CN114698330A - 高性能基板冷却架构 - Google Patents

Abstract

一种用于将冷却设备结合到基板上的竖直架构。该架构形成四层：基板、电子设备层、接触层和冷却层。在电子设备层中，多个不同特性的电子芯片被安装到基板上。在接触层中，多个接触设备附接到电子芯片，以使芯片的形状因数与相应的冷却设备相匹配，并起到将热量从芯片传递到相应的冷却设备的作用。在冷却层中，使用多个冷却设备来利用被动或主动空气冷却、液体冷却或混合和/或相变冷却来提取热量。

Description

高性能基板冷却架构

技术领域

本公开的实施例总体上涉及用于冷却安装在基板上的设备的架构，更具体地，涉及能够在安装到基板上的不同设备的空气和/或液体冷却方面实现多功能性的模块化架构。

背景技术

通常，安装在基板上的不同半导体设备(芯片或管芯)具有不同的冷却要求。因此，针对不同的芯片要求，已经开发了用于传热和排热的不同的解决方案。这种方法对基板面和气流通路提出了相互矛盾的要求，其中一个芯片的冷却解决方案可能阻碍或干扰从相邻芯片排热的通路。此外，冷却元件的物理尺寸可能要求降低基板上芯片的密度，因此需要更多的空间来实现所需的性能。

为每个单独的芯片设计单独的冷却解决方案的当前方法也导致要求为每种新的基板布局设计新的冷却解决方案。这种方法不可避免地降低冷却解决方案的互操作性和弹性。鉴于硬件平台和芯片技术的快速变化，一个合适而高效的解决方案应该能够保持在类似的冷却架构，可能只需对冷却设备或部件中的一些进行少量更新。

液体冷却和混合冷却是高功率密度电子热管理的关键解决方案。不仅对于数据中心来说是这样，而且对于诸如边缘计算的其他领域也是如此。随着5G技术的部署，更多的计算和存储工作负载需要在更靠近最终用户的地方处理，而不是在核心数据中心或中央云环境中处理。一个示例是自主驾驶车辆的边缘计算。在自主驾驶车辆上，组装多个传感器，并且由这些传感器和设备收集的数据需要使用不同类型的处理器在本地进行处理。因此，需要车载计算硬件。车载计算硬件的能力要求至关重要，并且随着特征和精度要求被添加到自主驾驶车辆系统，这一要求也在不断提高。因此，热设计变得具有挑战性，因为它需要满足具有不同TDP(热设计功率)和热规格的不同电子设备。此外，这种计算硬件可能对冷却解决方案的机械和结构设计提出更具挑战性的要求。

需要一种新方法来进行基板上各种设备的热预算管理，该方法易于适应新的基板布局，提供可靠性，能够实现改善的可维护性，并且防止基板上使用的各种冷却技术之间的干扰。

发明内容

一种具有集成冷却的架构包括：基板；多个电子设备，安装到所述基板上；多个接触设备，安装在所述多个电子设备的至少一个子集上；以及多个冷却设备，安装到所述多个接触设备的至少一个子集上；其中，所述多个接触设备中的每一个被配置成将热量从对应的电子设备传递到对应的冷却设备。

根据一些实施例，所述多个接触设备被布置为所述多个电子设备和所述多个冷却设备之间的接触层，并且包括均热器和蒸气腔室加强件。

根据一些实施例，所述多个冷却设备包括散热器和液体冷却冷板。

根据一些实施例，所述架构还包括至少一个风扇。

根据一些实施例，所述架构还包括空气导管。

根据一些实施例，所述架构还包括定向成水平吹送空气的至少一个风扇和定向成竖直吹送空气的至少一个风扇。

一种计算单元包括：基板；设备层，设置在所述基板上，其中，所述设备层包括安装到所述基板上的多个电子设备；接触层，设置在所述设备层上，其中，所述接触层包括多个热传输设备，所述多个热传输设备中的每一个都安装到所述多个电子设备中的一个上；以及冷却层，设置在所述接触层上，其中，所述冷却层包括多个冷却设备，每个冷却设备与所述热传输设备中对应的一个配合，所述多个冷却设备包括至少一个主动空气冷却设备和一个液体冷却设备。

根据一些实施例，所述计算单元还包括安装在所述冷却层中并且可操作以控制所述多个冷却设备的控制电子器件。

根据一些实施例，所述冷却层还包括联接到所述控制电子器件的多个风扇。

根据一些实施例，所述控制电子器件包括泄漏传感器。

根据一些实施例，所述多个热传输设备包括以下一个或多个：加强件、均热器、蒸气腔室加强件、热电冷却器和高导热板。

根据一些实施例，所述多个冷却设备包括以下一个或多个：液体冷却冷板、热电冷却器、散热器、翅片和风扇。

根据一些实施例，所述冷却层还包括至少一个风扇以及配置成引导来自所述风扇的气流的导管。

根据一些实施例，所述导管包括重定向气流的挡板。

一种用于制造被冷却的计算单元的方法包括：制造包括冷却设备的布置的冷却层；获得安装到基板上的电子设备的规格和布局设计；使用所述规格和布局设计来制造包括多个接触设备的接触层，每个接触设备提供从所述电子设备中的一个到所述冷却设备中对应的一个的热路径；通过将所述接触层夹在所述基板和所述冷却层之间来组装所述被冷却的计算单元。

根据一些实施例，组装所述被冷却的计算单元包括将所述接触层附接到所述电子设备并且将所述冷却层组装到所述接触层上。

根据一些实施例，组装所述被冷却的计算单元包括将所述接触层附接到所述冷却层以形成冷却组件并且将所述冷却组件附接到所述基板。

根据一些实施例，所述方法还包括在所述冷却层中安装导管以引导来自风扇的气流。

根据一些实施例，制造接触层包括结合以下一个或多个：加强件、均热器、蒸气腔室加强件、热电冷却器和高导热板。

根据一些实施例，所述方法还包括在所述冷却层中安装控制电子器件，以控制安装在所述冷却层中的所述冷却设备。

附图说明

本发明的实施例在附图的图中通过示例而不是限制的方式示出，在附图中，相似的附图标记表示相似的元件。

图1是示出根据一个实施例的竖直冷却架构的侧视图的总体示意图。

图2示出了示出根据一个实施例的竖直冷却布置的部分分解侧视图的总体示意图。

图3是示出根据所公开的实施例的方法的示例的部分分解侧视图的总体示意图，其中接触层与设备层集成。

图4示出了根据所公开的实施例的结合在冷却层中的不同冷却设备的示例。

图5是示出根据一个实施例的结合水平和竖直气流的冷却设计的示例的部分分解侧视图的总体示意图。

图6是示出基板冷却设计的一个实施例的侧视图，而图7是其俯视图。

图8是根据一个实施例的服务器机架的侧视图。

图9是示出根据一个实施例的制造被冷却计算单元的方法的流程图。

具体实施方式

将参照下面讨论的细节描述本发明的各种实施例和方面，并且附图将示出各种实施例。以下描述和附图是对本发明的说明，并且不应被理解为对本发明的限制。描述了许多具体细节，以提供对本发明的各种实施例的透彻理解。然而，在某些情况下，为了提供本发明的实施例的简明讨论，没有描述众所周知的或常规的细节。

在说明书中对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性可包括在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的不同地方出现的短语“在一个实施例中”不一定都指同一个实施例。

以下详细描述提供了突出本文所要求保护的创新性基板冷却架构的某些特征和方面的示例。不同的实施例或它们的组合可用于不同的应用或实现不同的结果或益处。根据寻求实现的结果，本文公开的不同特征可单独或与其它特征组合而部分地或完全地利用，从而平衡优点与要求和约束。因此，某些益处将参照不同的实施例着重描述，但不限于所公开的实施例。也就是说，本文公开的特征不限于在其中描述它们的实施例，而是可与其他特征“混合和匹配”并结合在其他实施例中。

本公开引入了模块化设计和架构，其能够实现用于在数据中心、边缘计算等中操作的服务器的基板冷却的灵活配置。所公开的实施例提供了一种解决方案，该解决方案可容易地适用于不同的基板设计，并且采用不同类型的流体来进行热传递和排热。在本公开的上下文中，术语“基板”用于简写，意在涵盖装载有微芯片的所有印刷电路板，有时也称为母板、主板、系统板、逻辑板等。

所公开的实施例包括尤其适用于包括空气冷却电子器件和液体冷却电子器件两者的高性能基板的冷却架构。该架构引入了冷却系统的堆叠设计，其中不同的功能被分配给叠堆的不同层。该架构将冷却系统和电子板的设计分开，这意味着虽然冷却系统继续起作用并管理热量预算，但在其板布局、空间可用性等方面不依赖于电子板。这种堆叠方法结合有冷却层和接触层。冷却层使空气冷却和液体冷却两者的性能优化设计变得容易，而接触层设计为易于实现和增加系统互操作性。基于整个基板的热/功率图，冷却层可用于实现不同的冷却技术。这种竖直设计方法是解决复杂板布局的有效解决方案，尤其是在板紧密地封装有不同额定功率、形状因数和热要求的电子部件的情况下。此外，冷却和电子器件的隔离提高了电子器件和冷却设备两者的可靠性。

所公开的实施例为电子印刷电路板冷却架构提供了新的方法。该设计考虑将整个板级冷却集成到冷却层中，冷却层经由中间接触层安装在板上。不同的冷却技术、冷却设计和冷却设备集成在冷却层上。冷却设计和组装在冷却层上的冷却设备遵循专用的冷却设计方法。该方法高效地利用冷却介质，用于气流和液体流两者。接触层用于辅助冷却层的组装以及用于从电子设备到冷却层的热传递。接触层可集成到冷却层中或者附接到电子器件上。总的来说，所提出的冷却架构为实现不同类型的电子器件冷却方法提供了高效的系统结构和硬件设计，并且同时在混合冷却方法和冷却架构的组合中提供了高操作效率。

所公开的实施例还提供了一种用于以隔离的方式设计基板热管理的方法，因为该方法将基板布局和冷却布局的设计分离，同时使用接触层来桥接这两者。由于冷却层的设计与基板的设计是分开的，它提高了设计的灵活性和包括系统供应商、冷却集成供应商和部件提供商在内的供应商的协同。此外，由于整个基板冷却被归入冷却层，所以整个冷却布置可在与基板集成之前进行测试。例如，功能、性能和部分可靠性测试可在独立于基板的冷却层和接触层上并且在与基板集成之前进行。这意味着整个冷却解决方案可在运输之前进行测试、验证和认证，以与基板集成。

图1是示出根据一个实施例的竖直冷却架构的侧视图的总体示意图。在该实施例中示出了基板100、电子层110、接触层120和冷却层130。元件102指示可选的向外扩展接口，而元件104指示可选的通信接口。基板100可为其上安装有多个电子设备的任何标准基板——示意性地示出为电子层110。常规地，电子设备中的每一个将需要其自己的冷却设备，其设计不考虑相邻设备的要求。因此，常规方法使整体板设计和基板面分配变得复杂，而图示的竖直架构则避免了这一点。

冷却层130根据板级功率条件的分析而基于整个板设计并实现不同的冷却技术，诸如用于主要高功率密度部件的液体冷却、用于较低功率密度部件的主动空气冷却以及用于其他低功率密度部件的被动空气冷却。对于液体冷却，冷却层130可包括液体冷却冷板、环路和其他部件。对于主动空气冷却，冷却层130可使用散热器、热虹吸设备和专用风扇。对于被动空气冷却，冷却层130可使用集中式风扇，诸如数据中心房间级鼓风机或冷却单元鼓风机，以及用于气流管理的管道和空气挡板。因此，冷却布置完全与基板分离。

接触层120有助于将热量从电子层110传递到冷却层130。接触层120提供用于实现的结构级功能，因为不同电子部件的高度和竖直位置/取向可彼此不匹配。接触层120也用作热传递导管，并且可结合用于降低热阻和增强热传递的先进冷却技术。请注意，对于这种竖直设计概念，不仅硬件被竖直地布置，而且气流也以竖直方式管理。

图1所示的实施例提供了设计方法的一般概述。它还示出了本文介绍的一个关键设计概念，即，使用设计层和竖直堆叠将冷却系统与板和每个单独的电子器件分离。从图2开始，描述现在将转向可并入新设计方法中的变化和增强，图2提供了关于接触层和冷却层的更多细节。

图2是一个实施例的局部分解侧视图，示出了竖直冷却架构的附加细节。如图所示，不同的电子设备112、114和116安装在基板100上并形成电子层110。这些设备可包括GPU、CPU、ASIC高性能存储器、基于小芯片的SIP、控制和管理芯片等。这些芯片中的每一个的制造商可为这些芯片指定不同的操作温度。因此，冷却层130上的不同冷却设备132、134和136用于从不同的电子设备移除热量。接触层120形成中间传热介质，以将热量从每个电子设备传递到其对于的冷却设备。由于电子设备和冷却设备具有不同的物理尺寸，并且由于不同的布置可能需要不同的特定冷却传输速率，因此各个接触设备122、124和126可具有不同的形状因数和不同的结构。例如，接触元件122、124和126中的任何一个可为标准加强件或均热器、高导热板、蒸气腔室加强件等。在一些实施例中，接触层还可提供额外的冷却增强。例如，接触元件中的一个或多个可为冷却增强设备，其具有比其他接触元件更高的传热系数。例如，接触设备122比接触元件124和126具有更高的传热系数。

加强件通常由铜或合金钢制成，并放置在管芯周围，然后均热器附接在管芯和加强件上。均热器是与芯片接触放置的金属盖，用于提供散热路径。高导热板是内置热管以传输热量的均热器。蒸气腔室是薄的平面相变传热设备。这些接触元件的共同特性是，它们起到传递热通量和将热量从较热侧传输到较冷侧的作用，即，增强热量从元件的一侧到其相对侧(在这种情况下，从接触芯片的热侧到接触冷却元件的冷侧)的传输。例如，通过提高从芯片到冷却介质的总传热系数，蒸气腔室加强件可用于辅助管芯的功率和冷却单元能力不匹配的情况。例如，当裸管芯功率增加和/或指定的Tcase值降低时，可能发生这种情况。Tcase代表壳体温度，并且不同的芯片可具有不同的在正常操作期间允许的最大Tcase温度。

冷却设备132、134和136可采用被动空气冷却、主动空气冷却、液体冷却、混合冷却等。使用冷却层130和接触层120两者为总的冷却方案的配置和设计提供了灵活性。冷却层130和接触层120可结合以适应不同的基板。此外，各种接触设备可与它们对应的电子设备组装在一起，并由芯片供应商提供为集成产品以安装在基板上。

图2示出了这样的情况，其中接触设备首先附接到电子设备，使得基板实质上装载有电子设备和接触设备，然后冷却设备被添加到接触设备的顶部上。相反，图3示出了基板装载有裸电子设备(管芯)并且接触层120附接到冷却层130或与其集成的情况。因此，在图3的实施例中，每个接触设备都预附接到其对应的冷却设备。

图2和图3还示出了不同的系统集成组装方法。由于本文公开的竖直堆叠方法，接触层120可与电子层110预组装或者与冷却层130预组装。通常，电子设备和冷却设备由不同的供应商提供，因此竖直堆叠方法在供应商选择和分配方面提供了灵活性。例如，如果接触层与电子层110预组装，这可由构建和组装基板的系统供应商来完成。相反，当接触层与冷却层130预组装时，这可由冷却供应商来完成。这提高了产品设计效率和解决方案的互操作性。由于系统供应商方面(诸如OEM)和冷却系统设计供应商两者可构建具有不同功能/能力的不同类型的冷却层，以改善基板和冷却系统两者的相应适应性。这也简化了冷却层到基板上的集成，其中接触层用作适配层。

图4示出了组装的布置，其中冷却层包括不同的冷却设备，一些基于空气，一些基于液体。例如，冷却设备132结合有散热器402(其可包括翅片)和专用风扇404。相反，冷却设备134包括连接到冷却流体管道406的液体冷却板。管道406循环来自冷却系统的冷却液体(例如，参见图8)。图4所示的实施例还包括作为冷却设备136的一部分的TEC 408，但是它也可为接触设备126的一部分。TEC是一种热电冷却器，它利用珀耳帖效应将热通量从一侧泵送到相对侧，具体取决于设备设计和规格以及实现方法。TEC是固态主动热泵，它将热量从设备的一侧传递到另一侧。

请注意，在所公开的实施例的意义上，接触层起到将热量从电子设备传输到冷却设备的作用，而冷却设备使用诸如空气或冷却液体的流体介质来移除热量。因此，TEC可被认为是将热量传递到冷却设备的接触设备。然而，由于TEC需要功率和控制电路，它可能会将其控制电路安装在冷却层中。相反，它可从基板接收其功率和控制信号，并因此被安装在接触层中。

从上面的描述可看出，通过具有单独的接触层，冷却系统的设计的灵活性得到增强。接触层可通过例如促进芯片和冷却设备的不同形状因数的匹配来帮助冷却层实现。在一个示例中，不同的接触元件用于桥接安装到基板上的不同管芯之间的高度差。因此，接触层可用作电子设备层和冷却层之间的适配层。接触层还可有助于增强冷却设备的冷却性能。例如，基于蒸气腔室的加强件可用于增强热传递，使得在相同量的热流率下，冷却介质和热侧(诸如Tcase)之间的温差可更低。在这个意义上，接触设备可被称为传热增强设备，而冷却设备可被称为排热设备。因此，所公开的竖直架构结合了热传输层和排热层。

在本文公开的任何实施例中，各种风扇控制电路以及其他电容、电阻和电子元件可封装在冷却层中。这提高了设计效率和操作可靠性，因为相同的布置可用于多代基板。然而，请注意，本文示出的各种接触设备与冷却设备的配对仅仅是示例性的，并且根据每个特定电子设备的规格，可使用不同的配对。例如，诸如TEC、蒸气腔室加强件等的元件可与空气或液体冷却设备配对。

图5示出了不同的冷却解决方案如何可应用于基板的不同部段。在图5的示例中，虚线框表示包括散热器402和专用风扇404的冷却设备132专用于冷却电子设备112，其中蒸气腔室加强件122增强来自设备112的热通量。相反，点划线框表示电子设备114、115、116和117的冷却解决方案。该解决方案包括液体冷却板134和136，其具有在其中循环冷却液体的液体管道406。专用风扇507也通过液体冷却板之间的通道或通路505递送气流。

在一个实施例中，风扇507专用于经由通路505为空气冷却设备115和117递送气流。也就是说，由于冷却层可独立于设备层布局来设计，所以冷却设备可被布置成使得可在冷却设备之间产生气流通道或通路，以允许将气流递送到基板的各种电子设备和部段。这避免了现有技术问题，其中例如电子设备114和116可能阻止气流到达设备115或117。

请注意，在图5中，风扇404和507独立操作，并产生用于不同目的的不同气流。风扇404产生水平气流，用于从散热器402移除热量。另一方面，风扇507产生竖直气流，该气流在液体冷却板之间被引导。由于每个风扇专用于独立的冷却解决方案，因此每个风扇可独立于其他冷却解决方案和风扇进行设计和操作。

图6是示出基板冷却设计的组装实施例的侧视图，而图7是其俯视图。该实施例类似于图5的实施例，不同的是通过使用导管509来控制气流，使得一方面气流被递送到需要它的每个元件，而另一方面来自一个冷却部段的气流不与另一个解决方案的气流混合或干扰。例如，风扇404为散热器402产生气流，而不干扰由风扇507产生的气流，或者干扰被最小化。这能够实现可容易地与板上的其他冷却设备集成的局部冷却设计，而无需担心干扰元件。

此外，在冷却层中提供导管使得能够将气流递送到原本可能被其他元件或结构遮挡的位置。例如，一个风扇507可与导管集成以将气流递送到设备115，而另一个风扇507可与导管集成以将气流递送到原本被部件114和116和/或板134和136阻挡的设备117。图6还通过虚线箭头示出了可采取措施来将气流转向到不设置有专用接触元件和/或冷却元件的电子设备115。例如，在一个实施例中，挡板603可被控制以将气流转向到专用于设备115的基板的不同区域。

图7还示出了冷却层中控制电子器件704的设置。控制电子器件可用于控制风扇507、404、挡板603以及冷却和/或接触层中的任何其他元件。控制电子器件还可包括传感器，诸如温度传感器和泄漏检测传感器，以检测来自液体冷却板的潜在泄漏。

对于所公开的实施例，提供了一种基板冷却架构，其被设计成堆叠在彼此的顶部上的层。这种竖直分层使冷却层中的冷却设备和冷却技术能够容易地混合，这导致彼此之间最小的影响或干扰。冷却介质流，尤其是冷却气流，也是分层管理的。例如，冷却层框架上方的冷却空气可用于冷却在基板的一侧上的器件，而穿过冷却层框架的冷却空气可用于冷却未与冷却层上的任何部件直接附接的所有电子器件。这部分空气可由风扇驱动通过导管和通道，并通过空气挡板转向到基板的适当区域。附加的空气通道也可用于辅助冷却层的顶部上的气流管理，以改善冷却管理和性能。

图8示出了根据一个实施例的结合被冷却基板的电子机架。电子机架800可代表常规地在数据中心或边缘计算设施中使用的任何电子机架。根据一个实施例，电子机架800包括但不限于冷却剂分配单元(CDU)801、机架管理单元(RMU)802以及一个或多个服务器机箱803A-803E(统称为服务器机箱803)。服务器机箱803可分别从电子机架800的前端804或后端805插入服务器插槽(例如，标准搁架)的阵列中。请注意，尽管这里示出了五个服务器机箱803A-803E，但是在电子机架800内可保持更多或更少的服务器机箱。还要注意，CDU 801、RMU 802和/或服务器机箱803的特定位置仅出于说明的目的而示出；也可实现CDU 801、RMU802和/或服务器机箱803的其他布置或配置。在一个实施例中，电子机架800可向环境开放，或者部分地由机架容器容纳，只要冷却风扇834能够产生从前端到后端的气流。

此外，对于服务器机箱803中的至少一些，可选的风扇模块(未示出)与服务器机箱相关联。风扇模块中的每一个包括一个或多个冷却风扇。风扇模块可安装在服务器机箱803的后端上或电子机架上，以产生从前端804流出，行进穿过服务器机箱803的空气空间，并存在于电子机架800的后端805处的气流。

在一个实施例中，CDU 801主要包括热交换器811、液体泵812和泵控制器(未示出)，以及一些其他部件，诸如液体贮存器、电源、监控传感器等。热交换器811可为液-液热交换器。热交换器811包括具有入口端口和出口端口的第一环路，该第一环路具有联接到外部液体供应/返回管线831-832以形成主环路的第一对液体连接器。联接到外部液体供应/返回管线831-832的连接器可设置或安装在电子机架800的后端805上。液体供应/返回管线831-832(也称为房间液体供应/返回管线)可联接到计算设施的外部冷却系统。

此外，热交换器811还包括具有两个端口的第二环路，该第二环路具有联接到液体歧管825(也称为机架歧管)以形成二次环路的第二对液体连接器，该二次环路可包括用于向服务器机箱803供应冷却液体的供应歧管(也称为机架液体供应管线或机架供应歧管)和用于将较暖的液体返回到CDU 801的返回歧管(也称为机架液体返回管线或机架返回歧管)。请注意，CDU 801可为任何种类的市售或定制的CDU。因此，本文将不描述CDU 801的细节。

每个服务器机箱803可包括一个或多个IT部件，其中至少一些IT部件包括本文公开的竖直冷却布置，包括基板、安装到基板上的多个电子设备、电子设备上的接触层以及接触层上的冷却层。冷却层可包括液体冷却设备，其可经由液体歧管825从CDU 801接收冷却液体。冷却层可包括被动和/或主动空气冷却设备，其可采用由机架冷却风扇834提供的气流。

通过以上公开，提供了一种具有集成冷却的基板，其包括：基板；多个电子设备，其安装到基板上；多个接触设备，其安装在多个电子设备的至少一个子集上；以及多个冷却设备，其安装到接触设备的至少一个子集上；其中接触设备中的每一个被配置成将热量从对应的电子设备传递到对应的冷却设备。

此外，通过以上公开，公开了一种计算机架，其包括：机架，其容纳多个服务器机箱；冷却剂分配单元，其将冷却剂液体递送到歧管；多个机箱风扇，其使空气在机架内流动；多个基板单元，其安装在多个服务器机箱内，其中基板单元中的每一个包括基板、安装到基板上的多个电子芯片、安装到多个电子芯片上的接触层和安装到接触层上的冷却层，其中接触层被配置成将热量从多个电子芯片传递到冷却层，并且冷却层被配置成将热量提取并传递到冷却空气和冷却液体。冷却层可包括多个液体冷却板，每个液体冷却板循环来自冷却剂分配歧管的冷却剂流体，并且还可包括均热器和专用风扇，该均热器和专用风扇被配置成接收来自机箱风扇的流动空气。冷却层还可包括配置成引导来自专用风扇的气流的导管。冷却层的冷却设备可包括加强件、均热器、蒸气腔室加强件、热电冷却器和高导热板中的一个或多个，控制电子器件安装在冷却层中，并可操作以控制安装在冷却层中的冷却设备。

图9是示出根据一个实施例的制造被冷却计算单元的过程的流程图。图9所示的步骤顺序仅提供了一个示例，但是顺序可改变或重组，根据需要添加或删除某些步骤。在图9的示例的步骤900中，使用采用被动空气冷却、主动空气冷却、液体冷却、混合冷却的冷却设备的组件来设计和制造冷却层。冷却设备可包括散热器、冷却风扇、液体冷却冷板等。在步骤905中，获得要安装到基板上的电子设备的规格。规格可包括诸如尺寸、高度等的物理规格以及诸如操作温度、Tcase等的热规格。使用该规格，确定哪个冷却设备应该与每个特定的电子设备配对，然后选择接触设备以形成从电子设备到冷却设备的热路径。然后在步骤910中接触设备的集合被制造成接触层。

在步骤915中，确定基板上的电子设备是否需要气流冷却，以及可用气流是否可能被其他元件阻挡。如果是这样，则在步骤920中空气导管可被添加到冷却层。否则，在步骤925中，确定任何冷却设备是否需要控制电路。如果是这样，则这种控制电路可被添加到冷却层930。替代地，可将控制电路添加到基板，并与对应的冷却设备进行适当的连接。在步骤935中，组装该单元，其中接触层夹在基板和冷却层之间。

如前所述，在一个实施例中，接触层被集成到电子设备层中，使得完成的基板的供应商包括已经安装到电子设备上的接触设备。然后，将冷却层安装到接触层上。相反，在另一个实施例中，首先将接触层安装到冷却层上，使得冷却设备供应商提供包括冷却层和接触层的集成解决方案。然后将这种集成冷却解决方案安装到基板上。

在前述说明书中，已经参照其具体示例性实施例描述了本发明的实施例。显而易见的是，在不脱离如所附权利要求书中阐述的本发明的更广泛的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改。因此，说明书和附图被认为是说明性的，而不是限制性的。

Claims (20)

1.一种具有集成冷却的架构，包括：

基板；

多个电子设备，安装到所述基板上；

多个接触设备，安装在所述多个电子设备的至少一个子集上；和

多个冷却设备，安装到所述多个接触设备的至少一个子集上；

其中，所述多个接触设备中的每一个被配置成将热量从对应的电子设备传递到对应的冷却设备。

2.根据权利要求1所述的架构，其中，所述多个接触设备被布置为所述多个电子设备和所述多个冷却设备之间的接触层，并且包括均热器和蒸气腔室加强件。

3.根据权利要求2所述的架构，其中，所述多个冷却设备包括散热器和液体冷却冷板。

4.根据权利要求3所述的架构，还包括至少一个风扇。

5.根据权利要求3所述的架构，还包括空气导管。

6.根据权利要求1所述的架构，还包括定向成水平吹送空气的至少一个风扇和定向成竖直吹送空气的至少一个风扇。

7.一种计算单元，包括：

基板；

设备层，设置在所述基板上，其中，所述设备层包括安装到所述基板上的多个电子设备；

接触层，设置在所述设备层上，其中，所述接触层包括多个热传输设备，所述多个热传输设备中的每一个都安装到所述多个电子设备中的一个上；和

冷却层，设置在所述接触层上，其中，所述冷却层包括多个冷却设备，每个冷却设备与所述热传输设备中对应的一个配合，所述多个冷却设备包括至少一个主动空气冷却设备和一个液体冷却设备。

8.根据权利要求7所述的计算单元，还包括安装在所述冷却层中并且可操作以控制所述多个冷却设备的控制电子器件。

9.根据权利要求8所述的计算单元，其中，所述冷却层还包括联接到所述控制电子器件的多个风扇。

10.根据权利要求8所述的计算单元，其中，所述控制电子器件包括泄漏传感器。

11.根据权利要求7所述的计算单元，其中，所述多个热传输设备包括以下一个或多个：加强件、均热器、蒸气腔室加强件、热电冷却器和高导热板。

12.根据权利要求7所述的计算单元，其中，所述多个冷却设备包括以下一个或多个：液体冷却冷板、热电冷却器、散热器、翅片和风扇。

13.根据权利要求7所述的计算单元，其中，所述冷却层还包括至少一个风扇以及配置成引导来自所述风扇的气流的导管。

14.根据权利要求13所述的计算单元，其中，所述导管包括重定向气流的挡板。

15.一种用于制造被冷却的计算单元的方法，包括：

制造包括冷却设备的布置的冷却层；

获得安装到基板上的电子设备的规格和布局设计；

使用所述规格和布局设计来制造包括多个接触设备的接触层，每个接触设备提供从所述电子设备中的一个到所述冷却设备中对应的一个的热路径；

通过将所述接触层夹在所述基板和所述冷却层之间来组装所述被冷却的计算单元。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，组装所述被冷却的计算单元包括将所述接触层附接到所述电子设备并且将所述冷却层组装到所述接触层上。

17.根据权利要求15所述的方法，其中，组装所述被冷却的计算单元包括将所述接触层附接到所述冷却层以形成冷却组件并且将所述冷却组件附接到所述基板。

18.根据权利要求15所述的方法，还包括在所述冷却层中安装导管以引导来自风扇的气流。

19.根据权利要求15所述的方法，其中，制造接触层包括结合以下一个或多个：加强件、均热器、蒸气腔室加强件、热电冷却器和高导热板。

20.根据权利要求15所述的方法，还包括在所述冷却层中安装控制电子器件，以控制安装在所述冷却层中的所述冷却设备。

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