CN215264621U - 电脑系统及其电子组件 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例涉及用于冷却位于电脑系统下游的电子组件的主动冷却装置。在一个实施例中，公开了一种位于电脑系统下游的电子组件。电子组件包括电连接至电脑系统的印刷电路板；设置在印刷电路板上的空气导管；热耦合到印刷电路板的主动冷却装置。印刷电路板包括一收发器插槽，收发器插槽接收至少一光收发器和设置在其上的一个或多个发热部件。至少一个光收发器与一主动光缆匹配。

Description

电脑系统及其电子组件

【技术领域】

本实用新型是有关于电子设备的冷却装置，且特别是有关于用于冷却位于电脑系统下游的电子组件的主动冷却装置。

【背景技术】

电脑系统，例如服务器，包括连接到电源供应单元的电子组件。电子组件通常包括控制器、处理器、网络卡、硬盘驱动器及固态磁盘驱动器。由于电子组件的运行，服务器会产生大量的热量。由于散热效率低下而导致的过热可能会关闭或阻碍电子组件的运行。

例如，服务器中的开放计算项目3.0(Open Compute Project 3.0)模块(以下称为“OCP模块”)会消耗大量电能并产生大量热量。当OCP模块位于电源供应单元的下游(downstream)时，会被附近的电子组件加热。通过OCP模块的气流也减少了。即使使用传统的被动冷却解决方案(例如空气导管(air ducts)和挡板)，也会导致性能下降。因此，期望结合更好的冷却解决方案以确保所产生热量的散发，使得服务器的性能不受影响。

【实用新型内容】

术语实施例和类似术语旨在广义地指代本公开和以下权利要求的所有主题。应当理解，包含该多个术语的陈述不应限制本文该的主题或限制以下权利要求的含义或范围。本文所涵盖的本公开的实施例由以下申请专利范围定义而非本实用新型内容限定。本实用新型内容是本公开的各个方面的上位概述，并且介绍了一些概念，该多个概念在下面的详细描述部分中进一步描述。本实用新型内容并非旨在确定所要求保护的主题的关键或必要特征；也不应将其单独用于确定所要求保护的主题的范围。通过参考本公开的整个说明书、任何或所有附图以及每个权利要求的适当部分，应当理解本主题。

在一个实施例中，公开了一种位于电脑系统下游的电子组件。该电子组件包括：电连接至电脑系统的印刷电路板；设置在印刷电路板上的空气导管；热耦合到印刷电路板的主动冷却装置。印刷电路板包括一收发器插槽，收发器插槽接收至少一光收发器和设置在其上的一个或多个发热部件。至少一光收发器与一主动光缆匹配。

在另一实施例中，公开了一种电脑系统。该电脑系统包括：多个风扇，其被配置为驱动电脑系统下游的气流；以及电子组件，其位于电脑系统的下游。该电子组件包括电连接至电脑系统的印刷电路板；设置在印刷电路板上的空气导管；热耦合到印刷电路板的主动冷却装置。印刷电路板包括一收发器插槽，收发器插槽接收至少一个光收发器和设置在其上的一个或多个发热部件。至少一个光收发器与一主动光缆匹配。

以上新型内容并非旨在表示本公开的每个实施例或每个方面。而是，前述新型内容仅提供本文阐述的一些新颖方面和特征的示例。当结合附图和所附权利要求来考虑时，根据用于实施本实用新型的代表性实施例和方式的以下详细描述，本公开的以上特征和优点以及其他特征和优点将变得显而易见。

为了对本实用新型的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举实施例，并配合所附图式详细说明如下：

【附图说明】

图1是根据本文揭露的一个或多个实施例的具有电子组件的电脑系统的透视图；

图2是根据本文揭露的一个或多个实施例的电脑系统的下游部分的特写透视图，其示出电子组件和设置在其上的主动冷却装置；

图3是根据本文揭露的一个或多个实施例的主动冷却装置的分解透视图，其与设置在电脑系统的下游部分的电子组件耦合；

图4绘示根据本文揭露的一个或多个实施例的控制图2及图3的主动冷却装置的方法的流程图，其使用设置在电脑系统中的基板管理控制器(BMC)；以及

图5绘示根据本文揭露的一个或多个实施例的控制热耦合到图1至图3的电脑系统中的网络介面控制器(NIC)扩充卡的主动冷却装置的方法的方块图。

【符号说明】

100:电脑系统

105:电子组件

110:主机板

120:风扇

132:处理器

134:储存设备

135:基板管理控制器

136:电源供应单元

138:机箱管理控制器

140:空气导管

150:主动冷却装置

160:光收发器

265:收发器插槽

270:发热部件

275:散热器

280:印刷电路板

340:上游部分

341:上游开口端

342:第一部分

342a:平坦顶表面

344:第二部分

343a,343b:第一侧壁

344a:倾斜表面

345a,345b:第二侧壁

346:下游部分

346a:平坦顶表面

347a,347b:直立边缘

348:水平边缘

349:下游开口端

352:电源和控制电缆

354a,354b:紧固件

356:孔

400:方法

500:方法

h1,h2:高度

【具体实施方式】

参考附图描述本公开的各种实施例，其特征在于，在所有附图中使用相似的附图标记来表示相似或等同的元件。该多个附图未按比例绘制，且附图仅用于说明本实用新型。下面参考示例性应用来描述本实用新型的几个方面以进行说明。应当理解，所阐述的许多具体细节、关系和方法是用以提供完整的理解。然而，相关领域的具有通常知识者将很快体认到，可以在没有一个或多个具体细节的情况下或者利用其他方法来实践各种实施例。在其他情况下，未详细示出公知的结构或操作以避免模糊各种实施例的某些方面。各种实施例不受所示出的动作或事件的排序的限制，因为一些动作可以以不同的顺序发生及/或与其他动作或事件同时发生。

例如在新型摘要、新型内容和具体实施方式部分中揭露但未在权利要求中明确阐述的元件和限制，不应通过暗示、推断或其他方式，而被单独或共同地并入权利要求中。出于本详细描述的目的，除非特别声明，否则单数包括多个，反之亦然。“包括”一词的意思是“包括但不限于此”。此外，近似的词语，例如“大约”、“几乎”、“基本上”、“大约”等，在本文中可例如用于表示“在”、“接近”、“接近于”、或“在3-5％内”、或“在可接受的制造公差范围内”、或其任何逻辑组合。

关于本公开，术语“电脑设备”或“电脑系统”或“计算机系统”或“电脑”是指具有硬件、软件及/或固件的任何电子供电或电池供电的设备，其特征在于，可以将软件及/或固件配置为装置上的操作功能。

本公开的实施例涉及用于冷却位于电脑系统下游的电子组件的主动冷却装置。主动冷却装置热耦合到OCP模块，以去除电子组件中电子部件产生的热量，并将去除的热量散发到OCP模块外部的环境中。主动冷却装置可以安装在空气导管(airduct)上。空气导管设置在OCP模块中，并设置成将气流引导到OCP模块的下游。

图1绘示具有电子组件105的电脑系统100的透视图，而图2是电脑系统100的下游部分的特写透视图。电脑系统100可以是任何电脑设备，例如但不限于高性能计算服务器、资料中心的电子储存设备、用于电信的边缘服务器(edge server)、光交换机与光路由器。在一些实施例中，电子组件105是OCP模块，而在其他实施例中，电子组件105可以是电脑系统100在操作期间产生大量热量的任何电子模块。电脑系统100包括主机板110。在主机板110上设置有一个或多个处理器132、储存设备134、一个或多个电源供应单元136、机箱管理控制器(chassis management controller，CMC)138和其他电子部件。位在电子部件上游的多个风扇120对电子部件冷却并将气流驱向电脑系统100下游的电子组件105。机箱管理控制器138控制来自电脑系统100的电源供应单元(未显示)和多个风扇120的输出。

参照图1至图2，电子组件105位于电脑系统100中的电子部件的下游并且与基板管理控制器(baseboard management controller，BMC)135相邻。BMC135定期监视功率资料和对电脑系统100的电子部件的其他支援，在每秒钟一次到每60秒一次之间，但可以减少。在一些实施例中，BMC 135的监视率可以取决于与电脑系统100的电子部件相关联的温度及/或功率资料。

电子组件105包括电连接到电脑系统100的印刷电路板(printed circuit board，PCB)280。PCB 280设置在PCB支架285内。在一些实施例中，PCB 280是网络介面控制器(NIC)OCP模块中的扩充卡、快速外围组件互连(Peripheral Component Interconnect Express，PCIe)电路卡或OCP模块中的OCP 3.0电路卡(以下称为“OCP卡”)。在其他实施例中，PCB 280是设置有许多电子部件于其上的任何印刷电路板。

PCB 280包括设置在其上的收发器插槽(transceiver socket)265。收发器插槽265通过电插座(electrical sockets)290电连接到电脑系统100的主机板110。单独的收发器插槽265被配置为接收光收发器(optical transceiver)160。在图1至2的实施例中，存在两个光收发器160，但是可以使用任何数量的光收发器。光收发器160通过收发器插槽265从电子组件105向外突出。单个光收发器160与主动光缆匹配，该主动光缆用于承载向电子组件105上的电子部件发送和接收的光信号。

一个或多个发热部件270设置在PCB 280上。在一些实施例中，发热部件270是特定应用集成电路(application-specific integrated circuit，ASIC)，其用以执行期望的功能，例如但不限于执行与光收发器160进行信号交换。在一些实施例中，发热部件270具有嵌入式温度传感器(未显示)，该传感器用以检测发热部件270、光收发器160及/或PCB 280的温度。在一些实施例中，如图2所示，发热部件270被热接合设置在散热器275内。

主动冷却装置150热耦合到电子组件105，并用以去除热量及冷却电子组件105。参照图1至2的实施例，主动冷却装置150经由设置在PCB 280上的空气导管140机械地固定至电子组件的PCB 280，并且该空气导管140用以驱动下游电子组件105上方的气流。图3进一步详细描述空气导管140。在图1至2所示的实施例中，主动冷却装置150是鼓风机(blowerfan)。然而，在其他实施例中，主动冷却装置150可以是液体冷却系统、半导体冷却芯片或热管。通过与电脑系统100中的电子组件105相邻的BMC 135，主动冷却装置150可被操作地控制。

图3是耦合到设置在电脑系统100下游部分的电子组件105的主动冷却装置150的分解透视图。如图3所示，空气导管140设置在电子组件105上方，并覆盖收发器插槽265和封装在PCB 280上的散热器275内的发热部件。空气导管140具有上游开口端341和下游开口端349。空气导管140具有在上游开口端341处的上游部分340以及在下游开口端349处的下游部分346。

上游部分340包括第一部分342、第二部分344以及在上游部分340任一侧上的第一侧壁343a和343b。第一部分342具有在距离PCB 280高度h1处的平坦顶表面342a。第二部分344具有倾斜表面344a，该倾斜表面将第一部分342的顶表面342a与下游部分346的平坦顶表面346a连接在距离PCB 280的高度h2处，其特征在于，h1大于h2。下游部分346的平坦顶表面346a在下游开口端349以水平边缘348的形式终止。在一些实施例，如图3所示，水平边缘348弯曲成半圆形。下游部分346包括第二侧壁345a和345b，下游部分346沿着第二侧壁345a和345b在下游开口端349处具有直立边缘347a和347b。气流在上游开口端341处从电脑系统100进入上游部分342，并引导至在下游开口端349处而离开下游部分346。上游部分340中的倾斜表面344a使气流能够从空气导管140的上游开口端341过渡到下游开口端349，进而带走部分电子组件105产生的热量以散发到周围的外部环境。

主动冷却装置150经由电源和控制电缆352电连接到主机板110(图1至2)。如图3所示，主动冷却装置150具有一个或多个在其上搭接的孔356。使用紧固件354a、354b通过孔356可将主动冷却装置150耦合到PCB 280。在一些实施例中，可以将多个主动冷却装置150耦合到PCB 280。于主动冷却装置150为鼓风机风扇的实施例中，每个不同的鼓风机风扇可能具有不同的风扇速度，该多个风扇速度可以或不能单独控制。这样可以实现更有针对性的散热和相关的功率设定。

图4绘示控制图2至3中所示的主动冷却装置150的方法400流程图，其使用电脑系统100中的BMC 135。在步骤410中，启动电脑系统100。随后在步骤420中，BMC 135与电子组件105连接并获得关于电子组件105的信息，在图1至3所示的实施例中，BMC 135与电子组件105相关联。电子组件105是OCP模块。BMC 135热耦合到一个或多个发热部件270及/或PCB280的温度传感器(未绘示)，以接收关于一个或多个发热部件270和光收发器160的温度信息。

在步骤430中，BMC 135以固定的时间间隔监视一个或多个发热部件270和光收发器160的温度变化。在一些实施例中，固定时间间隔可以是大约10秒或大约20秒。BMC 135根据一个或多个发热部件270与光收发器160的输入温度值达到决策点440。在决策点440处，如果一个或多个发热部件270与光收发器160的温度低于达到一个或多个发热部件270和光收发器160的规范中定义的最高工作温度的10℃时，则BMC 135移至步骤445，在此，决定增加主动冷却装置150中的鼓风机的速度。

另一方面，在决策点440，如果一个或多个发热部件270与光收发器160的温度高于达到一个或多个发热部件270与光收发器160的规范中定义的最高工作温度的10℃时，则BMC 135移至决策点450。

在决策点450处，如果一个或多个发热部件270与光收发器160的温度低于达到一或多个发热部件270与光收发器160的规范中定义的最高工作温度的20℃时，BMC 135移至步骤455，在步骤455中，决定降低主动冷却装置150中的鼓风机的速度。如果一个或多个发热部件270与光收发器160的温度高于达到一或多个发热部件270与光收发器160的规范中定义的最高工作温度的20℃时，BMC 135移至步骤460，决定保持在主动冷却装置150中的鼓风机风扇的当前速度。调整在主动冷却装置150中鼓风机风扇的速度的过程经由电脑系统100的操作保持反复进行。

图5绘示控制热耦合到电脑系统中的网络介面控制器(NIC)扩充卡的主动冷却装置的方法500的方块图，例如图2至3所示，在步骤510处，控制器以固定的时间间隔(例如约10秒或20秒)接收设置在电子组件上的一个或多个发热部件的温度信息。一个或多个发热部件可以包括：特定应用集成电路；一个或多个收发器；在其上设有发热部件的印刷电路板等。通过热耦合至一个或多个发热部件及/或印刷电路板的温度传感器来检测温度信息。控制器可以包括允许方法500的功能的任何合适的固件或软件。做为示例，如上所述，控制器可以是电脑服务器中的基板管理控制器。

在步骤520处，控制器在固定时间间隔期间收到热耦合至电子组件的主动冷却装置的一个或多个功能参数。主动冷却装置可以是鼓风机、液体冷却系统、半导体冷却芯片或热管。在主动冷却装置是鼓风机的实施例中，一个或多个功能参数是鼓风机中风扇的速度。

在步骤530处，控制器响应于操作温度信息与从步骤510接收的一个或多个发热部件的温度信息之间的预定温度差，调节主动冷却装置的一个或多个功能参数。一个或多个发热部件的工作温度信息可以包括如一个或多个发热部件的规范中所定义的最高工作温度。一个或多个发热部件的工作温度信息与接收的温度信息之间的预定温度差可以是大约10℃或大约20℃。

方法400和方法500为示例性机器可读指令，该示例性机器可读指令包括由如BMC135的类的控制器执行的演算法。该演算法以软件体现而储存在例如CD-ROM、磁盘，硬盘驱动器，数字影音(多功能)光盘(DVD)或其他储存设备的类的实体媒体中。但是，本领域具有通常知识者将容易认识到，整个演算法及/或其部分可替代地由处理器以外的设备执行及/或以众所周知的方式体现在固件或专用硬件中(例如，可以通过特定应用集成电路(ASIC)、可编程逻辑设备(programmable logic device，PLD)、现场可编程逻辑设备(fieldprogrammable logic device，FPLD)，现场可编程栅极阵列(field programmable gatearray，FPGA)，离散逻辑等实现)。例如，任何或所有介面组件可以由软件，硬件及/或固件来实现。而且，图4至图5的方法400、500表示的一些或全部机器可读指令也分别可以手动实现。此外，尽管参考图4至图5所示的方法400、500描述示例演算法。本领域具有通常知识者将容易认识到，可替代地使用实现示例性机器可读指令的许多其他方法。

用于冷却位于电脑系统下游的电子组件的主动冷却装置的实施例可以有利地用于去除由电子组件上的一个或多个发热组件、收发器、印刷电路板和其他电子部件产生的热量。这有助于促进从电子组件(如OCP模块)进行有效的热传递，进而在电脑系统运行期间节省功率并提高性能。

如在本案中使用的术语“组件”、“模块”、“系统”等通常是指与电脑有关的实体、或者是硬件(例如，电路)、硬件及/或软件的组合、软件、或与具有一个或多个特定功能的操作机器有关的实体。例如，组件可以是但不限于在处理器(例如，数字信号处理器)上运行的流程、处理器、物件、可执行文件、执行线程、程序及/或电脑。做为说明，在控制器上运行的应用程序以及控制器都可以是组件。一个或多个组件可以停留在流程及/或执行线程中，并且组件可以位于一台电脑上及/或分布在两台或更多台电脑之间。此外，“设备”可以采用：专门设计的硬件形式；通过通用硬件上的软件的执行使通用硬件专用化，使该硬件能够执行特定功能；储存在电脑可读媒体上的软件；或其组合。

尽管上面已经描述了本实用新型的各种实施例，但是应可理解，它们仅以示例而非限制的方式示出。尽管已经相对于一个或多个实施例揭露本实用新型，但是在阅读和理解本案说明书和附图之后，本领域的其他技术人员将知道等效的改变和修改可以发生。另外，尽管可能已经揭露关于几个实施例中的实用新型的特定特征，但是根据任何已定的或特定的应用可能是期望的和有利的，这种特征可以与其他实施例的一个或多个其他特征组合。因此，本实用新型的广度和范围不应受到任何上述实施例的限制。而是，本实用新型的范围应根据所附申请专利范围及其等同物来限定。

这里使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，而不是用来限制本实用新型。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括多个形式，除非上下文另有明确指出。此外，在详细说明及/或权利要求中使用术语“包括”、“包含”、“具有”、“具备”、“有”或其变体的范围，该多个术语旨在于与类似于术语“包含”的方式包含在内。

除非另有定义，否则本文中使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有的含义相同于本实用新型所属领域的具有通常知识者一般所理解的含义。再者，例如在常用字典中所定义的那些术语应当被解释为具有与其在相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且除非在本文中明确地如此定义，否则将不被理解为理想化或过于正式的含义。

综上该，虽然本实用新型已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型。本实用新型所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本实用新型的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (10)

1.一种位于电脑系统下游的电子组件，其特征在于，该电子组件包括：

一印刷电路板，电连接到该电脑系统，该印刷电路板包括：

一收发器插槽，用以接收至少一个光收发器，该至少一个光收发器与一主动光缆匹配；以及

一个或多个发热部件；

一空气导管，设置在该印刷电路板上；以及

一主动冷却装置，与该印刷电路板热耦合。

2.如权利要求1所述的电子组件，其特征在于，该一个或多个发热部件包括特定应用集成电路。

3.如权利要求1所述的电子组件，其特征在于，该一个或多个发热部件热接合设置在一散热器内，并且热耦合至一温度传感器。

4.如权利要求1所述的电子组件，其特征在于，该主动冷却装置选自鼓风机、液体冷却系统、半导体冷却芯片及热管其中之一。

5.如权利要求1所述的电子组件，其特征在于，该主动冷却装置通过该空气导管而紧固至该印刷电路板上。

6.如权利要求1所述的电子组件，其特征在于，该主动冷却装置通过设置在该电脑系统中的一基板管理控制器可被操作地控制。

7.如权利要求1所述的电子组件，其特征在于，该空气导管包括：

一上游部分，在一第一开口端，该上游部分包括：

一第一部分，具有在距离该印刷电路板第一高度的一第一平坦顶表面；

一第二部分，具有一倾斜表面；以及

一第一侧壁，在该上游部分的任一侧上；

一下游部分，在与该第一开口端相对的一第二开口端，该下游部分包括：

在距离该印刷电路板第二高度的一第二平坦顶表面，该第二高度小于该第一高度；以及

第二侧壁，在该下游部分的任一侧，

其中，该倾斜表面连接该上游部分的该第一平坦顶表面与该下游部分的该第二平坦顶表面，使得在该第一开口端进入该上游部分的气流被引导，以在该第二开口端离开该下游部分。

8.一种电脑系统，其特征在于，包括：

多个风扇，用以驱动该电脑系统下游的气流；以及

一电子组件，位于该电脑系统下游，该电子组件包括：

一印刷电路板，电连接到该电脑系统，该印刷电路板包括：

一收发器插槽，用以接收至少一个光收发器，该至少一个光收发器与一主动光缆匹配；以及

一个或多个发热部件；

一空气导管，设置在该印刷电路板上；以及

一主动冷却装置，其与该印刷电路板热耦合。

9.如权利要求8所述的电脑系统，其特征在于，该一个或多个发热部件热接合设置在一散热器内并且热耦合至一温度传感器。

10.如权利要求8所述的电脑系统，其特征在于，该空气导管包括：

一上游部分，在一第一开口端，该上游部分包括：

一第一部分，具有在距离该印刷电路板第一高度的一第一平坦顶表面；

一第二部分，具有一倾斜表面；以及

一第一侧壁，在该上游部分的任一侧上；

一下游部分，在与该第一开口端相对的一第二开口端，该下游部分包括：

在距离该印刷电路板第二高度的一第二平坦顶表面，该第二高度小于该第一高度；以及

第二侧壁，在该下游部分的任一侧，

其中，该倾斜表面连接该上游部分的该第一平坦顶表面与该下游部分的该第二平坦顶表面，使得在该第一开口端进入该上游部分的气流被引导，以在该第二开口端离开该下游部分。

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