JP4970248B2

JP4970248B2 - 拡張・縮小可能なモジュール式サーマルソリューション

Info

Publication number: JP4970248B2
Application number: JP2007508413A
Authority: JP
Inventors: ジョセフ，ダグラスウォルターズ，; ゾランステファノスキー，; トミー，シー．リー，
Original assignee: エヌヴィディアコーポレイション
Priority date: 2004-04-12
Filing date: 2005-04-08
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2025-04-08
Also published as: EP1735684A2; JP2007533028A; TW200539792A; US7151667B2; US20050225940A1; US7339789B2; TWI410209B; US20070097641A1; WO2005101165A2; WO2005101165A3

Description

関連出願

[0001]本出願は、同時係属中の米国特許出願第１０／８２２，９５８号（出願日：２００４年４月１２日）明細書の一部継続出願であり、この文書は、本文書に参考とすることにより組み込まれる（整理番号ＮＶＤＡ／Ｐ００１２０３）。

発明の分野

[0002]本発明は、コンピュータのハードウェアに関し、より詳細には、コンピュータのハードウェアのための拡張・縮小可能なモジュール式サーマルソリューションに関する。

発明の背景

[0003]図１は、例えば電子デバイス（例：プロセッサ）を冷却するために使用される、従来の技術による冷却システム１００を示している等角図である。図示するように、冷却システム１００は、その特徴としてヒートシンクアセンブリ１０４を含んでおり、このアセンブリ１０４は、ファン１０６と、壁１０９と、底板１１１とを更に含んでいる。一般に、冷却システム１００は、例えば、電子デバイスによって発生した熱がヒートシンクアセンブリ１０４の底板１１１に伝わりやすい熱特性を有する熱接着剤（ｔｈｅｒｍａｌａｄｈｅｓｉｖｅ）を使用して、電子デバイスに熱的に結合されている。冷却システム１００は、ヒートシンク蓋（図示していない）も含んでいることができ、このヒートシンク蓋は、特に、粒子及びその他の汚染物質がファン１０６に入ることと、ファン１０６から吹き出される空気が冷却システム１００から逃げることとを防止する。ヒートシンク蓋１０２は、ヒートシンクアセンブリ１０４の壁１０９及び底板１１１とともに、複数の空気流路１０８を画成している。

[0004]ファン１０６は、空気が底板１１１の上を通過するときに、電子デバイスによって発生した熱が空気に伝わるように、空気流路１０８に空気を送り込むように構成されている。加熱された空気は、流れ線１１４によって示したようにヒートシンクアセンブリ１０４から出て、これにより、電子デバイスによって生じた熱が外部環境に放散する。このプロセスは、電子デバイスを冷却し、特に、動作中に電子デバイスが燃え出すことを防止する。空気流路１０８は、一般には、電子デバイスから最も効率的に熱が取り除かれるように、ファン１０６から吹き出される空気が底板１１１及び壁１０９を通って外部環境に導かれるように構成されていることが、当業者には理解されるであろう。

[0005]冷却システム１００などの冷却システムは、一般に、様々な電子デバイスの温度を指定された特定の範囲内に維持するためにコンピューティングシステムにおいて使用される独立したコンポーネントである。場合によっては、冷却システムの設計が決まった後、或いは実装した後に、電子デバイスによって発生する熱が増大することがある。例えば、プロセッサの場合には、コンピューティングシステムの主たる用途が、処理レベルの低いアプリケーション（例：ワードプロセシング）から処理レベルの高いアプリケーション（例：ビデオゲームの再生）に変更されると、プロセッサ動作時の平均処理レベルが増大することがある。平均処理レベルが増大することに起因して、プロセッサによってより多くの熱が発生しうる。また、プロセッサがアップグレードされる場合、新しい強力なプロセッサにおいて、元のプロセッサよりも多くの熱が発生することがある。そのような状況においては、増大したレベルの発生熱を取り除く能力が既存の冷却システムに備わっていない場合、冷却システムを交換しなければならないことがある。冷却システム全体を交換することは、時間及びコストの両方を要する。

[0006]従って、この技術分野には、コンピューティングシステムのための拡張・縮小可能なモジュール式サーマルソリューションのニーズが存在する。

発明の概要

[0007]拡張・縮小可能なモジュール式冷却システムの１つの実施形態は、熱を発生する電子デバイスに熱的に結合されるように構成されている主冷却モジュールと、主冷却モジュールに熱的に結合されるように構成されている補助冷却モジュールとを含んでいる。主冷却モジュールに取り付けられている第１のインタフェースは、主冷却モジュールを補助冷却モジュールに熱的に結合するように構成されている。主冷却モジュール及び補助冷却モジュールは、単独で、或いは組み合わせて使用して、熱を発生する電子デバイスからの熱を放散させることができる。

[0008]開示する冷却システムの１つの利点は、特に、追加の冷却能力が要求されるときに、冷却システム全体を交換するのではなく、補助冷却モジュールを追加することによって冷却システムの能力を選択的に高めることができることである。

[0009]本発明の上述した特徴を詳しく理解することができるように、以下では、上に簡潔に要約した本発明について実施形態を参照しながら更に具体的に説明する。いくつかの実施形態は添付の図面に示してある。ただし、添付の図面は、本発明の代表的な実施形態を示しているに過ぎず、従って本発明の範囲を制限するものとはみなされず、本発明は、同等な効果を有する別の実施形態も含む。

詳細な説明

[0020]図２は、図１の従来の技術による冷却システム１００とともに使用するようにされているコンピューティングシステム２００を示している概略図である。コンピューティングシステム２００は、任意の種類のコンピューティングシステムとすることができ、例えば、以下に限定されないが、デスクトップコンピュータ、サーバ、ラップトップコンピュータ、パームサイズコンピュータ、携帯情報端末（ＰＤＡ）、タブレットコンピュータ、ゲームコンソール、携帯電話、コンピュータベースのシミュレータなどとすることができる。

[0021]図示するように、コンピューティングシステム２００はハウジング２０１を含んでおり、ハウジング２０１の中にはマザーボード２０４が存在している。マザーボード２０４には、中央処理装置（ＣＰＵ）２０６と、ＣＰＵ２０６を冷却するためのプロセッサクーラー２０８と、コンピューティングシステム２００から熱を取り除くためのシステムファン２１０と、それぞれがハウジング２０１の後部に位置しているスロットをインタフェースとして接続されている１枚以上のＰＣＩ（ペリフェラルコンポーネントインタフェース：ＰｅｒｉｐｈｅｒａｌＣｏｍｐｏｎｅｎｔＩｎｔｅｒｆａｃｅ）カード２１２とが取り付けられている。更に、マザーボード２０４には、グラフィック処理負荷の高いアプリケーションのグラフィック関連データをコンピューティングシステム２００が高速で処理できるようにするグラフィックカード２０２も組み込まれている。グラフィックカード２０２は、メモリチップなど複数の回路コンポーネント（図示していない）が取り付けられているプリント基板（ＰＣＢ）を備えている。更に、グラフィックカード２００は、グラフィックカード２０２の片面に取り付けられている、グラフィック関連データを処理するＧＰＵ（グラフィック処理ユニット）２１６を含んでいる。冷却システム１００は、一般には、前述したようにＧＰＵ２１６に結合されるように構成されている。

[0022]図３は、本発明の１つの実施形態による拡張・縮小可能なモジュール式冷却システム３００を示している等角図である。図示するように、冷却システム３００は、以下に限定されないが、主冷却モジュール３０２と、第１のインタフェース３０４と、補助冷却モジュール３５０とを含んでいることができる。後から更に詳しく説明するように、冷却モジュール３０２は、１つ以上の補助冷却モジュールとは独立して、或いは組合せにおいて動作して、コンピューティングシステム内の任意の種類の電子デバイスによって発生する熱を放散させることができる。

[0023]１つの実施形態においては、主冷却モジュール３０２は、図１の冷却システム１００と同様に構成されており、以下に限定されないが、ファン３０８と、壁３０６と、底板３１８とを含んでいる。１つの実施形態においては、主冷却モジュール３０２は、蓋３２０を含んでいることもでき、この蓋は、特に、粒子及びその他の汚染物質がファン３０８に入ることと、ファン３０８から吹き出される空気が冷却システム３００から逃げることとを防止する。蓋３２０は、主モジュール３０２の壁３０６及び底板３１８とともに、複数の空気流路３２２を画成している。

[0024]第１のインタフェース３０４は、主冷却モジュール３０２に取り付けられており、冷却システム３００の全体的な冷却能力を高める目的で、補助冷却モジュール３５０を主冷却モジュール３０２に結合するようにされている。１つの実施形態においては、第１のインタフェース３０４は、主冷却モジュール３０２の底板３１８の一部に熱的に結合されており、以下に限定されないが、底板３１７と、流体流路３１２と、入口３１４と、出口３１６と、複数の空気流路３１０とを含んでいる。

[0025]空気流路３１０は、空気流路３２２に結合されるようにと、ファン３０８から送り込まれた空気を運ぶようにされている。１つの実施形態においては、空気流路３１０は、流体流路３１２が空気流路３１０に実質的に囲まれるように、流体流路３１２の周りに配置されている。代替実施形態においては、流体流路３１２及び空気流路３１０は、熱を発生する電子デバイス（例：図２のＧＰＵ２１６）によって生じる熱が最適に放散する任意の相対的な配置にすることができる。当業者には、第１のインタフェース３０４を、空気流路３１０又は流体流路３１２、或いは両方の組合せを通じて熱が伝わるように実施できることが認識されるであろう。

[0026]１つの実施形態においては、補助冷却モジュール３５０は、内部の（すなわち熱を発生するデバイスが実装されているコンピューティングシステムの内部の）液体ポンプ３６０を備えており、このポンプ３６０は、熱媒液（例：水又はその他の任意の適する熱伝導流体）を主冷却モジュール３０２との間で循環させるようにされている。更に、ポンプ３６０は、流体を第１のインタフェース３０４に戻す前に、第１のインタフェース３０４からの流体を（例えば流体ライン（図示していない）を通じて）熱交換器３７０を経由して循環させるように構成することができる。第１のインタフェース３０４の入口３１４及び出口３１６は、それぞれ、補助冷却モジュール３５０からの熱媒液を流体流路３１２に供給する、及び、熱媒液を排出させるように構成されている。

[0027]主冷却モジュール３０２は、単独で動作して、図１に示した冷却システム１００と同様に熱を放散させる。ファン３０８は、空気が底板３１７，３１８の上を通過するときに、熱を発生する電子デバイスによって生じた熱が空気に伝わるように、主冷却モジュール３０２の空気流路３２２及び第１のインタフェース３０４の空気流路３１０とに空気を送り込むように構成されている。送り込まれた空気は、流れ線３２４によって示したように冷却システム３００から出て、これにより、熱を発生する電子デバイスによって生じた熱を外部環境に放散させる。

[0028]前述したように、冷却システム３００の冷却能力は、補助冷却モジュール３５０を第１のインタフェース３０４を介して主冷却モジュール３０２に結合することによって高めることができる。補助冷却モジュール３５０によって、第１のインタフェース３０４の流体流路３１２を通じて熱媒液が循環し、熱を発生する電子デバイスによって生じた熱が熱媒液（及び空気流路３１０の中の空気）に伝わる。１つの実施形態においては、流体流路３１２は、熱媒液を下流の熱交換器３７０に運ぶようにされており、この熱交換器３７０は、補助冷却モジュール３５０によって熱媒液が第１のインタフェース３０４まで循環する前に、熱媒液からの熱を外側環境に放散する。

[0029]前述したように、（例えば、熱を発生するデバイスによる熱の発生が増大するために）冷却システム３００に大きな冷却能力が要求されるときには、主冷却モジュール３０２に第１のインタフェース３０４を介して補助冷却モジュール３５０を選択的に結合することによって、冷却システム３００がより多量の熱を放散できるようにすることができる。これにより、ユーザは、追加の冷却が要求されるときに、既存の冷却システム全体を交換する必要なしに、基本冷却システム（例：主冷却モジュール３０２）をベースとして構築することができる。このように、冷却システム３００は、モジュール式であり且つ拡張・縮小可能である。

[0030]主冷却モジュール３０２と、第１のインタフェース３０２と、補助冷却モジュール３５０とを含んでいる冷却システム３００は、熱を発生する任意の種類のデバイスを冷却するために使用できることが、当業者には認識されるであろう。例えば、１つの実施形態においては、熱を発生するデバイスはグラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）を備えている。代替実施形態においては、熱を発生するデバイスは中央処理装置（ＣＰＵ）を備えていることができる。更に別の代替実施形態においては、熱を発生するデバイスは特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を備えていることができる。別の実施形態においては、冷却システム３００は、熱を発生する複数のデバイス（例：１つ以上のメモリチップ及びプロセッサ）を同時に冷却するためのサイズとすることができる。

[0031]図４は、冷却システム３００の一部の分解図である。１つの実施形態においては、第１のインタフェース３０４の底板３１７は、流体流路３１２に結合して密封するような寸法を持つ溝４０２を含んでいる。１つの実施形態においては、溝４０２の表面は、後から更に詳しく説明するように、底板３１７の熱伝導表面積が増大するようにと、底板３１７からの熱を流体流路３１２を流れている熱媒液に伝えるようにされている。例えば、溝４０２は、底板３１７から上方に延びている複数のピン４０４を更に含んでいることができる。ピン４０４の密度及び幾何学形状は、ピン４０４が底板３１７からの熱をピン４０４の周りを流れている熱媒液に効率的に伝えることができる限りは、任意の値及び形状とすることができる。

[0032]図５は、図３の断面線３−３’に沿って切断したときの第１のインタフェース３０４の断面図である。図示するように、第１のインタフェース３０４は、主冷却モジュール３０２を、流体流路３１２若しくは空気流路３１０、又はその両方を介して補助モジュール３５０に結合する（及び熱を発生するデバイスからの熱を放散させる）ように構成されている。上述したように、空気流路３１０は、主冷却モジュール３０２の空気流路３２２に結合されるように構成することができ、これにより、流体流路３１２を通じて流体を循環させるように補助冷却モジュール３５０のポンプ３６０が作動していないときにも、（例えば空気流路３２２を延ばすことによって）冷却システム３００の熱伝導表面積が増大するように空気流路３１０が機能し、これによって、より効率的に熱を放散させることができる。

[0033]図６は、本発明の１つの実施形態による、冷却システム３００を制御する方法６００、を示している流れ図であり、この方法は、例えば、冷却システム３００に結合されている制御ユニットによって実施する。図示する実施形態においては、主冷却モジュール３０２は、熱を放散させる主たる手段であり、補助冷却モジュール３５０は、より大きな熱放散が要求されるときに冷却システム３００の冷却能力を高めるように選択的に連動する。方法６００は、ステップ６０２において初期化され、ステップ６０３において、主冷却モジュール３０２が動作して、熱を発生するデバイスを冷却する。ステップ６０４において、熱を発生するデバイスの温度を、例えばデバイスの近傍に配置されているサーマルダイオード又はその他のセンサーによって監視する。ステップ６０６において、制御ユニットは、熱を発生するデバイスの温度が、補助冷却モジュール３５０を連動させるべき所定のしきい温度に達したかを判断する。

[0034]熱を発生するデバイスの温度がしきい温度に達していない場合、方法６００はステップ６０４に戻り、監視デバイスが、熱を発生するデバイスの温度を引き続き監視する。しきい温度に達しているか又は超えている場合、方法６００はステップ６０８に進み、二次的な熱放散メカニズムを連動させて冷却システム３００の冷却能力を高めるため、補助冷却モジュール３５０が作動する。ステップ６１０において、制御ユニットは、補助冷却モジュール６５０の実施によって、所定の望ましい温度（例：理想動作温度）までデバイスが冷却されたかを判断する。

[0035]望ましい温度までデバイスが冷却されている場合、方法６００はステップ６１２に進み、熱を発生するデバイスが主たる熱放散メカニズム（例：主冷却モジュール３０２）によって引き続き冷却されるように、制御ユニットが補助冷却モジュール６５０をオフにする（例えば、補助冷却モジュール３５０が流体ベースの冷却コンポーネントである場合にはポンプをオフにする）。次いで、方法６００はステップ６０４に戻り、監視デバイスが、熱を発生するデバイスの温度を引き続き監視する。熱を発生するデバイスが望ましい温度までまだ冷却されていない場合、方法６００はステップ６０８に戻り、補助冷却モジュール３５０が、熱を発生するデバイスが望ましい温度まで冷却されるまで引き続き動作する（例：引き続きポンプを作動させる）。

[0036]従って、冷却システム３００は、図１の冷却システム１００など従来の冷却システムに優る大きな利点を提供する。具体的には、主冷却モジュール３０２に第１のインタフェース３０４を取り付けることによって、ユーザは、例えば、追加の冷却能力を提供するために主冷却モジュール３０２に補助冷却モジュール３５０を結合することにより、冷却システム３００の能力を選択的に高めることができる。この追加の冷却能力は、一定の付加能力として、或いは必要に応じて実施することができる。これにより、ユーザは、追加の冷却が要求されるときに基本冷却システム（例：主冷却モジュール３０２）をベースとして構築することができ、従って、既存の冷却システム全体を交換する必要がない。

[0037]グラフィックプロセッサのコンテキストにおいては、冷却システム３００のコンポーネント、すなわち主冷却モジュール３０２と、第１のインタフェース３０４と、補助冷却モジュール３５０の位置及びサイズは、基板に取り付けられている他のコンポーネントと、アクセラレートグラフィックプロセッサ（ＡＧＰ）（規定されているエンベロープ制約）とによって決定することができる。更に、当業者には、本明細書に説明した冷却システムを、ＡＴＸマザーボード構成（図２に示したようにＧＰＵがコンピューティングシステムに対して下を向くようにグラフィックカードが配置されている）及びＢＴＸ構成（ＧＰＵがコンピューティングシステムに対して上を向くようにグラフィックカードが配置されている）の両方において実施できることが理解されるであろう。

[0038]図７は、本発明の１つの実施形態による、図３の拡張・縮小可能なモジュール式冷却システム３００とともに使用するようにされているコンピューティングシステム７０１を示している概略図である。冷却システム３００の実施は、コンピューティングシステム７０１の例示的なコンテキストにおいて説明してあるが、冷却システム３００は、熱の放散が要求される、熱を発生する任意の種類の電子デバイスを冷却するようにできることが、当業者には理解されるであろう。

[0039]図示の実施形態においては、冷却システム３００は、従来の冷却システム（例：図１の冷却システム１００）の代わりにＧＰＵ７０３に結合されるように構成されている。図３を参照しながら上述したように、冷却システム３００は、以下に限定されないが、主冷却モジュール３０２と、補助冷却モジュール３５０と、第１のインタフェース３０４とを含んでいる。上述したように、主冷却モジュール３０２は、独立して、或いは１つ以上の補助冷却モジュールとの組合せにおいて動作して、ＧＰＵ７０３からの熱を放散させることができる。

[0040]図示するように、主冷却モジュール３０２は、ＧＰＵ７０３に熱的に結合されている。主冷却モジュール３０２は、第１のインタフェース３０４を介して補助冷却モジュール３５０に更に結合されており、補助冷却モジュール３５０は、ＧＰＵ７０３から遠い位置にあるがコンピューティングシステム７０１の内部に配置されている。補助冷却モジュール３５０は液体ポンプを備えており、この液体ポンプは、主冷却モジュール３０２との間で第１の流体ライン７０８_１及び第２の流体ライン７０８_２を通じて熱媒液を循環させるようにされている。第１の流体ライン７０８_１は、第１のインタフェース３０４の流体流路の第１の端部に結合されており、補助冷却モジュール３５０からの熱媒液を流体流路に運ぶようにされている。第２の流体ライン７０８_２は、流体流路の第２の端部に結合されており、流体流路からの熱媒液を補助冷却モジュール３５０に運ぶようにされている。

[0041]１つの実施形態においては、冷却システム３００は、図６に示した方法６００に従って動作する。例えば、主冷却モジュール３０２及び補助冷却モジュール３５０は、ＧＰＵ７０３からの熱が最も効率的に放散するように、独立して、或いは組合せにおいて実施することができる。重要なこととして、前述したように、補助冷却モジュール３５０を使用することにより、冷却システム３００の冷却能力を必要に応じて高めることができる。

[0042]図８は、本発明の第２の実施形態による拡張・縮小可能なモジュール式冷却システム８００とともに使用するようにされているコンピューティングシステムを示している概略図である。冷却システム８００の実施は、コンピューティングシステム８０１の例示的なコンテキストにおいて説明してあるが、冷却システム８００は、熱の放散が要求される、熱を発生する任意の種類の電子デバイスを冷却するようにできることが、当業者には理解されるであろう。

[0043]図示実施形態においては、冷却システム８００は、従来の冷却システム（例：図１の冷却システム１００）の代わりにＧＰＵ８０４に結合されるように構成されている。冷却システム８００は、以下に限定されないが、主冷却モジュール８０２と、補助冷却モジュール８５０と、第１のインタフェース８０６と、第２のインタフェース８７０とを含んでいることができる。上述したように、主冷却モジュール８０２は、独立して、或いは１つ以上の補助冷却モジュールとの組合せにおいて動作して、ＧＰＵ８０４からの熱を放散させることができる。

[0044]図示するように、主冷却モジュール８０２は、ＧＰＵ８０４に熱的に結合されている。主冷却モジュール８０２は、図３の主冷却モジュール３０２と実質的に同様に構成されており、以下に限定されないが、全体として複数の空気流路（図示していない）を画成している、ファンと、壁と、底板と、蓋とを含んでいる。

[0045]主冷却モジュール８０２は、第１のインタフェース８０６を介して補助冷却モジュール８５０に更に結合されており、補助冷却モジュール８５０は、この場合にも、ＧＰＵ８０６から遠い位置に配置されている。しかしながら、この実施形態においては、補助冷却モジュール８５０は外部の（例えばコンピューティングシステム８０１の外部の）液体ポンプを備えており、この液体ポンプは、第１、第２、第３、及び第４の流体ライン８６０_１，８６０_２，８６０_３，８６０_４を通じて、主冷却モジュール８０２との間で熱媒液を循環させるようにされている。

[0046]第２のインタフェース８７０は、補助冷却モジュール８５０をコンピューティングシステム８０１に結合している。１つの実施形態においては、第２のインタフェース８７０は、標準化されている二流体コネクタブラケット流体インタフェース（ｄｕａｌｆｌｕｉｄｃｏｎｎｅｃｔｏｒｂｒａｃｋｅｔｆｌｕｉｄｉｎｔｅｒｆａｃｅ）であり、流体供給ラインを結合している第１のコネクタ８７２と、流体排出ラインを結合している第２のコネクタ８７４とを備えている。より具体的には、第１の流体ライン８６０_１は、補助冷却モジュール８５０を第１のコネクタ８７２に結合しており、補助冷却モジュール８５０からの熱媒液を第１のインタフェース８０６に運ぶようにされている。第２の流体ライン８６０_２は、第１のコネクタ８７２を第１のインタフェース８０６の流体流路に結合しており、同様に補助冷却モジュール８５０からの熱媒液を第１のインタフェース８０６に運ぶようにされている。第３の流体ライン８６０_３は、流体流路を第２のコネクタ８７４に結合しており、第１のインタフェース８０６からの熱媒液を補助冷却モジュール８５０に戻す。第４の流体ライン８６０_４は、第２のコネクタ８７４を補助冷却モジュール８５０に結合しており、同様に第１のインタフェース８０６からの熱媒液を補助冷却モジュール８５０に戻すようにされている。

[0047]補助冷却モジュール８５０に具体化されているように、外部の液体ポンプは、コンピューティングシステム８０１が内部の液体ポンプを備えていない場合、或いはコンピューティングシステム８０１に内部の液体ポンプを取り付けるスペースがない場合に使用することができる。１つの実施形態においては、補助冷却モジュール８５０は、実質的に室温である熱媒液を循環させるように構成されている液体ポンプを備えている。更なる冷却が要求される実施形態においては、補助冷却モジュール８５０は、冷やされた熱媒液を主冷却モジュール８０２との間で循環させるように構成されている冷却液体システム（ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｅｄｌｉｑｕｉｄｓｙｓｔｅｍ）を備えている。

[0048]従って、冷却システム８００の冷却能力を高める目的で、第１のインタフェース８０６及び第２のインタフェース８７０によって外部の補助冷却モジュール８５０を主冷却モジュール８０２に結合することができる。このように、冷却システム８００はモジュール式であり且つ拡張・縮小可能である。更に、１つの実施形態においては、冷却システム８００は、図６に示した方法６００に従って、冷却システム３００と同様に制御することができる。

[0049]図９Ａは、本発明の第３の実施形態による拡張・縮小可能なモジュール式冷却システム９００Ａとともに使用するようにされているコンピューティングシステム９０５を示している概略図である。具体的には、冷却システム９００Ａは、コンピューティングシステム９０５の中に実装されている、熱を発生する２つ以上の電子デバイス（例：グラフィックプロセッサ９０１，９０３）を同時に冷却するようにされている。

[0050]１つの実施形態においては、冷却システム９００Ａは、２つ以上の主冷却モジュール９０２_１，９０２_２（以下ではまとめて「主冷却モジュール９０２」と称する）を含んでおり、主冷却モジュール９０２の１つが、熱を発生する電子デバイスの１つに熱的に結合されている。更に、冷却システム９００Ａは、以下に限定されないが、図３の補助冷却モジュール３５０と実質的に同様に構成されている内部の補助冷却モジュール９５０Ａと、２つ以上の第１のインタフェース９０８_１，９０８_２（以下ではまとめて「第１のインタフェース９０８」と称する）（第１のインタフェース９０８の１つが主冷却モジュール９０２の１つに取り付けられている）とを含んでいる。更に、第１のインタフェース９０８のそれぞれは、図３の第１のインタフェース３０４と実質的に同様に構成されており、補助冷却モジュール９５０Ａと、主冷却モジュール９０２の１つとに結合されている。

[0051]１つの実施形態においては、補助冷却モジュール９５０Ａの流入流体ポートと流出流体ポートの両方は、主冷却モジュール９０２との間で熱媒液を循環させるために、流入する流体及び流出する流体の流れを２本以上の流れに分割するようにされているＹ型分割器９１８_１，９１８_２（以下ではまとめて「Ｙ型分割器９１８」と称する）を含んでいる。

[0052]図示するように、Ｙ型分割器９１８_２は、流出流体の流れを第１の流体ライン９１２_１と第２の流体ライン９１２_２とに分けている。第１の流体ライン９１２_１は、補助冷却モジュール９５０Ａを第１のインタフェース９０８_１の流体流路に結合しており、補助冷却モジュール９５０Ａからの熱媒液を流体流路に運ぶようにされている。第２の流体ライン９１２_２は、補助冷却モジュール９５０Ａを第１のインタフェース９０８_２の流体流路に結合しており、補助冷却モジュール９５０Ａからの熱媒液を流体流路に運ぶようにされている。第３の流体ライン９１２_３は、第１のインタフェース９０８_１の流体流路を補助冷却モジュール９５０Ａに結合しており、流体流路からの熱媒液を補助冷却モジュール９５０Ａに戻す。第４の流体ライン９１２_４は、第１のインタフェース９０８_２の流体流路を補助冷却モジュール９５０Ａに結合しており、流体流路からの熱媒液を補助冷却モジュール９５０Ａに戻す。第３及び第４の流体ライン９１２_３，９１２_４は、補助冷却モジュール９５０Ａの流入ポートにおけるＹ型分割器９１８_１において合流している。

[0053]補助冷却モジュール９５０Ａは、コンピューティングシステム９０５の中に配置されており、グラフィックプロセッサ９０１，９０３から遠くに位置している。１つの実施形態においては、補助冷却モジュール９５０Ａは、主冷却モジュール９０２との間で流体ライン９１２_１〜９１２_４を介して熱媒液を循環させるようにされている液体ポンプを備えている。１つの実施形態においては、冷却システム９００Ａは、図６に示した方法６００に従って動作することができる。例えば、主冷却モジュール９０２と補助冷却モジュール９５０Ａは、ＧＰＵ９０１，９０３からの熱が最も効率的に放散するように、独立して、或いは組合せにおいて実施することができる。冷却システム３００と同様に、冷却システム９００Ａの冷却能力は、コンピューティングシステム９０５の中に実装されている、熱を発生する電子デバイスの増大した熱放散要件に対処する必要があるときに高めることができる。

[0054]図９Ｂは、本発明の第３の実施形態による拡張・縮小可能なモジュール式冷却システム９００Ｂとともに使用するようにされているコンピューティングシステム９０５を示している概略図である。図９Ｂは、図９Ａと同様に、コンピューティングシステム９０５の中に実装されている、熱を発生する２つ以上の電子デバイス（例：２つのグラフィックプロセッサ９０１，９０３）を同時に冷却するようにされている冷却システム９００Ｂを示している。

[0055]１つの実施形態においては、冷却システム９００Ｂは、２つ以上の主冷却モジュール９０２_１，９０２_２（以下ではまとめて「主冷却モジュール９０２」と称する）を含んでおり、主冷却モジュール９０２の１つが、熱を発生する電子デバイスの１つに熱的に結合されている。更に、冷却システム９００Ｂは、以下に限定されないが、図８の補助冷却モジュール８５０と実質的に同様に構成されている外部の補助冷却モジュール９５０Ｂと、２つ以上の第１のインタフェース９０８_１，９０８_２（以下ではまとめて「第１のインタフェース９０８」と称する）（第１のインタフェース９０８の１つが主冷却モジュール９０２の１つに取り付けられている）と、２つ以上の第２のインタフェース９１４_１，９１４_２（以下ではまとめて「第２のインタフェース９１４」と称する））とを含んでいる。第１のインタフェース９０８のそれぞれは、図３の第１のインタフェース３０４と実質的に同様に構成されており、補助冷却モジュール９５０Ｂと、主冷却モジュール９０２の１つとに結合されており、第２のインタフェース９１４のそれぞれは、図８の第２のインタフェース８７０と実質的に同様に構成されている。

[0056]１つの実施形態においては、補助冷却モジュール９５０Ｂの流入流体ポートと流出流体ポート（ｉｎｃｏｍｉｎｇａｎｄｏｕｔｇｏｉｎｇｆｌｕｉｄｐｏｒｔｓ）の両方は、２つ以上の主冷却モジュール９０２との間で熱媒液を循環させるために、流入する流体及び流出する流体の流れを２本以上の流れに分割するようにされているＹ型分割器９１８_１，９１８_２（以下ではまとめて「Ｙ型分割器９１８」と称する）を含んでいる。Ｙ型分割器９１８は、コンピューティングシステム９０５の外部に存在しているものとして示してあるが、代替実施形態においては、Ｙ型分割器９１８をコンピューティングシステム９０５の内部に配置することができる。

[0057]図示するように、Ｙ型分割器９１８_２は、流出流体の流れを第１の流体ライン９１２_１と第２の流体ライン９１２_２とに分けている。第１の流体ライン９１２_１は、補助冷却モジュール９５０Ｂを第２のインタフェース９１４_１に結合しており、補助冷却モジュール９５０Ａからの熱媒液を（第２のインタフェース９１４_１を介して）第１のインタフェース９０８_１の流体流路に運ぶようにされている。第２の流体ライン９１２_２は、補助冷却モジュール９５０Ｂを第２のインタフェース９１４_２に結合しており、補助冷却モジュール９５０Ｂからの熱媒液を（第２のインタフェース９１４_２を介して）第１のインタフェース９０８_２の流体流路に運ぶようにされている。第３の流体ライン９１２_３は、第２のインタフェース９１４_１を第１のインタフェース９０８_１の流体流路に結合しており、第４の流体ライン９１２_４は、第２のインタフェース９１４_２を第１のインタフェース９０８_２の流体流路に結合している。第５の流体ライン９１２_５は、第１のインタフェース９０８_１の流体流路を第２のインタフェース９１４_１に結合しており、流体流路からの熱媒液を（第２のインタフェース９１４_１を介して）補助冷却モジュール９５０Ｂに戻す。第６の流体ライン９１２_６は、第２のインタフェース９１４_１を補助冷却モジュール９５０Ｂに結合している。第７の流体ライン９１２_７は、第１のインタフェース９０８_２の流体流路を第２のインタフェース９１４_２に結合しており、流体流路からの熱媒液を（第２のインタフェース９１４_２を介して）補助冷却モジュール９５０Ｂに戻す。第８の流体ライン９１２_８は、第２のインタフェース９１４_２を補助冷却モジュール９５０Ｂに結合している。第６及び第８の流体ライン９１２_６，９１２_８は、補助冷却モジュール９５０Ｂの流入ポートにおけるＹ型分割器９１８_１において合流している。

[0058]補助冷却モジュール９５０Ｂは、コンピューティングシステム９０５の外部に配置されており、グラフィックプロセッサ９０１，９０３から遠くに位置している。１つの実施形態においては、補助冷却モジュール９５０Ｂは、主冷却モジュール９０２_１，９０２_２との間で流体ライン９１２_１〜９１２_８を介して熱媒液を循環させるようにされている液体ポンプを備えている。補助冷却モジュール９５０Ｂは、補助冷却モジュール８５０と同様に、実質的に室温である熱媒液を循環させるように構成されている液体ポンプを備えている。これに代えて、補助冷却モジュール９５０Ｂは、冷やされた熱媒液を主冷却モジュール９０２との間で循環させるように構成されている冷却液体システムを備えている。１つの実施形態においては、冷却システム９００Ｂは、図６に示した方法６００に従って動作する。主冷却モジュール９０２_１，９０２_２及び補助冷却モジュール９５０Ｂは、ＧＰＵ９０１，９０３からの熱が最も効率的に放散するように、独立して、或いは組合せにおいて実施することができる。冷却システム３００と同様に、冷却システム９００Ｂの冷却能力は、コンピューティングシステム９０５の中に実装されている、熱を発生する電子デバイスの増大した熱放散要件に対処する必要があるときに高めることができる。

[0059]このように、本発明は、コンピュータのハードウェアのサーマルソリューションの分野における大きな進歩を提供する。拡張・縮小可能なモジュール式冷却システムでは、冷却システムの１つ以上の基本主冷却モジュールに加えて、様々な補助冷却モジュールを実施することによって、能力を選択的に高めることができる。これによって、ユーザは、追加の冷却能力が要求されるときに、冷却システム全体を交換するのではなく、冷却システムの能力を必要に応じて高めることができる。

[0060]ここまで、本発明の実施形態に沿って説明したが、本発明の別の実施形態及び更なる実施形態を、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく創案することができ、本発明の範囲は、請求項によって決定される。

プロセッサを冷却するために使用される、従来の技術によるシステムを示している等角図である。図１の従来の技術による冷却システムとともに使用するようにされているコンピューティングシステムを示している概略図である。本発明の１つの実施形態による、拡張・縮小可能なモジュール式冷却システムを示している等角図である。図３に示した拡張・縮小可能なモジュール式冷却システムの一部の分解図である。図３に示した拡張・縮小可能なモジュール式冷却システムの一部の断面図である。本発明の１つの実施形態による、図３に示した拡張・縮小可能なモジュール式冷却システムを制御する方法を示している流れ図である。本発明の１つの実施形態による、図３の拡張・縮小可能なモジュール式冷却システムとともに使用するようにされているコンピューティングシステムを示している概略図である。本発明の第２の実施形態による拡張・縮小可能なモジュール式冷却システムとともに使用するようにされているコンピューティングシステムを示している概略図である。本発明の第３の実施形態による拡張・縮小可能なモジュール式冷却システムとともに使用するようにされているコンピューティングシステムを示している概略図である。本発明の第４の実施形態による拡張・縮小可能なモジュール式冷却システムとともに使用するようにされているコンピューティングシステムを示している概略図である。

Claims

熱を発生する電子デバイスを冷却するシステムであって、
熱を発生する前記電子デバイスに熱的に結合されるように構成されている主冷却モジュールであり、熱を発生する前記電子デバイスからの熱を取り除く前記主冷却モジュールと、
前記主冷却モジュールに取り付けられており、前記主冷却モジュールを補助冷却モジュールに熱的に結合するように構成されている第１のインタフェースと、を備え、
前記主冷却モジュールが、前記電子デバイスからの熱で加熱された空気を所定の方向へ送り出す空気流路を含み、
前記第１のインタフェースが、
前記主冷却モジュールの空気流路と結合し、熱を発生する前記電子デバイスからの熱を取り除くようにされている複数の空気流路と、
前記補助冷却モジュールからの熱媒液を受け入れるようになっており、かつ、前記熱媒液を前記補助冷却モジュールに戻すようになっており、前記複数の空気流路に囲まれるように、前記複数の空気流路が周りに配置された流体流路と、
を含んでおり、
前記熱媒液は、前記電子デバイスからの熱を取り除くものであり、
前記主冷却モジュールの前記空気流路は、前記電子デバイスからの熱で加熱された空気を前記第１のインタフェースの前記流体流路の方向へ送り出す、システム。
前記主冷却モジュールがファンシンクを備えている、請求項１に記載のシステム。
前記主冷却モジュールに熱的に結合されるように構成されている前記補助冷却モジュール、
を更に備えている、請求項１に記載のシステム。
前記補助冷却モジュールが、
熱を発生する前記電子デバイスが実装されているコンピューティングシステム内に配置されている液体ポンプであり、前記主冷却モジュールとの間で熱媒液を循環させるようにされている、前記液体ポンプ、
を含んでいる、請求項３に記載のシステム。
第１の流体ラインと第２の流体ラインとを更に備えている請求項４に記載のシステムであって、前記第１の流体ラインが、前記第１のインタフェースの前記流体流路の第１の端部に結合されており、前記補助冷却モジュールからの前記熱媒液を前記流体流路に運ぶようにされており、前記第２の流体ラインが、前記第１のインタフェースの前記流体流路の第２の端部に結合されており、前記流体流路からの前記熱媒液を前記補助冷却モジュールに運ぶようにされている、システム。
熱を発生する前記電子デバイスが実装されているコンピューティングシステムのハウジングに取り付けられており、前記主冷却モジュールを前記補助冷却モジュールに結合するように構成されている、第２のインタフェース、
を更に備えており、
前記補助冷却モジュールが前記コンピューティングシステムの外部に配置されている、請求項３に記載のシステム。
第１の流体ラインと、第２の流体ラインと、第３の流体ラインと、第４の流体ラインとを更に備えており、
前記第１の流体ラインが、前記第１のインタフェースの前記流体流路の第１の端部に結合されており且つ前記第２のインタフェースに結合されており、前記流体流路からの熱媒液を前記補助冷却モジュールに運ぶようにされており、
前記第２の流体ラインが、前記第２のインタフェースと前記補助冷却モジュールとに結合されており、前記流体流路からの前記熱媒液を前記補助冷却モジュールに運ぶようにされており、
前記第３の流体ラインが、前記補助冷却モジュールと前記第２のインタフェースとに結合されており、前記補助冷却モジュールからの前記熱媒液を前記流体流路に運ぶようにされており、
前記第４の流体ラインが、前記第２のインタフェースに結合されており且つ前記流体流路の第２の端部に結合されており、前記補助冷却モジュールからの前記熱媒液を前記流体流路に運ぶようにされている、請求項６に記載のシステム。
前記補助冷却モジュールが、
前記主冷却モジュールとの間で熱媒液を循環させるようにされている液体ポンプ、
を含んでいる、請求項６に記載のシステム。
前記補助冷却モジュールが、
冷やされた熱媒液を前記主冷却モジュールとの間で循環させるようにされている冷却液体システム、
を含んでいる、請求項６に記載のシステム。
熱を発生する前記電子デバイスがグラフィック処理ユニットである、請求項１に記載のシステム。
熱を発生する電子デバイスを冷却するシステムであって、
熱を発生する第１の電子デバイスに熱的に結合されるように構成されている第１の主冷却モジュールであり、熱を発生する前記第１の電子デバイスからの熱を取り除く前記第１の主冷却モジュールと、
熱を発生する第２の電子デバイスに熱的に結合されるように構成されている第２の主冷却モジュールであり、熱を発生する前記第２の電子デバイスからの熱を取り除く前記第２の主冷却モジュールと、
前記第１の主冷却モジュールと前記第２の主冷却モジュールとに熱的に結合されるように構成されている補助冷却モジュールと、
前記第１の主冷却モジュールに取り付けられており、前記第１の主冷却モジュールを前記補助冷却モジュールに熱的に結合するように構成されている第１のインタフェースと、
前記第２の主冷却モジュールに取り付けられており、前記第２の主冷却モジュールを前記補助冷却モジュールに熱的に結合するように構成されている第２のインタフェースと、
を備えており、
前記第１の主冷却モジュールが、前記第１の電子デバイスからの熱で加熱された空気を所定の方向へ送り出す空気流路を含み、
前記第２の主冷却モジュールが、前記第２の電子デバイスからの熱で加熱された空気を所定の方向へ送り出す空気流路を含み、
前記第１のインタフェースと前記第２のインタフェースのそれぞれが、
前記第１の主冷却モジュールの空気流路及び前記第２の主冷却モジュールの空気流路とそれぞれ結合し、熱を発生するそれぞれの前記電子デバイスからの熱を取り除くようにされている複数の空気流路と、
前記補助冷却モジュールからの熱媒液を受け入れるようにされており、かつ、前記熱媒液を前記補助冷却モジュールに戻すようにされており、前記複数の空気流路に囲まれるように、前記複数の空気流路が周りに配置された流体流路と、
を含んでおり、
前記熱媒液は、前記電子デバイスからの熱を取り除くものであり、
前記第１の主冷却モジュールの前記空気流路は、前記電子デバイスからの熱で加熱された空気を前記第１のインタフェースの前記流体流路の方向へ送り出し、
前記第２の主冷却モジュールの前記空気流路は、前記電子デバイスからの熱で加熱された空気を前記第２のインタフェースの前記流体流路の方向へ送り出す、システム。
前記第１の主冷却モジュールと前記第２の主冷却モジュールとがファンシンクを備えている、請求項１１に記載のシステム。
前記補助冷却モジュールが、
熱を発生する前記第１及び第２の電子デバイスが実装されているコンピューティングシステム内に配置されている液体ポンプであり、前記第１の主冷却モジュール及び前記第２の主冷却モジュールとの間で熱媒液を循環させるようにされている、前記液体ポンプ、
を含んでいる、請求項１１に記載のシステム。
第１の流体ラインと、第２の流体ラインと、第３の流体ラインと、第４の流体ラインとを更に備えており、
前記第１の流体ラインが、前記第１のインタフェースの前記流体流路の第１の端部に結合されており、前記補助冷却モジュールからの前記熱媒液を前記第１のインタフェースの前記流体流路に運ぶようにされており、
前記第２の流体ラインが、前記第１のインタフェースの前記流体流路の第２の端部に結合されており、前記第１のインタフェースの前記流体流路からの前記熱媒液を前記補助冷却モジュールに運ぶようにされており、
前記第３の流体ラインが、前記第２のインタフェースの前記流体流路の第１の端部に結合されており、前記補助冷却モジュールからの前記熱媒液を前記第２のインタフェースの前記流体流路に運ぶようにされており、
前記第４の流体ラインが、前記第２のインタフェースの前記流体流路の第２の端部に結合されており、前記第２のインタフェースの前記流体流路からの前記熱媒液を前記補助冷却モジュールに運ぶようにされており、
前記第１の流体ラインと前記第３の流体ラインとが前記補助冷却モジュールの流入ポートにおいて合流しており、
前記第２の流体ラインと前記第４の流体ラインとが前記補助冷却モジュールの流出ポートにおいて合流している、請求項１３に記載のシステム。
前記補助冷却モジュールの流出流体ポートに結合されており、前記補助冷却モジュールからの熱媒液を前記第１の主冷却モジュール及び前記第２の主冷却モジュールに同時に供給するように構成されている第１の分割器と、
前記補助冷却モジュールの流入流体ポートに結合されており、前記第１の主冷却モジュール及び前記第２の主冷却モジュールからの熱媒液を前記補助冷却モジュールに同時に供給するように構成されている第２の分割器と、
を更に備えている、請求項１１に記載のシステム。
熱を発生する前記第１及び第２の電子デバイスが実装されているコンピューティングシステムのハウジングに取り付けられており、前記第１の主冷却モジュール及び前記第２の主冷却モジュールの少なくとも一方を前記補助冷却モジュールに結合するように構成されている第３のインタフェース、
を更に備えており、
前記補助冷却モジュールが前記コンピューティングシステムの外部に配置されている、請求項１１に記載のシステム。
前記補助冷却モジュールが、
前記第１の主冷却モジュール及び前記第２の主冷却モジュールとの間で熱媒液を循環させるようにされている液体ポンプ、
を含んでいる、請求項１６に記載のシステム。
前記補助冷却モジュールが、
冷やされた熱媒液を前記第１の主冷却モジュール及び前記第２の主冷却モジュールとの間で循環させるようにされている冷却液体システム、
を含んでいる、請求項１６に記載のシステム。
熱を発生する前記第１及び第２の電子デバイスがグラフィック処理ユニットである、請求項１１に記載のシステム。