JP2020523661A - ハブリンク液冷システム - Google Patents

Abstract

コンピュータ・システムの冷却システムは、１つまたは複数の冷却ハブと、１つまたは複数の放熱デバイスとを含む。放熱デバイスは、二相作動流体を封入する内側通路を画定するノードおよび経路を有する。ノードおよび経路ネットワークは、二相作動流体が電子デバイスの熱生成構成要素から熱エネルギを吸収し、冷却ハブに伝達するためのリンクとして働く。ハブリンク構造は、より高い度合の設計の自由、空間管理、および冷却冗長性を可能にするために、加熱構成要素と冷却源との間の直接の幾何学的関係を切り離す。【選択図】図２Ａ

Description

関連出願の相互参照
本特許出願は、参照によって本明細書に完全に組み込まれている、２０１７年５月２５日に出願した米国特許出願第１５／６０５６９３号、名称「ＨＵＢ−ＬＩＮＫ ＬＩＱＵＩＤ ＣＯＯＬＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭ」の優先権を主張するものである。

コンピュータ・システムは、中央処理装置、グラフィックス処理ユニット、メモリ、ストレージ・デバイス、およびコンピュータ・システムの動作において使用される他の構成要素を含む動作する構成要素から熱を生成する。多くのデータ・センタでは、コンピュータ・サーバのアレイが、囲まれた環境内でホスティングされる。熱管理解決策は、生成された熱を収集し、データ・センタの外部に発散させることを目指す。しかし、通常の熱管理解決索は、複雑で非常に非効率的なシステムである。伝統的な技術は、熱管理のために空冷を実施するが、空冷は、しばしば、構成要素レベルの電力需要を満足するのに不十分であり、電気コストおよび消費される水資源に関して、データ・センタの日常動作にとって高価でもある。近年、冷却媒体として液体を利用する液冷システムが、その、空冷システムより高い熱伝達効率および空冷システムより低いエネルギ消費に起因して、徐々に採用されてきた。しかし、安全性、信頼性、および保守性などの液冷システムの考慮事項は、特にハイパースケール・データ・センタで、液体ベースの冷却解決策の実施に疑念を抱かせる。

詳細な説明は、添付図面を参照して説明される。異なる図内の同一の符号は、全体を通じて同様のまたは同一の項目を示す。

ハブリンク液冷システムの概略構造を示す図である。 熱吸収ゾーンと熱発散ゾーンとの間のノード経路ネットワークを形成するマイクロチャネルを示す、ハブリンク冷却システムの概略構造を示す図である。 コンピュータ・システムの内部にハブを有するハブリンク液冷システムの概略平面図構造を示す図である。 コンピュータ・システムの内部にハブを有するハブリンク液冷システムの概略立面図構造を示す図である。 １Ｕフォーム・ファクタ・コンピュータ内に設置されたハブリンク液冷システムを示す図である。 ハブリンク冷却システムおよび１Ｕフォーム・ファクタ・コンピュータを示す分解透視図である。 放熱装置を示す透視図である。 冷却ハブおよびその取付け機構の一実施形態を示す図である。 冷却ハブおよびその取付け機構の一実施形態を示す図である。 電子デバイスに取り付けられた放熱装置を示す端面図である。 冷却ハブの一実施形態を示す図である。 冷却ハブの一実施形態を示す図である。 冷却ハブの一実施形態を示す図である。 自己組織化された熱力学系（「ＳＯＴＳ」）放熱装置と冷却ハブとの間の接続方法の一実施形態を示す図である。 自己組織化された熱力学系（「ＳＯＴＳ」）放熱装置と冷却ハブとの間の接続方法の一実施形態を示す図である。 １Ｕフォーム・ファクタ・コンピュータに取り付けられたハブリンク液冷システムを示す透視図である。 図３Ａのハブリンク液冷システムを示す分解図である。 単一の片として一体化された冷却ハブおよびＳＯＴＳ放熱装置を有するハブリンク液冷システムの別の実施形態を示す透視図である。 単一の片として一体化された冷却ハブおよびＳＯＴＳ放熱装置を有するハブリンク液冷システムの別の実施形態を示す透視図である。 冷却媒体として二相流体を利用するハブリンク液冷システムを示す透視部分図である。 図４Ｃからの冷却ハブの断面を示す概略図である。 電子デバイス内に設置される、冷却媒体として流体と空気との両方を使用するハブリンク・ハイブリッド冷却システムを示す透視図である。 放熱装置を示す透視図である。 図５Ａのハブリンク・ハイブリッド冷却システムを示す平面図である。 冷却ハブを示す透視図である。 単一のＳＯＴＳ放熱装置に関連するハブリンク液冷システムを示す透視図である。 電子デバイスとは別々のハブリンク液冷システムを示す透視図である。 冷却ハブとコンピュータ構成要素との間の関係を示す、ＳＯＴＳの構造を示す平面図である。 振動ヒート・パイプを有する放熱装置を示す平面図である。 放熱装置と冷却ハブとの間の間接的接触を示す平面図である。 代替の放熱デバイスを有するハブリンク液冷システムを示す図である。 ハブリンク冷却システム用に構成された構成要素配置を有するコンピュータ・システムを示す透視図である。 図８Ａのコンピュータ・システムを示す分解透視図である。 複数のコンピュータ・ブレードによって共有される単一の冷却ハブを組み込んだブレード・サーバ・システムを示す透視図である。 クラスタ化されたコンピュータ・システムの冷却冗長性を示す概略図である。 クラスタ化されたコンピュータ・システムの冷却冗長性を示す概略図である。 クラスタ化されたコンピュータ・システムの冷却およびポンプ冗長性を示す概略図である。

コンピュータ・システム内での熱の生成は、適切に管理されない場合に、短縮された構成要素寿命、永久的な構成要素損傷、またはデータ消失につながる可能性がある。通常の熱管理解決策は、コンピュータ・システムをホスティングするエンクロージャ内に冷却媒体（空気、液体、またはハイブリッド・システムではその両方）を駆動し、このエンクロージャ内で、冷却媒体は、コンピュータ構成要素と局所的に熱を交換し、その後、熱交換の次の段階がデータ・センタ外部に熱を発散するために、システムの外に導かれる。言い換えると、冷却ユニットは、同一のハウジング・エンクロージャ内でコンピュータ・システムと空間を共有し、これが、一般に、構成要素配置と冷却媒体通過との干渉に起因する不十分な冷却の根本原因である。一部のシステム内部体積を解放するために、いくつかの試みは、液体または他の冷却媒体を収容し、直接熱伝達のためにコンピュータ構成要素に循環させる冷却板または熱サイフォンを導入した。しかし、複数の構成要素にまたがる流路の複雑なレイアウトは、それでも、大量のシステム内部体積を占有する。さらに、囲まれた液体ループを形成するためのハウジング・ユニットの間の接続は、コンピュータ・サーバに対する致命的損傷を引き起こす可能性がある、一定の正の内圧および経時的な腐蝕に起因する可能な漏れの重大な懸念を引き起こす。

他の試みは、複雑な流路レイアウトおよび冷却材漏れ損傷を回避するために、コンピュータ・システムをまたはサーバ・ラック全体さえをも、誘電性の液体媒体内に沈めることに頼るが、材料互換性および動作／保守の難しさなど、いくつかの他の懸念がある。

さらなる他の試みは、コンピュータ構成要素からコンピュータ・エンクロージャの外部に配置された冷却部材に熱を伝達するために、ヒート・パイプまたは中実伝熱材料などの放熱デバイスを利用する。これらのヒート・パイプ・ベースの発散デバイスは、コンピュータ構成要素を冷却ユニットに接続するために多数のパイプがグループ化され、曲げられるので、大量の空間を占める。ヒート・パイプの熱伝達容量は、内壁灯心からの毛細管力によって制限され、ヒート・パイプの直径、長さ、および重力に対する配置角度（９０°から−９０°まで）に伴って減少する。制限された熱伝達容量に加えて、ヒート・パイプの管状の幾何形状は、一般に、平面状のコンピュータ構成要素および冷却媒体のハウジング・ユニットに適合するために、平面状のハウジング・ユニットを必要とし、これが、接触熱抵抗のより望ましくない層を導入し、総合的な冷却性能を大幅に制限する。

本明細書で説明されるいくつかの実施形態によれば、多くの場合に、熱伝達およびエネルギ使用において非常に効率的な、コンパクトで包括的な液冷システムが提供される。さらに、この液冷システムの機械的アーキテクチャは、複数の熱生成構成要素および周辺機器を有するコンピュータ・システムのレイアウトの複雑さに対処する。液冷配置は、構造的な複雑さまたは機器の重複を導入せずに、単一のコンピュータ・システム内の個々の構成要素または、より大きいコンピューティング・データ・センタのクラスタ化されたシステムにまたがって分散された個々の構成要素に対して簡単に実施され得る冷却冗長性を提供することができる。

このために、ハブリンク冷却システムが、１つまたは複数の熱生成構成要素を含むコンピュータ・システムのために提供され得る。ハブリンク冷却システムは、少なくとも１つの冷却ハブおよび複数の熱流リンクを含むことができる。熱流リンクは、内部二相作動流体流を向けるための経路として働く複数の毛細管マイクロチャネルと、ノードと呼ばれるマイクロチャネルを接続する複数の継手とを含む少なくとも１つの放熱装置内でホスティングされ得る。ノードは、２つ以上のマイクロチャネルが相互接続する、熱吸収ゾーンまたは熱発散ゾーン内で画定され得る。放熱装置は、コンピュータ構成要素と冷却ハブとの間に配置され得、放熱装置は、ハウジング本体と、参照によってその全体が本明細書に組み込まれている米国特許出願第１５／０６０４２６号に記載のものなど、ハウジング本体内に配置された自己組織化された熱力学系（「ＳＯＴＳ」）とを含む。冷却ハブは、コンピュータ構成要素からＳＯＴＳを介して収集された熱を発散する液冷媒体を含むことができる。冷却ハブは、液冷媒体を循環させるために１つの入口および１つの出口を有することができる。

二相液体が、熱エネルギ担体として働く毛細管マイクロチャネル内に封入され得る。二相作動流体は、コンピュータ構成要素と冷却ハブとの間の熱流リンクを提供するために、コンピュータ構成要素および冷却ハブに隣接するノードを有するＳＯＴＳマイクロチャネル・ネットワークの内部を流れることができる。二相作動流体は、コンピュータ構成要素に隣接するノードを通って流れる時にコンピュータ構成要素から熱を吸収し、マイクロチャネルによって画定された経路に沿って流れ、冷却ハブに隣接するノードで熱を発散することができ、このノードでは、冷却ハブ内の追加の液冷媒体が、熱を収集し、発散させる。冷却ハブ内の追加の液冷媒体は、ＳＯＴＳマイクロチャネル内の二相作動流体とは別々に維持される、単一相または二相の冷却液とすることができる。

コンピュータ構成要素からＳＯＴＳへおよびＳＯＴＳから冷却ハブへの熱は、伝導によって伝達され得る。ＳＯＴＳ内の二相作動流体は、伝導、対流、相変化、またはその任意の組み合わせによってノードで熱を吸収し、発散し、ここで、熱伝達の型は、瞬間的な局所条件によって決定される。ハブと直列の熱放射デバイスは、液冷媒体によって収集された熱を離れた位置で発散することができる。ポンプ・システムが、冷却ハブと熱放射構成要素との間で液冷媒体を循環させ、複数の冷却ハブの間で液冷媒体を分配することができる。

いくつかの実施形態で、熱力学系、熱力学装置、および熱力学方法は、電子デバイス内の熱生成構成要素から二相流体を封入する閉じた流体回路を介して１つまたは複数の熱エネルギ発散ゾーンに熱エネルギを発散するように構成される。本明細書で使用される時に、電子デバイスは、任意のタイプの電子デバイスを含むことができる。たとえば、デスクトップ・コンピュータ、ラップトップ・コンピュータ、サーバ、ゲーム機、タブレット・コンピュータ、セットトップ・ボックス、テレビジョン、ディスプレイ、ハンドヘルド・デバイス、メディア・プレイヤ、および使用中に内部熱を生成する可能性がある他のそのようなデバイスは、すべて、電子デバイスの例である。本明細書で説明される実施形態は、局所条件（たとえば、温度、圧力、二相液の状態など）に基づいて自己組織化された形での、複数の熱エネルギ吸収ノードから複数の熱エネルギ発散ノードへの非常に効率的な熱伝達を可能にする。いくつかの実施形態は、熱力学系が、質量とエネルギとの両方の連通を可能にするために毛細管チャネルのネットワークによって相互接続されたノードによって表される複数のサブゾーンへの吸収ゾーンおよび発散ゾーンの細分を介して非常に自己組織化されることを保証する。たとえば、複数のノードが、同一ゾーン内の他のノードから細分され得る、すなわち、１つのゾーン内のノードが、互いに接続されない。

ＳＯＴＳ内では、二相作動流体が、頻繁ではあるがランダムに、液体から蒸気へなど、相状態を変更し、これが、大幅な体積変化に起因する毛細管チャネル内の質量伝達の「ジャンプ」を引き起こす。自己組織化された臨界は、ＳＯＴＳネットワーク内の流体流全体が、スケール不変点に達し、ランダムな「ジャンプ」をネットワークにまたがって分散させるのに適当な、マイクロチャネルのレイアウトおよび接続性トポロジが付随する状態を表す。閉じた流体回路内でのこの質量伝達は、毛細管作用とも称する場合があるが、ノードの間の二相作動流体の質量流に関する重力の影響をほぼ除去する。現在開示されているシステム、装置、および方法のさらなる目的および利点は、本開示全体で議論される。

いくつかの実施形態では、ＳＯＴＳ放熱装置は、複数のノード経路ネットワークをコンピュータ・システムの個々の熱生成構成要素に整列させ、これが、熱生成構成要素から１つまたは複数の冷却ハブへの熱流リンクを提供する。リンクは、コンピュータ構成要素に隣接するノード、冷却ハブに隣接するノード、およびこの２つのノードを接続する熱連通経路を含む。第１の二相作動流体担体が、コンピュータ構成要素からの熱の分数を吸収し、その熱を冷却ハブに移動し、発散させる。第２の二相作動流体担体が、熱を連続的に吸収し、伝達するために、コンピュータ構成要素に隣接するノードの空隙を再充填する。二相作動流体担体の移動および埋め戻しは、温度、相モード、および熱強度を含む局所条件によって決定されるノードの間の圧力差によって駆動される。加熱冷却レイアウトが付随するノード経路ネットワークのトポロジは、自己組織化された臨界を有するＳＯＴＳ装置の内部の大域的な熱流および質量流を提供することを意図されたものである。

ＳＯＴＳ放熱装置によって提供される複数の熱流リンクを利用することによって、液冷媒体およびそのハウジング・ユニットは、コンピュータ・システムの外部に、または最小の内部空間占有を伴ってコンピュータ・システムの内部に配置され得る。

一実施形態では、ＳＯＴＳ放熱装置は、複数のマイクロチャネルを中実の本体内に一体化する中実の本体として形成される。いくつかの場合に、本体の最小厚さは、いくつかの状況で約１ｍｍもの小ささとすることができる。ＳＯＴＳは、そのマイクロチャネルを用いて、熱源から離れて横に熱を伝達することができる。ＳＯＴＳは、コンピュータ・システムの内部空間の小さい分数を占有するように構成され得る（たとえば、ＳＯＴＳは、１Ｕフォーム・ファクタの４４．５ｍｍの高さのうちの１ｍｍを占有することができる）。ＳＯＴＳ放熱装置は、３次元でマイクロチャネルを一体化することによって、異なる高さの複数のコンピュータ構成要素に適合して取り付けられ得る。

一実施形態では、単一の放熱装置は、複数の冷却ハブに取り付けられる、全般的に平面の中実の本体とすることができる。たとえば、単一のＳＯＴＳが、Ｎ個のハブに接続され得、これを関係「１：Ｎ」によって表すことができる。多くの場合に、冷却ハブは、液冷媒体のための１つの入口および１つの出口を有する。冷却ハブは、単一のコンピュータ・システム内の１つまたは複数のＳＯＴＳ冷却装置への複数の接触ゾーンを有することができ、あるいは、冷却ハブは、単一のコンピュータ・システムと直列または並列に相互接続された複数の分離されたセクションを有することができる。単一のハブが１つまたは複数のＳＯＴＳに接続され得る、この実施態様では、そのハブは、それでも単一のハブと考えられ得る。複数のまたは「Ｍ」個のコンピュータ構成要素が、単一のＳＯＴＳ放熱装置と熱的に接触しているものとすることができ、この結果、関係を、Ｍ：１と表すことができる。「Ｍ」個のコンピュータ構成要素を、単一の放熱装置を有する「Ｎ」個の冷却ハブにリンクすることによって、コンピュータ構成要素と冷却ハブとの間の関係を、関係「Ｍ：Ｎ」によって表すことができ、これは、「Ｍ」個の構成要素のうちの１つが、「Ｎ」個の冷却ハブによって冷却され、「Ｎ」個の冷却ハブのうちの１つが、「Ｍ」個の構成要素を冷却すると解釈することができる。この形で、説明されるシステムは、個々の構成要素ごとに「Ｎ重」の冗長性を提供することができ、冗長に冷却される構成要素のうちの「Ｍ」個は、「Ｍ×Ｎ」個のユニットではなく、「Ｎ」個のユニットの冷却ハブだけを必要とする。

ハブを通る液冷媒体は、ポンプ・システムによって駆動され、このポンプ・システムは、コンピュータ・システム構成要素（１つまたは複数）によって生成され、コンピュータ・システム構成要素からＳＯＴＳ放熱装置を介して液冷媒体に伝達された熱を収集するために、冷却ハブを介して液冷媒体を循環させ、その後、熱を発散するために放射デバイスに循環させ、これが、閉ループ流路を形成する。いくつかの場合に、冷却ハブは、熱吸収のエリアと熱発散のエリアとの間の閉ループを介して循環する冷却液を伴う閉じた流体ループを画定する。

いくつかの実施形態で、クラスタ化されたシステムは、類似する物理構成の「Ｌ」個のコンピュータ・システムをホスティングする。各コンピュータ・システムは、「Ｎ」個の冷却ハブによって冷却される「Ｍ」個の構成要素を有することができる、すなわち、「Ｍ：Ｎ」である。「Ｌ」個のコンピュータ・システムの第１の冷却ハブは、第１の冷却ループを形成するために直列に接続され得、第２の冷却ハブ、第３の冷却ハブ、および「第Ｎ」までのすべての冷却ハブも同様である。この形で、システム内の「Ｎ」個の冷却ハブは、「Ｎ」個の冷却ループ内にある。クラスタ化されたシステムの構成要素と冷却ループとの間の関係は、「Ｌ×Ｍ：Ｎ」として表すことができ、これは、「Ｌ×Ｍ」個の構成要素のうちの１つが、「Ｎ」個の冷却ループによって冷却され、「Ｎ」個の冷却ループのうちの１つが「Ｌ×Ｍ」個の構成要素を冷却すると解釈することができる。この配置は、個々の構成要素ごとに「Ｎ重」の冗長性を提供し、「Ｌ×Ｍ」個の冗長に冷却される構成要素は、「Ｌ×Ｍ×Ｎ」個のユニットではなく、冷却ループの「Ｎ」個のユニットだけを必要とする。これを、図示し、本明細書の下でさらに詳細に説明する。

いくつかの実施形態では、各個々の冷却ループは、液冷媒体の循環をサポートするために１つのポンプ・システムを有する。したがって、単一のコンピュータ・システム内の構成要素は、「Ｍ：Ｎ」のポンプ冗長性を、またはポンプ冗長性に関するクラスタ化されたシステム内で「Ｌ×Ｍ：Ｎ」のポンプ冗長性を達成することができる。

他の実施形態では、個々の冷却ループは、並列にグループ化され、冷却ループの間で液冷媒体を分配し、収集するのに「Ｋ」個の冗長なポンプを利用するマニホルドに接続される。そのような配置を介して、単一のコンピュータ・システム内の構成要素は、「Ｍ：Ｎ」の冷却ループ冗長性に加えて「Ｍ：Ｋ」のポンプ冗長性を、またはポンプ冗長性に関するクラスタ化されたシステム内で「Ｌ×Ｍ：Ｎ」の冷却ループ冗長性に加えて、「Ｌ×Ｍ：Ｋ」のポンプ冗長性を達成することができる。

本明細書で説明される利点は、ハイブリッド冷却システムを利用することによっても入手され得る。たとえば、主要な熱生成源は、本明細書で説明するようにハブリンク冷却システムによって冷却され得、非クリティカル構成要素（たとえば、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ、電圧レギュレータなど）および周辺内部機器（たとえば、電源、ストレージ・デバイス、アドオン・カードなど）は、これらが主要な熱生成源（たとえば、ＣＰＵ、ＧＰＵなど）と比較して動作中に少量の熱を生成するので、ファンによって空冷され得る。

ハブリンク冷却システムは、冷却ハブ内で熱を吸収し、伝達するために、液冷媒体の強制対流ではなく、液冷媒体の相変化を利用することができる。相変化液冷媒体のハウジング・ユニットは、液体の流れを駆動し、放熱装置に隣接する界面で蒸発を持続させるために、内側灯心上の毛細管を利用することができる。

図１Ａおよび図１Ｂは、コンピュータ・システム、ＳＯＴＳ放熱装置１１０、冷却ハブ１２０および１２１、熱放射デバイス１５０、ならびにポンプ・システム１５３および１５４を含む、ハブリンク冷却システムの概略構造を示す。コンピュータ・システムは、１３１、１３２、および１３３などの複数の熱生成構成要素を含む。コンピュータ・プリント回路基板（ＰＣＢ）１３０は、アドオン・カード、ストレージ・デバイス、および他の周辺機器などのコンピュータ構成要素を含む。ＳＯＴＳ放熱装置１１０は、単一の片または複数の片として形成され得る。使用中にコンピュータ構成要素によって生成される熱は、ＳＯＴＳ １１０を介して冷却ハブ１２０および１２１に、コンピュータ・システムに干渉せずに伝達される。たとえば、ＳＯＴＳ内のマイクロチャネル１１１、１１２、１１３、および１１４は、構成要素１３１に隣接するノードを冷却ハブ１２０および１２１に隣接するノードにリンクする。これらのリンクは、ＳＯＴＳ内の封入された二相作動流体が構成要素１３１から熱を吸収し、対応する冷却ハブ１２０および１２１に流れ、冷却ハブ１２０および１２１内で液冷媒体に発散させる時の熱流路を画定する。図１Ａおよび１Ｂに示されたリンクが、概略的に表され、実際のレイアウトが、ハブリンク式冷却システムがそのために構成されるコンピュータ・アーキテクチャによって決定され得ることを了解されたい。冷却ハブは、それぞれポンプ１５３および１５４によって駆動されるループ１５１および１５２内で循環される液冷媒体を収容する。液冷媒体は、接続されたリンクを介して伝達された熱を吸収し、その後、冷却ハブ１２０および１２１から熱放射デバイス１５０に流れ、ここで、吸収された熱が、外部の周囲に発散される。冷却された液冷媒体は、冷却ハブに戻って駆動される。ループ１５１および１５２は、いくつかの実施形態では閉ループである。液冷媒体は、実施の前に、ループ１５１および１５２内に事前に装填される。いくつかの場合に、オプションのリザーバが、追加の液冷媒体を提供するためにシステムに追加され得る。ＳＯＴＳ放熱装置１１０は、二相作動流体がマイクロチャネル内に封入されている、複数のマイクロチャネル・ネットワークのハウジングと考えることができる。たとえば、図示されているように、構成要素１３１に隣接して配置された、１１５および１１６を含む４つのノードがある。ノードが、ＳＯＴＳ装置１１０の中実の本体内にあり、構成要素１３１によって生成された熱が、まずＳＯＴＳ装置１１０と構成要素１３１との間の接触界面を介して伝導され、その後、ＳＯＴＳ装置１１０の中実の本体を介して伝導され、最終的に、マイクロチャネル内の二相作動流体によって吸収されることを了解されたい。具体的には、ノード１１５は、マイクロチャネル１４１を介してノード１２２へ、マイクロチャネル１４２を介してノード１２３へ、およびマイクロチャネル１４３からノード１２４へなど、３つの接続を提供し、ノード１２２および１２３は、冷却ハブ１２０に隣接して配置され、ノード１２４は、冷却ハブ１２１に隣接して配置される。いくつかの実施形態で、ＳＯＴＳ １１０の内部の熱流および質量流が自己組織化されることを保証するためにノード・ルーティングおよび接続方法に関するルールがあることを了解されたい。たとえば、同一のコンピュータ構成要素に隣接するノードは、お互いに直接に接続されてはならず、ノードは、同一の個々のノードに複数回接続されてはならない。いくつかの実施形態では、各ノードは、異なるゾーンに配置された少なくとも２つの他のノードに接続することができる。図１Ａおよび図１Ｂでは、ＳＯＴＳ装置１１０に関して、すべてのノードが図示されいるのではない。図示されているように、「ｘ」で終わる接続は、ノードへの接続が図示されていないことを意味する。すべての瞬間に、すべてのリンクが構成要素から冷却ハブへの熱流を有するとは限らないことをも了解されたい。マイクロチャネルの閉ループの性質の故に、冷却ハブ１２０に隣接するノードから構成要素１３１に隣接するノードに戻って返る二相流れによって占有されるリンクが常に存在し得る。二相作動流体を介する熱流またはリターン・フローは、異なる時に同一リンク内で発生する可能性がある。すなわち、二相作動流体は、マイクロチャネル内で両方向流れを経験する可能性がある。

いくつかの実施形態で、冷却ハブ１２０は、図１Ｃおよび図１Ｄに示されているように、コンピュータＰＣＢ １３０に固定され得る。熱流リンクのホストとしてＳＯＴＳ １１０を用いて、冷却ハブ１２０のレイアウトは、プロセッサ１６０などのコンピュータ構成要素への最小の干渉のために設計され得る。いくつかの実施形態では、ＳＯＴＳ １１０は、複数のコンピュータ構成要素に取り付けられ、たとえば、穴開け、曲げ１６１、単一片に一体化（ｓｉｎｇｌｅ ｐｉｅｃｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）、溶接／はんだ付け１６２、接着、伝熱界面材料１６３の使用による、またはその任意の組み合わせなどの製造方法を介して構成要素高さの差に対処するようにされ得る。一般に、システム内のプロセッサ１６０は、強い熱を生成し、効率的な伝導熱伝達を提供するために、最小限の追加の熱抵抗を有するよい表面接触を必要とする可能性がある。電圧レギュレータ１６４などの他の構成要素は、プロセッサ１６０と比較して相対的に少量の熱を生成し、非常に大きい安全動作温度マージンを有し、したがって、はんだ付け１６２、ＳＯＴＳ １１０の曲げ１６１、または伝熱界面材料１６３など、より不正確な方法を介してＳＯＴＳ １１０に取り付けられ得る。

いくつかの実施形態で、ＳＯＴＳ １１０とハブ１２０との間の接触面積が、ＳＯＴＳ １１０と熱生成構成要素１３１、１３２、および１３３（図１Ａの）との間の接触面積よりはるかに大きくなるようにシステムを設計することが好ましい。この全般的な設計ガイドラインを用いると、構成要素１３１、１３２、および１３３での集中した熱が、下げられた熱密度を伴って冷却ハブ１２０に発散され得、ＳＯＴＳ １１０とハブ１２０との間の接触抵抗は、接触面積に反比例するが、熱流へのはるかにより少ない温度勾配に寄与することができる。さらに、いくつかの実施形態で、ＳＯＴＳ １１０およびハブ１２０は、改善された熱伝達性能のために接触抵抗を除去するために、溶接または半田付けを介して１つの片に合併され得る。図１Ａから図１Ｄが、コンピュータ・システムおよびその構成要素、ＳＯＴＳ放熱装置１１０、ならびに冷却ハブ１２０の代表的な相対位置を示すことを了解されたい。実際の配置および幾何学的関係は、詳細なシステム構成に伴って変化する。

図２Ａは、Ｏｐｅｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｐｒｏｊｅｃｔ（ＯＣＰ）フォーム・ファクタを使用するものなど、デュアル・プロセッサ・コンピュータ・システム用に構成されたハブリンク液冷システムの一実施形態を示す。ＳＯＴＳ放熱装置２１０は、ねじ２１２によるなど、１つのＣＰＵおよび対応する電圧レギュレータに取り付けられる。ＳＯＴＳ ２１０は、バイパス・メモリ２６０に適合して成形され、エンクロージャ２２０の２つのエッジまで延びることができ、このエッジで、ＳＯＴＳ ２１０は、ブラケット２５０を用いてなど、自己封入された液冷ハブ２４０に固定されて、それらの間の熱的な接触を提供する。ＳＯＴＳ ２１０は、異なる位置で様々な厚さを有することができる。たとえば、ＣＰＵをカバーするエリア２１６は、強度および剛性を維持するためおよびＣＰＵとのよい接触のための平坦さを促進するために、約５ｍｍ厚とすることができるが、ＳＯＴＳ ２１０の残りは、よりよい成形性を有し、フォーム・ファクタ内でシステム構成要素の高さに対処するために低いプロファイルを維持するために、２ｍｍ程度の厚さとすることができる。図２Ａに示されているように、２つの独立の冷却ハブ２４０および２４８が、エンクロージャ２２０の２つのエッジ上に対称に配置され得る。入口ポート２４２を介するハブ２４０への液冷媒体流れは、ハブ２４０を介して循環し、出口ポート２４４を介して流れ出る。ＳＯＴＳ ２１０は、ＣＰＵなどの熱生成構成要素からの熱を冷却ハブ２４０および２４８に同時に伝達する。２つの独立の冷却ハブを利用することによって、一方の冷却媒体ループが故障する場合に、コンピュータ構成要素は、それでも、他方の冗長冷却ループによって冷却され得る。

図２Ａを継続して参照し、ハブリンク液冷システムの分解図を示す図２Ｂ〜図２Ｆをさらに参照すると、ＳＯＴＳ ２１０は、エンクロージャ２２０の２つのエッジ上の開口部を介して冷却ハブ２４０および２４８に取り付けられ得る。一実施形態では、冷却ハブ２４０および２４８は、エンクロージャ２２０のエッジ上で固定され、追加のブラケット２２２が、冷却ハブ２４０を封入し、エンクロージャ２２０の構造的完全性を強化するのに使用され得る。このアセンブリは、さらに、サーバ・ラック上に取り付けるためのブラケットと共に組み立てられ得る。いくつかの実施形態で、ＳＯＴＳ ２１０は、熱吸収ゾーン２１５および熱発散ゾーン２１４を有し、熱発散ゾーン２１４は、熱吸収ゾーン２１５および熱生成構成要素の接触面積と比較した時に、ハブ２４０および２４８とのより大きい表面接触面積を有するように構成される。ＳＯＴＳ ２１０は、完全に封入された二相流れ放熱装置とすることができる。ＳＯＴＳ ２１０は、エネルギ担体として中実の本体内に組み込まれた毛細管チャネルのノード経路ネットワーク内に収容された別個の二相（液体−蒸気）流れを利用することができる。熱吸収ゾーン２１５で吸収される熱エネルギは、二相流れを誘導し、ノード経路ネットワークのトポロジは、封入された二相流れが大域自己組織化された臨界を伴って移動するようにするために、ノード配置および接続の複雑さを利用し、したがって、ＳＯＴＳ ２１０の熱吸収ゾーン２１５と熱発散ゾーン２１４との間の安定した非常に効率的な熱伝達を表す。ブラケット２５０（図２Ａの）は、熱発散ゾーン２１４と冷却ハブ２４０との間の緊密な接触を保証するのに使用され得る。調整ねじ２５４は、穴２５２を介して冷却ハブ２４０に対してブラケット２５０を引っ張るのに使用され得、ブラケット２５０は、それらの間の緊密な取付けおよび表面接触のために冷却ハブ２４０に熱発散ゾーン２１４を押し付ける。ＳＯＴＳ ２１０の曲げおよび厚さは、システムの幅に沿った熱発散ゾーン２１４の柔軟性を可能にし、したがって、製造公差および組立公差を可能にする。

図２Ｇ〜図２Ｉは、図２Ａ内などの冷却ハブ２４０の一実施形態を示す。ハブ２４０の一実施形態では、中空の本体２４６が、押出し成形によって形成され得る。押出し成形の例の断面が、図２Ｈの分割線Ａ−Ａに沿ってとられた図２Ｉとして示されている。図２Ｉは、押出し成形の１つの例の外形である。エンド・キャップ２４５および２４７が、溶接または接着によるなど、中空の本体２４６に取り付けられ得る。エンド・キャップ２４５は、入口ポート２４２および出口ポート２４４を画定する。液冷媒体は、入口ポート２４２を介して流れ込み、エンド・キャップ２４７に向かって通過し、その後、出口ポート２４４に戻って返る。２４２および２４４は、動作中または動作の間に入口または出口として交換可能に使用され得る。一実施形態では、中空の本体２４６は、液体の流れのためにシームレスな本体を作成する低コスト製造方法である押出し成形プロセスによって形成される。溶接されたエンド・キャップ２４５および２４７は、圧力の下での液体の漏れを防ぐ、強く長持ちする永久的継手を提供することができる。いくつかの場合に、ハブ２４０およびその可能な故障点は、漏れが発生した場合のコンピュータ・システムへの損傷を防ぐために、コンピュータ・システムのエンクロージャの外部に配置され得る。

いくつかの実施形態で、中空の本体２４６は、本体２４６を通って延びる１つまたは複数のチャネル２５６または内腔を画定する。冷却フィン２６０が、押出し成形プロセス中などに内腔２５６内に形成され得、冷却ハブ２４０の中実の本体からその中で循環される冷却媒体への熱伝達の効率を改善するための追加の表面積を提供することができる。

図２Ｊおよび図２Ｋは、ＳＯＴＳ放熱装置２１０と冷却ハブ２４０との間のオプションの取付け方法を示す。ハブ２４０は、システム・エンクロージャ２２０の側壁２６８に固定され得る。プレート・ブラケット２６０が、ヒンジ２６２を用いてなど、ハブ２４０に固定され得る。リテーナ２６４およびそのホルダが、ハブ２４０を側壁２６８に取り付けるためにハブ２４０と係合するために側壁２６８に固定され得る。リテーナ・バー２６６が、ブラケット２６０を冷却ハブ２４０に押し付けさせ、さらに、ＳＯＴＳ ２１０をハブ２４０に緊密に押し付ける、偏らせる力を提供するためにリテーナ２６４と係合され得る。とりわけ、ハブリンク液冷システムを特定の電子デバイスに取り付ける特定の方法を判定する際の接触の緊密さ、ホットスワップ可能構成要素、および保守性などの他の考慮要因があるので、この取付け方法が、図２Ｂ、図２Ｊ、および図２Ｋに示されたものに限定されてはならないことを了解されたい。

特定のエンドユーザのための高いレベルの保守性を達成するために、ＳＯＴＳ ３１０の代替設計の一実施形態が、図３Ａおよび図３Ｂに示されている。ＳＯＴＳ ３１０の代替設計は、メモリ３１２などの内部構成要素への簡単なアクセスを可能にするために、異なる３Ｄ折り畳み方法を利用する。図示されているように、ＳＯＴＳ ３１０は、ＳＯＴＳ ３１０がメモリ３１２を囲むが、メモリがＳＯＴＳ ３１０を除去せずにアクセス可能であること可能にするようにサイズを定められ配置された空隙３１４を有することができる。この形で、ＳＯＴＳ ３１０は、交換またはサービスのためなど、構成要素アクセスの簡単さを可能にするために特定のコンピュータ・アーキテクチャ用にカスタム構成され得る。さらに、追加の空隙３１４は、望みに応じて、メモリ３１２以外の構成要素へのアクセスを可能にするように構成され得る。

図４Ａおよび図４Ｂを参照すると、いくつかの実施形態で、ハブ４１２および放熱装置４１０は、直接溶接またははんだ付けによるなど、１つの片に一体化され得る。いくつかの実施形態で、ハブ４１２および放熱装置４１０は、接触熱抵抗を最小にするために、１つの片として製造されることすら可能である。図４Ａおよび図４Ｂは、２つの放熱装置４１０が冷却ハブ４１２に直接に接触し、１つの片として一緒にコンピュータ・システム４１４と共に組み立てられ得る例を示す。

いくつかの実施形態で、対流液冷以外の代替の冷却の型が、冷却媒体に適用され得る。図４Ｃおよび図４Ｄは、冷却ハブ４２０内で相変化媒体を使用する代替設計を示す。界面表面４２６は、冷却ハブ４２０が放熱装置４１０に接着される表面である。灯心構造４２８は、液相媒体を充填される。界面表面４２６を介してハブ４２０に伝達された熱は、灯心内の液体媒体を気化させ、蒸気をハブ４２０の上セクション４３０に解放する。液相媒体４３２は、蒸発に起因する空隙を再充填するために、毛細管力によって灯心４２８に吸い込まれる。気相冷却媒体は、出口ポート４２２を介してハウジングを去り、第２ステージ熱交換器によってもう一度液相に凝縮する。凝縮された液相媒体は、閉ループ冷却システムを形成するために、入口ポート４２４を介してハウジングに戻される。いくつかの実施形態では、圧縮ステージが、この二相ループ内で用いられ得、戻り液体媒体は、環境より低温になる。代替案では、気相媒体が、はるかにより高温まで、したがって、環境に対するはるかにより大きい温度勾配まで圧縮され得、この温度勾配は、よりコンパクトな熱交換器を利用することを可能にする。

図５Ａ〜図５Ｄは、コンピュータ・エンクロージャ５２０内に配置された冷却ハブ５４０を有する提案されるシステムの別の実施形態を示す。図示されたシステム５００は、空冷と液冷との両方がシステム５００内で使用され得るハイブリッド冷却方法を利用する。ファン・ユニット５９０が、メモリ５２４、記憶媒体５１６、およびファン・ユニット５９０によって作成される気流内に置かれた他の周辺構成要素を冷却するように位置決めされる。ＳＯＴＳ ５１０および冷却ハブ５４０は、２つのプロセッサおよび電圧レギュレータを冷却するのに使用される。図示されているように、冷却ハブ５４０は、いくつかの例でその高さが１０ｍｍを超えない低プロファイルの押出し成形された部品とすることができる。冷却ハブ５４０は、システム・エンクロージャ５２０の底部に固定され得、溶接、はんだ付け、接着、ねじ、または他の機械的なもしくは化学的な締結方法によってなど、事前に設置され、エンクロージャに一体化され得る。ＳＯＴＳ ５１０は、ＰＣＢの境界を超えて延び、冷却ハブ５４０に接触するのに十分に延びるように構成される。総厚さは、１インチの半分以下に制御され得、いくつかの実施形態で、ＳＯＴＳ ５１０およびハブ５４０の総厚さは、それらがシステム・エンクロージャ５２０内で組み立てられる時に、それらが１Ｕサーバ・システムの高さの約２８％未満を占めるようにするために制御される。２つのＵ字形液冷ループがあり、その一方は、ポート５４２を介して流れ込み、ポート５４１を介して去り、他方は、ポート５４３を介して流れ込み、５４４を介して去る。複数の流体経路が、循環ポンプのうちの１つが致命的障害を経験する場合の冗長性を保証する。

図６Ａおよび図６Ｂは、ほぼＰＣＢ ６３０のサイズのＳＯＴＳ放熱装置６１０が、ＰＣＢ上に取り付けられた主要な熱生成構成要素のすべてに接触することのできる実施形態を示す。ＳＯＴＳ ６１０は、メモリ、コネクタ、およびいくつかの他の部品がそれを通って延びることを可能にするサイズにされ、形状にされ、ＳＯＴＳ ６１０内に配置された開口部６４０および６４２を有する。液冷ループは、ホルダ６２０および流体管６２２を含む。液冷ループのルートは、コンピュータ・アーキテクチャとＰＣＢ ６３０上の電子構成要素のレイアウトとに基づいて事前に決定され、いくつかの場合に、空間利用を最適化するように設計される。管６２２は、コンピュータ・エンクロージャ６５０内に存在する障害物を迂回するために流体ルートの形状に曲げられ得、ＳＯＴＳ ６１０への組立の前にホルダ６２０内にプレス加工されまたはこれにはんだ付けされ得る。１つの例示的な実施形態では、流体管６２２は、よりよい熱伝達性能および構造的完全性のためにＳＯＴＳ ６１０にはんだ付けされる。いくつかの応用例で、１つのＰＣＢ設計が、異なる応用例シナリオのために様々なコンピュータ・システム構成で使用され得る。いくつかの場合に、液体ループ・ルートは、他の考慮事項の中でも、コンピュータ構成要素の位置およびレイアウト、ＰＣＢ ６３０のサイズおよび形状、ならびにコンピュータ・ハウジング６５０の形状など、異なるシステム機械構造に対処するために変化することができる。ＳＯＴＳ ６１０の形状は、ＰＣＢの設計に基づくものとすることができ、共通のＰＣＢを共有する様々なコンピュータ・システム構成にまたがって一貫するものとすることができる。したがって、図６Ａおよび図６Ｂに示されたシステム６００は、様々なシステム構成のための低コストで柔軟な液冷解決策を提供することができる。図示のシステム６００は、コンピュータ・システム内に単一の液体ループだけを示すが、システムに対する非常にわずかな変更が必要な場合および／またはこれが望まれる場合に、冗長な液体ループが展開され得ることを了解されたい。液体ループは、ＳＯＴＳ ６１０の上面に制限されず、必要に応じて、ＳＯＴＳ ６１０の下部に沿って、または熱伝達特性を提供するために望ましいＳＯＴＳ ６１０の任意の部分（１つまたは複数）に沿って、配置され得る。

図７Ａは、中実の本体７１０内で実施されたＳＯＴＳシステム７００の概略図を示す。加熱ノード７２０、７２１、および７２２が、ＰＣＢに取り付けられた熱生成構成要素に隣接して取り付けられたゾーン内に配置され、７２０および７２１は、加熱ノードの同一のグループに属する。これらの加熱ノード７２０および７２１は、ノード７２０および７２１に隣接するコンピュータ構成要素から熱を吸収するために、ゾーンを独立のサブゾーンに分割する。冷却ノード７４０は、冷却源に隣接して取り付けられたゾーン内に配置される。加熱ノードおよび冷却ノードは、中実の本体７１０内に形成された毛細管チャネル７５０によって接続される。毛細管チャネルは、レーザー切断、エッチング、機械加工、放電加工、また他の適切な製造技法によるなど、中実の本体の製造中に形成され得る。図７Ａは、ノード７２０、７２１、および７２２から対応する冷却ノード７４０への接続を概略的に示す。図７Ａには、すべての接続が示されているわけではない。

いくつかの実施形態で、ＳＯＴＳネットワークの複雑さは、図７Ｂに示されているものなど、ネットワーク・トポロジ全体が通常の閉ループ振動ヒート・パイプ（ＯＨＰ）として形成され得る場合など、単純化され得る。ＯＨＰは、相対的に高い放熱性能を有し、標準的なヒート・パイプと比較した時に、より多くの熱流束を除去することができる。ＯＨＰは、ポンプまたは動力を必要としない、受動熱伝達デバイスである。熱伝達は、蒸発器（たとえば、熱生成構成要素）と凝縮器（たとえば、冷却源）との間での作動流体の固有振動を介して発生する。加熱構成要素に隣接する第１の加熱ゾーン７６０は、ＰＣＢに取り付けられた熱生成構成要素から離れて熱を引き出すように構成され、第１の冷却ゾーン７７０は、冷却源に隣接する。毛細管チャネル７３０は、しばしばフラットＯＨＰと称する閉ループを作成するために形成される。曲がりくねった毛細管チャネル７３０は、熱輸送チャネルとして働くことができ、冷却媒体にさらに発散させるために第１の加熱ゾーン７６０から離れて第１の冷却ゾーン７７０に向かって熱を向けることができる。

図７Ｃに示されているように、いくつかの実施形態で、ＳＯＴＳ ７１０上のいくつかのゾーン７１８が、冷却源がそれに直接に取り付けられるために使用可能ではない場合がある。この場合に、ヒート・パイプ７８０などの相対的により低コストの熱伝達デバイスが、ＳＯＴＳ ７１０と１つまたは複数の離れた冷却源７７０との間で熱伝達に使用され得る。いくつかの実施形態で、中実の本体７１０がＰＣＢの表面積をカバーする場合であっても、ＳＯＴＳ ７１０ネットワーク・システムが、ＰＣＢ上の加熱構成要素のほとんどが配置される、ＰＣＢの制限されたエリアすなわち影付きのゾーン７１２だけをカバーする場合がある。たとえば、小さい熱源７６２が、適当な冷却を受け取るためには冷却源７７２から遠すぎる場合がある。小さい熱源７６２が配置されるゾーンにサービスするために特殊化されたＳＯＴＳ ７１０を開発するのではなく、別々の熱伝達デバイス７８２が、局所熱伝達を機能強化するためにＳＯＴＳ ７１０上面に接着され得る。別々の熱伝達デバイス７８２は、通常のヒート・パイプ、ＯＨＰ、または小さい熱源が冷却源７７２およびＳＯＴＳ ７１０によって冷却されることを可能にする何らかの他の形の熱伝達構成要素とすることができる。この形で、標準的なシステム７００は、特定のＳＯＴＳ ７１０がそれと一体化されるように設計される標準アーキテクチャから逸脱する可能性があるコンピュータ・アーキテクチャに対処するために素早く効率的にカスタマイズされ得る。

いくつかの実施形態で、図７Ｄに示されているように、離れた熱源７６４、たとえばアドオン・カードが、コンピュータ・システムに追加される場合があり、この離れた熱源７６４が、ＳＯＴＳ ７１０に取り付けられた主冷却源７２４によって冷却される必要がある場合がある。この場合に、ヒート・パイプ７８０などの独立の熱伝達デバイスが、第１の加熱ゾーン７６４からＳＯＴＳ ７１０に熱を伝達するのに使用され得る。言い換えると、ＳＯＴＳ ７１０およびそれに取り付けられた冷却源７２４は、熱生成コンピュータ構成要素を直接にまたは間接に冷却するための冷却ステーションのハブとして働く。したがって、システム７００は、多数のコンピュータ・アーキテクチャに対処するために、設置の時点で構成可能である。

図８Ａおよび図８Ｂに示されているように、ＰＣＢ ８０５と、１つまたは複数のＣＰＵ ８０６および１つまたは複数のメモリ８０７と含むことができるその構成要素とは、本明細書で説明するハブリンク液冷システム８００によって排他的に冷却されるように位置決めされ、方位を定められ得る。すなわち、ＰＣＢ ８０５に結合された熱生成構成要素から生成された熱は、ＳＯＴＳ放熱装置を介して冷却ハブ８２０に輸送され、その後、冷却ハブ８２０を介してシステム・エンクロージャのエッジに沿って循環する液冷媒体によって外部に発散される。ＳＯＴＳ放熱装置８１０は、１つまたは複数のＣＰＵ ８０６などの熱生成構成要素から冷却ハブ８２０へ熱を伝達する。伝導ベースの冷却ブラケット８３０は、１つまたは複数のメモリ８０７から冷却ハブ８２０に熱を伝達することができる。たとえば、冷却ブラケット８３０は、１つまたは複数のメモリ８０７と接触して、伝導を介して熱を吸収し、その後、吸収された熱を、やはり伝導を介して冷却ハブ８２０に伝達することができる。このシステムは、２つ以上の独立の液体ループを実施することによって、冗長な冷却を提供することができる。本開示の趣意および範囲内の、コンピュータおよびハブリンク冷却システム８００の変形の構成およびレイアウトがあることを了解されたい。

図９は、ブレード・サーバ・システム９０２内で利用され得るハブリンク冷却システム９００の一実施形態を示す。いくつかの場合に、複数のサーバ・ブレード９１０が、２つの冷却板９２０の間で垂直に並んで配置される。冷却板９２０は、クラスタ化されたサーバ・ブレード９１０によって共有される冷却ハブとして働く。この構成のＳＯＴＳ ９１２および冷却ブラケット９１４は、図８Ａおよび図８Ｂに示されたＳＯＴＳ ８１０および冷却ブラケット８３０の説明に類似する放熱装置として働くことができる。すなわち、サーバ・ブレード９１０の主要な構成要素によって生成された熱が、ＳＯＴＳ ９１２および冷却ブラケット９１４を介して、取り付けられた冷却板９２０に伝達される場合である。金属管９２２が、冷却板９２０の金属ケースに組み込まれ、固定され、取り付けられ、または接着され得る。この構成では、液冷媒体は、金属管９２２によって画定される冷却液経路を介して循環され得、金属管９２２は、１つまたは複数の入口ポート９２４および出口ポート９２６を含むことができる。１つまたは複数のＳＯＴＳ ９１２および／または冷却ブラケット９１４に関連して使用される冷却ハブとして働くように冷却板を構成する多数の形があるので、図９の冷却板９２０が、例の構成として示されることを了解されたい。複数のサーバ・ブレード９１０の間で冷却板９２０を共有することによって、冷却システム９００の構造は、非常に単純化され、簡単な保守を提供する。

冷却システム全体を複製することなく冷却冗長性を達成するために、「共有」の型が、クラスタ化されたコンピュータ・システムに関してラック・レベルで利用され得る。図１０Ａに示されているように、ラック１０１０は、複数のサーバ・ノード１０２０をホスティングする。ラック全体が、複数の平行冷却ループ１０２１および１０２２（たとえば、図１０Ｂでは４つの平行ループ）によって冷却され得、各液体ループは、複数のサーバ・ノード１０２０を通過することができる。いくつかの場合に、ノードごとに、構成要素は、一方のループが故障する場合に、故障したループが修理されるまで、他方のループがサーバ・ノードを十分に冷却し続けるように、２つの平行冷却ループ１０２１および１０２２によって冷却され得る。ラックによって生成された熱は、熱交換器１０３０を介して第２ステージ冷却ループに発散され、その後、最終的に冷却システム１０３２によって外部に発散され得る。図１０Ａおよび図１０Ｂのコンピュータ構成要素が、液冷ループとポンプ・システムとの両方に関して同一の冗長性を有することができる。

図１０Ｃは、冷却冗長性を提供できる冷却システムの別の例示的な実施形態を示す。コンピュータ・ノードを通過する流体ループ１０２１および１０２２は、共通のマニホルド１０４０に接続され得、ここで、液冷媒体が分配され、収集される。マニホルド１０４０内の収集された液冷媒体は、ポンプ１０２４およびオプションの冗長な対応するポンプ１０２５によって熱交換器１０３０に駆動され、ここで、サーバ・ノード１０２０から収集された熱が、第２の冷却システム１０３２に伝達され得る。冷却された液冷媒体は、その後、マニホルド１０４０に送り返され、各液体ループに再分配される。

この形で、単純な冷却システムが、簡単に構成可能であり、スケーラブルであり、熱生成構成要素の冗長冷却を提供する、ハブリンク構造として形成される。さらに、このシステムは、冗長性を提供し、ハイブリッド冷却媒体を提供するように構成され得、保守が簡単である。最後に、ハブリンク冷却システム１０００は、多数の異なるコンピュータ・アーキテクチャのために簡単に構成可能であり、アドオン・ハブ、ヒート・パイプ、または他のヒート・シンク・タイプ・デバイスの追加を介して設置の時点でオンザフライで構成されることすら可能である。

いくつかの実施形態によれば、液冷システムは、第１の冷却ハブ、ＳＯＴＳなどの放熱装置、および循環ポンプを含む。第１の冷却ハブは、純粋な液体または二相液体などの第１の冷却媒体を含むことができる。放熱装置は、複数の内部毛細管チャネルを画定することができ、この内部毛細管チャネルは、第１の二相作動流体を循環させるために閉じたノード経路ネットワークを形成する。放熱装置は、第１の冷却ハブと伝導熱連通しているものとすることができる。すなわち、放熱装置は、第１の冷却ハブと表面接触しているものとすることができる。代替案では、放熱装置は、第１の冷却ハブに溶接され、接着され、または一体成形され得る。循環は、第１の冷却ハブと流体連通しており、第１の冷却ハブ内で第１の冷却媒体を循環させるのに使用される。

冷却ハブは、第１のポート端および第２の閉端を含むことができる。冷却ハブは、内腔と呼ばれる場合がある１つまたは複数の中空のチャネルを画定する押出し成形された本体とすることができる。冷却ハブの一端は、中空チャネルの間の流体連通を提供するエンド・キャップによって閉じられ得る。他端またはポート端は、冷却ハブ内の中空チャネルへの入口および出口を提供するための管継手を有するポートを含むことができる。

冷却ハブは、冷却ハブの縦長さに沿ってチャネル内に形成されたフィンを有することができる。フィンは、押出し成形中など、製造中に形成され得、フィンが冷却ハブの設計に組み込まれない場合より増加した熱伝達を提供することができる。

放熱装置内の内部毛細管チャネルは、その中の二相作動流体流の自己組織化された臨界のためのノードおよび経路のネットワークを形成する。すなわち、ノードおよび経路のネットワークは、二相作動流体が毛細管現象によってまたはＳＯＴＳノードの間の圧力差によってチャネルを通って流れることを可能にする。いくつかの場合に、ヒート・パイプなどの第２の熱伝達デバイスも、熱流の補足的調整としてＳＯＴＳ放熱装置と一体化され得る。これは、電子デバイスが、他の主要な熱生成構成要素から相対的に大きく離れて配置された熱生成構成要素を有する場合に特に有用である。この場合に、ヒート・パイプは、離れた熱生成構成要素をＳＯＴＳ放熱装置に熱的に結合することができる。

いくつかの場合に、放熱装置は、同一平面上にはない第１の平面表面および第２の平面表面を有する。これは、放熱装置が、ＰＣＢの上で異なる高さに延びる可能性がある複数の熱生成構成要素と接触することを可能にすることができる。これは、放熱装置が、お互いに垂直または角度を付けられた複数の熱生成構成要素および冷却ハブに接触することを可能にすることもできる。

二次熱交換器が、冷却ハブ内の第１の冷却媒体から周囲環境に熱を伝達するのに使用され得る。いくつかの例で、これは、電子デバイスのハウジングの外部で行われる。二相流体が、冷却ハブの冷却媒体として使用される時に、凝縮器が、冷却ハブと連通して配置され得、冷却媒体を気相から液相に凝縮するのに使用され得る。

いくつかの場合に、第２の冷却ハブおよび第２の放熱装置が、電子デバイスに冗長な冷却を提供するのに使用され得る。さらに、冷却ハブは、サーバ・ラック内の複数のコンピュータなど、複数の電子デバイスに冷却を提供することができる。

上で説明したシステムと共に、方法は、第１の電子デバイスの１つまたは複数の熱生成構成要素と接触している放熱装置を提供することを含む。放熱装置は、二相作動流体を含むことができ、放熱装置は、内部流体流ネットワークを画定することができる。この方法は、放熱装置の少なくとも一部と表面接触している冷却ハブを提供することであって、冷却ハブは、第１の冷却液を含む、提供することをさらに含む。使用中に、この方法は、放熱装置内の二相流体流を介して冷却ハブ内の第１の冷却液に熱を伝達することと、冷却ハブと熱連通している熱交換器を介して周囲環境に熱を伝達することとを含む。

いくつかの例で、第２の放熱装置が、第２の電子デバイス（たとえば、第２のコンピューティング・デバイス）の１つまたは複数の熱生成構成要素と接触して提供され、第２の放熱装置は、第２の二相作動流体を含み、内部流体流通路を画定することができる。第２の放熱装置は、冷却ハブと表面接触して配置され、これによって、第１の電子デバイスと第２の電子デバイスとの両方からの熱伝達を提供するように冷却ハブを構成することができる。この形で、単一の冷却ハブが、複数の電子デバイスに冷却の利益を提供するのに利用され得る。

いくつかの例で、第２の放熱装置が、第１の電子デバイスの１つまたは複数の熱生成構成要素のうちの異なる１つと接触し、冷却ハブと熱連通して配置される。すなわち、複数の熱生成装置が、単一のコンピューティング・デバイス内で使用され、熱生成構成要素から離れる熱伝達をもたらすために、共有される冷却ハブに結合され得る。

いくつかの場合に、システムは、第１の二相冷却液を含む閉じた冷却液ループを含む。流体ループは、内部流体通路を画定する冷却ハブと、閉じた流体ループ内の第１の二相冷却液を循環させるポンプと、第１の二相冷却液を気相から液相に凝縮する凝縮器とから構成される。このシステムは、第１の二相作動流体を含む放熱装置であって、放熱装置は、内部毛細管チャネルのネットワークを画定する本体を含み、内部毛細管チャネルは、閉じたネットワークを形成する、放熱装置をさらに含む。放熱装置は、冷却ハブ内の第１の二相冷却液に、放熱装置内の第１の二相作動液からの熱を伝達するために冷却ハブと熱的に接触しているものとすることができる。

いくつかの場合に、第２の放熱装置は、冷却ハブと熱的に接触して配置される。すなわち、複数の放熱装置が、共通の冷却ハブを共有することができる。放熱装置は、第１の電子デバイス内に配置され得、第２の放熱装置は、第２の電子デバイス内に配置される。

いくつかの例で、第２の放熱装置は、冷却ハブと熱的に接触して配置される。第２の放熱装置は、第１の放熱装置と同一の電子デバイス内または異なる電子デバイス内に配置され得る。オプションで、ヒート・パイプが、冷却ハブと熱的に接触して配置され得る。

いくつかの実施形態で、放熱装置は、電子デバイスのプリント回路基板に取り付けられた２つ以上の熱生成構成要素と熱的に接触している。放熱装置は、熱吸収のゾーンおよび熱発散の第２のゾーンを画定することができ、毛細管チャネルは、この２つのゾーンの間で熱流経路および質量流経路を画定し、ゾーンの内部に配置されたノードで交差することができる。

放熱装置は、電子デバイスの内部に取り付けられ、電子デバイス内のプリント回路基板に取り付けられた１つまたは複数の熱生成構成要素と表面接触するように構成され得る。

使用中に、電子デバイス内の熱生成構成要素が熱を生成する時に、その熱は、熱生成構成要素と接触している放熱装置の中実のハウジングを介する伝導によって伝達され、放熱装置内のマイクロチャネル内を循環する二相作動流体に伝達される。二相作動流体によって吸収された熱は、不均一な温度および圧力の上昇ならびに／または放熱装置の内部のランダムな位置でのランダムな相変化を引き起こすことができる。二相作動流体は、内圧差および相変化の発生に付随する突然の体積変化によって駆動される。マイクロチャネルの適当なレイアウト、接続性トポロジ、および二相作動流体のタイプが、全体としての熱流および質量流を臨界点で自己組織化させることができ、これが、非常に効率的で動的に安定した熱伝達をもたらす。

二相作動流体は、蒸気部分または液体部分のいずれであれ、伝導、対流、相変化、またはその任意の組み合わせにおいて確率論的に変化する熱伝達の型によって冷却ハブに熱を伝達する。冷却ハブは、対流（単相冷却液）または相変化（二相冷却液）によって冷却ハブの別の冷却媒体に熱を伝達する。１つまたは複数のポンプが、冷却ハブ内の冷却媒体を循環させ、この循環が、冷却媒体内の熱を熱交換器に伝達する。いくつかの場合に、冷却ハブ内の冷却媒体は、十分な熱を吸収する際に相変化を経験する二相流体でもある。凝縮器が、冷却媒体が液相に戻るのを促進するために設けられ得る。

主題が、構造的特徴および／または方法論的行為に固有の言葉で説明されたが、添付の特許請求の範囲で定義される主題が、必ずしも説明された特定の特徴または行為に限定されないことを理解されたい。そうではなく、特定の特徴および行為は、特許請求の範囲を実施する例示的な形態として開示されるものである。

Claims (20)

1. 第１の冷却媒体を含む第１の冷却ハブと、
   複数の内部毛細管チャネルをホスティングする第１の放熱装置であって、前記内部毛細管チャネルは、ノード経路ネットワークを形成し、第１の二相作動流体を含み、前記第１の放熱装置は、前記第１の冷却ハブと伝導熱連通している、第１の放熱装置と、
   前記第１の冷却ハブと流体連通しており、前記第１の冷却ハブ内の前記第１の冷却媒体を循環させるように構成され、第１の冷却ループを形成する、第１の循環ポンプと
   を含む液冷システム。
2. 前記第１の冷却ハブは、第１のポート端および第２の閉端を有し、前記第１の冷却ハブは、それを通る第１の内腔および第２の内腔を画定する本体を含み、前記第１の内腔および前記第２の内腔は、前記第２の閉端で流体連通しており、前記第１の内腔と連通している第１のポートおよび前記第２の内腔と連通している第２のポートを画定する、請求項１に記載の液冷システム。
3. 前記第１の冷却ハブは、前記第１の内腔および前記第２の内腔内に縦に延びる複数のフィンをさらに含む、請求項２に記載の液冷システム。
4. 前記内部毛細管チャネルは、その中の二相流体流の自己組織化された臨界のためのノードおよび経路のネットワークを形成する、請求項１に記載の液冷システム。
5. 熱流を調整するために前記第１の放熱装置に一体化された別々の熱伝達デバイスをさらに含む、請求項１に記載の液冷システム。
6. 前記第１の放熱装置は、同一平面上にはない、熱を伝達するための第１の平面表面および第２の平面表面を有する、請求項１に記載の液冷システム。
7. 前記第１の冷却媒体から周囲環境に熱を伝達する二次熱交換器をさらに含む、請求項１に記載の液冷システム。
8. 第１の電子デバイスの１つまたは複数の熱生成構成要素と接触している放熱装置を提供することであって、前記放熱装置は、二相作動流体を含み、前記放熱装置は、内部流体流チャネル・ネットワークを画定する、提供することと、
   前記放熱装置の少なくとも一部と表面接触している冷却ハブを提供することであって、前記冷却ハブは、第１の冷却液を含む、提供することと、
   前記二相作動流体の熱流および質量流を引き起こすために前記放熱装置および前記二相作動流体に熱を伝達することであって、前記二相作動流体の前記熱流および前記質量流は、自己組織化された臨界を達成する、伝達することと、
   前記放熱装置から前記冷却ハブ内の前記第１の冷却液に熱を伝達することと、
   前記冷却ハブと熱連通している熱交換器を介して周囲環境に前記熱を伝達することと
   を含む方法。
9. 第２の電子デバイスの１つまたは複数の熱生成構成要素と接触している第２の放熱装置を提供することであって、前記第２の放熱装置は、第２の二相作動流体を含み、前記放熱装置は、内部流体流チャネルを画定する、提供することと、
   前記冷却ハブと表面接触して前記第２の放熱装置を配置し、これによって、前記第１の電子デバイスと前記第２の電子デバイスとの両方からの熱伝達を提供するように前記冷却ハブを構成することと
   をさらに含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記第１の電子デバイスの前記１つまたは複数の熱生成構成要素のうちの異なる１つと接触しており、前記冷却ハブと熱連通している第２の放熱装置を提供すること
    をさらに含む、請求項８に記載の方法。
11. 前記第１の放熱装置および前記第２の放熱装置と熱的に接触している第２の冷却ハブを提供することと、
    前記第１の放熱装置から前記第１の冷却ハブおよび前記第２の冷却ハブに熱を伝達することと、
    前記第２の放熱装置から前記第１の冷却ハブおよび前記第２の冷却ハブに熱を伝達することと
    をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
12. 第２の放熱装置を提供することと、
    第２の電子デバイスから熱を収集し、前記第２の電子デバイスから離れて熱を伝達するために、第２の加熱発散装置を介して前記第２の電子デバイスと熱連通している第２の冷却ハブを提供することと、
    冷却媒体ループを形成するために、前記第１の冷却ハブおよび前記第２の冷却ハブを直列に接続する循環ポンプを提供することと
    をさらに含む、請求項８に記載の方法。
13. 前記冷却ハブと流体連通している流体マニホルドを提供することと、
    前記流体マニホルドと流体連通している第２の冷却ハブを提供することと、
    前記マニホルドに結合された第１の循環ポンプを提供することと、
    前記マニホルドに結合された第２の循環ポンプを提供することと、
    前記第１の循環ポンプおよび前記第２の循環ポンプによって、前記冷却ハブおよび前記第２の冷却ハブを介して前記第１の冷却液を循環させることと
    をさらに含む、請求項８に記載の方法。
14. 第１の二相冷却液を含み、
    内部流体通路を画定する冷却ハブと、
    前記第１の二相冷却液を気相から液相に凝縮する凝縮器と
    を含む、閉じた流体ループと、
    第１の二相作動流体を含む第１の放熱装置であって、前記第１の放熱装置は、内部毛細管チャネルのネットワークを画定する本体を含み、前記内部毛細管チャネルは、熱流リンクのネットワークを形成する、第１の放熱装置と
    を含むシステムであって、前記放熱装置は、前記第１の二相冷却液に熱を伝達するために前記冷却ハブと熱的に接触している、システム。
15. 前記冷却ハブと熱的に接触している第２の放熱装置をさらに含む、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記第１の放熱装置は、第１の電子デバイス内に配置され、前記第２の放熱装置は、第２の電子デバイス内に配置される、請求項１５に記載のシステム。
17. 前記閉じた流体ループ内の前記第１の二相冷却液を循環させるポンプをさらに含む、請求項１４に記載のシステム。
18. 前記第１の二相冷却液を圧縮するように構成された圧縮器をさらに含む、請求項１４に記載のシステム。
19. 前記放熱装置は、電子デバイスのプリント回路基板に取り付けられた１つまたは複数の熱生成構成要素と熱的に接触している、請求項１４に記載のシステム。
20. 前記放熱装置は、電子デバイスの内部に取り付けられ、前記電子デバイス内のプリント回路基板に取り付けられた１つまたは複数の熱生成構成要素と表面接触するように構成される、請求項１４に記載のシステム。

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