JP6155988B2 - 情報処理装置 - Google Patents

Description

本出願は、回路基板上に実装された発熱部品を液状の冷媒を用いて冷却する冷却装置を備えた情報処理装置に関する。

従来、情報処理装置であるサーバ装置の主要回路基板には、ＣＰＵや制御用のＬＳＩ等の電子素子が搭載されており、これらの電子素子は動作時に熱を発生する。そのため、熱によってサーバ装置の安定動作を損なわないように、回路基板を冷却する必要がある。冷却方式としてはファンを使用する空冷システムがあるが、液状の冷媒（以後単に冷媒と言う）を使用する液冷システムによる冷却が特許文献１や特許文献２に開示されている。

一方、近年、サーバ装置は高性能化はもちろんのこと、小型化・高密度実装が求められており、サーバ装置の性能アップに伴い、電子素子の消費電力が大きくなって電子素子の発生する熱も多くなってきている。そこで、サーバ装置では、電子素子を冷却する冷却装置の冷却能力を上げるため次の対応を行っている。

まず、空冷システムでは、冷却能力を上げるために電子素子に多くの風を送る必要があり、送風量を増大させるため、例えば以下の要件の対応を行っている。
・ファンの回転数アップ、ファンのサイズアップ及びファン数の数量増大
・効率的に冷却風を運ぶためのダクト設置
・電子素子部に設置するヒートシンクのサイズ増大

ところが、空冷システムにおいてこれらの対策を行うと、以下のような弊害がある。
・サーバ装置内の空冷用のスペースが増大し、回路部品の高密度実装の弊害となる
・ファンに供給する電力がアップして電源容量が増え、電源が大型化する
・ヒートシンクスペースを確保するため、小型化の阻害となる
・各電子素子がヒートシンクスペースの増大により近傍配置できなくなる
・電子素子間の配線が長くなり、ＣＰＵ同士やＣＰＵとインタフェース間の信号の高速伝送が阻害される
・電源素子とＣＰＵ間の供給路が長くなり、電圧降下が大きくなる
・電源パターン増大・バスバ−や電線の設置が必要で、小型化・高密度実装が阻害される

次に、液冷システムでは、サーバ装置内の熱量増大に伴い、発熱量の多い電子素子部には冷却効率が高い液冷システムを使用し、他の部分には空冷システムを使用する対策がとられている。そして、液冷システムでは、冷却効率を増大させるために、冷体冷媒を配管で部品のクーリングプレート（熱交換モジュール）へ供給し、温まった冷媒を配管で回収することが行われる。

しかし、クーリングプレートを発熱量の多い電子素子の上に配置して、サーバ装置内に冷媒の配管を設置すると、サーバ装置の小型化・高密度実装に対して以下の課題がある。
・配管スペースの確保でサーバ装置の小型化が阻害される
・配管スペースで電子素子をＣＰＵの近傍に配置することが阻害される
・電子素子間の配線パターン長が長くなり、信号の高速伝送が阻害される
・電源素子がＣＰＵの近傍に配置できなくなり、電源の電圧降下が大きくなる

そこで、クーリングプレートを使用する液冷システムを、空冷システムと併用した冷却システムがある。図１（ａ）は従来の空冷システムと液冷システムを備えたスタンドアロン装置９０を示している。スタンドアロン装置９０の前側には複数のＣＰＵユニット９１が搭載されており、後方には空冷システム用のファン９２，９３が設けられている。

図２（ａ）は図１（ａ）に示したスタンドアロン装置９０に搭載されるＣＰＵユニット９１における空冷システム９４と液冷システム８０の配置を示すものである。ＣＰＵユニット９１の回路基板９６の上にはメモリ素子９５や隠れているＣＰＵ及びインターフェース素子がある。メモリ素子９５は空冷システム９４の冷却風ＣＷによって冷却される。液冷システム８０にはＣＰＵを冷却するためのクーリングプレート８３やインターフェイス素子を冷却するためのクーリングプレート８４があり、冷媒配管８２で冷媒入口８１と冷媒出口８５に接続されている。冷媒入口８１と冷媒出口８５は図１（ａ）に示した冷媒の冷却装置３０に接続されている。

図２（ｂ）は図２（ａ）に示したＣＰＵユニット９１における空冷システム９４と液冷システム８０の冷却動作を説明するものである。空冷システム９４では、回路基板９６の上に設けられたメモリ素子９５を冷却風ＣＷで冷却するのに対して、液冷システム８０の冷媒配管８２は冷却風ＣＷの流れに対して直交する方向に配置されている。冷媒入口８１に接続する冷媒配管８２は、回路基板９６の一端から他端に向かって配置された冷媒供給管８２Ａと、他端において折り返されて冷媒出口８５に戻る冷媒回収管８２Ｂとを備える。この例では、冷媒供給管８２Ａと冷媒回収管８２Ｂはそれぞれ２系統ある。

冷媒供給管８２Ａの途中にはＣＰＵを冷却する複数のクーリングプレート８３とインターフェイス素子を冷却する複数のクーリングプレート８４が設けられているが、冷媒回収管８２Ｂの途中には何も設けられていない。冷媒は、冷媒供給管８２Ａを通じて複数のクーリングプレート８３を順に流れてＣＰＵを冷却し、次に複数のクーリングプレート８４を順に流れてインターフェイス素子を冷却した後、冷媒回収管８３Ｂを通じて冷媒出口８５に戻る。

特開２００７−９５９０２号公報

特開２００４−２６６４２７号公報

しかしながら、このような空冷システム９４と液冷システム８０とを併用した冷却システムには、以下のような課題がある。
・冷却風の流れを妨げない配管配置が必要となり、冷却風をよけるために冷媒配管を回路基板から浮かせると、冷媒の最適配管ルートの確保ができない
・空冷システムで冷却する電子部品に対しては、ダクトを考慮した配置が必要になり、最適実装が阻害される

１つの側面では、本出願は、サーバ装置の主要回路基板上の電子素子を液冷システムのみを使用し、回路基板上に電子素子を高効率で実装することにより、小型化・高密度実装が可能なサーバ装置等の情報処理装置を提供することを目的とする。

実施形態の一観点によれば、回路基板上に実装された使用温度条件の異なる発熱部品を、冷媒を用いて冷却する冷却装置を備えた情報処理装置であって、回路基板上に、所定熱量以下の発熱・第１温度以下の温度範囲の動作条件の第１群の発熱部品を配置する第１領域と、所定熱量以上の発熱、第１温度とこれより高い第２温度の間の温度範囲の動作条件の第２群の発熱部品を配置する第２領域と、所定熱量以下の発熱・第２温度以上の温度範囲の動作条件の第３群の発熱部品を配置する第３領域とを設け、冷媒の流入口に接続する第１冷媒流路を第１領域に沿って配置し、冷媒の流出口に接続する第３冷媒流路を第３領域に沿って配置し、第１と第３冷媒流路の間には、冷媒を第１冷媒流路から第３冷媒流路に流す複数の連絡流路を設け、連絡流路の途中には第２群の発熱部品を冷却する熱交換モジュールを設け、第１冷媒流路の下面は第１群の発熱部品を冷却できる平坦面に形成し、第３冷媒流路の下面は第３群の発熱部品を冷却できる平坦面に形成したことを特徴とする情報処理装置が提供される。

（ａ）は従来の空冷システムと液冷システムを備えたスタンドアロン装置の斜視図、（ｂ）は本出願の情報処理装置の外観を示す斜視図である。 （ａ）は図１（ａ）に示したスタンドアロン装置に搭載されるＣＰＵユニットにおける空冷システムと液冷システムの配置を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）に示したＣＰＵユニットにおける空冷システムと液冷システムの動作を示す平面図である。 （ａ）は図１（ｂ）に示した情報処理装置に搭載されるＣＰＵモジュールの内部の構成を示す透視図、（ｂ）は（ａ）に示したＣＰＵモジュールに搭載される１つのＣＰＵ装置における３個のＣＰＵの配置とこれに対応する液冷システムの配置を示す組立斜視図である。 （ａ）は図３（ｂ）に示したＣＰＵ装置の組み立て後の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 （ａ）は図４（ａ）に示したＣＰＵ装置に搭載された液冷システムにおける冷媒の流れを示すシステム図、（ｂ）から（ｅ）は本出願の情報処理装置の冷却システムに使用可能な冷媒供給管及び冷媒回収管の断面形状の実施例を示す断面図である。 ＣＰＵが４個実装されたＣＰＵ装置に搭載された液冷システムにおける冷媒の流れと、ＣＰＵ装置に冷媒を供給する冷媒冷却装置との接続を示すシステム図である。 （ａ）は図３（ａ）に示したＣＰＵ装置における別のＣＰＵの配置に対応する液冷システムの構造を示すシステム図、（ｂ）は図３（ａ）に示したＣＰＵ装置における更に別のＣＰＵの配置に対応する液冷システムの構造を示すシステム図である。 （ａ）は図６に示した液冷システムにおける配管の変形実施例を示すシステム図、（ｂ）は図７（ａ）に示した液冷システムにおける配管の変形実施例を示すシステム図である。 （ａ）は図５に示した液冷システムにおける冷媒供給管と冷媒回収管において冷媒を撹拌する機構の第１の実施例を示すシステム図、（ｂ）は（ａ）のＢ部の部分拡大図、（ｃ）は第１の実施例の撹拌構造の変形実施例を示す部分拡大図である。 （ａ）は図５に示した液冷システムにおける冷媒の管路において冷媒を撹拌する機構の第２の実施例を示すシステム図、（ｂ）は（ａ）のＣ部の部分拡大斜視図、（ｃ）は第１の実施例の撹拌構造の変形実施例を示す部分拡大斜視図である。

以下、添付図面を用いて本出願の実施の形態を、具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施例では、情報処理装置として、光インターフェイス素子、ＣＰＵ及び電源素子を備える光通信装置を説明するが、情報処理装置は光通信装置に限定されるものではなく、本出願は光通信装置以外の情報処理装置にも適用できる。

図１（ｂ）は本出願の一実施例の情報処理装置１０の外観を示すものであり、光通信用のサーバ装置を示している。本実施例の情報処理装置１０では、ラック１の中に複数のＣＰＵモジュール２が搭載されている。また、本実施例の情報処理装置１０のラック１に搭載されるＣＰＵモジュール２は、全て液冷システムによって冷却されるが、液冷システムの冷媒を冷却する冷却装置は情報処理装置１０には搭載されていない。冷媒の冷却装置は別の場所に設けられており、複数のＣＰＵモジュール２に冷媒を供給する。

図３（ａ）は図１（ｂ）に示した情報処理装置１０に搭載されるＣＰＵモジュール２の内部の構成を示すものである。本実施例のＣＰＵモジュール２には４つのＣＰＵ装置３が内蔵されている。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示したＣＰＵ装置３の内部の構成を示すものである。本実施例の情報処理装置１０は光通信装置であるので、ＣＰＵ装置３の中に設けられた回路基板１４の上には、光インターフェイス素子１１、ＣＰＵ１２及び電源素子１３がある。

ここで、光通信用の情報処理装置１０に設けられる光インターフェース素子１１とＣＰＵ１２及び電源素子１３の温度使用条件を考慮する。光インターフェイス素子１１の温度使用条件は、発熱範囲が１５〜２５Ｗ，使用温度条件が２０〜４０°Ｃの低発熱・低温度範囲の部品である。また、ＣＰＵ１２の温度使用条件は、発熱範囲が２００〜３００Ｗ，使用温度条件が２０〜６０°Ｃ高発熱・中温度範囲の部品である。更に、電源素子１３の温度使用条件は、発熱範囲が１５〜２５Ｗ，使用温度条件が２０〜８０°Ｃの低発熱・高温度範囲の部品である。

本出願では、回路基板１４の部品の実装領域が、回路基板１４の長手方向に列状に第１の領域Ｒ１、第２の領域Ｒ２及び第３の領域Ｒ３の３つの領域に分割されている。そして、分割された３つの領域Ｒ１〜Ｒ３には、電子素子が温度使用条件別にグループ化され、各領域Ｒ１〜Ｒ３にグループ毎に配置されている。また、配置に際しては、ＣＰＵ１２の近傍に光インターフェイス素子１１を配置して信号線を短くし、高速伝送を可能にすることを考慮した。更に、電源素子１３もＣＰＵの近傍に配置して電源給電による電圧降下が最少になるようにした。

以上の使用条件を考慮した結果、本実施例では、回路基板１４の中央に位置する第２の領域Ｒ２に３つのＣＰＵ１２を配置し、第２の領域Ｒ２に隣接する第１と第３の領域Ｒ１，Ｒ３に複数の光インターフェイス素子１１と電源素子１３をそれぞれ配置している。そして、本出願では、回路基板１４の上に実装された光インターフェース素子１１とＣＰＵ１２及び電源素子１３の冷却に空冷システムを使用しておらず、液冷システム２０の冷媒の配管を利用して冷却している。以下に液冷システム２０の冷媒の配管を利用した冷却構造について説明する。

液冷システム２０には、冷媒入口２１を備えた冷媒供給管２２、ＣＰＵ１２を冷却するクーリングプレート２４が途中に設けられた連絡管２３及びクーリングプレート２４から連絡管２３を通じて戻された冷媒を冷媒出口２６に戻す冷媒回収管２５がある。冷媒入口２１と冷媒出口２６は、温度が上昇した冷媒を回収し、冷却して循環させる冷却装置（図示せず）に接続されている。冷媒供給管２２は、回路基板１４の第１の領域Ｒ１に沿って、光インターフェイス素子１１の直上に配置される。クーリングプレート２４は熱交換モジュールであり、回路基板１４の第２の領域Ｒ２に実装されているＣＰＵ１２の直上に配置される。冷媒回収管２５は、回路基板１４の第３の領域Ｒ３に沿って、電源素子１３の直上に配置される。連絡管２３は冷媒供給管２２と各クーリングプレート２４の間、及び各クーリングプレート２４と冷媒回収管２５の間を接続する。

図４（ａ）は、図３（ｂ）に示した回路基板１４の上に液冷システム２０を配置した状態を示すものである。但し、図３（ｂ）に示した液冷システム２０では、冷媒入口２１と冷媒出口２６とが近接状態で配置されていたが、図４（ａ）に示す実施例では、冷媒入口２１と冷媒出口２６は離れた位置にある。また、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線における断面を示しており、図５（ａ）は図４（ａ）に示した冷媒供給管２２、連絡管２３、クーリングプレート２４及び冷媒回収管２５内を流れる冷媒の流れる方向を示している。

図４（ｂ）に示すように、クーリングプレート２４はＣＰＵ１２の直上に配置され、ＣＰＵ１２とはサーマルシート１５を用いて接合されている。クーリングプレート２４の内部にはフィン２７が多数突設されており、クーリングプレート２４内を流れる冷媒が蛇行する際の熱交換効率を向上させている。また、光インターフェイス素子１１と電源素子１３の直上に配置される冷媒供給管２２と冷媒回収管２５は、光インターフェイス素子１１及び電源素子１３と熱交換が効率良く行えるように、底面２２Ｂ，２５Ｂが平坦面になっている。そして、光インターフェイス素子１１と冷媒供給管２２の底面２２Ｂはサーマルシート１５を用いて接合され、電源素子１３と冷媒回収管２５の底面２５Ｂもサーマルシート１５を用いて接合されている。

従来の冷媒供給管と冷媒回収管は、単に冷媒を送る機能しかなかった。一方、本出願では、冷媒供給管２２の底面２２Ｂを平坦面として光インターフェイス素子１１の上にサーマルシート１５、グリース、バネ等を介して載置することにより、光インターフェイス素子１１が発生する熱を、冷媒供給管２２によって冷却している。同様に、冷媒回収管２５の底面２５Ｂを平坦面として電源素子１３の上にサーマルシート１５、グリース、バネ等を介して載置することにより、電源素子１３が発生する熱を、冷媒回収配管２５によって冷却している。冷媒供給管２２と冷媒回収管２５は、熱伝導率の高い材料で形成する。このため、本出願の情報処理装置では、空冷システムが不要となる。また、サーマルシートはその厚さを調節することによって、発熱部品と冷媒供給管２２及び冷媒回収配管２５との間の高さ違いを吸収することができる。

図５（ｂ）、（ｃ）は、底面２２Ｂ、２５Ｂが図４（ｂ）に示したように平坦面に形成された冷媒供給管２２と冷媒回収管２５の断面をそれぞれ示すものである。冷媒供給管２２と冷媒回収管２５の底面２２Ｂ，２５Ｂに形成する平坦面は、発熱素子の頂面の形状に合わせて形成すれば良い。図５（ｄ）、（ｅ）は冷媒供給管２２と冷媒回収管２５に使用可能な、底面２２Ｂ、２５Ｂが平坦面に形成された他の実施例の冷媒供給管２２と冷媒回収管２５の断面形状を示すものである。

以上のように形成された液冷システム２０により、図５（ａ）に示すように、冷媒入口２１から供給されて冷媒供給管２２を流れる冷媒によって、冷媒供給管２２の直下に位置する光インターフェイス素子１１が冷却される。そして、連絡管２３によって３分岐されて３つのクーリングプレート２４内を流れる冷媒によって、クーリングプレート２４の直下に位置するＣＰＵ１２が冷却される。更に、連絡管２３に戻り、冷媒回収管２５を流れて冷媒出口２６に戻る冷媒によって、冷媒回収管２５の直下に位置する電源素子１３が冷却される。冷媒回収管２５を流れる冷媒の温度は上昇しているが、冷媒回収管２５の直下に位置する電源素子１３は「低発熱・高温度範囲使用条件の電子部品」であるので、温度が上昇した冷媒によっても冷却することができる。

図６は、ＣＰＵ１２が４個実装されたＣＰＵ装置３に搭載された液冷システム２０における冷媒の流れと、ＣＰＵ装置３に冷媒を供給する冷媒冷却装置３０との接続を示すものである。前述のように、冷媒冷却装置３０は情報処理装置１０の外部にある筺体３５に搭載されており、情報処理装置１０に複数搭載されたＣＰＵ装置３の各液冷システム２０に、吐出口３１から温度の低い冷媒を吐出し、分配管３２を通じて供給する。また、各ＣＰＵ装置３で温度が高くなった冷媒は、戻り管３３を通じて集められて流入口３４に戻ってくる。冷媒冷却装置３０は本体内で冷媒を冷却して再び吐出口３１から吐出する。

図７（ａ）は、図３（ａ）に示したＣＰＵ装置３における別のＣＰＵの配置に対応する液冷システム２０Ａの実施例の構造を示すシステム図である。本実施例でも回路基板１４はその長手方向に列状に複数の領域に分割されているが、前述の実施例と異なり、本実施例には領域が５つある。本実施例では、回路基板１４の中央の領域が複数の光インターフェイス素子を配置する第１の領域Ｒ１であり、第１の領域Ｒ１の両側にそれぞれ３つのＣＰＵが配置された第２の領域Ｒ２がある。そして、第２の領域Ｒ２の外側に電源素子が配置された第３の領域Ｒ３がある。

図７（ａ）に示される液冷システム２０Ａの場合は、回路基板１４の中央にある第１の領域に冷媒供給管２２が配置され、その両側にＣＰＵの個数に対応したクーリングプレート２４が配置される。そして、各クーリングプレート２４は連絡管２３によって冷媒供給管２２と接続され、各クーリングプレート２４から排出される冷媒は連絡管２３によって回路基板１４の両端部に配置された２本の冷媒回収管２５に戻される。２箇所にある冷媒出口２６は、図示は省略するが、統合されて図６で説明した冷媒冷却装置３０に戻る。

図７（ｂ）は、図３（ａ）に示したＣＰＵ装置３における更に別のＣＰＵの配置に対応する液冷システム２０Ｂの実施例の構造を示すシステム図である。本実施例では、回路基板１４は前述の実施例と同様に、その長手方向に列状に３つの領域に分割されているが、第２の領域Ｒ２が広く、ＣＰＵが第２の領域Ｒ２内で６個ずつ２列に並んでいる点が前述の実施例と異なっている。第１の領域Ｒ１と第３の領域Ｒ３の第２の領域Ｒ２に対する位置は前述の実施例と同様であり、第２の領域Ｒ２の一方の側に第１の領域Ｒ１があり、他方の側に第３の領域Ｒ３がある。

図７（ｂ）に示される液冷システム２０Ｂでは、冷媒供給管２２から１２個のクーリングプレート２４に対してそれぞれ連絡管２３が接続され、クーリングプレート２４から排出される冷媒はそれぞれ連絡管２３によって冷媒回収管２５に戻される。冷媒供給管２２の底面で光インターフェイス素子が冷却され、クーリングプレート２４でＣＰＵが冷却され、冷媒回収管２５の底面で電源素子が冷却される点は前述の実施例と同様である。３２は冷媒の分配管、３３は冷媒の戻り管である。

図８（ａ）は図６に示した液冷システム２０における連絡管２３の接続が変更された変形実施例の液冷システム２０Ｃを示すシステム図である。図６に示した液冷システム２０では、クーリングプレート２４と冷媒回収管２５とを接続する連絡管２３が、最短距離でクーリングプレート２４と冷媒回収管２５とを接続していた。一方、図８（ａ）に示す変形実施例の液冷システム２０Ｃでは、クーリングプレート２４と冷媒回収管２５とを接続する連絡管２３の長さを伸ばし、連絡管２３を冷媒回収管２５の冷媒の流れの上流側に接続している。この結果、冷媒回収管２５内を流れる冷媒の長さが長くなり、回路基板１４の上にあるより多くの電源素子を冷却することができる。

図８（ｂ）は図７（ａ）に示した液冷システム２０Ａにおける連絡管２３の接続が変更された変形実施例の液冷システム２０Ｄを示すシステム図である。図７（ａ）に示した液冷システム２０Ａでは、クーリングプレート２４と冷媒回収管２５とを接続する連絡管２３が、最短距離でクーリングプレート２４と冷媒回収管２５とを接続していた。一方、図８（ｂ）に示す変形実施例の液冷システム２０Ｄでは、クーリングプレート２４と冷媒回収管２５とを接続する連絡管２３の長さを伸ばし、連絡管２３を冷媒回収管２５の冷媒の流れの上流側に接続している。この結果、冷媒回収管２５内を流れる冷媒の長さが長くなり、回路基板１４の上にあるより多くの電源素子を冷却することができる。

図９（ａ）は図５（ａ）に示した液冷システム２０における冷媒供給管２２と冷媒回収管２５において冷媒を撹拌する機構の第１の実施例を示すものである。前述のように、冷媒供給管２２と冷媒回収管２５の底面２２Ｂと底面２５Ｂは平坦面であり、それぞれ光インターフェイス素子の発生する熱と電源素子の発生する熱を吸収している。従って、冷媒供給管２２と冷媒回収管２５を流れる冷媒の温度は次第に上昇するが、冷媒供給管２２と冷媒回収管２５の底面２２Ｂと底面２５Ｂに近い側の冷媒の温度が、底面２２Ｂと底面２５Ｂから遠い側の冷媒の温度よりも高くなる。すると、光インターフェイス素子と電源素子の冷媒による冷却効率が低下する。

そこで、図９（ａ）に示すように、冷媒供給管２２と冷媒回収管２５の管路の途中で、冷媒を撹拌して、冷媒供給管２２と冷媒回収管２５の底面２２Ｂと底面２５Ｂに近い側の冷媒の温度を低下させる。図９（ｂ）は図９（ａ）のＢ部の部分拡大図であり、管路の途中に凸部２８を設けた構造を示している。このように、管路の途中に凸部２８を設けると、管路を流れてきた冷媒ＣＭが凸部２８によって撹拌されるので、管路内の冷媒ＣＭの温度が均一になり、冷媒供給管２２と冷媒回収管２５の底面２２Ｂと底面２５Ｂに近い側の冷媒ＣＭの温度が下がる。この結果、光インターフェイス素子と電源素子の冷媒ＣＭによる冷却効率が向上する。第１の実施例では、冷媒供給管２２と冷媒回収管２５の管路の一方の側に凸部２８を設けているが、図９（ｃ）に示す変形実施例のように、管路の途中の両側に凸部２８を設けても良い。凸部２８の形状は特に限定されない。

図１０（ａ）は図５（ａ）に示した液冷システム２０における冷媒供給管２２と冷媒回収管２５において、冷媒を撹拌する機構の第２の実施例を示すものである。第１の実施例では、冷媒供給管２２と冷媒回収管２５の管路の途中に凸部２８を設けて冷媒ＣＭを撹拌し、冷媒供給管２２と冷媒回収管２５の底面２２Ｂと底面２５Ｂに近い側の冷媒ＣＭの温度を低下させている。一方、図１０（ａ）に示す第２の実施例では、管路の途中に流路の断面積を小さくした絞り部２９を設けている。

流路の断面積を絞り部２９によって絞ると、絞り部２９を通過した冷媒ＣＭが撹拌される。このように、管路の途中に絞り部２９を設けると、管路を流れてきた冷媒ＣＭが絞り部２９の通過後に撹拌されるので、管路内の冷媒ＣＭの温度が均一になり、冷媒供給管２２と冷媒回収管２５の底面２２Ｂと底面２５Ｂに近い側の冷媒ＣＭの温度が下がる。この結果、光インターフェイス素子と電源素子の冷媒ＣＭによる冷却効率が向上する。

図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＣ部の構造の一実施例を部分的に拡大して示すものである。この実施例では、冷媒供給管２２と冷媒回収管２５の管路の断面形状は矩形であるとする。この場合は、冷媒供給管２２と冷媒回収管２５の管路の各面の幅を絞り、再び拡大して元の形状にしている。また、図１０（ｃ）は、第２の実施例の撹拌構造の変形実施例を示すものである。変形実施例でも冷媒供給管２２と冷媒回収管２５の管路の断面形状は矩形であるとする。変形実施例では、冷媒供給管２２と冷媒回収管２５の管路の各面を同じ方向に９０°捻って絞り部２９を形成している。第２の実施例の変形実施例では、絞りに加えて管路が９０°回転しているので、絞り部２９を通過した後の冷媒が良く撹拌される。

なお、図９と図１０で説明した撹拌構造は一例であり、他にも管路内にプロペラを設けたり、流れを乱すフィンを突設したりすることが可能である。また、撹拌構造を設置する位置は、冷媒供給管２２では各連絡管２３の接続部の上流側が良く、冷媒回収管２５では各連絡管２３の接続部の下流側が良い。

以上説明したように、本出願によれば、回路基板の配管スペースが小さくなり、基板の小型化・高密度実装が可能となる。また、ＣＰＵに対して光インターフェイス素子や電源素子を近傍に配置できるので、配線が短くなり、高速通信の実現、電圧降下の低減、電源部品の削減ができる。そして、風量の流れ等を考慮する必要がなくなり、部品配置に自由度が増え、部品の最適実装が可能になる。更に、冷媒の配管も冷却機能として活用することで冷却部品のシンプルな配置で最適実装が実現できる。

以上、本出願を特にその好ましい実施の形態を参照して詳細に説明した。本出願の容易な理解のために、本出願の具体的な形態を以下に付記する。

（付記１） 回路基板上に実装された使用温度条件の異なる発熱部品を、冷媒を用いて冷却する冷却装置を備えた情報処理装置であって、
前記回路基板上に、所定熱量以下の発熱・第１温度以下の温度範囲の動作条件の第１群の発熱部品を配置する第１領域と、所定熱量以上の発熱、第１温度とこれより高い第２温度の間の温度範囲の動作条件の第２群の発熱部品を配置する第２領域と、所定熱量以下の発熱・第２温度以上の温度範囲の動作条件の第３群の発熱部品を配置する第３領域とを設け、
前記冷媒の流入口に接続する第１冷媒流路を前記第１領域に沿って配置し、
前記冷媒の流出口に接続する第３冷媒流路を前記第３領域に沿って配置し、
前記第１と第３冷媒流路の間には、前記冷媒を前記第１冷媒流路から前記第３冷媒流路に流す複数の連絡流路を設け、
前記連絡流路の途中には前記第２群の発熱部品を冷却する熱交換モジュールを設け、
前記第１冷媒流路の下面は前記第１群の発熱部品を冷却できる平坦面に形成し、
前記第３冷媒流路の下面は前記第３群の発熱部品を冷却できる平坦面に形成したことを特徴とする情報処理装置。
（付記２） 前記回路基板上に、前記第１領域、第２領域及び第３領域がこの順に列状に並んで設けられていることを特徴とする付記１に記載の情報処理装置。
（付記３） 前記回路基板上に、前記第３領域、第２領域、第１領域、第２領域及び第３領域がこの順に列状に並んで設けられていることを特徴とする付記１に記載の情報処理装置。
（付記４） 前記熱交換モジュールは、前記第２領域に沿って、前記第１と第３冷媒流路の間に２列に並んで設けられており、２列に並んだ前記熱交換モジュールは前記連絡流路によって前記第１と第３の冷媒流路にそれぞれ接続されていることを特徴とする付記２又は３に記載の情報処理装置。
（付記５） 前記第１冷媒流路と前記第３冷媒流路の途中には、内部を流れる冷媒を撹拌する少なくとも１つの撹拌構造が設けられていることを特徴とする付記１から４の何れかに記載の情報処理装置。

（付記６） 前記第１冷媒流路に設けられた前記撹拌構造は、前記各連絡流路の前記冷媒の流れの上流側に設けられており、
前記第３冷媒流路に設けられた前記撹拌構造は、前記各連絡流路の前記冷媒の流れの下流側に設けられていることを特徴とする付記５に記載の情報処理装置。
（付記７） 前記撹拌構造が前記冷媒の流路の断面積を絞る絞りであることを特徴とする付記５又は６に記載の情報処理装置。
（付記８） 前記撹拌構造が前記冷媒の流路の内部に突出する突起であることを特徴とする付記５又は６に記載の情報処理装置。
（付記９） 前記撹拌構造が前記冷媒の流路を捩る捩り構造であることを特徴とする付記５又は６に記載の情報処理装置。
（付記１０） 前記第１冷媒流路と前記第１群の発熱部品の間、前記熱交換モジュールと前記第２群の発熱部品の間、及び前記第３冷媒流路と前記第３群の発熱部品の間にはサーマルシートが設けられていることを特徴とする付記１から９の何れかに記載の情報処理装置。

（付記１１） 前記第１群の発熱部品が光インターフェイス素子であり、前記第２群の発熱部品がＣＰＵであり、前記第３群の発熱部品が電源素子であることを特徴とする付記１から１０の何れかに記載の情報処理装置。
（付記１２） 前記第１群の発熱部品の発熱範囲が１５〜２５Ｗ，使用温度条件が２０〜４０°Ｃであり、
前記第２群の発熱部品の発熱範囲が２００〜３００Ｗ，使用温度条件が２０〜６０°Ｃであり、
前記第３群の発熱部品の発熱範囲が１５〜２５Ｗ，使用温度条件が２０〜８０°Ｃであることを特徴とする付記１から１１の何れかに記載の情報処理装置。

３ ＣＰＵ装置
１０ 情報処理装置
１１ 光インターフェイス素子
１２ ＣＰＵ
１３ 電源素子
１４ 回路基板
１５ サーマルシート
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２９Ｄ 液冷システム
２２ 冷媒供給管
２３ 連絡管
２４ クーリングプレート
２５ 冷媒回収管
２８ 凸部
２９ 絞り部
３０ 冷媒冷却装置

Claims (5)

1. 回路基板上に実装された、発熱の大小と使用温度条件の異なる発熱部品を、冷媒を用いて冷却する冷却装置を備えた情報処理装置であって、
   前記回路基板上に、低発熱・低温度範囲の動作条件の複数の第１群の発熱部品を配置する第１領域と、
   高発熱・中温度範囲の動作条件の複数の第２群の発熱部品を配置する第２領域と、
   低発熱・高温度範囲の動作条件の複数の第３群の発熱部品を配置する第３領域とを設け、
   前記冷媒の流入口に接続する冷媒の配管を利用した第１冷媒流路を、前記第１領域に配置された前記複数の第１群の発熱部品に沿って配置し、
   前記冷媒の流出口に接続する冷媒の配管を利用した第３冷媒流路を、前記第３領域に配置された前記複数の第３群の発熱部品に沿って配置し、
   前記第１と第３冷媒流路の間には、前記冷媒を前記第１冷媒流路から前記第３冷媒流路に流す複数の連絡流路を設け、
   前記複数の連絡流路の途中には、前記複数の第２群の発熱部品を冷却する熱交換モジュールそれぞれを設け、
   前記第１冷媒流路の前記配管の下面は前記第１群の発熱部品を冷却できる平坦面に形成し、
   前記第３冷媒流路の前記配管の下面は前記第３群の発熱部品を冷却できる平坦面に形成したことを特徴とする情報処理装置。
2. 前記回路基板上に、前記第１領域、第２領域及び第３領域がこの順に列状に並んで設けられていることを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。
3. 前記第１冷媒流路と前記第３冷媒流路の途中には、内部を流れる冷媒を撹拌する少なくとも１つの撹拌構造が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の情報処理装置。
4. 前記第１冷媒流路と前記第１群の発熱部品の間、前記熱交換モジュールと前記第２群の発熱部品の間、及び前記第３冷媒流路と前記第３群の発熱部品の間にはサーマルシートが設けられていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の情報処理装置。
5. 前記第１群の発熱部品が光インターフェイス素子であり、前記第２群の発熱部品がＣＰＵであり、前記第３群の発熱部品が電源素子であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の情報処理装置。

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