JP2017228105A - Information processor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、情報処理装置に関する。 The present invention relates to an information processing apparatus.
近年、情報処理装置の高性能化にともない、CPU(Central Processing Unit)等の電子部品の発熱量が増大する傾向にある。電子部品の温度が高くなると、故障や誤動作の原因となる。そのため、電子部品を冷却する手段が必要になる。 In recent years, the amount of heat generated by electronic components such as a CPU (Central Processing Unit) tends to increase as the performance of information processing apparatuses increases. If the temperature of the electronic component becomes high, it may cause a failure or malfunction. Therefore, a means for cooling the electronic component is required.
電子部品の冷却には空冷方式と水冷方式とがあるが、発熱量が大きい電子部品の冷却には水冷方式が使用されることが多い。水冷方式では、例えば発熱量が大きい電子部品の上にクーリングプレートと呼ばれる部材を配置し、クーリングプレート内に冷却水を通流させることで、電子部品を冷却している。 There are an air-cooling method and a water-cooling method for cooling electronic components, and a water-cooling method is often used for cooling electronic components that generate a large amount of heat. In the water cooling method, for example, a member called a cooling plate is disposed on an electronic component that generates a large amount of heat, and the electronic component is cooled by allowing cooling water to flow through the cooling plate.
なお、従来から、流体により膨張する部材を用いて冷却液が通流する部材と発熱部品との間を密着させ、それにより冷却効率を向上させる技術が提案されている(例えば、特許文献1,2参照)。 Conventionally, a technique has been proposed in which a member that expands with a fluid is used to closely contact a member through which a coolant flows and a heat-generating component, thereby improving cooling efficiency (for example, Patent Document 1, Patent Document 1). 2).
データセンターで使用されるサーバ等の情報処理装置では、CPUだけでなくその他の電子部品(例えば、メモリ、ストレージ、電源ユニット、及び通信ユニット等)でも多くの熱が発生する。それらの電子部品にそれぞれ個別にクーリングプレートを取り付けると、コストが高くなるだけでなく、クーリングプレートに冷却水を供給するための配管が複雑になるという問題がある。 In an information processing apparatus such as a server used in a data center, not only a CPU but also other electronic components (for example, a memory, a storage, a power supply unit, a communication unit, etc.) generate a lot of heat. If the cooling plates are individually attached to these electronic components, there is a problem that not only the cost increases, but also piping for supplying cooling water to the cooling plates becomes complicated.
そこで、複数の電子部品を1つのクーリングプレートで冷却することが考えられる。しかし、通常、それらの電子部品の高さは同じではないので、高さが最も高い電子部品以外では、電子部品とクーリングプレートとの間に隙間が発生して、熱伝達効率が著しく低下する。 Therefore, it is conceivable to cool a plurality of electronic components with a single cooling plate. However, since the heights of these electronic components are usually not the same, a gap is generated between the electronic component and the cooling plate except for the electronic component having the highest height, and the heat transfer efficiency is significantly reduced.
そのような不具合を回避するために、電子部品毎に、電子部品とクーリングプレートとの間の隙間に応じた厚さのサーマルシートを配置することが考えられる。しかし、その場合は、厚さが異なるサーマルシートを複数用意する必要があり、煩雑である。また、サーマルシートの厚さが極端に厚くなると、熱伝達効率が著しく低下する。 In order to avoid such a problem, it is conceivable to arrange a thermal sheet having a thickness corresponding to the gap between the electronic component and the cooling plate for each electronic component. However, in that case, it is necessary to prepare a plurality of thermal sheets having different thicknesses, which is complicated. Further, when the thickness of the thermal sheet becomes extremely thick, the heat transfer efficiency is remarkably lowered.
熱伝達効率を維持するために、クーリングプレートの底面に電子部品の高さに応じた凹凸を設けることも考えられる。しかし、その場合は、機種毎に専用のクーリングプレートを用意する必要があり、製造コストが高くなる。 In order to maintain the heat transfer efficiency, it is conceivable to provide unevenness corresponding to the height of the electronic component on the bottom surface of the cooling plate. However, in that case, it is necessary to prepare a dedicated cooling plate for each model, which increases the manufacturing cost.
開示の技術は、比較的安価に製造でき、且つ複数の電子部品を効率的に冷却できる情報処理装置を提供することを目的とする。 An object of the disclosed technology is to provide an information processing apparatus that can be manufactured at a relatively low cost and that can efficiently cool a plurality of electronic components.
開示の技術の一観点によれば、発熱部品が搭載された回路基板と、冷媒が供給されるマニホールドと、前記冷媒が通る流路を有し、前記マニホールドに接続され、前記発熱部品に接触する柔軟なチューブと、前記チューブを前記発熱部品に向けて押圧するカバーとを有する情報処理装置が提供される。 According to one aspect of the disclosed technology, a circuit board on which a heat generating component is mounted, a manifold to which a refrigerant is supplied, and a flow path through which the refrigerant passes, is connected to the manifold and contacts the heat generating component. An information processing apparatus is provided that includes a flexible tube and a cover that presses the tube toward the heat generating component.
上記一観点に係る情報処理装置によれば、比較的安価に製造でき、且つ複数の電子部品を効率的に冷却できる。 According to the information processing apparatus according to the above aspect, it can be manufactured at a relatively low cost, and a plurality of electronic components can be efficiently cooled.
以下、実施形態について、添付の図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は実施形態に係る情報処理装置を示す模式的平面図、図2はその情報処理装置の一部断面を模式的に示す図である。また、図3はマニホールドとチューブとの接続部を拡大して示す図である。 FIG. 1 is a schematic plan view showing an information processing apparatus according to the embodiment, and FIG. 2 is a diagram schematically showing a partial cross section of the information processing apparatus. FIG. 3 is an enlarged view showing a connection portion between the manifold and the tube.
図1に示すように、本実施形態に係る情報処理装置10は、回路基板11と、冷媒が通流するマニホールド15a,15bと、マニホールド15a,15b間を連絡する複数の柔軟なチューブ18とを有する。なお、本実施形態では冷媒として水(冷却水)を使用するものとするが、冷媒として水以外の液体や気体(例えば、二酸化炭素等)を使用してもよい。
As shown in FIG. 1, the
回路基板11には、CPUやその他の複数の電子部品(例えば、電源ユニット、通信ユニット、メモリ及びストレージ等)13が搭載されている。それらの電子部品13は、稼動にともなって熱を発生する。電子部品13は、発熱部品の一例である。
On the
マニホールド15aは回路基板11の一方の辺側に配置されており、マニホールド15bは回路基板11の他方の辺側に配置されている。それらのマニホールド15a,15bには、図3に示すように、それぞれ長さ方向に一定の間隔でチューブ接続口17が設けられている。なお、図3ではマニホールド15aに設けられたチューブ接続口17を示しているが、マニホールド15bにもこれと同様にチューブ接続口17が設けられている。
The
各チューブ18は、マニホールド15a側のチューブ接続口17とマニホールド15b側のチューブ接続口17との間に、ある程度の弛みをもった状態で接続されている。
Each
チューブ18として、内径が数mm(6mm程度)以下のマイクロチャネルと呼ばれる微細な流路を備えたものを使用する。本実施形態では、外径が1.0mm〜2.0mm、内径が0.9mm〜1.8mmのシリコン樹脂チューブを使用している。
As the
チューブ18の材質は上記のものに限定されず、例えば医療分野で使用される栄養チューブなどを使用することもできる。但し、チューブ18は、柔軟性及び熱伝導率がいずれも高いものが好ましい。
The material of the
マニホールド15a,15bは、配管16a,16bを介して冷却水供給装置20に接続されている。本実施形態では、冷却水供給装置20として、公知のフリークーリングシステムを使用している。フリークーリングシステムでは、外気温が高いときには冷凍機を用いて冷却水を冷却し、外気温が低いときには冷凍機を使用せずに外気を用いて冷却水を冷却する。
The
図2に示すように、本実施形態の情報処理装置10では、回路基板11の上方にカバー19が配置される。そして、チューブ18は、カバー19と電子部品13との間に挟まれた状態で固定される。但し、カバー19と電子部品13との距離は調整されており、カバー19に押圧されてチューブ18は扁平に変形するものの、冷却水が通流する流路は確保される。図4(a)は図2中のI−I線の位置におけるチューブ18の断面を示し、図4(b)は図2中のII−II線の位置におけるチューブ18の断面を示している。
As illustrated in FIG. 2, in the
以下、本実施形態の情報処理装置10の動作について説明する。
Hereinafter, the operation of the
情報処理装置10が稼動すると、回路基板11に搭載された各電子部品13は熱を発生する。一方、マニホールド15aには配管16aを介して冷却水供給装置20から低温の冷却水が供給される。冷却水供給装置20から供給された冷却水は、マニホールド15aから各チューブ18を通って、マニホールド15b側に移動する。
When the
冷却水がチューブ18を通る際に、チューブ18内を通る冷却水により電子部品13が冷却される。これにより、電子部品13の温度が過剰に上昇することが回避される。
When the cooling water passes through the
電子部品13を冷却することにより、冷却水の温度は上昇する。この温度が上昇した冷却水は、チューブ18からマニホールド15b内に移動し、配管16bを通って冷却水供給装置20に移動する。そして、冷却水供給装置20で冷却された後、再度配管16aを通ってマニホールド15aに供給される。
By cooling the
本実施形態では、マニホールド15a,15b間に接続された複数の柔軟なチューブ18に冷却水を通して、電子部品13を冷却する。このため、電子部品13の種類や数及び配置が異なる回路基板11にも対応でき、汎用性が高い。また、チューブ18は弾力性があり、カバー19によりチューブ18を電子部品13に向けて押圧するため、高さが異なる複数の電子部品13を同時に冷却できる。
In the present embodiment, the
更に、本実施形態では、マニホールド15a,15b間に多数のチューブ18が弛みをもった状態で配置されているため、特に位置決めをしなくとも各電子部品13の上にそれぞれ複数のチューブ18が配置される。そのため、取り付け作業が容易である。
Further, in the present embodiment, since a large number of
更にまた、クーリングプレートやヒートシンクにより電子部品を冷却する場合は回路基板にそれらの部材を取り付けるための穴を設ける必要があるが、本実施形態ではそのような穴が不要である。そのため、穴に相当する分、回路基板11の実装エリア(電子部品13を搭載するためのエリアや配線パターンを配置するエリア)が広くなり、回路基板11の実装密度が向上するという利点もある。
Furthermore, when the electronic components are cooled by a cooling plate or a heat sink, it is necessary to provide holes for attaching those members to the circuit board. However, in the present embodiment, such holes are unnecessary. Therefore, the mounting area of the circuit board 11 (the area for mounting the
更にまた、本実施形態では、チューブ18としてマイクロチャネルと呼ばれる狭隘な流路を有するものを多数使用している。これにより、熱伝達効率が高く、電子部品13を効率的に冷却できる。
Furthermore, in this embodiment,
以下、本実施形態の効果をシミュレーションにより調べた結果について説明する。 Hereinafter, the results of examining the effect of this embodiment by simulation will be described.
図5〜図7は、回路基板に実装された半導体装置の温度(ジャンクション温度)をシミュレーションした結果を示す図である。ここでは、回路基板上に縦が30mm、横が30mm、消費電力が25Wの半導体装置を搭載し、回路基板の長さ方向に風速1.0m/sの風を通流させている。 5 to 7 are diagrams showing the results of simulating the temperature (junction temperature) of the semiconductor device mounted on the circuit board. Here, a semiconductor device having a length of 30 mm, a width of 30 mm, and a power consumption of 25 W is mounted on a circuit board, and a wind speed of 1.0 m / s is passed along the length of the circuit board.
図5は、ヒートシンク(又はその他の冷却部材)が装着されていない状態における半導体装置の温度分布を示している。この場合、半導体装置の温度(ジャンクション温度)の最高値は約700℃となる。 FIG. 5 shows the temperature distribution of the semiconductor device in a state where the heat sink (or other cooling member) is not attached. In this case, the maximum value of the temperature (junction temperature) of the semiconductor device is about 700 ° C.
図6は、ヒートシンクを装着した状態における半導体装置の温度分布を示している。ヒートシンクはアルミニウム製であり、縦が50mm、横が50mm、高さが10mmである。この場合、半導体装置の温度(ジャンクション温度)の最高値は約300℃になる。 FIG. 6 shows the temperature distribution of the semiconductor device with the heat sink attached. The heat sink is made of aluminum and has a length of 50 mm, a width of 50 mm, and a height of 10 mm. In this case, the maximum value of the temperature (junction temperature) of the semiconductor device is about 300 ° C.
図7は、8本のチューブ(外径が1mm、内径が0.8mm)に冷却水を通流させた場合(実施形態)の半導体装置の温度分布を示している。この場合、半導体装置の温度(ジャンクション温度)の最高値は約90℃となる。 FIG. 7 shows the temperature distribution of the semiconductor device when cooling water is passed through eight tubes (outer diameter is 1 mm, inner diameter is 0.8 mm) (embodiment). In this case, the maximum value of the temperature (junction temperature) of the semiconductor device is about 90 ° C.
これらのシミュレーション結果からわかるように、本実施形態(図7)では、ヒートシンクを装着した場合(図6)と同等以上に半導体装置を冷却することができる。 As can be seen from these simulation results, in this embodiment (FIG. 7), the semiconductor device can be cooled to the same level or more as when the heat sink is attached (FIG. 6).
(変形例1)
図8(a),(b)は、いずれも変形例1における情報処理装置を示す模式図である。
(Modification 1)
FIGS. 8A and 8B are schematic diagrams illustrating an information processing apparatus according to the first modification.
前述の実施形態(図1)では、柔軟性を有するチューブ18を、マニホールド15a,15b間に弛みをもたせた状態で接続している。
In the above-described embodiment (FIG. 1), the
これに対し、図8(a)に示す例では、チューブ18をコイル状にしてマニホールド15a,15b間に接続している。そして、カバー19によりチューブ18を押圧して、カバー19と電子部品13との間にチューブ18を挟んでいる。
On the other hand, in the example shown in FIG. 8A, the
また、図8(b)に示す例では、チューブ18をジグザグ状にして、マニホールド15a,15b間に接続している。そして、カバー19によりチューブ18を押圧して、カバー19と電子部品13との間にチューブ18を挟んでいる。
Further, in the example shown in FIG. 8B, the
カバー19によりチューブ18を押圧すると、コイル状又はジグザグ状のチューブ18は弾性的に変形し、電子部品13や回路基板11の表面に接触する。
When the
これらの変形例では、電子部品13の高さの差が大きい場合であっても、各電子部品13にチューブ18を接触させることができる。
In these modified examples, the
また、これらの変形例では、チューブ18が回路基板11の表面に接触するので、電子部品13だけでなく回路基板11自体も冷却できるという効果を奏する。
Moreover, in these modified examples, since the
なお、図1に示す情報処理装置10においても、チューブ18の一部は回路基板11の表面に接触して、回路基板11自体を冷却する。しかし、これらの変形例のほうがマニホールド15a,15b間のチューブ18の長さが長く、チューブ18と回路基板11との接触面積を大きくすることできる。
Also in the
(変形例2)
図9は、変形例2における情報処理装置を示す模式図である。
(Modification 2)
FIG. 9 is a schematic diagram illustrating an information processing apparatus according to the second modification.
前述の実施形態(図1)では回路基板11の対向する2つの辺にそれぞれマニホールド15a,15bを配置し、それらのマニホールド15a,15b間にチューブ18を接続している。
In the above-described embodiment (FIG. 1),
これに対し図9に示す情報処理装置10aでは、回路基板11の一方の辺側に、仕切壁25cで仕切られた冷却水往路25aと冷却水復路25bとを有するがマニホールド25が配置されている。そして、マニホールド25の冷却水往路25a側のチューブ接続口と冷却水復路25b側のチューブ接続口との間に、チューブ18が接続され、それらのチューブ18は回路基板11の幅方向を往復するように配置されている。そして、それらのチューブ18は、電子部品13とカバー19(図2参照)との間に挟まれて固定される。
On the other hand, in the
変形例2においても、図1に示す情報処理装置10と同様の効果が得られる。
Also in the modification 2, the same effect as the
10,10a…情報処理装置、11…回路基板、13…電子部品、15a,15b…マニホールド、16a,16b…配管17…チューブ接続口、18…チューブ、19…カバー、20…冷却水供給装置、25…マニホールド、25a…冷却水往路、25b…冷却水復路、25c…分離壁。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
冷媒が供給されるマニホールドと、
前記冷媒が通る流路を有し、前記マニホールドに接続され、前記発熱部品に接触する柔軟なチューブと、
前記チューブを前記発熱部品に向けて押圧するカバーと
を有することを特徴とする情報処理装置。 A circuit board on which a heat generating component is mounted;
A manifold to which refrigerant is supplied;
A flexible tube having a flow path through which the refrigerant passes, connected to the manifold and in contact with the heat generating component;
An information processing apparatus comprising: a cover that presses the tube toward the heat generating component.
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