CN115547949A - 用于在高加载力下的半导体芯片封装的热冷却组件的有加强结构的导热室 - Google Patents

Abstract

描述了一种装置。该装置包括要被放置在半导体芯片封装集成散热器上以从半导体芯片封装内的至少一个半导体芯片去除热量的导热部件的天花板部分和地板部分。地板部分和天花板部分的各自内表面彼此面对并且之间有空间，使得在各自内表面之间的导热部件内存在一个或多个空腔。该装置包括框架部件，该框架部件紧靠天花板部分和地板部分中的至少一个，以在向包括导热部件和半导体芯片封装的热组件施加加载力时阻止天花板部分和地板部分中的至少一个的变形。

Description

用于在高加载力下的半导体芯片封装的热冷却组件的有加强 结构的导热室

相关申请

本申请主张2021年6月30日提交的第63/217058号美国临时申请(标题为“用于两相冷却蒸汽室的加载组件”)的利益，该申请通过引用将其全部内容并入。

背景技术

系统设计工程师面临挑战，尤其是相对于在高性能数据中心计算面临挑战，因为计算机和网络二者继续将越来越高的性能的水平打包到越来越小的封装中。因此，创新的打包和冷却系统的设计要跟上此类激进地设计的系统的热需求。

附图说明

结合以下附图，从以下具体实施方式可获得对本发明更好的理解，其中：

图1示出了现有技术的热组件；

图2a、图2b、图2c和图2d示出了用于热组件的改进的蒸汽室机械集成设计；

图3示出了冷却系统；

图4示出了系统；

图5示出了数据中心；

图6示出了机架。

具体实施方式

图1示出了使用两相热量传递冷却机制的现有技术空气冷却组件100。如图1所示，组件100包括芯片封装101，芯片封装101包括一个或多个半导体芯片102(为了便于绘制，图1仅示出了一个半导体芯片)。芯片封装101的下侧包括输入/输出(I/O)103的阵列，诸如球的阵列或阵列焊盘/焊盘。I/O的阵列103与电子电路板104上的I/O的相应阵列进行电气和机械接触。

芯片封装101包括盖或集成的散热器(IHS)105。盖105的下侧与半导体芯片102的上表面热接触(它们之间可以存在热界面材料(TIM))。

将基底部件106组装到封装IHS 105上。两相蒸汽室107被嵌入在基底部件106中。如图1所观察到的，蒸汽室107由被嵌入在基底部件106中的天花板部分108和地板部分109形成。天花板部分108和地板部分109彼此面对的各自内表面是凹、凹陷、变薄、中空等中的任何一种，以在天花板部分108和地板部分109压在一起时影响腔室107的形状。

天花板构件108和地板构件109由具有高导热性的材料(例如，诸如铜(Cu)或铝(Al)金属合金(诸如钢)等金属)组成，并且故意使其变薄(例如，0.8–1.0mm)，以改进腔室的热效率(分装IHS和散热器鳍片之间的温度差越小、将蒸汽室107加热至全温度所需的时间越短，导热系数越高，天花板部分108和底部部分109的质量越小)。

天花板部分108还包括空心柱110，通常为热量管，该热量管从天花板部分108的顶表面升起(天花板部分108的顶表面沿基底106的上表面暴露)。室107的天花板部分108中的开口与柱110的中空内部区域流体耦合，从而室107与柱110内的中空区域流体耦合。

在操作期间，液体在室107内。来自操作半导体芯片102的热量被室107的天花板部分108和地板部分109吸收，并且对室107中的液体进行加热(地板部分108的底部与IHS 105直接热接触)。如果半导体芯片102以更高的性能水平操作并散发更多热量，则室107中的液体变为蒸汽相。来自室107中的沸腾液体的蒸汽上升到柱110的中空区域(因此室107被称为蒸汽室)，并且将来自(多个)封装的电子设备的热量带到水平鳍片，在此处鳍片之间的气流去除热量。

柱110插入更大的类似散热器的结构111中，并与之热接触。柱110的垂直度由支架113支撑。冷空气流经散热器的鳍片，散热器的片将热量从柱110中的蒸汽传递到周围空气中。从蒸汽中排出热量，将蒸汽冷凝回液体，然后返回到室107。然后重复该过程。

因此，半导体芯片102散发的热量从半导体芯片102被吸收，并且通过流经散热器鳍片111的对流传递到流动的空气中，从而允许半导体芯片102以高性能水平连续操作。

问题是，未来几代硅芯片制造技术将驱动更高性能的半导体芯片，其特点是增加的晶体管封装密度、相应的增加的散热量以及增加的I/O数量。不幸的是，增加的散热量的增加结合增加的I/O数量产生了封装挑战，通过增加的应用于封装的半导体芯片及其冷却组件的加载力，可以最好地应对该封装挑战。

加载力是施加在组件上的力，以使其牢固安装在印刷电路板上。在此种情况下，参考图1，通常使用紧固件112(紧固件、螺栓、闩锁、杆等)中的一个或多个紧固件将芯片封装101、基底部件106和支架113固定到电子电路板104。将紧固件112拧紧到印刷电路板104中，能够将组装部件111、组装部件113、组装部件106、组装部件108、组装部件109压缩并固定到印刷电路板104上。

不幸地，增加芯片和封装I/O 103的数量会增加芯片封装101“弹出”印刷电路板104的倾向。此外，增加芯片的热量耗散可转换为更大、更重的散热器结构111。这两个挑战(更大的弹出威胁和更重的散热器111)都可以通过增加紧固件112所施加的加载力来解决。

然而，一个辅助问题是，如果加载力增加到未来一代组件的加载力，天花板部分108和/或地板部分109会在结构上弯曲。变形最终会导致天花板部分108和地板部分109失去它们的密封(蒸汽室失去其“气密性”)或以其他方式失去其结构完整性，从而导致无法增加足以导致室内沸腾的内部压力或以其他方式降低整体设计的冷却效率，最后，导致封装中的(多个)硅芯片因过热而失效或失去功能。

这里，根据图1中组件的机械设计，加载动态使得紧固件112施加的力被天花板部分108和地板部分109承受。由于为了满足高热性能要求而采用的天花板部分108和地板部分109的薄度，如果应用未来一代技术的加载力，它们可能/将弯曲或失去结构完整性。因此，图1的现有技术方法最多可以实现1000lbs/mm的量级的整体刚度，然而用于未来技术的组件预计具有2000lbs/mm的量级的刚度。

图2a、图2b、图2c和图2d示出了不同的改进的设计，其特征在于一个或多个支撑结构(例如，(多个)框架、(多个)背板、法兰等)紧靠或至少充分接近薄蒸汽室材料的一个或多个薄区域。(多个)支撑结构被定位为承受加载力而不是薄蒸汽室材料，从而保持蒸汽室的结构完整性。

值得注意的是，(多个)支撑结构具有足够的厚度和/或刚度，和/或被定位为能够经受和承受加载力，而没有明显的弯曲。由于支撑结构在加载力的施加期间不会明显地弯曲，(多个)支撑结构被设计为保护的薄蒸汽室材料的(多个)区域在加载力被施加时保持结构完整性。

图2a示出了第一实施例200，其中，与图1的方法一样，由薄天花板部分208和薄地板部分209组成的蒸汽室嵌入基底206中。然而，与图1的方法不同，支架213不仅将柱210保持在适当的位置，而且还保护蒸汽室207的天花板部分208的结构完整性。这里，图1的现有技术支架113由硬度较低的材料(例如铝)组成，和/或具有的厚度可以在不弯曲的情况下承受当前或现有技术的加载力，但不能在不弯曲的情况下承受未来技术的加载力。如上文所描述的，关于图1，在加载力下为天花板部分108提供结构支撑不是支架113的设计的考虑因素。

相比之下，在图2a的改进设计200中，支架213由足够坚固的材料(例如钨合金(例如钨铼)、硬质不锈钢、硬质复合材料等)和/或具有足够厚度的材料组成，使得支架213的整体刚度能够承受未来技术的加载力。由于改进的支架213在施加更高的动态加载力的情况下不明显弯曲，因此它有效地保护天花板部分208不受更高的动态加载力的影响，从而保持天花板部分208的结构完整性。

图2a的改进的设计的另一个特点是在地板部分209下方引入支撑环或框架214(以下简称框架214)。这里，同样地，当地板部分209(像天花板部分208)由薄的、高导热的金属(例如铜)组成时，如果受到高加载力，地板部分209和天花板部分208也可弯曲或失去结构完整性。框架214用于在结构上加强或支撑地板部分209的底表面215的外围，该底表面215与封装IHS直接热接触。

与支架213一样，框架214由机械上足够硬的材料组成，并且/或者具有足够的厚度，使得框架214的整体刚度能够承受未来技术的加载力。由于框架214在更高的加载力的施加下不会明显弯曲，因此它有效地保护地板部分209和天花板部分208(部分209和部分208通过钎焊或其他工艺机械地接合并密封在一起)不受更高加载力的影响，从而保持地板部分209和天花板部分208的结构完整性。取决于地板部分209的底表面的形状(圆形、方形等)，框架214中用于插入地板部分209的底表面的开口能具有不同形状的开口。

基于原型样品，根据图2a中所包括的改善所制造的组件的整体刚度超过2000lbs/mm(2004lbs/mm、2047lbs/mm、2088lbs/mm)。相比之下，如上文所提到的，根据图1的现有技术方法所制造的组件只能达到1000lbs/mm量级的刚度。2000lbs/mm的总体组件刚度应适用于未来一代技术的动态加载力，预计至少为600lbs(例如800lbs)。

图2b示出了替代性实施例220，其中，地板部分209包括法兰221，该法兰221从蒸汽室207向外延伸，并在紧固件212施加加载力时用安装硬件217进行机械压缩。框架224位于法兰221上方，并且当紧固件212施加加载力时，框架224也用安装硬件217进行机械压缩。框架224由硬材料构成，如图2a的方法中的支架213和框架214。

法兰221承受加载力，从而保护形成蒸汽室地板的地板部分215的内部薄区域。通过将法兰221放置在框架214和安装硬件217之间，法兰221受到机械保护，以防止弯曲，框架214和安装硬件217两者均由足够硬的材料组成和/或具有足够的厚度，使得框架/法兰/硬件结构的整体刚度能够承受未来技术的更高加载力，而不会明显地弯曲。

框架224还为支架213提供至少一些结构支撑。因此，取决于实现方式，支架213可由足够坚硬的材料组成和/或具有的厚度能够承受自身的全部加载力，或者具有相对较小的硬度和/或者厚度，并且至少依赖于框架224的一些结构支撑以避免弯曲。

图2c示出了另一个实施例240，其工作原理与图2b的方法类似，只是天花板部分208包括法兰222，框架234位于法兰222下方，而不是如图2b的实施例220所示位于法兰222上方。

对于图2b和图2c的这两种方法，法兰221和法兰222增加了地板部分(图2b)或天花板部分(图2c)的总质量，与图2a的方法相比，图2b和图2c的方法可以降低热效率。然而，由于法兰221、法兰222的表面面积很宽，可以承受加载力，因此法兰221、法兰222不需要很厚，并且可以在厚度上接近蒸汽室的地板/天花板的薄部分，从而减少热效率的降低。

图2d示出了另一个实施例260，其中顶部部分208的外围243加厚，以使其能够承受加载力，并形成蒸汽室207内侧壁的上部分(例如，一半)。框架244位于顶部部分208的加厚外围234下方，并形成蒸汽室207内侧壁的下部分(例如，一半)。框架244还形成蒸汽室207的地板的外围部分。底部部分209形成蒸汽室207地板的内部分。在实施例中，将底部部分209焊接或钎焊到框架244上，以便两个部件在集成到冷却组件之前形成一个整体件。

在替代实施例中，底部部分具有加厚的外围，并且框架位于底部部分的加厚的外围的上方。在这种情况下，框架有助于形成蒸汽室的上内侧壁和蒸汽室天花板的外围。顶部部分构成天花板的内部分。在集成到冷却组件中之前，将顶部部分零件和框架焊接/钎焊在一起。

尽管上文讨论涉及的是也采用空气冷却的两相蒸汽解决方案，但上文教导也适用于与传统液体冷却相关的通道和/或室。

在传统液体冷却的情况下，液体流经类似于上文所描述的蒸汽室的天花板部分和地板部分的一个或多个结构(天花板部分和地板部分统称为“冷板”)。此处，例如，天花板部分和地板部分二者具有凹槽/通道/壁，使得当天花板部分和地板部分被压在一起时，在该天花板部分和该地板部分的彼此面对的内表面之间形成一个或多个流体通道。附加地，天花板部分和/或地板部分中的凹槽/通道/壁被成形为形成至少一个流体输入端口和至少一个流体输出端口。

在操作过程中，液体冷却剂进入(多个)流体输入端口，并流经天花板部分和地板部分之间形成的(多个)通道。液体冷却剂当经过(多个)通道时，从半导体芯片吸收热量。然后，加热的流体从(多个)流体输出端口流出。

重要的是，液体冷却冷板的天花板部分和地板部分(甚至是由具有钻过孔的单个材料板构成的液体冷却冷板)与两相蒸汽室的天花板部分和地板部分具有相同的特性，这些相同的特性如果与上文的教导相结合，则有助于改进这些组件。最值得注意的是，与两相蒸汽室天花板部分和地板部分一样，传统的液体冷却冷板的结构具有(多个)内部开放空间，并且通常会被做得薄以提高热冷却效率。因此，当施加未来一代加载力时，传统的冷板也会遭受类似的弯曲问题。

因此，液体冷却冷板的设计可同样包括上文讨论的结构元件213、结构元件214、结构元件224中的任何一个以避免变形。这里，图2a、图2b和图2c的天花板部分208和地板部分209应理解为被天花板部分和地板部分、或者具有一个或多个流体通道并且具有至少一个流体输入端口和至少一个流体输出端口的单个块所替代。

此外，尽管图2a、图2b和图2c的改进的讨论涉及两相解决方案(其中液体冷却剂自包含在芯片封装冷却硬件中)，其他两相冷却解决方案被设计为将蒸汽从蒸汽室部件输送至外部冷却装备，然后将经冷凝、冷却的液体输送回蒸汽室。

因此，至少对于传统的液体冷却的实现方式和如上文刚描述的两相冷却系统，上文的教导可应用于图3的冷却装置300。图3描绘了通用冷却装置300，其特征可在许多不同种类的半导体芯片冷却系统中找到。如图3中所观察的，封装302内的一个或多个半导体芯片安装在电子电路板301上。冷板303与封装302热耦合(例如，通过在它们之间放置导热材料(“热界面材料”)而放置在封装302上)，以便冷板303接收由一个或多个半导体芯片生成的热量(在两相冷却系统的情况下，冷板303也可称为蒸汽室)。

液体冷却剂位于冷板303内。如果系统还采用空气冷却(可选的)，则散热器304可与冷板303热耦合。加热的液体冷却剂和/或蒸汽305离开冷板303，由冷却装备(例如，(多个)热交换器、(多个)散热器、(多个)冷凝器、(多个)制冷单元等)中的一项或多项冷却，并且由泵送装备(例如，动态(例如，离心)、正排量(例如，旋转、往复等)306中的一项或多项泵送。然后，冷却的液体307进入冷板303并重复该过程。

对于冷却装备和泵送装备306，冷却活动可以先于泵送活动，泵送活动可以先于冷却活动，或者，泵送和冷却中的一者或两者的多个阶段可以混杂(例如，以流动的顺序：第一冷却阶段、第一泵送阶段、第二冷却阶段、第二泵送阶段等)和/或可以发生冷却活动和泵送活动的其他组合。

此外，冷却装备和泵送装备306的任何装备的入口可由一个半导体芯片封装的冷板或多个半导体芯片封装的相应(多个)冷板供应。

在后者(从多个半导体芯片封装的(多个)冷板接收的入口)的情况下，半导体芯片封装可以是同一电子电路板或多个电子电路板上的部件。在后者(多个电子电路板)的情况下，多个电子电路板可以是同一电子系统(例如，在同一服务器计算机中的不同板)或不同电子系统(例如，来自不同服务器计算机的电子电路板)的部件。本质上，图3中的总体描述描述了紧凑型冷却系统(例如，包含在单个电子系统中的冷却系统)、扩展型冷却系统(例如，对机架、多个机架、数据中心等中任何一个的部件进行冷却的冷却系统)以及两者之间的冷却系统。

图3还描述了浸入式冷却系统，其中应理解加热的流体和/或加热的蒸汽流305来自浸入式槽室(未示出以便于说明)，冷却的流体流307流入浸入式槽室。这里，上文所描述的各种蒸汽室可用于浸没式冷却系统，其中，例如，蒸汽室中的沸腾用于增强到浸入式槽的热传递。

在上文的机械设计的各种实施例中，不存在散热器211。在这些实施例中的至少一些实施例中，散热器211被另一热传递结构(诸如用于具有粗糙和/或多孔表面的浸入式冷却系统的沸腾板)所替代。

注意，天花板部分和地板部分中的一个或两个不需要具有平面表面。例如，天花板部分和/或地板部分可以具有曲表面(例如，穹顶状)。此类非平面表面可以面对另一个表面(非平面的、平的或其他)。即，表面不需要是平的以面对另一个表面。

以下是关于图4、图5和图6的讨论，通常涉及系统、数据中心和机架实现方式。需要指出的是，下文所描述的系统、数据中心和机架实现方式的中的任何一个的任何电子电路板上的任何封装电子部件和/或电光部件都可以根据上文详细讨论的教导适用硬件安装。

图4描绘示例系统。系统400包括处理器410，该处理器400提供对用于系统2600的指令的处理、操作管理和执行。处理器410可以包括任何类型的微处理器、中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、处理核、或用于为系统400提供处理的其他处理硬件或处理器的组合。处理器410控制系统400的整体操作，并且可以是或可以包括一个或多个可编程通用或专用微处理器、数字信号处理器(DSP)、可编程控制器、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)等等或此类设备的组合。

某些系统还执行联网功能(例如，数据报头处理功能，诸如列举数例，下一个节点跃点查找、带有相应队列条目的优先级/流查找等)，作为辅助功能，或作为重点(例如，联网交换机或路由器)。此类系统可包括一个或多个网络处理器以执行此类联网功能(例如，以流水线方式或其他方式)。

在一个示例中，系统400包括耦合至处理器412的接口410，该接口420可以表示用于需要较高带宽连接的系统部件(诸如存储器子系统1320或图形接口部件440或加速器442)的较高速的接口或高吞吐量接口。接口412表示接口电路，其可以是独立部件或被集成到处理器管芯上。在存在的情况下，图形接口440对接至图形部件，以用于向系统400的用户提供视觉显示。在一个示例中，图形接口440可以驱动向用户提供输出的高清(HD)显示器。高清可以指具有约100PPI(像素每英寸)或更高的像素密度的显示器，并且可以包括诸如全高清(例如，1080p)、视网膜显示器、4K(超高清即UHD)或其他的格式。在一个示例中，显示器可以包括触摸屏显示器。在一个示例中，图形接口440基于存储器430中所存储的数据或基于由处理器410执行的操作或基于这两者来生成显示。在一个示例中，图形接口440基于存储器430中所存储的数据或基于由处理器410执行的操作或基于这两者来生成显示。

加速器442可以是可以由处理器410访问或使用的固定功能卸载引擎。例如，加速器442之中的加速器可以提供压缩(DC)能力、诸如公钥加密(PKE)之类密码学服务、密码、散列/认证能力、解密、或其他能力或服务。在一些实施例中，另外或替代地，加速器442之中的加速器提供诸如本文中所描述的字段选择控制器能力。在一些情况下，加速器442可以被集成到CPU插槽(例如，到包括CPU并提供与CPU的电气接口的主板或电路板的连接器)。例如，加速器442可以包括单核或多核处理器、图形处理单元、逻辑执行单元、单级或多级高速缓存、可用于独立地执行程序或线程的功能单元、专用集成电路(ASIC)、神经网络处理器(NNP)、“X”处理单元(XPU)、可编程控制逻辑、以及诸如现场可编程门阵列(FPGA)之类的可编程处理元件。加速器442可以提供多个神经网络，处理器核或者图形处理单元可以被变成可用于由人工智能(AI)或机器学习(ML)模型使用。例如，AI模型可以使用或包括以下各项中的任一项或其组合：强化学习方案、Q学习方案、深度Q学习或异步优势行为方－评论方(A3C)、组合式神经网络、循环组合式神经网络、或其他AI或ML模型。可以使得多个神经网络、处理器核或图形处理单元可用于由AI或ML模型使用。

存储器子系统420表示系统400的主存储器，并且提供用于由处理器410执行的代码或者用于执行例程的数据值的存储。存储器子系统420可以包括一个或多个存储器设备430，诸如只读存储器(ROM)、闪存、易失性存储器，或者此类设备的组合。存储器430存储并主控操作系统432以提供用于指令在系统400中的执行的软件平台，等等。另外，应用434可以在来自存储器432的OS 430的软件平台上执行。应用434表示具有其自身的操作逻辑以执行一个或多个功能的执行的程序。进程436表示向OS 432或一个或多个应用434或组合提供辅助功能的代理或例程。OS 432、应用434和进程436提供用于为系统400提供功能的软件逻辑。在一个示例中，存储器子系统420包括存储器控制器422，该存储器控制器430是用于生成命令并向存储器2630发出命令的存储器控制器。将理解，存储器控制器422可以是处理器410的实体部分或接口412的实体部分。例如，存储器控制器422可以是与处理器410一起被集成到电路上的集成存储器控制器。在一些示例中，片上系统(SOC或SOC)将以下中的一个或多个组合到一个SOC封装中：处理器、图形元件、存储器、存储器控制器和输入/输出(I/O)控制逻辑。

易失性存储器是在对设备的功率中断的情况下其状态(以及由此其中所存储的数据)是不确定的存储器。动态易失性存储器要求对设备中所存储的数据进行刷新以维持状态。动态易失性存储器的一个示例包括DRAM(动态随机存取存储器)或某种变型(诸如同步DRAM(SDRAM))。本文所描述的存储器子系统可与数种存储器技术兼容，这些存储器技术诸如DDR3(双倍数据速率版本3，最初由JEDEC(联合电子设备工程委员会)于2007年6月27日发布)。DDR4(DDR版本4，由JEDEC于2012年9月发布的初始规范)，DDR4E(DDR版本4)，LPDDR3(低功率DDR版本3，JESD209-3B，由JEDEC于2013年8月发布)，LPDDR4(LPDDR版本4，JESD209-4，最初由JEDEC于2014年8月发布)，WIO2(宽输入/输出版本2，JESD229-2，最初由JEDEC于2014年8月发布)，HBM(高带宽存储器，JESD325，最初由JEDEC于2013年10月发布)，LPDDR5，HBM2(HBM版本2)，或其他存储器技术或存储器技术的组合，以及基于此类规范的变型或扩展的技术。

在各种实现方式中，存储器资源可以是“经池化的”。例如，安装在多个卡、刀片、系统等(例如，插入一个或多个机架)上的存储器模块的存储器资源可作为附加的主存储器容量提供给需要和/或请求它的CPU和/或服务器。在此类实现方式中，卡/刀片/系统的主要目的是提供此类附加的主存储器容量。通过某种网络基础设施(诸如CXL、CAPI等)，卡/刀片/系统对于使用存储器资源的CPU/服务器是可访问的。

尽管没有具体地图示，但是将理解，系统400可以包括设备之间的一个或多个总线或总线系统，诸如存储器总线、图形总线、接口总线或其他总线。总线或其他信号线可以将部件通信地或电气地耦合在一起，或者将部件既通信地又电气地耦合。总线可以包括实体通信线、点对点连接、桥、适配器、控制器、或其他电路系统或组合。例如，总线可以包括以下中的一个或多个：系统总线、快速外围部件互连(PCIe)总线、超传输或工业标准体系结构(ISA)总线、小型计算机系统接口(SCSI)总线、远程直接存储器访问(RDMA)、互联网小型计算机系统接口(iSCSI)、NVM快速(NVMe)、相干加速器接口(CXL)，相干加速器处理器接口(CAPI)、加速器的高速缓存相干互连(CCIX)、开放相干加速器处理器(Open CAPI)或Gen-z联盟开发的其他规范、通用串行总线(USB)或电气与电子工程师协会(IEEE)标准1394总线。

在一个示例中，系统400包括接口414，该接口412可以耦合至接口2612。在一个示例中，接口414表示接口电路，其可以包括独立部件和集成电路系统。在一个示例中，多个用户接口部件或外围部件耦合至接口414，或者这两者均耦合至接口2614。网络接口450向系统400提供通过一个或多个网络与远程设备(例如，服务器或其他计算设备)通信的能力。网络接口450可以包括以太网适配器、无线互连部件、蜂窝网络互连部件、USB(通用串行总线)、或其他基于有线或无线标准的接口或专有接口。网络接口450可以将数据传送至远程设备，这可以包括发送存储器中所存储的数据。网络接口450可以接收来自远程设备的数据，这可以包括将接收到的数据存储到存储器中。各实施例可以与网络接口450、处理器410和存储器子系统420结合使用。

在一个示例中，系统400包括一个或多个输入/输出(I/O)接口460。I/O接口460可以包括用户可以通过其与系统400对接(例如，音频对接、字母数字对接、触觉/触摸对接或其他对接)的一个或多个接口部件。外围接口470可以包括上面没有具体提到的任何硬件接口。外围设备一般是指依赖性地连接至系统400的设备。依赖性连接是系统400向在其上执行操作、并且用户与其进行交互的软件平台或硬件平台或这两者提供的连接。

在一个示例中，系统400包括用于以非易失性方式存储数据的存储子系统480。在一个示例中，在某些系统实现方式中，存储480的至少某些部件可以与存储器子系统420的部件重叠。存储子系统480包括(多个)存储设备484，其可以是或可以包括用于以非易失性方式存储大量数据的任何常规介质，诸如一个或多个基于磁性、固态或光学的盘、或组合。存储484以持久状态来保持代码或指令和数据(例如，不论对系统400的功率的中断，值均被保留)。存储484一般可以被认为是“存储器”，但存储器430典型地是向处理器410提供指令的正在执行或操作的存储器。尽管存储484是非易失性的，但存储器430可以包括易失性存储器(例如，如果对系统400的功率中断，则数据的值或状态是不确定的)。在一个示例中，存储子系统480包括用于与存储482对接的控制器484。在一个示例中，控制器482是接口414或处理器410的实体部分，或者可以包括处理器410和接口414两者中的电路或逻辑。

非易失性存储器(NVM)设备是即使到设备的功率中断其状态也是确定性的存储器。在一个实施例中，NVM设备可包括块可寻址存储器设备，诸如NAND技术，或更具体地，多阈值级NAND闪存(例如，单级单元(“SLC”)、多级单元(“MLC”)、四级单元(“QLC”)、三级单元(“TLC”)或某种其他NAND)。NVM设备可包括字节可寻址就地写入三维交叉点存储器设备、或其他字节可寻址就地写入NVM设备(也被称为持久性存储器)，诸如单级或多级相变存储器(PCM)或带开关的相变存储器(PCMS)、使用硫属化物相变材料(例如，硫属化物玻璃)的NVM设备、包括金属氧化物基底、氧空位基底和导电桥随机存取存储器(CB-RAM)的电阻式存储器、纳米线存储器、铁电随机存取存储器(FeTRAM、FRAM)、结合忆阻器技术的磁阻随机存取存储器(MRAM)、自旋转移力矩(STT)-MRAM、基于自旋电子磁结存储器的设备、基于磁隧穿结(MTJ)的设备、基于DW(畴壁)和SOT(自旋轨道转移)的设备、基于晶闸管的存储器设备、上述任何的组合或其他存储器。

功率源(未描绘)向系统400的部件提供功率。更具体地，功率源典型地对接至系统400中的一个或多个功率供应以向系统400的部件提供功率。在一个示例中，功率供应包括用于插入到墙壁插座中的AC-DC(交流-直流)适配器。此类AC功率可以是可再生能源(例如，太阳能)功率源。在一个示例中，功率源包括DC功率源，诸如，外部AC到DC转换器。在一个示例中，功率源或功率供应包括用于通过接近充电场来充电的无线充电硬件。在一个示例中，功率源可包括内部电池、交流供应、基于动作的电源、太阳能电源、或燃料电池源。

在示例中，系统400可以实现为分解计算系统。例如，系统700可以使用处理器、存储器、存储、网络接口和其他部件的互连计算底座来实现。可以使用诸如PCIe、以太网或光学互连(或其组合)之类的高速互连。例如，底座可以根据开放计算项目(OCP)或其他分解计算工作颁布的任何规范进行设计，开放计算项目(OCP)或其他分解计算工作努力将主要的架构计算机部件模块化为机架可插拔部件(例如，机架可插拔处理部件、机架可插拔存储器部件、机架可插拔存储部件、机架可插拔加速器部件等)。

图5描绘了数据中心的示例。各种实施例可在图5的数据中心中使用或与图5的数据中心一起使用。如图5所示，数据中心500可以包括光学结构512。光学结构512通常可包括光学信令介质(诸如光缆)和光交换基础设施的组合，经由该组合，数据中心500中的任何特定底座可向数据中心500中的其他底座发送信号(并从其他底座接收信号)。然而，光、无线和/或电信号可以使用结构512来传输。光学结构512提供给任何给定底座的信令连接可以包括到同一机架中的其他底座和其他机架中的底座的连接。

数据中心500包括四个机架502A至502D，并且机架502A至502D分别容纳底座对504A-1和504A-2、底座对504B-1和504B-2、底座对504C-1和504C-2以及底座对504D-1和504D-2。因此，在此示例中，数据中心500总共包括八个底座。光学结构512可以提供与其他七个底座中的一个或多个底座的底座信令连接。例如，经由光学结构512，机架502A中的底座504A-1可以与机架502A中的底座504A-2以及分布在数据中心500的其他机架502B、502C和502D之间的其他六个底座504B-1、504B-2、504C-1、504C-2、504D-1和504D-2具有信令连接。实施例不限于此示例。例如，结构512可以提供光和/或电信令。

图6描绘包括多个计算机架602的环境600，每个计算机架602包括架顶(Top ofRack，ToR)交换机604、舱管理器606和多个经池化的系统屉(drawer)。通常，经池化的系统屉可包括经池化的计算屉和经池化的存储屉，以例如实现分解计算系统。任选地，经池化的系统屉还可包括经池化的存储器屉和经池化的输入/输出(I/O)屉。在所图示的实施例中，经池化的系统屉包括

经池化的计算屉608、和

安腾TM(ATOMTM)经池化的计算屉610、经池化的存储屉612、经池化的存储器屉614、以及经池化的I/O屉616。每个经池化的系统屉经由高速链路618连接至ToR交换机604，该高速链路618诸如40千兆位/秒(Gb/s)或100Gb/s以太网链路、或者100+Gb/s硅光子(SiPh)光学链路。在一个实施例中，高速链路618包括600Gb/s SiPh光学链路。

再次，屉可以根据开放计算项目(OCP)或其他分解计算工作颁布的任何规范进行设计，开放计算项目(OCP)或其他分解计算工作努力将主要的架构计算机部件模块化为机架可插拔部件(例如，机架可插拔处理部件、机架可插拔存储器部件、机架可插拔存储部件、机架可插拔加速器部件等)。

计算机架600中的多个计算机架604可经由其ToR交换机620(例如，到舱级交换机或数据中心交换机)互连，如由到网络2720的连接所图示。在一些实施例中，计算机架602的群组作为单独的舱而经由(多个)舱管理器606进行管理。在一个实施例中，使用单个舱管理器来管理舱中的所有机架。替代地，可使用分布式舱管理器来进行舱管理操作。RSD环境600进一步包括管理接口622，该管理接口622用于管理RSD环境的各种方面。这包括管理机架配置，其中对应的参数被存储为机架配置数据624。

上文讨论的系统、数据中心或机架中的任何一个，除了集成在典型的数据中心中，还可以在其他环境中实现，诸如在间隔站或其他微型数据中心内，例如在网络边缘。

本文中的实施例可在各种类型的计算、智能手机、平板电脑、个人计算机和联网装备中实现，诸如在数据中心和/或服务器场环境中采用的那些交换机、路由器、机架和刀片式服务器。数据中心和服务器场中使用的服务器包括阵列式服务器配置，诸如基于机架的服务器或刀片式服务器。这些服务器经由各种网络规定而通信地被互连，这些网络规定诸如利用局域网(LAN)之间适当的交换和路由设施将服务器集合分区为LAN以形成私有内联网。例如，云托管设施可典型地采用具有众多服务器的大型数据中心。刀片包括被配置成用于执行服务器型功能的单独的计算平台，即“卡片上服务器”。相应地，每个刀片包括常规服务器常见的部件，包括主印刷电路板(主板)和安装至该板的其他部件，主印刷电路板提供用于耦合适当的集成电路(IC)的内部布线(例如，总线)。

可使用硬件元件、软件元件或两者的组合来实现各示例。在某些示例中，硬件元件可包括器件、部件、处理器、微处理器、电路、电路元件(例如，晶体管、电阻器、电容器、电感器等等)、集成电路、ASIC、PLD、DSP、FPGA、存储器单元、逻辑门、寄存器、半导体器件、芯片、微芯片、芯片组等等。在某些示例中，软件元件可包括软件组件、程序、应用、计算机程序、应用程序、系统程序、机器程序、操作系统软件、中间件、固件、软件模块、例程、子例程、函数、方法、过程、软件接口、API、指令集、计算代码、计算机代码、代码段、计算机代码段、字、值、符号，或其任何组合。确定是否使用硬件元件和/或软件元件来实现示例可能根据任何数量的因素而不同，这些因素诸如，如对于给定实现方式所期望的所需的计算速率、功率电平、热容限、处理周期预算、输入数据速率、输出数据速率、存储器资源、数据总线速度以及其他设计或性能约束。

一些示例可使用制品或至少一种计算机可读介质来实现，或者可被实现为制品或至少一种计算机可读介质。计算机可读介质可包括用于存储逻辑的非瞬态存储介质。在一些示例中，非瞬态存储介质可包括能够存储电子数据的一种或多种类型的计算机可读存储介质，包括易失性存储器或非易失性存储器、可移除存储器或不可移除存储器，可擦除存储器或不可擦除存储器，可写入存储器或可重写存储器等等。在一些示例中，逻辑可包括各种软件元件，诸如软件组件、程序、应用、计算机程序、应用程序、系统程序、机器程序、操作系统软件、中间件、固件、软件模块、例程、子例程、函数、方法、过程、软件接口、API、指令集、计算代码、计算机代码、代码段、计算机代码段、字、值、符号或其任何组合。

根据一些实施例，计算机可读介质可包括用于存储或维持指令的非瞬态存储介质，这些指令在由机器、计算设备或系统执行时使得机器、计算设备或系统执行根据所描述示例的方法和/或操作。指令可包括任何合适类型的代码，如源代码、经编译的代码、经解释的代码、可执行代码、静态代码、动态代码等等。指令可根据预定义的计算机语言、方式或语法来实现，以用于指令机器、计算设备或系统执行某一功能。指令可使用任何合适的高级的、低级的、面向对象的、可视的、经编译的和/或经解释的编程语言来实现。

在上文教导中的任何一个可以体现在半导体芯片中的范围内，用于最终针对半导体制造工艺的半导体芯片的电路设计的描述可以采用各种格式，诸如(例如，VHDL或Verilog)寄存器传输级(RTL)电路描述、门级电路描述、晶体管级电路描述或掩模描述或其各种组合。此类电路描述，有时被称为“IP核”，通常体现在一个或多个计算机可读存储介质(诸如一个或多个CD-ROM或其他类型的存储技术)上，并且被提供给电路设计合成工具和/或掩模生成工具、和/或以其他方式由电路设计合成工具和/或掩模生成工具所处理、和/或用于电路设计合成工具和/或掩模生成工具。此类电路描述还可嵌有程序代码，该程序代码由实现电路设计合成工具和/或掩模生成工具的计算机来处理。

短语“一个示例”或“示例”的出现不一定全部指代同一示例或实施例。本文中描述的任何方面可以与本文中描述的任何其他方面或类似方面组合，不论这些方面是否相对于同一附图或要素来描述。在附图中描绘的框功能的划分、省略或包括无法推断出用于实现这些功能的硬件部件、电路、软件和/或元件一定要被划分、省略或包括在各实施例中。

可以使用表达“耦合的”和“连接的”以及它们的派生词来描述一些示例。这些术语并不必旨在作为彼此的同义词。例如，使用术语“连接的”和/或“耦合的”的描述可指示两个或更多元件彼此处于直接的物理或电接触。然而，术语“耦合的”还可以意味着两个或更多个元件彼此未直接接触，但仍然彼此进行合作或交互。

本文中的术语“第一”、“第二”等不指示任何顺序、数量或重要性，而是用于在要素之间进行区分。本文中的术语“一(“a”和“an”)”不指示对数量的限制，而是指示存在至少一个所引用的项。本文中参考信号使用的术语“断言的”指示信号的状态，其中信号是活跃的，并且这可以通过向信号施加逻辑0或逻辑1的任何逻辑电平来实现。术语“接着”或“在……之后”可以指代紧接着或跟在另一个或另一些事件之后。也可根据替代实施例执行其他序列。此外，可取决于特定应用添加或去除附加序列。可以使用变化的任何组合，并且受益于本公开的本领域普通技术人员将理解本公开的许多变型、修改和替代实施例。

除非专门另外陈述，否则应理解诸如短语“X、Y或Z中的至少一个”之类的分隔语言在一般用于呈现项、项目等可以是X、Y或Z或其任何组合(例如，X、Y和/或Z)的上下文之内。因此，此类分隔语言一般不旨在暗示并且不应暗示某些实施例需要至少一个X、至少一个Y或至少一个Z各自都存在。此外，除非专门另外陈述，否则还应理解诸如短语“X、Y和Z中的至少一个”之类的分隔语言意味着X、Y、Z或其任何组合，包括“X、Y和/或Z”。

Claims (20)

1.一种装置，包括：

导热部件的天花板部分和地板部分，所述天花板部分和所述地板部分被放置在半导体芯片封装集成散热器上，以从所述半导体芯片封装内的至少一个半导体芯片中去除热量，其中，所述地板部分和所述天花板部分的各自内表面彼此面对并且之间有空间，使得在所述各自内表面之间的所述导热部件内存在一个或多个空腔；以及

框架部件，所述框架部件紧靠所述天花板部分和所述地板部分中的至少一个，以在向包括所述导热部件和所述半导体芯片封装的热组件施加加载力时阻碍所述天花板部分和所述地板部分中的至少一个的变形。

2.如权利要求1所述的装置，其中，所述框架部件位于所述地板部分和所述半导体封装集成散热器之间。

3.如权利要求2所述的装置，其中，所述热组件是用于两相冷却系统的蒸汽室。

4.如权利要求2所述的装置，其中，所述热组件是用于液体冷却系统的冷板。

5.如权利要求1所述的装置，其中，所述天花板部分包括法兰，所述框架部件紧靠所述法兰。

6.如权利要求1和权利要求2所述的装置，其中，所述天花板部分包括法兰，所述框架部件紧靠所述法兰。

7.如权利要求1所述的装置，其中，所述框架部件的最厚部分比所述天花板部分和所述地板部分中的各自的最薄部分厚。

8.一种数据中心，包括：

多个计算系统，所述多个计算系统被容纳在通过至少一个网络彼此通信地耦合的机架中；

液体冷却系统，所述液体冷却系统包括泵送装备和冷却装备；

热组件，所述热组件在所述多个计算系统中的一个计算系统内的半导体芯片封装上，用于从所述半导体芯片封装内的至少一个半导体芯片去除热量，所述热组件包括以下a)和b)：

a)导热部件，所述导热部件与所述半导体芯片封装的集成散热器直接热接触，所述导热部件具有地板部分和天花板部分，所述地板部分和所述天花板部分具有彼此面对并且之间有空间的各自的内表面，使得一个或多个空腔存在于所述各自内表面之间的所述导热部件内，所述导热部件与所述液体冷却系统流体耦合，所述液体冷却系统具有用于发射加热的蒸汽和/或液体冷却剂的出口端口、以及用于接收冷却的液体冷却剂的输入端口；以及

b)框架部件，所述框架部件紧靠所述天花板部分和所述地板部分中的至少一个，当向所述热组件施加加载力时，所述框架部件阻碍所述天花板部分和所述地板部分中的至少一个的变形。

9.如权利要求1所述的数据中心，其中，所述框架部件位于所述地板部分和所述半导体封装集成散热器之间。

10.如权利要求2所述的数据中心，其中，所述热组件是用于两相冷却系统的蒸汽室。

11.如权利要求2所述的数据中心，其中，所述热组件是用于液体冷却系统的冷板。

12.如权利要求1所述的数据中心，其中，所述天花板部分包括法兰，所述框架部件紧靠所述法兰。

13.如权利要求1所述的数据中心，其中，所述地板部分包括法兰，所述框架部件紧靠所述法兰。

14.如权利要求1所述的数据中心，其中，所述框架部件的最厚部分比所述天花板部分和所述地板部分中的各自的最薄部分厚。

15.一种方法，包括：

将导热部件的天花板部分和地板部分机械地集成在半导体芯片封装的集成散热器上，其中，所述天花板部分和所述地板部分的各自内表面彼此面对并且之间有空间，以在所述导热部分内形成至少一个空腔；

使框架部件紧靠所述天花板部分和所述地板部分中的至少一个；以及

施加加载力以将包括所述导热部件和所述框架部件的所述热组件固定到电子电路板上，其中，所述天花板部分和所述地板部分在所述加载力的施加期间保持它们的结构完整性。

16.如权利要求15所述的方法，其中，所述框架部件位于所述地板部分和所述集成散热器之间。

17.如权利要求15所述的方法，其中，所述天花板部分包括法兰，所述框架部件在所述加载力的施加期间按压在所述法兰上。

18.如权利要求15所述的方法，其中，所述地板部分包括法兰，所述框架部件在所述加载力的施加期间按压在所述法兰上。

19.如权利要求15所述的方法，其中，所述导热部件是用于两相冷却系统的蒸汽室。

20.如权利要求15所述的方法，其中，所述导热部件是用于液体冷却系统的冷板。

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