CN209693331U - 一种液冷浸没式超级计算中心散热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种液冷浸没式超级计算中心散热系统，属于超级计算中心散热领域。该系统中的芯片冷却箱嵌套在沸腾导热箱中，位于沸腾导热箱下部；芯片通过快速插拔固定在芯片冷却箱的底板上；芯片冷却箱中灌入导热冷却液直至液面浸没过芯片；芯片冷却箱的上方设置平行排列的螺旋形状的水冷冷凝管，水冷冷凝管之间通过套片相连，构成冷凝管阵列，冷凝管位于沸腾导热箱的上部；水冷冷凝管汇集并与外部的冷却塔相连；芯片的热量传给导热冷却液，导热冷却液与水冷冷凝管进行热交换，冷凝后滴落至导热冷却液；水冷冷凝管内的冷却水与冷却塔进行换热。本系统采用新开发的氢氟醚系列导热冷却液作为导热介质，可大幅节能90％以上。

Description

一种液冷浸没式超级计算中心散热系统

技术领域

本实用新型属于超级计算中心散热领域，涉及一种液冷浸没式超级计算中心散热系统。

背景技术

超级计算机中心由于各方需要，需要长时间稳定运行，进行大量计算，同时也会产生大量的热量。2017年6月“神威太湖之光”计算机系统第三次蝉联全球超级计算机top500第一名，系统功耗15.4MW，采用单相液冷技术；排名第二的“天河二号”计算机系统总功耗17.8MW，采用了水风结合的散热技术。在单芯片功耗方面，天河二号所采用的芯片功耗在300W左右，神威太湖之光按整机规模和功耗(15.4MW,40960个处理器)估计，单芯片功耗接近300W。国内的超级计算机散热系统多为风冷、水冷结合的散热原理或者单相液冷技术，液冷介质蒸发后送至热交换装置，带走芯片热量，散热效率低，散热装置结构庞大。

目前，为了维持超级计算机稳定工作，需要铺设在超级计算机中心地下的庞大散热管路以及除湿控温设备。管路铺设不仅耗费大量经费、时间、人力，并且维护难度高，后期运行维护的综合成本更高。

散热和冷却是各种高尖端的电子组件的普遍问题。我国在超级计算机研制领域处于世界领先水平，伴随着超级计算机中心的性能提升，这个问题也限制了超级计算机中心的发展和小型化。

业界无不致力于开发更高导热系数的材料来应对越来越严苛的散热需求，忽视了接触热阻问题的重要性。再高的导热系数材料若无法处理好发热面和导热面的接触，其导热效果仍然会打很大折扣。目前在接触热阻处理上，主要依赖导热胶类高分子绝缘材料来完成，受限于材料的限制，严重制约发热端到散热端的热传导效能。

本实用新型提出的水冷散热浸没式沸腾冷却系统，通过创新散热介质(导热冷却液)，消除散热过程中的接触热阻，以及通过相变散热原理大幅提高系统散热效率，以此减少散热机构体积，实现超级计算机中心小型化，减少超级计算机中心建设、运维成本。

实用新型内容

本实用新型在超级计算机中心中，针对散热机构体积庞大、散热效率低、能耗大的问题，解决了超级计算机中心散热机构简化与减少电路板接触热阻以及减少能耗的问题。

本实用新型的技术方案：

一种液冷浸没式超级计算中心散热系统，包括水冷冷凝管1、套片2、芯片3、导热冷却液4、沸腾导热箱5、芯片冷却箱6和冷却塔7；

所述的芯片冷却箱6嵌套在沸腾导热箱5中，位于沸腾导热箱5下部；芯片3通过快速插拔固定在芯片冷却箱6的底板上；芯片冷却箱6中灌入导热冷却液4直至液面浸没过芯片3；芯片冷却箱6的上方设置平行排列的螺旋形状的水冷冷凝管1，水冷冷凝管1之间通过套片2相连，构成冷凝管阵列，冷凝管位于沸腾导热箱5的上部；水冷冷凝管1汇集并与外部的冷却塔7相连；芯片3的热量传给导热冷却液4，导热冷却液4受热气化，并与水冷冷凝管1进行热交换，冷凝呈液态后滴落至导热冷却液4；水冷冷凝管1内的冷却水通过外部的冷却塔7进行换热，确保连续不断地为芯片3散热。

所述导热冷却液4的沸点在40-130摄氏度之间调节，以适应不同工作温度的芯片3。

所述的导热冷却液4氢氟醚系列导热介质。

所述的氢氟醚系列导热介质为1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、1,1,2,2-四氟乙基乙基醚、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚、三氟乙基六氟丙基醚、六氟丙基甲醚、甲基九氟丁醚中的一种或两种以上混合。

本实用新型的有益效果：

(1)导热冷却液

本实用新型研究的水冷散热沉浸式沸腾冷却系统核心技术即导热冷却液的研究，本导热冷却液可自主调整沸腾温度，温度从40-130摄氏度低温可达-100摄氏度不冻结。导热冷却液具有不可燃、高绝缘性、高化学稳定性、极低毒性、低腐蚀性、极佳热传导性能等特性，日常维护保养需求极低。

(2)高效率散热系统机构研究与设计

电器组件可紧密排列，缩小机柜体积和重量免除复杂笨重的传统水冷结构，预计缩小传统散热机组件体积重量达90％以上，维护保养方便，成本降低。预计大幅降低散热能源消耗达95％左右，无需庞大的空调水冷机组件运行，建筑空间预计可大幅缩减70％以上计算机机房无需空调设备维持精密的温湿度范围，亦可节省大量的设备和能源费用。在本系统下计算机房不再需要严苛的除湿控温的空调设备。使整体散热系统达到低能耗(传统水冷系统的5％左右)、高效率的目标。

(3)氢氟醚系列导热冷却液研究

本系统主要使用新开发的氢氟醚系列导热冷却液作为导热介质。利用液气两相超高散热效率,散热效能可达到250KW/m2以上。利用导热冷却液高绝缘的特性,可将整个电子原器件包括电路板整个浸泡在导热冷却液里。将接触热阻的因素基本消除，摆脱传统庞大复杂的导热机构(例如冷水板，导热铜基座及最妨碍热导传输的导热胶等材质)。与此同时，该系统预计可大幅节能90％以上。

附图说明

图1为本实用新型的示意图。

图2为本系统的工作原理图。

图中：1水冷冷凝管；2套片；3芯片；4导热冷却液；5沸腾导热箱；6芯片冷却箱；7冷却塔。

具体实施方式

下面将结合具体实施例和附图对本实用新型的技术方案进行进一步的说明。

一种液冷浸没式超级计算中心散热系统，包括水冷冷凝管1、套片2、芯片3、导热冷却液4、沸腾导热箱5、芯片冷却箱6和冷却塔7；

所述的芯片冷却箱6嵌套在沸腾导热箱5中，位于沸腾导热箱5下部；芯片3通过快速插拔固定在芯片冷却箱6的底板上；芯片冷却箱6中灌入导热冷却液4直至液面浸没过芯片3；芯片冷却箱6的上方设置平行排列的螺旋形状的水冷冷凝管1，水冷冷凝管1之间通过套片2相连，构成冷凝管阵列，冷凝管位于沸腾导热箱5的上部；水冷冷凝管1汇集并与外部的冷却塔7相连；芯片3的热量传给导热冷却液4，导热冷却液4受热气化，并与水冷冷凝管1进行热交换，冷凝呈液态后滴落至导热冷却液4；水冷冷凝管1内的冷却水通过外部的冷却塔7进行换热，确保连续不断地为芯片3散热。

所述的氢氟醚系列导热介质为1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、1,1,2,2-四氟乙基乙基醚、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚、三氟乙基六氟丙基醚、六氟丙基甲醚、甲基九氟丁醚中的一种或两种以上混合。

Claims (4)

1.一种液冷浸没式超级计算中心散热系统，其特征在于，包括水冷冷凝管(1)、套片(2)、芯片(3)、导热冷却液(4)、沸腾导热箱(5)、芯片冷却箱(6)和冷却塔(7)；

所述的芯片冷却箱(6)嵌套在沸腾导热箱(5)中，位于沸腾导热箱(5)下部；芯片(3)通过快速插拔固定在芯片冷却箱(6)的底板上；芯片冷却箱(6)中灌入导热冷却液(4)直至液面浸没过芯片(3)；芯片冷却箱(6)的上方设置平行排列的螺旋形状的水冷冷凝管(1)，水冷冷凝管(1)之间通过套片(2)相连，构成冷凝管阵列，冷凝管位于沸腾导热箱(5)的上部；水冷冷凝管(1)汇集并与外部的冷却塔(7)相连；芯片(3)的热量传给导热冷却液(4)，导热冷却液(4)受热气化，并与水冷冷凝管(1)进行热交换，冷凝呈液态后滴落至导热冷却液(4)；水冷冷凝管(1)内的冷却水通过外部的冷却塔(7)进行换热，确保连续不断地为芯片(3)散热。

2.根据权利要求1所述的一种液冷浸没式超级计算中心散热系统，其特征在于，所述导热冷却液(4)的沸点在40-130摄氏度之间调节，以适应不同工作温度的芯片(3)。

3.根据权利要求1或2所述的一种液冷浸没式超级计算中心散热系统，其特征在于，所述的导热冷却液(4)氢氟醚系列导热介质。

4.根据权利要求3所述的一种液冷浸没式超级计算中心散热系统，其特征在于，所述的氢氟醚系列导热介质为1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、1,1,2,2-四氟乙基乙基醚、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚、三氟乙基六氟丙基醚、六氟丙基甲醚、甲基九氟丁醚中的一种。