JP4994503B2 - 演算処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷却ファンによる空冷機構を備えた演算処理装置に関する。

演算処理装置の分野においては、半導体製造技術の進歩に伴い処理能力の高速化・高機能化が飛躍的に進み、一方でダウンサイジング化の流れにより筐体サイズは小さくなる傾向にある。高性能化・小型化が進む一方で、演算処理装置の消費電力は増大し、従来に比べて発熱量が大きくなってきている。演算処理装置で用いられる半導体の一般的な性質として、高速で動作するほど消費電力が増大する一方で、熱に弱く、高温下で使用すると故障が増えるという問題がある。そのため、近年では演算処理装置の高性能化・小型化を進めるために、省電力技術とともに冷却技術の進歩が欠かすことのできないものとなってきている。

演算処理装置の冷却方法としては、空気の自然な循環を利用した自然冷却と、ファンの回転によって空気の流れを発生させて冷却を行う強制冷却が一般的である。自然冷却は古くからある冷却方法で、単純な仕組みで実現できる半面、冷却効果は小さい。強制冷却はファンの回転によって風を起こし、冷却効果を高めた方法であるが、ファンが必要となる分だけ仕組みが複雑になる。

ブレードサーバ等に代表される演算処理装置には、ファンによる強制空冷方式が一般的に用いられている。これらの演算処理装置は、発熱体を内蔵した冷却対象である演算部と入出力部を複数台搭載可能になっており、これらを冷却するファンボックスを複数持っている。また保守性を考慮して、筐体の前面にブレード部が配置され、筐体背面に入出力部とファンボックスが重ねて並列に配置されるのが一般的な構造となっている。冷却方式としては、発熱体を内蔵しているブレード部に外部のフレッシュエアを当て、ブレード部を冷却して排出された冷却風を入出力部に当てファンボックスから排気する方法をとっている。
特開２００１−１８９５８４号公報

従来の冷却方式では、ブレードサーバ中を流れる冷却風は、流路上にある発熱体の熱を奪いながら流れるため、その熱によって次第に風温が上昇していく。そのため、フレッシュエアが当てられているブレード部では冷却効果が高く、ブレード部の熱を奪って温度上昇した冷却風を当てられている入出力部では冷却効果は小さくなる。近年では入出力部の発熱量が増加する傾向にあり、これまでの方式で冷却することは困難となっている。

冷却対象が複数存在する演算処理装置においては、各冷却対象に対して入気温度の低い外気を取り入れるために、通風孔やダクトなどを装置内に設ける方法がある。ファンボックスの吸気方向に冷却対象を設置することで、効果的な冷却が可能となるが、従来、ファンボックスの吸気面は一面しかなく、さらに装置内でのファンボックス搭載位置には制約があり、全ての冷却対象を吸気方向に配置することは困難である。このため、一部の冷却対象に対して冷却風を充分に当てることができなくなる問題があった。

冷却対象の冷却性を向上させる方法として、その冷却対象の付近にファンを追加して冷却対象を冷却する方法が考えられるが、その場合、ファンを設置するエリアの確保、コスト上昇などの問題が新たに発生する。

本発明は、ファンを追加することなく、ファンボックスの側方にファンボックスと並列的に設けられた冷却対象をも効率的に冷却することのできる冷却機構を備えた演算装置を提供することを目的とする。

本発明では、各冷却対象にフレッシュエアを入気するための通風孔と、吸気口を複数持つファンボックスを備える。装置は入気口からファンボックスまでの流路を複数持ち、各流路上に冷却対象を配置することで、ファンボックスの吸気面に面していない冷却対象の冷却効果を向上する。

本発明では、ファンボックスに、前面の吸気口の他に内蔵するファンよりも上流側の壁面位置に第２の吸気口を設ける。ファンボックスの上、下又は横に隣接して配置された入出力部など、内部に発熱体を有するユニットボックスに、ファンボックスの第２の吸気口に整列した排気用切欠き及び排気用切欠きより後方に位置する吸気用切欠きを設ける。吸気用切欠きは、装置前面に開口しユニットボックスに至るエアダクトに連通している。ファンボックスのファンは、演算部を通って第１の吸気口に流入した冷却風、及び入出力部を通って第２の吸気口に流入した冷却風を排気口から同時に排出する。こうして、装置前方に位置する演算部と、装置後方のファンボックスの上又は下に配置されたユニットボックスのいずれをもフレッシュエアで冷却する。

エアダクトは演算部の左右両側に設けることができる。吸気用切欠きはユニットボックスの側壁に設けるのが好ましい。

ユニットボックスを上下に複数段重ねて配置した場合、ファンボックスから最も離れて配置されたユニットボックス以外のユニットボックスには、隣接するユニットボックスの排気用切欠きに整列した切欠きを有する。このような構造とすることにより、複数段のユニットボックスからの冷却風を共通のファンボックスから排気することができる。このとき、上下に複数段重ねて配置されたユニットボックスそれぞれの排気用切欠きの位置は上下方向に直線的に整列しているのが好ましい。

また、エアダクトの装置前面に配置された開口部に、開口面積を調整するシャッターなどの手段を設けてもよい。

本発明によると、ファンボックスの前方に配置されている冷却対象と共にファンボックスの側方に配置されている冷却対象も効率よく冷却することが可能になる。また、装置に新たなファンやファンボックスを追加することによるコスト上昇やエリア確保の問題も生じない。

本発明による冷却機構を備えたサーバ装置の一例を示す断面模式図。 入出力部の一例を示す断面模式図。 ファンボックスの一例を示す略断面図。 入出力部とファンボックスの略断面図。 本発明による冷却機構を備えたサーバ装置の他の例を示す断面模式図。 入出力部とファンボックスを取り出して示した概略図。 図６の上面図。 図６の略断面図。 通風孔のフレッシュエア取り入れ口の例を示す模式図。 従来のサーバ冷却構造を示す図。

符号の説明

１…サーバ装置（演算処理装置）
２…演算部
３…入出力部
４…ファンボックス
５…通風孔
６…エア供給用切欠き
７…排気用切欠き
８…発熱体
９…前方吸気口
１０…排気口
１１…ファン
１２…側方吸気口
１３…仕切り板
１４…通風孔
１５…上段入出力部
１６…下段入出力部
１７…切欠き
１８…シャッター
１９…ファン

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の冷却機構を備えたサーバ装置（演算処理装置）１の一例を示す断面模式図である。ここで、筐体が備えている冷却風の流路を通風孔と定義する。また、装置に搭載される各モジュールが冷却風を通すために備えている切り込み、又は穴のことを切欠きと定義する。但し、ファンを内蔵しているファンボックスに限り、吸気口又は排気口と定義する。サーバ装置１は、前面側には冷却対象である演算部２が配置されている。背面側には、内部に発熱体を有し冷却対象であるユニットボックスとしての入出力部３と、その下方に冷却用のファンボックス４が並列に配置される構造をとっている。前面側の演算部２と背面側の入出力部３、ファンボックス４の間には表裏にコネクタを備えたバックプレーン２０が配置され、演算部２と入出力部３はバックプレーン２０を介して電気的に接続されている。バックプレーン２０のファンボックス４に隣接する領域には通風のための開口が設けられている。ファンボックス４は、ファンを備えた通風孔でもよい。サーバ装置１は、入出力部３への入気を行うための通風孔５を筐体内に備える。通風孔５はダクト構造を有する。演算部２は、内部を冷却風が流通できる構造を有する。

図２は、入出力部の一例を示す断面模式図である。入出力部３は、内部に発熱体８を備えている。また、内部に風を取り入れるためのエア供給用切欠き６と、排気を行うための排気用切欠き７を有する。エア供給用切欠き６は筐体に設けられた通風孔５と接しており、筐体前面から取り入れられたフレッシュエアが、通風孔５を通してエア供給用切欠き６から入出力部３に供給される。エア供給用切欠き６は発熱体８より背面側の位置に設けられ、排気用切欠き７は発熱体８より前面側の位置に設けられている。従って、入出力部３の内部で冷却風は、背面側から前面側に流れて発熱体８を冷却する。

図３は、ファンボックスの一例を示す略断面図である。ファンボックス４は、前面に前方吸気口９を、背面に排気口１０を有し、内部にはファン１１が設けられていて、矢印で示すように吸気口から吸い込んだ冷却風を排出口から送出する。図には２個のファンを直列に配置した例を示したが、ファンの数は１個でも構わない。また、ファンボックス４の上壁には、ファン１１よりも前方吸気口９寄りの位置に入出力部３からの排気を吸い出すための第２の吸気口として側方吸気口１２が設けられている。

図４は、入出力部とファンボックスの略断面図である。入出力部３とファンボックス４はバックプレーン２０の背面側に設けられている。入出力部３とファンボックス４をサーバ装置に搭載するにあたり、入出力部３とファンボックス４を仕切るための板金１３が存在する。板金１３には、入出力部３の排気用切欠き７と、ファンボックス４の側方吸気口１２が繋がるように通風孔１４を備える。入出力部３の排気用切欠き７、ファンボックス４の側方吸気口１２、及び板金１３の通風孔１４は位置合わせされて設けられており、さらにこれらは、入出力部３から風を効率よく吸い出すために、ファンボックス４内における全てのファン１１の上流に配置されている。従って、入出力部３内部の発熱体８を冷却した冷却風は、ファンボックス４内のファン１１によって効率よくサーバ装置外に排出される。

次に、バックプレーン２０の前方に位置する演算部２と、バックプレーン２０の後方に位置する入出力部３における冷却風の流路について説明する。冷却対象である図１の演算部２は、前面を入気口、ファンボックス４と隣接している背面を排気口として、それぞれ充分な冷却風が流れるだけの開口を備えている。そのため、演算部２の背面に配置されたファンボックス４によって、演算部２の前面から温度の低いフレッシュエアが入気される。そのフレッシュエアは、演算部２の内部を図１に矢印で示されるように前方から後方に向かって流れて内部の発熱体を冷却し、その後、バックプレーン２０に設けられた開口を通り、前方吸気口９からファンボックス４に入り、ファン１１によって装置外に排気される。

一方、装置背面側に位置する入出力部３には、装置前面に開口部を有し、演算部２が配置された区画とは隔離して設けられた通風孔５から取り入れられた入気温度の低いフレッシュエアが、エア供給用切欠き６から流入する。そのフレッシュエアは、図１、図２、図４に矢印で示されるように、装置の後方側から前方側に向かって流れて内部の発熱体を冷却し、その後、排気用切欠き７に位置合わせされたファンボックス４の側方吸気口１２からファン１１の前方に流入し、ファン１１によって装置外に排気される。このように、入出力部３には演算部２を冷却して温度上昇した冷却風は流入せず、演算部２と同様にフレッシュエアが冷却風として流入するため、入出力部３を効率よく冷却することが可能になる。

ファンボックス４は、演算部２からの排気を前方吸気口９から吸気し、また入出力部３からの排気を側方吸気口１２から吸気する。これを図３の矢印に示されるように、ファンボックス４内部のファン１１によって背面の排気口１０から排気する。

図１０に、ファンボックスと入出力部の間に切欠きを設けない場合のサーバ冷却構造を示す。この場合には、入出力部３とファンボックス４との間には流路が存在せず、入出力部３の内部にファン１９を追加で設けることで、入出力部３の冷却を行うことになる。これに対して、本発明の方式では、ファン１１の前方吸気口９に面していない入出力部３からの冷却風をファンボックス４の側面の側方吸気口１２から吸気することにより、入出力部３に新たなファンを追加することなく、冷却することが可能になる。

次に、ファンボックスの前方吸気口に面していない冷却対象が複数存在する場合における実施例を説明する。図５は、本発明による冷却機構を備えたサーバ装置の他の例を示す断面模式図である。本例のサーバ装置は、１つの演算部と、４つの入出力部と４つのファンボックスを備えている。４つの入出力部はファンボックスの上に横に２個並べて配置され、また上下方向に上段入出力部１５と下段入出力部１６とが２段に積み重ねて配置されている。装置の前方に配置された演算部２と後方に配置された入出力部１５，１６及びファンボックス４の間には、電気接続のためのバックプレーンが図１と同様に配置されているが、図５では図示を省略した。

演算部２には、背面方向に配置されたファンボックス４によって、前面から温度の低いフレッシュエアが入気され、発熱体を冷却した冷却風はファンボックス４に向かって排気される。また、通風孔５は演算部２の区画から隔離してその左右の位置に設けられたダクト構造を有し、図５の矢印に示されるように装置前方からフレッシュエアを取り入れる。通風孔５から取り入れられたフレッシュエアは、演算部２の冷却風とは別系統の冷却風として入出力部１５，１６に導かれる。それぞれの入出力部１５，１６には、通風孔５に面する側壁にエア供給用切欠き６ａ，６ｂが設けられ、底板に排気用切欠きが設けられている。通風孔５のフレッシュエア取り入れ口は装置前面に設けるのが好ましい。それにより、他の演算装置等が周囲に配置されている環境においても、フレッシュエアを取り入れることが容易になる。 図６は、図５に示した装置背面の入出力部とファンボックスを取り出して示した概略図である。図７は、図６の上面図である。また、図８は図６の略断面図である。

通風孔５から取り入れたフレッシュエアは、図６の矢印が示すように、それぞれのエア供給用切欠き６ａ，６ｂを通して、入出力部１５，１６に流入する。図７の上面図に示すように、エア供給用切欠き６ａ，６ｂから上段及び下段の入出力部１５，１６に取り入れられたフレッシュエアは、発熱体８を冷却し、排気用切欠き７ａ，７ｂから排出される。排気用切欠き７ａ，７ｂは、冷却風が発熱体８の場所を通って流れるように、エア供給用切欠き６ａ，６ｂに対して対角位置に設けるのが好ましい。

図８に示すように、下段入出力部１６は、天板に、上段入出力部１５の排気用切欠き７ａから流出した冷却風を通すための切欠き１７を備えている。上段入出力部１５の排気用切欠き７ａから出た冷却風は、図８の矢印に示されるように、下段入出力部１６の内部を素通りして、ファンボックス４に到達する。下段入出力部１６のエア供給用切欠き６ｂから流入したフレッシュエアは、上段入出力部１５の排気用切欠き７ａを通って流入した冷却風と合流して、自らの排気用切欠き７ｂ及びファンボックス４の側壁に設けられた側方吸気口１２を通ってファンボックス４のファン前方に流入する。ファンボックス４は、演算部２からの排気を前方吸気口９から吸気し、また入出力部１５，１６からの排気を側方吸気口１２から吸気する。これらの排気は、図８の矢印に示されるように、ファンボックス４内部のファン１１によって背面の排気口１０から排気される。上段入出力部１５の底板の排気用切欠き７ａと、下段入力部１６の天板の切欠き１７及び底板の排気用切欠き７ｂは、上下方向に直線的に整列して配置するのが好ましい。

図９は、通風孔の装置前面に位置するフレッシュエア取り入れ口部分の例を示す模式図である。通風孔５のフレッシュエア取り入れ口に開口面積を調節可能なシャッター１８を実装することで、演算部と入出力部に流れる冷却風の風量の割合を調節することが可能になる。

なお、上記では入出力部がファンボックスの上方に位置するものとして説明したが、本発明は、入出力部がファンボックスの上方ではなく、下方に位置する場合にも同様に適用可能である。また、本発明の冷却機構は、入出力部以外にも、ファンボックスの上方あるいは下方に位置し、内部に発熱体があって冷却を必要とする任意のユニットボックスを有する演算処理装置に対して適用可能である。

演算処理部と入出力部と冷却用のファンボックスを持つブレードサーバのようなサーバ装置において、入出力部冷却用のファンボックスを追加すること無く、高い冷却性能を実現することができる。

Claims (9)

1. ファンを内蔵し前面に設けられた第１の吸気口から冷却風を吸引し背面の排気口から排気するファンボックスと、
   前記ファンボックスの前方に配置された演算部と、
   前記ファンボックスに隣接して配置され内部に発熱体を有するユニットボックスとを備える演算処理装置において、
   装置前面に開口し前記ユニットボックスに至るエアダクトが設けられ、
   前記ファンボックスは前記ファンより上流側の壁面位置に第２の吸気口を有し、
   前記ユニットボックスは前記第２の吸気口に整列した排気用切欠き、及び前記排気用切欠きより後方に設けられて前記エアダクトに連通する吸気用切欠きを有し、
   前記ファンは、前記演算部を通って前記第１の吸気口に流入した冷却風、及び前記ユニットボックスを通って前記第２の吸気口に流入した冷却風を前記排気口から排出することを特徴とする演算処理装置。
2. 請求項１記載の演算処理装置において、前記エアダクトは前記演算部の左右両側に設けられていることを特徴とする演算処理装置。
3. 請求項１記載の演算処理装置において、前記吸気用切欠きは前記ユニットボックスの側壁に設けられていることを特徴とする演算処理装置。
4. 請求項１記載の演算処理装置において、前記ユニットボックスは上下に複数段重ねて配置され、前記ファンボックスから最も離れて配置されたユニットボックス以外のユニットボックスには、隣接するユニットボックスの排気用切欠きに整列した切欠きを有することを特徴とする演算処理装置。
5. 請求項４記載の演算処理装置において、前記上下に複数段重ねて配置されたユニットボックスそれぞれの排気用切欠きの位置は上下方向に直線的に整列していることを特徴とする演算処理装置。
6. 請求項１記載の演算処理装置において、前記ユニットボックスは入出力部であることを特徴とする演算処理装置。
7. 請求項１記載の演算処理装置において、前記エアダクトは開口部の面積を調整する手段を有することを特徴とする演算処理装置。
8. 請求項１記載の演算処理装置において、前記ユニットボックスは前記ファンボックスの横に配置されていることを特徴とする演算処理装置。
9. 請求項１記載の演算処理装置において、前記ユニットボックスは前記ファンボックスの上又は下に配置されていることを特徴とする演算処理装置。

Images