JP2009169873A - Cooling structure of computer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、特にブレードサーバシステムにおける各ブレードの冷却の効率化と、それに伴うシステムのファン騒音低減のための風量制御手法に関するものである。 The present invention relates to a method for controlling the air volume particularly for improving the efficiency of cooling each blade in a blade server system and reducing the fan noise of the system.
近年、サーバ等に代表される電子計算機に搭載されるLSIの動作速度向上に伴う高発熱化により、装置の冷却が課題となっている。また、同時にブレードサーバなどの高密度実装電子計算機の台頭も、装置冷却及び装置騒音の点から、非常に大きな課題となっている。特にブレードサーバ市場は、従来は低発熱のプロセッサを単体で実装したブレードを高密度に集積したシステムが主であったのに対し、近年では、高発熱・高性能プロセッサを複数個実装したブレード形態となってきている。 In recent years, due to the high heat generation accompanying the improvement in the operation speed of LSIs mounted on electronic computers typified by servers and the like, cooling of devices has become a problem. At the same time, the rise of high-density mounting computers such as blade servers is also a very big problem in terms of device cooling and device noise. In particular, the blade server market used to be a system in which blades with low-heat-generating processors mounted alone were densely integrated, but in recent years, a blade configuration with multiple high-heat-generating and high-performance processors mounted. It has become.
上記問題の解決のため、高性能ファンや高冷却効率ヒートシンクの開発がなされている。また、特開2005−286268号公報では電子計算機のCPUパッケージの排気部に形状記憶合金による圧損体を配設し、装置排気温度によってCPUパッケージの通過風量を調整する手法が示されている。 In order to solve the above problems, high performance fans and high cooling efficiency heat sinks have been developed. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-286268 discloses a method in which a pressure loss body made of a shape memory alloy is disposed in the exhaust portion of a CPU package of an electronic computer, and the passing air volume of the CPU package is adjusted by the exhaust temperature of the apparatus.
高性能ファンや高冷却効率ヒートシンクは、装置に搭載される全てのブレードに対して有効な手段であるが、動作率の低いブレードに対しては過剰冷却となってしまい、騒音や電力の増大を招くこととなる。また、従来の提案の一つである、特開2005−286268号公報の方式は、排気温度によってパッケージの圧力損失を変動させ、排気温度が低い場合には風量を低くする方法であるが、上記方式を1つの基板に2つ以上の高発熱体を持つ計算機システムに適用した場合、複数の問題が発生する。 High-performance fans and high-cooling efficiency heat sinks are effective means for all blades installed in the equipment, but blades with low operating rates are overcooled, increasing noise and power. Will be invited. Further, the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-286268, which is one of the conventional proposals, is a method of changing the pressure loss of the package depending on the exhaust temperature and reducing the air volume when the exhaust temperature is low. When the method is applied to a computer system having two or more high heating elements on one board, a plurality of problems occur.
2つ以上の高発熱体を持つ基板の場合、それらの負荷率は必ずしも同程度ではなく、ばらつきが存在するため、排気温度が低くても一部の発熱体が高温となる場合があり、前記方式ではこれを冷却することができない。また、複数の発熱体から十分な距離が無ければ、排気温度が一様とならず、変態温度が安定しない。さらに、ブレードサーバ等では、排気部にコネクタが多く実装されるものも多く、物理的な制限から適用が困難となる。したがって、近年のブレードサーバに代表される、基板上に複数の高発熱体が存在するシステムの冷却のために、上記問題点を解決する必要がある。 In the case of a substrate having two or more high heating elements, their load factors are not necessarily the same, and there are variations, so some heating elements may be hot even if the exhaust temperature is low, The system cannot cool this. If there is not a sufficient distance from the plurality of heating elements, the exhaust temperature will not be uniform and the transformation temperature will not be stable. Furthermore, many blade servers and the like have many connectors mounted on the exhaust part, and are difficult to apply due to physical limitations. Therefore, it is necessary to solve the above-mentioned problem for cooling a system represented by a recent blade server, in which a plurality of high heat generating elements exist on a substrate.
上記の課題を解決するため、本発明での風量制御方式は、発熱体の冷却に用いるヒートシンク温度によって作動する、一枚もしくは複数枚の形状記憶合金板を配設し、段階的に圧力損失を変動させることで前記ヒートシンクの通過風量を調節する。 In order to solve the above problems, the air volume control method according to the present invention includes one or a plurality of shape memory alloy plates that operate according to the heat sink temperature used for cooling the heating element, and gradually reduces the pressure loss. The amount of air passing through the heat sink is adjusted by changing it.
本発明によって、単一基板上に搭載された複数の高発熱体の冷却風バランスを効率化することができる。また、前記基板を持つ筐体を複数個並列に配列した電子計算機全体の圧力損失についても同時に効率化することが可能となる。また、上記効率化によって、騒音の低減・省電力化が可能となる。 According to the present invention, the cooling air balance of a plurality of high heating elements mounted on a single substrate can be made efficient. In addition, the pressure loss of the entire computer in which a plurality of housings having the substrates are arranged in parallel can be improved at the same time. In addition, the above efficiency can reduce noise and save power.
以下に、本発明の一実施例について、図を用いて説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明のヒートシンクを搭載するブレードサーバの形態であり、図2はブレード筐体内部の斜視図である。基板8上にある発熱体を冷却するためのヒートシンク2を含むブレード筐体1は、並列に複数台搭載されており、それぞれのブレード内部の基板8に存在するコネクタ3によってプラッタ4に接続されている。プラッタ4の更に装置背面側には、冷却ファン5が配設され、冷却風6を装置全体に供給し、排気風7を装置外部へ排出する。高発熱体であるプロセッサ用ヒートシンク2は、本実施例では4個実装され、効率の良い冷却のため、全て並列に配置する。また、それぞれのヒートシンク2には、形状記憶合金を用いた風量調整板9a及び9bが熱的に接合される。本実施例では、前記風量調整板はヒートシンク2の排気側のベース部分に1枚接合するが、ヒートシンク上部や入気側に、異なる変態温度の板を複数枚組み合わせて接続しても構わない。また、基板8上の小発熱部位であるLSI10、HDD11、メモリ12、バスコンバータ13については、風量調整板は設置しない。
FIG. 1 shows a form of a blade server on which the heat sink of the present invention is mounted, and FIG. 2 is a perspective view of the inside of the blade housing. A plurality of
4つの高発熱プロセッサの全てが同等に高負荷状態である場合、全ての風量調整板は冷却風通過を妨げないようになっているが、一部のプロセッサが低負荷状態となると、負荷の低いプロセッサ位置では、風量調整板9bの状態になり、圧力損失を上昇させる。このため、他の高負荷プロセッサに対して、より多くの冷却風を供給可能となる。さらに、上記圧力損失の調整により、ブレード単位の圧力損失も負荷状態によって変動するため、ブレード間の風量分配も効率化される。
When all of the four high heat generation processors are equally loaded, all the air volume adjustment plates do not prevent the cooling air from passing through. However, when some of the processors are in a low load state, the load is low. At the processor position, the air
従来では、プロセッサの1つでも負荷が高くなると、冷却ファン5の回転数を上昇させる必要があるため、装置全体から見た負荷が低い場合でも、前記ファンの回転数が上昇するケースが生じ、ファン制御を実施しても、思うように装置騒音が低下しないことが考えられる。本問題に対して上記方式を適用することにより、より低いファン回転数での運用が可能となる。 Conventionally, if the load of even one of the processors increases, it is necessary to increase the number of rotations of the cooling fan 5, so that even when the load viewed from the entire apparatus is low, there is a case where the number of rotations of the fan increases. Even if the fan control is performed, it is conceivable that the apparatus noise does not decrease as expected. By applying the above method to this problem, it is possible to operate at a lower fan speed.
通常、図2に示すような、基板上に複数のプロセッサが搭載される装置では、必ずしも全てのプロセッサを使用するわけではなく、用途によってプロセッサの搭載個数が異なる。この場合、プロセッサの搭載されないソケットにはヒートシンク2は不要のため、同等の圧力損失を持つダミーが必要であるが、プロセッサの増設時にはこれを取り外すことになり、余剰部品を発生させることになる。本実施例では、プロセッサの有無に関わらず搭載され、プロセッサ搭載時には風量調節機能を持ち、非搭載時にはヒートシンクダミーとして機能する構造体について、図を用いて説明する。 In general, an apparatus in which a plurality of processors are mounted on a board as shown in FIG. 2 does not necessarily use all the processors, and the number of processors mounted differs depending on the application. In this case, since the heat sink 2 is not required for the socket in which the processor is not mounted, a dummy having the same pressure loss is necessary. However, when the processor is added, this is removed, and surplus parts are generated. In this embodiment, a structure that is mounted with or without a processor, has an air volume adjustment function when the processor is mounted, and functions as a heat sink dummy when not mounted will be described with reference to the drawings.
図3はヒートシンクダミーに風量調整機能を一体化させた場合の本発明の一形態である。ブレード内部のプロセッサは2個搭載され、残りの2個分には搭載されていない。ヒートシンク2の排気側には、ある温度で作動する二方向性の形状記憶合金を用いて作成された構造体14を配設する。構造体14は、プロセッサ搭載時には、ヒートシンク2の温度が高温から変態温度を越えて低温になると、構造体14aのように冷却風を塞ぐ構造に変化することで、他の高負荷部位の冷却風量を増加させる。また、プロセッサが搭載されない場合には、低温のままであるため、構造体14cのように流路が塞がれ、ダミーとしての役割を果たす。
FIG. 3 shows an embodiment of the present invention in which the air volume adjustment function is integrated with the heat sink dummy. Two processors inside the blade are installed, and the remaining two are not installed. On the exhaust side of the heat sink 2, a structure 14 made of a bidirectional shape memory alloy that operates at a certain temperature is disposed. When the structure 14 is mounted on the processor, when the temperature of the heat sink 2 is changed from a high temperature to a low temperature exceeding the transformation temperature, the structure 14 changes to a structure that closes the cooling air like the
図4,5はヒートシンク2搭載時の構造体14aと非搭載時の構造体14cの横断面図である。本構造体には、ヒートシンクベースとの距離を一定に保つスペーサー15が接合される。本スペーサー15は、ヒートシンクダベース温度を構造体14に伝導する機能を併せ持つことで、構造体14aの変態温度検知精度を向上させる。また、構造体14aは、ヒートシンク2の固定用ねじ16を用いて筐体1に圧入されたスタッド17に固定される。また、プロセッサ非搭載時には、構造体14cは、ねじ18によってスタッド17に固定される。
4 and 5 are cross-sectional views of the
今後更なる拡大が予想される高密度サーバシステム、とりわけブレードあたりのプロセッサが複数個に及ぶ高性能ブレードサーバにおいて、より効率的な風量分配を行うことにより、更なる低騒音が見込めるため、今後、高密度、高信頼性電子計算機の冷却方式に適用が期待される。 In a high-density server system that is expected to expand further in the future, especially high-performance blade servers with multiple processors per blade, more efficient air volume distribution can be expected to further reduce noise. It is expected to be applied to a cooling method for high-density, high-reliability electronic computers.
1…基板固定用筐体、2…高発熱体用ヒートシンク、3…コネクタ、4…プラッタ、5…冷却ファン、6…入気冷却風、7…排気風、8…主基板、9…ヒートシンクに接合された風量調整板、10…LSI、11…HDD、12…メモリ、13…バスコンバータ、14…ヒートシンクダミーを兼ねた風量調整板、15…スペーサー、16…ヒートシンク固定ねじ、17…スタッド、18…風量調整板固定ねじ。
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US20110128704A1 (en) * | 2009-11-30 | 2011-06-02 | International Business Machines Corporation | Flow control device and cooled electronic system empolying the same |
EP2618645A1 (en) * | 2012-01-19 | 2013-07-24 | Alcatel Lucent | Thermal management of electronics and photonics equipment |
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US8385066B2 (en) * | 2009-11-30 | 2013-02-26 | International Business Machines Corporation | Flow control device and cooled electronic system employing the same |
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