600的印刷电路板904。每个计算子组件600包括热控制板106，热控制板限定穿过其中的相应内导管700。计算装置900包括液体回路908，通过该液体回路，至少三个计算子组件600中的每个在操作期间被串联地温度控制。液体回路908包括在每个计算子组件600中的每个热控制板106中的每个内导管700。
图10A至图10B呈现了比如图9中的计算装置900的计算装置的实际测试实现方式的液体回路中的各个点处的测量温度。在此测试实现方式中，温度受控的液体是25％的丙二醇/水混合物，并以0.2gpm(“加仑/分钟”)的速率流过液体回路。对于温度受控的液体，以20.8C、30.3C和37.8C的起始温度执行三个单独的冷却试验。处理资源是具有225W的热设计功率(“TDP”)的CPU，而DIMM的TDP为～5W。DIMM的最高外壳温度约为～78C，而CPU的最高外壳温度为68.2C。
图10A呈现了测试的液体回路中在图9中所示的点1、3-4、6-7、9-10和12处的最高位置温度。注意，在每次试验中，即使四个计算组件被串联地冷却，DIMM温度仍保持低于DIMM的指定的最高外壳温度。类似地，图10B呈现了在位置2、5、8和11处CPU的最高位置温度。同样，最高位置温度保持低于CPU的最高外壳温度。计算子组件中的电压调节器也获得了类似的结果，即使是没有呈现这样的结果。
还注意，这些结果是在串联地冷却四个计算子组件的实现方式中获得的。常见的传统方法冷却最多两个计算子组件。因此，当前公开的方法可以替代两个传统的冷却子系统并为两个计算节点或单个计算装置提供热控制。
即使在为多达四个计算子组件提供热控制时，当前公开的方法还采用相对于传统方法的低流速。较低的流速通过降低的压降使用较低的泵送功率，从而产生较低的总功耗。较低的流速也使得更多的温度受控的液体可用于冷却系统中的其他装置，比如交换机或存储装置。这些装置的最高温度要求较低，因此从更多可用流动中受益。
此外，由于热控制板的设计，当前公开的方法成本低且重量轻。相对于金属部分，各向异性导热塑料重量轻且成本低。这些节省被利用，因为实现方式包括至少三个这样的热控制板—每个计算子组件一个热控制板。
当前公开的方法也是无风扇的。这减少了与风扇可能引起的振动相关的问题。没有风扇还通过省略风扇和伴随地省略可以用于引导强迫风的挡板和其他结构来节省重量。风扇也消耗功率，因此没有风扇也降低功耗。消除风扇通过消除风扇零件和相关基础设施(风扇控件、挡板、布线、风扇壳体)来降低资本支出。消除风扇通过降低功耗降低操作支出。由于风扇可能发生故障，因此它们必须是可现场更换的零件，因此消除风扇降低我们的FRU成本(现场可更换单元成本)。消除风扇还通过消除可能发生故障的零件之一来提高系统可靠性。
目前的方法不仅提供冷却而且还提供加热。如上所讨论的，存在计算装置需要变热以正常操作的一些环境。计算装置一旦变热并进入操作，也可能需要冷却。在一些示例中，当前公开的方法可同时解决计算系统中的这两种需求。
图11图示了根据一个或多个示例的用于串联地控制至少三个计算子组件的温度的方法1100。方法100通过提供(在1110处)计算装置开始。如本文中使用的，“提供”物品是指拥有和/或控制物品。这可以包括例如由其组成材料形成(或组装)一些或全部物品和/或获得对已经形成的物品的拥有和/或控制。
所提供的计算装置包括印刷电路板、至少三个计算子组件、以及液体回路。至少三个计算子组件均包括热控制板，该热控制板限定穿过其中的相应内导管。在操作期间，使用液体回路地串联地温度控制的至少三个计算子组件中的每个计算子组件。液体回路包括每个计算子组件中的每个热控制板中的每个内导管。
方法1100(在1120处)通过使温度受控的液体循环经过液体回路以通过至少三个计算子组件中的每个串联地控制至少三个计算子组件的温度而继续。在一些示例中，方法1100可以包括在循环之前冷却温度受控的液体，然后将至少三个计算子组件冷却到期望温度。其他示例可以包括在循环之前加热温度受控的液体，然后将至少三个计算子组件加热到期望温度。
其他示例可以包括将至少三个计算子组件冷却到期望温度和将至少三个计算子组件加热到期望温度两者。计算子组件被冷却到的温度可以与它们被加热到的温度不同或相同。以这种方式冷却和加热的组合可以用于将至少三个计算子组件的温度维持在某个期望温度或某个期望温度范围内。
更具体地，大多数电子部件具有操作温度范围的规范。因此，方法1100可以用于将计算组件冷却、加热或既冷却也加热到期望温度范围。例如，规范可能要求将计算子组件的部件冷却到低于某个最高温度，使得期望的范围可以是低于指定的最高温度的任何温度。替代地，规范可能要求将计算子组件的部件加热到高于某个最低温度，使得期望的范围可以是高于指定的最低温度的任何温度。然而，更典型地，规范通常包括最高和最低温度，使得期望的范围可以以指定的最高和最低温度为界。
注意，在一些示例中，计算子组件的部件可能需要既被加热也被冷却。例如，计算装置可以部署到环境条件将电子部件的温度驱动到低于其指定的最低温度的环境中。然后可以使用方法1100来如上所述加热计算子组件。在这些示例中的一些示例中，一旦变热，计算子组件可能随后需要被冷却。然后可以使用方法1100来冷却计算子组件。因此，在一些示例中，方法1100因此可以用于既加热也冷却。
本领域人员将理解，温度受控的液体在如上所述循环经过至少三个计算子组件之前也可能需要被加热或冷却。温度受控的液体从板外来源提供给计算装置，因此提供给至少三个计算子组件。如上所讨论的，计算装置可以是比如服务器的较大计算设备的一部分。热控制子系统可以位于机箱、机架、行或数据中心的将温度控制液体循环到计算装置的板外某处。此相同的热控制系统可以根据需要加热或冷却温度受控的液体以加热、冷却或既加热也冷却计算子组件。
图12A至图12D图示了根据一个或多个示例的热控制板1200。图12A至图12B是热控制板1200的第一侧1202的立体图和平面视图。图12C至图12D是热控制板1200的第二侧1204的立体图和平面视图。如图12A至图12B所示，热控制板1200与热控制板106的不同之处在于肋1206(仅标识出一个)以不同的样式制造。在一些示例中，板本体1212的端部1210也被不同地设计。并且，如图12C至图12D所示，热控制板1200包括制造在内导管的第一区段1214上的多个肋1216。
具体地，相对于图3A至图3D中所示的热控制板300，热控制板1200中存在“增强”期望的热传递的若干特征。与图3A中的肋310相反，肋1206在最高热导率的方向上主要且大体上沿塑流方向FP(即，沿着板本体1212的长度向下)对齐。更具体地，用于制造热控制板1200的模具被设计成推动塑料沿肋1206的方向流动。肋310的平行和正交网格结构也没有肋1206的对角线取向高效。肋1206相对于肋310也更多且更薄，这也促进了热传递。
一些示例(未示出)还可以结合有附加特征以增强热控制板与温度受控的液体之间的热传递。例如，如美国专利号10,813,249中所述，一些示例可能在内导管的第一区段中使用翅片插入件。翅片插入件的使用提高了计算流动动力学模型中比如图9所示的实现方式的冷却特性。
图13A至图13B是根据一个或多个示例的通过直接热接触1302热耦联至印刷电路板1306的导热平面1304的热控制板1300的截面平面侧视图。更具体地，图13A是组装视图并且图13B是分解视图，并且图13A至图13B二者是概念图。如图13B中最佳所示，直接热接触1302通过延伸穿过热过孔1310以物理地接触导热平面1304的销1308实现。在上述制造过程期间，销1308可以与板本体1312一体地形成。以此方式，可以使用温度受控的液体1314穿过热过孔(thermal via)1310将从计算机子组件(也未示出)的电子部件(未示出)传递到印刷电路板1306中的热传递出去。
具体实施方式到此为止。以上公开的特定示例仅是说明性的，因为本文公开的技术可以以对受益于本文教导的本领域技术人员显而易见的不同但等效的方式进行修改和实践。此外，除了在所附权利要求中描述的之外，不旨在对本文所示的构造或设计的细节施加限制。因此显而易见的是，可以改变或修改上面公开的特定示例，并且所有这些变化都被认为在所附权利要求的范围和精神内。因此，本文寻求对如权利要求所述范围的保护。

Claims (20)

1.一种热控制设备，所述热控制设备包括：
热控制板，所述热控制板由各向异性导热塑料制成，所述各向异性导热塑料在塑流方向上的热导率比在横向塑流方向上的热导率更高，所述热控制板在其至少一侧上包括多个肋，并且至少部分限定内导管，温度受控的液体在操作时流动经过所述内导管；
热传递板，所述热传递板与所述热控制板的至少一部分热耦联；以及
多个热传递装置，所述多个热传递装置通过所述热传递板而热耦联至所述热控制板。
2.如权利要求1所述的热控制设备，其中，所述塑流方向是平面方向，并且所述横向塑流方向是横向平面方向。
3.如权利要求1所述的热控制设备，其中，所述热传递板是金属热传递板。
4.如权利要求1所述的热控制设备，其中，所述热传递板固定至所述热控制板。
5.如权利要求1所述的热控制设备，其中，所述热控制板包括：
板本体，所述板本体具有第一侧和第二侧，所述板本体限定所述第一侧上的肋、所述第二侧中的腔以及所述内导管的第一区段；
一对板臂，所述一对板臂在所述板本体的第一端与所述板本体一体形成并且从所述板本体延伸，所述板臂限定所述内导管的第二区段；
热传递板，所述热传递板在其一侧限定多个表面延伸部，以在所述热传递板在所述腔上方配合到所述板本体的第二侧时限定所述内导管的第二区段，所述表面延伸部引导流体流经过所述腔；以及
密封元件，用于密封所述热传递板与所述板本体的第二侧的配合。
6.如权利要求5所述的热控制设备，其中，所述热控制板还包括：
一对配件，在所述内导管的第二区段的每一端处存在所述一对配件中的一个配件；以及
一对支架，在所述一对配件中的相应一个配件上装配有所述一对支架中的一个支架。
7.如权利要求5所述的热控制设备，其中，所述板臂各自限定凸缘，在组装期间，所述热传递板在被固定至所述板本体之前滑入到所述凸缘中。
8.如权利要求1所述的热控制设备，其中，所述热传递装置包括热管。
9.一种计算装置，所述计算装置包括：
印刷电路板；
至少三个计算子组件，所述至少三个计算子组件设置在所述印刷电路板上，所述至少三个计算子组件中的每个计算子组件包括热控制板，所述热控制板限定穿过其中的相应的内导管；以及
液体回路，所述至少三个计算子组件中的每个计算子组件在操作期间通过所述液体回路而被串联地温度控制，所述液体回路包括在每个计算子组件中的每个热控制板中的每个内导管。
10.如权利要求9所述的计算装置，其中，所述至少三个计算子组件中的每个计算子组件还包括：
处理资源，所述处理资源设置在所述印刷电路板上，所述热控制板热耦联至所述印刷电路板；
多个存储器模块，所述多个存储器模块设置在所述印刷电路板上并且位于所述处理资源侧面；以及
热传递板，所述热传递板与所述热控制板的至少一部分热耦联并且热耦联至所述多个存储器模块。
其中，所述热控制板：
与所述处理资源热耦联，以及
由各向异性导热塑料制成。
11.如权利要求10所述的计算装置，其中，所述至少三个计算子组件中的每个计算子组件还包括多个热传递装置，所述多个热传递装置热耦联至所述多个存储器模块和所述热传递板，以将所述多个存储器模块和所述热传递板热耦联。
12.如权利要求11所述的计算装置，其中，所述多个热传递装置包括多个热管。
13.如权利要求9所述的计算装置，其中：
所述印刷电路板包括嵌入式导热平面；以及
所述热控制板热耦联至所述印刷电路板的嵌入式导热平面。
14.一种用于控制电子部件的温度的方法，所述方法包括：
提供计算装置，所述计算装置包括：
印刷电路板；
至少三个计算子组件，所述至少三个计算子组件中的每个计算子组件包括热控制板，所述热控制板限定穿过其中的相应的内导管；以及
液体回路，所述至少三个计算子组件中的每个计算子组件在操作期间通过所述液体回路而被串联地温度控制，所述液体回路包括每个计算子组件中的每个热控制板中的所述内导管；以及
使温度受控的液体循环经过所述液体回路，以通过所述至少三个计算子组件中的每个计算子组件来串联地控制所述至少三个计算子组件的温度。
15.如权利要求14所述的方法，所述方法还包括：
在使所述温度受控的液体循环经过所述液体回路之前，加热所述温度受控的液体；以及其中：
使所述温度受控的液体循环经过所述液体回路包括使被加热的温度受控的液体循环，以将所述至少三个计算组件加热到至少期望的温度范围。
16.如权利要求14所述的方法，所述方法还包括：
在使所述温度受控的液体循环经过所述液体回路之前，冷却所述温度受控的液体；以及其中：
使所述温度受控的液体循环经过所述液体回路包括使被冷却的温度受控的液体循环，以将所述至少三个计算组件冷却到至少期望的温度范围。
17.如权利要求16所述的方法，所述方法还包括：
在使所述温度受控的液体循环经过所述液体回路之前，加热所述温度受控的液体；以及其中：
使所述温度受控的液体循环经过所述液体回路包括使被加热的温度受控的液体循环，以将所述至少三个计算组件加热到至少所述期望的温度范围。
18.如权利要求14所述的方法，其中，所述至少三个计算子组件中的每个计算子组件还包括：
处理资源，所述处理资源设置在所述印刷电路板上；
多个存储器模块，所述多个存储器模块设置在所述印刷电路板上并且位于所述处理资源侧面；以及
热传递板，所述热传递板与所述热控制板的至少一部分热耦联，并且所述热传递板热耦联至所述多个存储器模块。
其中，所述热控制板与所述处理资源热耦联，所述热控制板由各向异性导热塑料制成。
19.如权利要求18所述的方法，其中，所述至少三个计算子组件中的每个计算子组件还包括多个热传递装置，所述多个热传递装置热耦联至所述多个存储器模块和所述热传递板，以将所述多个存储器模块和所述热传递板热耦联。
20.如权利要求14所述的方法，其中：
所述印刷电路板包括嵌入式导热平面；并且
所述热控制板热耦联至所述印刷电路板的嵌入式导热平面。
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