CN117837277A - 具有用于提高冷却能力的冷却剂沸点降低的浸没冷却系统 - Google Patents

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CN117837277A CN202280039785.6A CN202280039785A CN117837277A CN 117837277 A CN117837277 A CN 117837277A CN 202280039785 A CN202280039785 A CN 202280039785A CN 117837277 A CN117837277 A CN 117837277A
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Abstract

描述了一种操作浸没冷却系统的方法。该方法包括操作浸没在液体冷却剂中的一个或多个电子组件。一个或多个电子组件的操作导致液体冷却剂沸腾。该方法包括在腔室的环境区域中冷凝来自沸腾液体冷却剂的蒸汽。该方法包括从腔室的环境区域抽吸气体以降低腔室的环境区域内的气体的压力。气体压力的降低是为了降低液体冷却剂的沸点。降低液体冷却剂的沸点是为了提高浸没冷却系统的冷却能力。

Description

具有用于提高冷却能力的冷却剂沸点降低的浸没冷却系统
优先权要求
本申请在35 U.S.C.§365(c)下要求2021年9月13日提交的题为“IMMERSIONCOOLING SYSTEM WITH COOLANT BOILING POINT REDUCTION FOR INCREASED COOLINGCAPACITY(具有用于提高冷却能力的冷却剂沸点降低的浸没冷却系统)”的美国申请第17/473,870号的优先权，该申请以其整体被并入本文。
背景技术
系统设计工程师面临挑战，尤其是相对于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水平打包到越来越小的封装中。因此，设计创造性的封装和冷却系统，以跟上这种激进设计的系统的热要求。
附图说明
结合以下附图，可以从以下具体实施方式获得对本发明更好的理解，在这些附图中：
图1示出了现有技术冷却系统；
图2示出了改进的冷却系统；
图3示出了另一改进的冷却系统；
图4示出了关于图2和图3的改进的冷却系统的操作的信息；
图5示出了用于图3的改进的冷却系统的泵；
图6示出了冷却系统；
图7示出了系统；
图8示出了数据中心；
图9示出了机架。
具体实施方式
图1描绘了诸如数据中心底盘/板之类的电子系统，其具有在浸没冷却系统中被冷却的许多附接的有源组件。如图1中所观察到的，安装有电气组件(例如，半导体芯片)的一个或多个电子电路板101被通电并工作，同时板101及其组件浸没在腔室100内的导热但电绝缘的液体102的浴中。板101及其组件的完全浸没使电气系统的表面积最大化，在该表面积上，来自正在工作的半导体芯片的热量可以被释放到冷却介质(冷却剂102)中。此外，与空气冷却系统相比，液体通常具有比空气高得多的潜热和比热，从而导致电子器件冷却的低得多的热阻。
这里，来自正在工作的半导体芯片的热量从电子系统传递到浸没浴102。在初始加热期间，当功率耗散不高并且从电子器件到周围液体的热传递是经由对流时，浴冷却剂102的温度响应于来自电子系统的热量而变暖，但不沸腾(浴冷却剂102的温度保持低于液体的沸点)。当功率持续增加达一定时段时(例如，如果电子系统在一定功率以上连续正在工作则可以适用)，热浴102中的液体沸腾并从液体转变为蒸汽(电子设备表面周围的液体的温度超过液体的沸点)。来自浴的蒸汽将通过冷凝器103被冷凝。所得的液体冷却剂返回到浴102，这有效地从封装的电子器件和整个电气系统移除热量。
一般而言，浸没浴102通过沸腾过程更高效地将热量从正在工作的电子器件传递走，该沸腾过程具有在比比热更高的液体潜热下从液体到蒸汽的相变(上述第二过程相比上述第一过程具有更好的热传输效率)。
换句话说，来自正在工作的电子器件的热量通过沸腾活动快速传递到环境104，然后，冷凝器103快速地从整个系统移除环境104中的热量(环境104被理解为是腔室100内的浴102上方的开放空间)。因此，使用更容易引起沸腾的冷却剂可以更高效地冷却电子组件。更具体地，通过降低冷却剂的沸点，电子组件将更高效地传递/移除其热量。
最广泛使用的浸没冷却剂的沸点虽然对于液体来说相对较低(例如，大约50℃)，但不幸的是不具有足够低的沸点来高效地冷却未来更高瓦数的电子组件(例如，每m3冷却剂750W或更高)。
因此，图2示出了改进的浸没冷却系统，其降低了浸没浴202中的液体的沸点。通过降低浸没浴液体202的沸点，浸没浴201将对于相同的浸没电子组件瓦数表现出更大的沸腾活动，这进而又对应于更高的热传递效率(整个系统的更大的冷却能力)。
如本领域已知的，液体的沸点通常在液体的环境处于大气压(101KPa)时来指定。因此，当它们各自的环境处于大气压下时，最广泛使用的浸没冷却剂的上述沸点约为50℃。这里，图1的现有技术浸没冷却系统的环境104标称地处于大气压力。因此，浸没液体102通常表现出约50℃的沸点。
值得注意的是，液体的沸腾温度取决于环境204的压力。具体地，环境压力越高，气泡越难以成核并逸出液体表面。相比之下，施加到液体或称为环境的腔室内压力越低，分子逸出液体表面所需的速度就越小。前者(较高的环境压力)对应于较高的沸点，而后者(较低的环境压力)对应于较低的沸点。因此，任何液体的沸点都可以通过降低环境压力来降低。
如图2中所观察的，改进的浸没冷却系统包括上面相对于图1的现有技术浸没冷却系统描述的组件(具体地，具有浸没冷却剂浴202和环境204以及环境内的冷凝器203的腔室200)。然而，附加地，腔室200的环境204区域连接到泵205的输入206。泵205的泵送动作从腔室200内的环境204抽吸空气和蒸汽以在腔室内部的液体表面上形成较低的压力，这进而降低了环境204的压力。在各种实施例中，除了与泵205的流体连接之外，腔室200是密封的(“气密的”)，使得环境205的压力响应于来自泵205的泵送动作的进气吸入而下降。
环境压力的降低使浸没浴液体202的沸点降低。如上所述，降低浸没浴202的沸点提高了系统的热传递效率，从而允许更高瓦数的电子器件由系统充分冷却。
由于腔室200内的沸腾活动，被吸入泵输入206的气态物质(例如，“空气”)易于具有一些湿度/蒸汽(环境204包含浸没浴液体的小颗粒)。因此，在泵输出207处排放的空气被冷凝器208(例如，除湿器、热交换器等)接收，冷凝器208(例如，通过对液体进行冷却来)从空气中移除液体。然后液体返回到腔室200的冷却剂202区域。
图3示出了将冷凝器集成到泵305中的另一实施例。因此，泵305具有液体输出308，其提供从被吸入泵305的潮湿空气提取的液体冷却剂。从液体输出308排放的液体冷却剂然后返回到腔室300的冷却剂302区域。如果在泵305内执行的冷凝过程不是高效的，则泵还包括按照图2的方法的空气输出。如此，同样按照图2的方法，从泵205排放的空气被引导至冷凝器308，冷凝器308冷凝空气中的液体并将其返回至腔室300的冷却剂302区域。同样，如果泵的集成冷凝器移除了足够量的进气空气的蒸汽，则不需要存在第二冷凝器308。
用于两相浸没浴的液体包括均来自明尼苏达州梅普尔伍德的3M公司的FluroinertTM电子液体FC-3284和FC-72以及NovecTM工程流体7000、7100和7200。这些液体中的每一者基本上都是惰性的并且是电绝缘的(介电的)。FluroinertTM产品是全氟化液体，在大气压下的指定沸点为50℃(FC-3284)和56℃(FC-72)。NovecTM产品是非油基液体，在大气压下沸点为34℃(7000)、61℃(7100)和76℃(7200)。据信，如上面参照图2和图3所述，可以通过降低冷却剂腔室200、300中的环境压力来降低这些液体中的任一者的上述指定沸点。
图4提供了来自在腔室中具有大约1m3的FC-3284冷却剂和“粗糙”真空泵的实验系统的数据。从图4中可以看出，通过真空泵的泵送动作，冷却剂的沸点成功地从大气压(0.101Mpa)下的大约50℃(点A)降低至0.04兆帕(Mpa)下的大约25℃(点B)。而且，如图4所示，冷却剂沸点的降低转化为冷却能力402从仅440瓦(W)(点C)到740W(点D)的理论上的改进。因此，据信，通过将冷却剂的沸点减半，系统的冷却能力可以几乎变为两倍。
在生成图4的信息的具体实验设置中，过程真空泵只能达到腔室内0.04Mpa的最小环境压力。如果使用可以实现甚至更低的环境压力的其他更高性能的泵，则据信可以在相应地进一步改进冷却能力的情况下实现甚至更低的沸点。例如，可在对应的热容量提高高达或甚至超过每1m3冷却剂1000W的情况下实现低至0.02Mpa或0.01Mpa或更低的环境压力。
图5示出了图3的集成泵305的实施例的更详细的视图。如图5中所观察到的，集成泵505包括在单个底盘或框架505中的泵511和冷凝器512。泵505与图2的泵205类似，可以是能够对腔室环境施加吸力的多种不同泵类型中的任何一种。示例包括动态泵(例如，离心的)和正位移泵(例如，旋转的和往复的)。冷凝器可以是从潮湿空气移除液体的任何装置(例如，除湿器、热交换器等)。
集成泵具有两个阶段，其中泵511处于第一阶段并且冷凝器512处于第二阶段。在操作中，泵阶段511的输入吸入腔室中的潮湿空气以产生沸点降低的冷却剂。冷凝器阶段512接收已从腔室环境泵送的潮湿空气并从中移除液体冷却剂。如此，冷凝器阶段具有提供干燥空气的第一输出和提供经移除的液体冷却剂的第二输出。
冷凝器从空气移除的液体在液体输出处被提供并返回至腔室。如果冷凝器阶段512是高效的，使得空气大部分被干燥(具有非常少的水分或没有水分)，则允许干燥的输出空气从系统逸出。相反，如果冷凝器具有较低效率，则空气输出可以耦合至另一冷凝器以提取空气中的剩余液体并将液体返回到腔室。
图4的冷却能力曲线402是按照下面的等式1所提供的来计算的：
在等式1中；1)Tjmax是冷却系统冷却的(一个或多个)电子芯片的最大允许结温(℃)；2)BP是液体冷却剂的沸点(℃)；3)Ppkg是封装从热源到封装上述(一个或多个)芯片的电子封装的表面的热阻，其单位为(℃/W)；4)Pcoolant是周围液体冷却剂到电子器件表面的热阻(℃/W)。
等式1的分子描述当(一个或多个)半导体芯片以最大功率工作并且冷却剂沸腾时的相关温度。等式1的分母是描述从(一个或多个)半导体芯片到环境(热量首先行进穿过芯片封装，然后穿过冷却剂)的热路径的物理热传递特性。对于生成图4的曲线401的特定测试装置，Tjmax＝85℃，Ppkg＝0.05℃/W并且Pcoolant＝0.03℃/W。
这里，假设具有多个半导体芯片的电子板浸没冷却剂浴中，等式1提供了可由系统冷却的板的最大总电瓦数(Tjmax和Ppkg是板上芯片及其封装的象征)。值得注意的是，分子项随着沸点的降低而增加，这对应于在冷却剂沸点降低时观察到的热容量的提高。
需要指出的是，虽然“空气”被称为腔室中的气体含量，但是各种替代实施例可以采用其他气体材料或将其他气体材料引入到腔室中，使得腔室内的气体含量是除仅“空气”之外的其他物。因此，在更广泛的意义上，读者应该理解，上述教导更普遍地适用于气相中的一种或多种物质位于腔室的环境区域中的实施例。
还需要指出的是，腔室可以具有许多不同的形状和大小。特别地，例如，腔室的环境区域可以具有多个间隔区或子腔室。例如，腔室的环境区域的第一子腔室与液体冷却剂物理对接并收集来自沸腾冷却剂的蒸汽。相比之下，冷凝器位于流体耦合到第一子腔室的第二子腔室中。蒸汽从第一子腔室流至第二子腔室以进行冷凝。然后，冷凝的液体冷却剂从第二子腔室返回到腔室的冷却剂区域。由泵吸取的(一个或多个)腔室输出可以在这些子腔室中的一者或两者中，和/或在腔室的环境区域的另一(第三)子腔室中。
因此，腔室的环境区域可以包括多个子腔室，这些子腔室例如在它们之间具有开放的(或者甚至有阀的)导管。腔室的冷却剂区域还可以具有许多不同的大小和形状(例如，用于浸没在每个子腔室包含的冷却剂中的每个电子电路板的单独的子腔室)。
尽管以上教导涉及降低腔室压力以降低浸没浴的沸点的系统，但可以设想的是，可以使用类似的方法来增加压力以升高浸没浴的沸点(例如，在候选浴冷却剂的沸点太低而无法操作使用的情况下)。在这种情况下，泵将泵入腔室，从而提高压力和沸点。
上面的教导可以应用于图6的冷却装置600。图6描绘了通用冷却装置600，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6中所观察的，封装602内的一个或多个半导体芯片安装到电子电路板601。冷板603与封装602热耦合(例如，通过将冷板603放置在封装602上，在它们之间具有导热材料(“热界面材料”))，使得冷板603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603也可称为蒸汽腔室)。
液体冷却剂位于冷板603内。如果系统还采用空气冷却(可选的)，则散热器604可热耦合至冷板603。加热的液体冷却剂和/或蒸汽605离开冷板603，以由冷却装备(例如，(一个或多个)热交换器、(一个或多个)辐射器、(一个或多个)冷凝器、(一个或多个)制冷单元等)中的一项或多项冷却，并且由泵送装备(例如，动态的(例如，离心的)、正位移(例如，旋转、往复等)606中的一项或多项泵送。然后，冷却的液体607进入冷板603并重复该过程。
对于冷却装备和泵送装备606，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606的任何装备的进气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(一个或多个)冷板供应。
在后者(从多个半导体芯片封装的(一个或多个)冷板接收进气)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组件。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)的组件。本质上，图6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内的冷却系统)、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者的组件进行冷却的冷却系统)以及两者之间的冷却系统。
图6还描述了浸没冷却系统，其中应理解，加热的流体和/或加热的蒸汽流605来自浸没浴腔室(未示出以便于说明)，并且冷却的流体流607进入浸没浴腔室。
以下关于图7、图8和图9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中的任何一者的任何电子组件和/或电光组件和/或任何电子电路板都可以根据上文详细讨论的降低沸点的教导浸没在冷却剂中并且被冷却。
图7描绘示例系统。系统700包括处理器710，该处理器710提供对用于系统700的指令的处理、操作管理和执行。处理器710可以包括任何类型的微处理器、中央处理单元(central processing unit,CPU)、图形处理单元(graphics processing unit,GPU)、处理核心、或用于为系统700提供处理的其他处理硬件、或处理器的组合。处理器710控制系统700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(digital signal processor,DSP)、可编程控制器、专用集成电路(applicationspecific integrated circuit,ASIC)、可编程逻辑器件(programmable logic device,PLD)等或此类设备的组合。
某些系统还执行联网功能(例如，分组头部处理功能，诸如列举数例，下一个节点跃点查找、具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)。这样的系统可以包括一个或多个网络处理器来执行这样的联网功能(例如，以流水线方式或其他方式)。
在一个示例中，系统700包括耦合至处理器710的接口712，该接口712可以表示用于需要较高带宽连接的系统组件(诸如存储器子系统720或图形接口组件740或加速器742)的较高速的接口或高吞吐量接口。接口712表示接口电路，其可以是独立组件或被集成到处理器管芯上。在存在的情况下，图形接口740对接至图形组件，以用于向系统700的用户提供视觉显示。在一个示例中，图形接口740可以驱动向用户提供输出的高清(highdefinition,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HD(例如，1080p)、视网膜显示器、4K(超高清或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740基于存储器730中所存储的数据或基于由处理器710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740基于存储器730中所存储的数据或基于由处理器710执行的操作或基于这两者来生成显示。
加速器742可以是可以由处理器710访问或使用的固定功能卸载引擎。例如，加速器742之中的加速器可以提供压缩(compression,DC)能力、诸如公钥加密(public keyencryption,PKE)之类的密码学服务、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，附加地或替代地，加速器742之中的加速器提供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742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742可以包括单核心或多核心处理器、图形处理单元、逻辑执行单元、单级或多级缓存、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(neural network processor,NNP)、“X”处理单元(“X”processing unit,XPU)、可编程控制逻辑、以及诸如现场可编程门阵列(fieldprogrammable gate array,FPGA)之类的可编程处理元件。加速器742可以提供可以能够由人工智能(artificial intelligence,AI)或机器学习(machine learning,ML)模型使用的多个神经网络，处理器核心或者图形处理单元。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学习或异步优势动作评价算法(Asynchronous Advantage Actor-Critic,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、处理器核心或图形处理单元能够由AI或ML模型使用。
存储器子系统720表示系统700的主存储器，并且提供用于由处理器710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720可以包括一个或多个存储器设备730，诸如只读存储器(read-only memory,ROM)、闪存、易失性存储器，或者此类设备的组合。存储器730存储并主控操作系统(operating system,OS)732以提供用于在系统700中的指令的执行的软件平台，等等。附加地，应用734可以在来自存储器732的OS 730的软件平台上执行。应用734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736表示向OS 732或一个或多个应用734或组合提供辅助功能的代理或例程。OS 732、应用734和进程736提供为系统700提供功能的软件逻辑。在一个示例中，存储器子系统720包括存储器控制器722，该存储器控制器722是用于生成命令并向存储器730发出命令的存储器控制器。将理解，存储器控制器722可以是处理器710的实体部分或接口712的实体部分。例如，存储器控制器722可以是被集成到具有处理器710的电路上的集成存储器控制器。在一些示例中，片上系统(system on chip,SOC或SoC)将以下各项中的一项或多项组合到一个SoC封装中：处理器、图形元件、存储器、存储器控制器、以及输入/输出(Input/Output,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)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(Dynamic Random Access Memory,动态随机存取存储器)或某种变型(诸如同步DRAM(Synchronous 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(Double Data Rate version 3，双倍数据速率版本3，最初由JEDEC(Joint Electronic Device Engineering Council,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)，JESD235(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700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组件通信地或电气地耦合在一起，或者将组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，总线可以包括以下各项中的一项或多项：系统总线、快速外围部件互连(Peripheral ComponentInterconnect express,PCIe)总线、超传输或工业标准体系结构(industry standardarchitecture,ISA)总线、小型计算机系统接口(small computer systeminterface,SCSI)总线、远程直接存储器访问(Remote Direct Memory Access,RDMA)、互联网小型计算机系统接口(Internet Small Computer Systems Interface,iSCSI)、NVM快速(NVM express,NVMe)、相干加速器接口(Coherent Accelerator Interface,CXL)，相干加速器处理器接口(Coherent Accelerator Processor Interface,CAPI)、加速器的缓存相干互连(CacheCoherent Interconnect for Accelerators,CCIX)、开放相干加速器处理器(OpenCoherent Accelerator Processor,Open CAPI)或Gen-z联盟开发的其他规范、通用串行总线(universal serial bus,USB)或电气与电子工程师协会(Institute of Electricaland Electronics Engineers,IEEE)标准1394总线。
在一个示例中，系统700包括接口714，该接口714可以耦合至接口712。在一个示例中，接口714表示接口电路，其可以包括独立组件和集成电路系统。在一个示例中，多个用户接口组件或外围组件耦合至接口714，或者这两者均耦合至接口714。网络接口750向系统700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750可以包括以太网适配器、无线互连组件、蜂窝网络互连组件、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750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750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750、处理器710和存储器子系统720结合使用。
在一个示例中，系统700包括一个或多个输入/输出(I/O)接口760。I/O接口760可以包括用户可以通过其与系统700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)的一个或多个接口组件。外围接口770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700的设备。依赖性连接是系统700向在其上执行操作、并且用户与其进行对接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700包z括用于以非易失性方式存储数据的存储子系统780。在一个示例中，在某些系统实现方式中，存储780的至少某些组件可以与存储器子系统720的组件重叠。存储子系统780包括(一个或多个)存储设备784，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，诸如一个或多个磁性、固态或基于光学的盘、或组合。存储784以持久状态来保持代码或指令和数据(例如，不论对系统700的功率的中断，值均被保留)。存储784一般可以被认为是“存储器”，但存储器730典型地是向处理器710提供指令的正在执行或操作的存储器。尽管存储784是非易失性的，但存储器730可以包括易失性存储器(例如，如果对系统700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780包括用于与存储784对接的控制器782。在一个示例中，控制器782是接口714或处理器710的实体部分，或者可以包括处理器710和接口714两者中的电路或逻辑。
非易失性存储器(non-volatile memory,NVM)设备是即使到设备的功率中断其状态也确定的存储器。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(Single-Level Cell,“SLC”)、多级单元(Multi-Level Cell,“MLC”)、四级单元(Quad-Level Cell,“QLC”)、三级单元(Tri-LevelCell,“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(也称为持久性存储器)，诸如单级或多级相变存储器(Phase Change Memory,PCM)或带开关的相变存储器(phase change memory with aswitch,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(Conductive Bridge Random Access Memory,CB-RAM)的电阻式存储器、纳米线存储器、铁电随机存取存储器(ferroelectric randomaccess memory,FeTRAM、FRAM)、结合忆阻器技术的磁阻随机存取存储器(magnetoresistive random access memory,MRAM)、自旋转移力矩(spin transfer torque,STT)-MRAM、基于自旋电子磁结存储器的设备、基于磁隧穿结(magnetic tunneling junction,MTJ)的设备、基于DW(Domain Wall，畴壁)和SOT(Spin Orbit Transfer，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700的组件提供功率。更具体地，功率源通常对接至系统700中的一个或多个功率供应以向系统700的组件提供功率。在一个示例中，电源包括用于插入到墙壁插座中的AC到DC(交流到直流)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经由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、基于动作的功率供应、太阳能功率供应、或燃料电池源。
在示例中，系统700可以实现为分解计算系统。例如，系统400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撬板来实现。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，可以根据开放计算项目(Open ComputeProject,OCP)或其他分解计算工作颁布的任何规范设计撬板，开放计算项目(OCP)或其他分解计算工作努力将主要的体系结构计算机组件模块化为机架可插拔组件(例如，机架可插拔处理组件、机架可插拔存储器组件、机架可插拔存储组件、机架可插拔加速器组件等)。系统可以位于网络外围以增加网络外围的计算能力(边缘计算)。系统还可以是预期面临极端温度的系统(例如，该系统是坐落在蜂窝架外部的基站或者是其一部分)。
图8描绘数据中心的示例。各种实施例可在图8的数据中心中使用或与图8的数据中心一起使用。如图8中所示，数据中心800可以包括光学结构812。光学结构812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800中的任何特定撬板可向数据中心800中的其他撬板发送信号(并从其他撬板接收信号)。然而，光、无线和/或电信号可以使用结构812来传输。光学结构812提供给任何给定撬板的信令连接可以包括到同一机架中的其他撬板和其他机架中的撬板的连接。
数据中心800包括四个机架802A至802D，并且机架802A至802D分别容纳撬板对804A-1和804A-2、撬板对804B-1和804B-2、撬板对804C-1和804C-2以及撬板对804D-1和804D-2。因此，在该示例中，数据中心800总共包括八个撬板。光学结构812可以提供与其他七个撬板中的一个或多个撬板的撬板信令连接。例如，经由光学结构812，机架804A中的撬板802A-1可以具有与机架804A中的撬板802A-2以及分布在数据中心800的其他机架802B、802C和802D之间的其他六个撬板804B-1、802B-2、804C-1、804C-2、804D-1和804D-2的信令连接。实施例不限于该示例。例如，结构812可以提供光和/或电信令。
图9描绘包括多个计算机架902的环境900，每个计算机架902包括架顶(Top ofRack，ToR)交换机904、舱管理器906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。可选地，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计算机屉908、以及/>ATOMTM经池化计算屉910、经池化存储屉912、经池化存储器屉914、以及经池化I/O屉916。每个经池化的系统屉经由高速链路918连接至ToR交换机904，该高速链路918诸如40千兆位/秒(Gb/s)或100Gb/s的以太网链路、或100+Gb/s的硅光子(Silicon Photonics,SiPh)光学链路。在一个实施例中，高速链路918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体系结构计算机组件模块化为机架可插拔组件(例如，机架可插拔处理组件、机架可插拔存储器组件、机架可插拔存储组件、机架可插拔加速器组件等)。
计算机架900中的多个计算机架可经由其ToR交换机904互连(例如，到舱级交换机或数据中心交换机)，如由到网络920的连接所图示。在一些实施例中，计算机架902的群组作为单独的舱而经由(一个或多个)舱管理器906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900进一步包括管理接口922，该管理接口922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924。
除了集成在典型的数据中心中，上文讨论的系统、数据中心或机架中的任何一者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，在网络边缘处。
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互连，诸如利用局域网(Local Area Network,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，云托管设施通常可采用具有众多服务器的大型数据中心。刀片包括被配置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组件，包括主印刷电路板(主板)和安装至该板的其他组件，主印刷电路板提供用于耦合适当的集成电路(integrated circuit,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。在一些示例中，硬件元件可包括器件、组件、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。在一些示例中，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。
根据一些示例，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，诸如，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。
就上述教导中的任何一者可以具体化在半导体芯片中而言，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取各种格式的形式，诸如(例如，VHDL或Verilog)寄存器传输级(register transfer level,RTL)电路描述、门级电路描述、晶体管级电路描述或掩码描述或其各种组合。此类电路描述，有时被称为“IP核心”，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。这些术语不一定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个元件彼此处于直接的物理接触或电接触。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，而是用于将一个要素与另一个要素进行区分。本文中的术语“一(“a”和“an”)”不指示对数量的限制，而是表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”表示信号的状态，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”可以指代紧接着另一个或另一些事件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、项目等可以是任一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：
浸没冷却系统，包括：
a)腔室；
b)冷凝器，用于当腔室包含在所述腔室的液体冷却剂区域中沸腾的液体冷却剂时，冷却所述腔室的环境区域中的蒸汽；
c)泵，用于从所述腔室的所述环境区域抽气以降低所述腔室的所述环境区域的压力，其中，所述腔室的所述环境区域的所述压力被降低以降低所述液体冷却剂的沸点，其中，所述液体冷却剂的所述沸点被降低以增加所述浸没冷却系统的冷却能力。
2.如权利要求1所述的装置，进一步包括另一冷凝器，用于接收来自所述泵的气体输出的气体并且将所述液体冷却剂提供至所述腔室的所述冷却剂区域。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，另一冷凝器集成在所述泵内。
4.如权利要求3所述的装置，进一步包括所述泵的流体输出，用于将由所述另一冷凝器提取的所述液体冷却剂提供至所述腔室的所述冷却剂区域。
5.如权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述浸没冷却系统的所述冷却能力为至少740W/m3的所述液体冷却剂。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述浸没冷却系统的所述冷却能力为至少1000W/m3的所述液体冷却剂。
7.如权利要求1或5所述的装置，其特征在于，所述腔室的所述环境区域的所述压力要被降低至0.04Mpa或更低。
8.一种数据中心，包括：
通过网络通信耦合的多个计算系统，其中，所述计算系统中的至少一个计算系统包括具有电子组件的电子电路板，所述电子印刷电路板浸没在所述数据中心的浸没冷却系统的液体冷却剂中，所述浸没冷却系统包括：
a)腔室，所述腔室包含所述液体冷却剂；
b)冷凝器，用于当所述液体冷却剂在所述腔室的液体冷却剂区域中沸腾时，冷却所述腔室的环境区域中的蒸汽；
c)泵，用于从所述腔室的所述环境区域抽气以降低所述腔室的所述环境区域的压力，其中，所述腔室的所述环境区域的所述压力被降低以降低所述液体冷却剂的沸点，其中，所述液体冷却剂的所述沸点被降低以增加所述浸没冷却系统的冷却能力。
9.如权利要求8所述的数据中心，进一步包括另一冷凝器，用于接收来自所述泵的气体输出的气体并且将所述液体冷却剂提供至所述腔室的所述冷却剂区域。
10.如权利要求8所述的数据中心，其特征在于，另一冷凝器集成在所述泵内。
11.如权利要求10所述的数据中心，进一步包括所述泵的流体输出，用于将由所述另一冷凝器提取的所述液体冷却剂提供至所述腔室的所述冷却剂区域。
12.如权利要求8所述的数据中心，其特征在于，所述浸没冷却系统的所述冷却能力为至少740W/m3的所述液体冷却剂。
13.如权利要求12所述的数据中心，其特征在于，所述浸没冷却系统的所述冷却能力为至少1000W/m3的所述液体冷却剂。
14.如权利要求8所述的数据中心，其特征在于，所述腔室的所述环境区域的所述压力要被降低至0.04Mpa或更低。
15.一种操作浸没冷却系统的方法，包括：
操作浸没在液体冷却剂中的一个或多个电子组件，所述一个或多个电子组件的所述操作导致所述液体冷却剂沸腾；
在腔室的环境区域中冷凝来自沸腾液体冷却剂的蒸汽；
从所述腔室的所述环境区域抽吸气体以降低所述腔室的所述环境区域内的所述气体的压力，所述气体的所述压力的所述降低用于降低所述液体冷却剂的沸点，所述液体冷却剂的所述沸点的所述降低用于增加所述浸没冷却系统的所述冷却能力。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述气体的所述抽吸是通过操作泵来执行的。
17.如权利要求16所述的方法，进一步包括：
所述泵提供经冷凝的液体冷却剂；
将所述液体冷却剂返回至所述腔室的冷却剂区域。
18.如权利要求16所述的方法，进一步包括：
所述泵提供经干燥气体；
冷凝所述经干燥气体以提供经冷凝液体冷却剂；以及，
将所述经冷凝液体冷却剂返回至所述腔室的冷却剂区域。
19.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述浸没冷却系统的所述冷却能力为所述腔室的液体冷却剂区域内的至少740W/m3的所述液体冷却剂。
20.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述腔室的所述环境区域的所述压力为0.04Mpa或更低。
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