JPH11110083A

JPH11110083A - 情報処理装置

Info

Publication number: JPH11110083A
Application number: JP9274091A
Authority: JP
Inventors: Shohei Fuse; 昭平布施; Osamu Amano; 修天野; Takeshi Toizono; 武樋園; Takahiro Nishihara; 孝広西原; Hiroshi Ito; 博志伊藤; Yoshihiro Kondo; 義弘近藤
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Video and Information System Inc
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Advanced Digital Inc
Priority date: 1997-10-07
Filing date: 1997-10-07
Publication date: 1999-04-23

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は情報処理装置の高密度実装及び冷却構
造に関し、大電流給電に対応した実装構造と効率のよい
冷却構造の情報処理装置を提供することである。【解決手段】信号接続用の論理バックプレーンプレート
と電源供給用の電源バックプレーンプレートに分割し、
一つの電源ユニットで一つの論理系ユニットに給電する
給電構造の情報処理装置。また、鏡面実装の電子機器基
板の中心部から両端に冷却風を流すことで、均等に冷却
することを実現した冷却構造の情報処理装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、情報処理装置にお
ける電源供給構造と冷却構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、情報処理装置は、演算処理を行う
演算ユニット、データの格納・抽出処理を行う記憶ユニ
ットやデータを入出力するＩ／Ｏユニットなどの論理系
ユニットと、それら論理系ユニットに電源を供給する電
源ユニットと、装置全体を冷却するための冷却系を備え
ている。このような情報処理装置では、各ユニット間の
信号接続と電源供給のための接続を共通のプレートを介
して行っている。各ユニット側に設けたフォークプラグ
と、バックプレーンプレート（以下ＰＬ）側に設けたバ
スバーとを接続する実装構造の従来例を図５を用いて説
明する。この構造では、キャビネットを固定するＰＬ架
３３に両面実装の単一ＰＬ２２が取り外し可能なＰＬ架
２７とともに抱き合わせて固定されている。ＰＬ架２７
には複数の演算ユニット２４や、それらに電源を供給す
る電源ユニット２５が実装され、電源ユニット２５の下
にはＩ／Ｏユニット３４やＩ／Ｏユニットに電源を供給
するためのＩ／Ｏ用電源ユニット３５が実装されてい
る。演算ユニット２４と電源ユニット２５の背面には給
電用のフォークプラグ２６がそれぞれ装着されており、
電源ユニット２５から各フォークプラグ２６、単一ＰＬ
２２のバスバー２３を介して、演算ユニット２４に電源
が供給される構造となっている。他の給電構造として
は、電源ユニットに端子板を設け、ＰＬには複数の給電
コネクタを設け、これらをケーブルで接続し、いったん
ＰＬが電源を受け取った後、ＰＬから各論理系ユニット
に電源を供給する構造のものもある。

【０００３】また、情報処理装置の冷却方法としては、
装置の外部からファンで冷却風を取り込み、発熱部に流
して再びファンで暖まった空気を装置外部に排出する空
冷方式が一般的である。しかし複雑な構造の装置では、
冷却風が装置内に行き渡り十分な冷却効果が得られるよ
うにするために、発熱が多い部分や冷却風が流れにくい
ところに複数の冷却用のファンを設置する必要があっ
た。そこで、特開平９―１１４５５３では、論理系ユニ
ット、電源ユニットなど各ユニットにそれぞれ冷却系を
設け、冷却風の流れに平行となるように基板を設置した
構造になっている。

【０００４】また、特開平８―２７８８３４では、装置
内を前面上下と背面の３つの領域に分割してそれぞれに
冷却系を設置した構造をとっている。つまり、装置中央
部分に吸気口を設けて前面上部と下部に設けた排気口に
向かってそれぞれ冷却風を流し、さらに、前面下部から
背面に冷却風を取り込むことによって背面部にも冷却風
を流す構造になっている。つまり、冷却風の流れを３つ
の領域に分割し、前面上部領域に演算ユニット、前面下
部領域にＨＤＤユニット、背面領域にＩ／Ｏユニットを
配置している。このように発熱量の多いユニットを分割
して各領域の冷却効果の高い位置に配置することで、効
率よく冷却することを可能にしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】高性能で消費電力も大
きい現在の情報処理装置では、上記のような従来の実装
構造を用いた場合高密度の信号接続と大電流の給電接続
を単一のＰＬで両立しなければならないため、ＰＬの層
構成が複雑で外形寸法が大きくなり、さらに電圧降下も
大きく、電源効率が低下してしまうというような問題が
あった。また一つの電源ユニットが複数の論理系ユニッ
トに給電する構造となっているため、一つの電源ユニッ
トが故障すると、複数の論理系ユニットが停止してしま
うという問題があった。また、ＰＬを交換する必要が生
じた場合、単一のＰＬで構成しているので、実装されて
いる全ての論理系ユニット、電源ユニット、ＰＬ架を取
り外すといった交換作業面での問題もあった。

【０００６】本発明の第一の目的は、電源ユニットから
論理系ユニットへの給電構造を簡素化した実装構造の情
報処理装置を提供することである。

【０００７】また特開平９―１１４５５３では各ユニッ
トに冷却系を設けているが、装置全体から見ると、装置
内部が各ユニット毎に細分化されており、冷却風の流れ
に無駄ができ、効率のよい冷却方法が実現されていなか
った。特開平特開平８―２７８８４３では冷却の効率化
のために論理系ユニットが３つの領域に分割されてしま
っていることから各ユニット間の配線が長くなり、情報
処理装置の処理性能の向上に限界があった。

【０００８】また情報処理装置では、信頼性を向上させ
るために、鏡面実装と呼ばれる形態で電子機器基板を実
装している。これは電子機器基板上にその中心軸を境に
ほぼ同じ半導体素子群を実装している構造で、この同じ
半導体素子群は同時にデータを突き合わた処理などを行
う。特開平９―１１４５５３では、各ユニット間で基板
に平行な冷却風を流しているが、下流では基板の発熱を
吸収しているため温度が高くなってしまい、上流と下流
では冷却風に温度差が生じている。従って、鏡面実装の
基板の場合、対称関係にある半導体素子の間に温度差が
発生し、それによって処理速度にも差が生じ、データの
突き合わせを行えなくなるという現象が発生する。この
ように、鏡面実装の半導体素子に温度差が生じること
で、情報処理装置の信頼性が低下してしまうという問題
があった。

【０００９】そこで本発明の第２の目的は、論理系ユニ
ットを効率よく冷却し、また電子機器基板を均一に冷却
することができる信頼性の高い処理能力を持った情報処
理装置の冷却構造のを提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】第一の目的を達成するた
めに、本発明の給電構造は、論理系ユニット間の信号接
続の為の論理ＰＬと論理系ユニットと電源ユニットとの
給電接続のための電源ＰＬとにＰＬを分割し、給電接続
を信号接続から独立させたものである。さらに電源ＰＬ
に給電用コネクタを設置したバスバーを取付ける。この
ように一つの論理系ユニットと一つの電源ユニットを給
電用コネクタに接続することで、バスバーを介して電源
ユニットから論理系ユニットに給電する方式をとってい
る。この構造では、電源ＰＬの内層を介することがない
ので、ＰＬの層構成が簡素化し、給電経路も短くなり、
電源効率を向上させることが出来る。また、一つの論理
系ユニットと一つの電源ユニットが一組になっているた
め、電源ユニットを交換する際にも、交換する電源ユニ
ットに対応している論理系ユニット以外の論理系ユニッ
トは停止することなく作動しているので、信頼性を向上
することができる。また、これらのユニットを収納する
ＰＬ架は、交換頻度に応じて小さく分割できるため、交
換作業の工数を低減するこができ、さらには保守性を向
上することができる。

【００１１】また第二の目的を達成するため、本発明の
冷却構造は組になった論理系ユニットと電源ユニットを
垂直方向に直列に配置し、それらのユニットを挟んだ形
で冷却風の吸気口と排気口を設け、垂直方向に冷却風を
流すことを特徴としている。また、各論理系ユニットの
信号伝送を制御する電子機器基板を論理系ユニットの上
部に配置することを特徴としている。さらに水平方向に
基板を配置する構造を組み合わせる場合には、導風部を
設け垂直方向に流れる冷却風を水平方向に取りいれるこ
とを特徴としている。更に水平方向に設置する基板が鏡
面実装の場合は、基板を収納する架の側面部に排気用の
小孔を設け、側面部に向かって冷却風を流すことを特徴
としている。この構造では、装置の上部と底部に冷却系
を設けるだけなので、冷却ファンの台数も少なくてすむ
ので騒音を減少することもでき、内部の配置を簡素化す
ることで効率よく装置全体を冷却することができ、なお
かつ各ユニット間の配線長を短くすることができる。ま
た鏡面実装の際も中心部から側面の小孔に向かって冷却
風が流れることから、対称関係にある半導体素子の間に
温度差が発生することがなく、処理能力にも差異がなく
なることから信頼性を向上させることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を説明す
る。

【００１３】図１は本発明の情報処理装置の実装構成を
側面から見た断面図で、演算ユニットへの給電方法につ
いて説明する。装置内は前面と背面に分割されており、
前面は二つのＰＬ架１４、１５で構成されている。ＰＬ
架１５には演算処理を行う複数の演算ユニット１、ＰＬ
架１４には演算ユニット１に電源を供給する複数の電源
ユニット２がそれぞれ実装されている。さらに背面はＰ
Ｌ架５で構成されており、データを入出力する複数のＩ
／Ｏユニット３０、Ｉ／Ｏユニット３０に電源を供給す
る為の複数のＩ／Ｏ用電源ユニット３１と、さらに演算
ユニット１の間の信号伝送、Ｉ／Ｏユニット３０の間の
信号伝送、及び演算ユニット１とＩ／Ｏユニット３０と
の間の信号伝送の処理を行う電子機器基板８が実装され
ている。また、演算ユニット１の間の信号接続、Ｉ／Ｏ
ユニット３０の間の信号接続、また演算ユニット１とＩ
／Ｏユニット３０との間の信号接続のための両面実装の
論理ＰＬ３と、電源ユニット２から演算ユニット１へ電
源を供給するためとＩ／Ｏ用電源ユニット３１からＩ／
Ｏユニット３０へ電源を供給するための両面実装の電源
ＰＬ４が、前面と背面のＰＬ架の間に挟まれて取り付け
られている。

【００１４】次に各ユニットと各ＰＬの接続についての
説明を行う。演算ユニット１には、複数の信号接続用の
コネクタと給電用コネクタが同じ面に取り付けられてい
る。論理ＰＬ３の両面には信号用コネクタ９が設けられ
ていて、前面には演算ユニット１が、背面にはＩ／Ｏユ
ニット３０が接続されている。論理ＰＬ３には電子機器
基板８も接続されており、この電子機器基板８によって
各ユニット間の信号伝送が処理される。電源ＰＬ４の前
面には、給電コネクタ１０が設けてある。この給電コネ
クタ１０は、演算ユニット１に接続するコネクタと電源
ユニット２に接続するコネクタの二つに分割されてお
り、この二つのコネクタをバスバー６で接続している。
さらに、電源ユニット２と給電コネクタ１０との嵌合位
置の精度を向上させる為、給電コネクタ１０より長い嵌
合用のガイドピン１１を電源ＰＬ４の下部両端に取り付
けている。以上のような給電構造にすることで、電源Ｐ
Ｌ４の内層を通さず、電源ユニット１から演算ユニット
１への大電流供給接続を直接バスバーを通じて実現し、
ＰＬの構成が簡素化し、かつ、配線長も短くなること
で、電源効率を向上することが出来る。なお実施例で
は、Ｉ／Ｏユニット３０へは大電流を供給する必要がな
いので、Ｉ／Ｏ用電源ユニット３１からＩ／Ｏユニット
３０へは従来の方式の給電方法を採用しているが、Ｉ／
Ｏユニット３０についても同様の給電方法を採用するこ
とも可能である。

【００１５】図２に情報処理装置のＰＬとＰＬ架の分割
構造の斜視図を示す。まず、論理ＰＬ３と電源ＰＬ４を
取り付ける時の作業性を向上させるために、架枠２９を
設け、さらに各ＰＬ間の取付寸法の精度を上げるため
に、架枠２９にラックガイドピンを設けている。このよ
うにして論理ＰＬ3と電源ＰＬ4をそれぞれ架枠２９に取
り付けていったんサブ組み立て状態にし、これをさらに
ＰＬ架５に取り付けることができるようになっている。
図１の説明で述べたように、前面側のＰＬ架はＰＬ架１
４とＰＬ架１５の二つに分割されているが、これはＰＬ
架を一つで構成してしまうとＰＬ架のサイズは大きく、
かつ重くなり、ＰＬを交換する必要が生じた場合には、
キャビネットからの全てのユニットを取り外さなければ
ならなくなるという問題があるからである。またＰＬ側
のコネクタに対しても、各ユニットの重みでコネクタの
嵌合位置がずれやすくなるなどの問題があるからであ
る。更に、高密度実装の場合やコネクタのピン数が多い
など論理ＰＬ３が故障しやすくなる問題点があるので論
理ＰＬ３の交換がしやすい構造にしている。この実施例
のような構成にすれば、論理ＰＬ３の交換は複数の演算
ユニット１とＰＬ架１５を取り外すのみで交換すること
ができる。このように各ＰＬ交換頻度に対応したＰＬ架
に分割することで、交換作業の工数を低減したり保守性
を向上させることができる。

【００１６】図３は情報処理装置を前面、側面、背面か
らみたもので、全体の構造について説明する。

【００１７】前面から見ると、キャビネット１３には複
数個の演算ユニット１と複数個の電源ユニット２が実装
されている。演算ユニット１と電源ユニット２がバスバ
ー６を介して接続されていて、一つの電源ユニット２が
一つの演算ユニット１に給電を行う構造となっている。
この構造により、電源ユニット２が故障した場合でも、
複数の演算ユニット１が停止することが避けられ、装置
の信頼性の向上が可能となる。

【００１８】更に、バスバー６で接続された演算ユニッ
ト１と電源ユニット２の上下には冷却ファンユニット１
２がそれぞれ実装されている。上部の冷却ファンユニッ
ト１２から外気の空気を取り込み、冷却風は垂直方向に
実装された演算ユニット１、電源ユニット２の間を平行
に流れ、内部の発熱を吸収し、底部の冷却ファンユニッ
トにより、外部へ排出される。したがって、演算ユニッ
ト１に対しては冷却風の上流部に冷却ファンユニット１
２を設けて冷却風を流し入れるプッシュ式冷却であり、
電源ユニット２に対しては冷却風の下流部に冷却ファン
ユニット１２を設けてユニット内の冷却風をひき出すプ
ル式冷却という、プッシュ式、プル式の冷却方式を組み
合わせた冷却構造になっている。このような構造にする
ことで、演算ユニット１や電源ユニット２の一部を引き
抜いてＰＬ架に隙間がある場合に冷却風の流れを乱さな
いようにダミーを入れる必要なく、冷却風を均等に保つ
ことができる。また、演算ユニット１と電源ユニット２
の各組が別個に冷却されることができる冷却構造にする
ことで、冷却ファンユニット１２に実装した冷却ファン
７が一部故障しても、残りのファンで各ユニットを冷却
することが可能となり、冗長運転に対応することができ
る。

【００１９】情報処理装置の背面には、複数個のＩ／Ｏ
ユニット３０と複数個のＩ／Ｏ用電源ユニット３１が垂
直方向に実装されている。Ｉ／Ｏユニット３０の上部に
は、信号電送用の電子機器基板８が水平方向に実装され
ており、この電子機器基板８とＩ／Ｏユニット３０とＩ
／Ｏ用電源ユニット３１を挟むような形で、正面と同様
に冷却ファン１２が実装されている。電子機器基板８を
背面上部に水平方向に実装することで、演算ユニット１
とＩ／Ｏユニット３０の信号伝送のための配線の長さを
最短にかつ同じ長さにすることができ、装置の処理性能
を向上することが出来る。

【００２０】また、演算ユニット１とＩ／Ｏユニット３
０の間にある論理ＰＬ３に取り付けられた信号用コネク
タ９は、Ａ―Ａを上部から見た断面図をみるとわかるよ
うに、ＰＬの両面で交互にずれた配置となっている。さ
らに、このコネクタに接続される演算ユニット１とＩ／
Ｏユニット３０を同じ大きさにしてこれらのユニットを
両面実装している。このような構造にすることで、演算
ユニットをさらに取り付けたい必要性がある場合は、背
面のＩ／Ｏユニットを配置する位置に演算ユニットを設
置することができ、多様なシステム構成に対応できる高
密度実装及び冷却構造となっている。

【００２１】情報処理装置を側面から見ると、電子機器
基板８の近傍に導風板を設けて垂直方向に流れる冷却風
を水平方向に取り込む冷却構造となっている。図４でこ
の部分について詳細に説明する。

【００２２】図４は電子機器基板８に冷却風を導入する
ための構造を示す図である。電子機器基板８は複数実装
されており、各基板には半導体素子１８が基板の中心部
に対し左右対称に均等になるような鏡面実装形式で配置
されていることとする。高発熱体である半導体素子１８
はダクト１６で周囲を囲まれている。冷却風は電子機器
基板８の上部にある冷却ファンユニット１２から、電子
機器基板８の下部にあるＩ／Ｏユニット３０に向かって
垂直方向に流れているが、この冷却風の一部は導風板２
８によって電子機器基板８部に流れ込み、半導体素子１
８を冷却する構造となっている。さらにダクト１６に傾
斜板１７を複数取り付けることで、冷却水風の流れの向
きが水平方向となり、電子機器基板８の間に流れ込みや
すい構造になっていると共に、この傾斜板１７の大きさ
や傾斜角度などによって、流れ込む冷却風の量を調節す
ることを可能にしている。このように、実装する基板の
向きが垂直方向だけでなく一部水平方向に配置されてい
る構造の場合、導風板２８を設けて垂直方向に流れる冷
却風の一部を取り入れて水平方向にすることで、新たに
水平方向用の冷却系を設ける必要のない、効率のいい冷
却系を実現している。

【００２３】またこの実施例の場合半導体素子１８は鏡
面実装になっているため、対称関係にある半導体素子１
８は同じ温度である必要がある。従って、ダクト16の側
面に排気穴３２を設け、導風板２８によって流れ込んだ
冷却風を左右に分流し、排気穴３２からダクトの外に流
出している。さらにＰＬ架５の側面部に排気孔１９を設
け、この排気孔１９から排気穴３２から流出した冷却風
をさらに装置外部に排出している。このような構造を取
ることによって、鏡面実装された半導体素子１８は均等
で温度の等しい冷却風によって冷却され、対称関係にあ
る半導体素子間の温度差が生じないため、処理の信頼性
が向上する。さらに、半導体素子１８の発熱によって暖
められた冷却風は、電子機器基板１８の下部にあるＩ／
Ｏユニット３０への冷却風とは構造的に仕切られて排気
孔１９から装置外部に排出されるために、Ｉ／Ｏユニッ
ト３０やＩ／Ｏ用電源ユニット３１への影響はなく、効
率のよい冷却構造となっている。

【００２４】

【発明の効果】以上、本発明によれば、電源ユニットか
ら論理系ユニットへの給電構造が簡素化され、また論理
系ユニットを効率よく冷却することができ、さらに電子
機器基板を均一に冷却することで、信頼性の向上と処理
能力を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す情報処理装置の断面図

【図２】本発明の実施例を示す情報処理装置のＰＬ分割
構造の分解斜視図

【図３】本発明の実施例を示す情報処理装置の実装図

【図４】本発明の実施例を示す情報処理装置の冷却風の
分割構造の詳細図

【図５】情報処理装置の単一ＰＬ構造の従来例を示す分
解斜視図

【符号の説明】

１… 演算ユニット、２…電源ユニット、３…論理Ｐ
Ｌ、４…電源ＰＬ、５…ＰＬ架、６…バスバー、７…冷
却ファン、８…電子機器基板、９…信号用コネクタ、１
０…給電用コネクタ、１１…ＰＬガイドピン、１２…冷
却ファンユニット、１３…キャビネット、１４…ＰＬ
架、１５…ＰＬ架、１６…ダクト、１７…導風板、１８
…半導体素子、１９…排気用小孔、２０…ラックガイド
ピン、２１…ラックガイド、２２…単一ＰＬ、２３…バ
スバー、２４…論理系ユニット、２５…電源ユニット、
２６…給電用フォークプラグ、２７…ＰＬ架、２８…仕
切り板、２９…架枠、３０…Ｉ／Ｏユニット、３１…Ｉ
／Ｏ用電源ユニット、３２…ダクト側面部の小孔、３３
…ＰＬ架、３４…Ｉ／Ｏユニット、３５…Ｉ／Ｏ用電源
ユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者樋園武神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立画像情報システム内 (72)発明者西原孝広神奈川県海老名市下今泉810番地株式会社日立製作所オフィスシステム事業部内 (72)発明者伊藤博志神奈川県海老名市下今泉810番地株式会社日立製作所オフィスシステム事業部内 (72)発明者近藤義弘茨城県県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】情報処理を行なう論理系ユニットと、前記
論理系ユニットに電流を供給する電源ユニットと、前記
論理系ユニットと電源ユニットを接続するバックプレー
ンプレートと、前記論理系ユニットと前記電源ユニット
と前記バックプレーンプレートを収納するための筐体を
備える情報処理装置において、前記バックプレーンプレ
ートは信号接続用の論理バックプレーンプレートと前記
論理系ユニットと前記電源ユニットとに接続される給電
接続用の電源バックプレーンプレートに分割され、前記
電源ユニットは前記電源バックプレーンプレートに接続
され、前記論理系ユニットは前記電源バックプレーンプ
レートと前記論理バックプレーンプレートに接続される
ことによって電源を供給されることを特徴とする情報処
理装置。
【請求項２】請求項１の情報処理装置において、前記電
源バックプレーンプレートを介して接続された電源ユニ
ットと論理系ユニットのセットを複数備えることを特徴
とする情報処理装置。
【請求項３】請求項２の情報処理装置において、前記論
理系ユニット間の信号を制御する電子機器基板を備え、
前記電子機器基板は前記論理系ユニットの上部に実装面
が上下方向に面するように配置されていることを特徴と
する情報処理装置。
【請求項４】請求項３の情報処理装置において、さらに
各ユニットを冷却する冷却ユニットを備え、前記冷却ユ
ニットは筐体上下部に実装されており、前記論理系ユニ
ットと前記電源ユニットの実装面が冷却風の向きと平行
な方向になり、かつ前記論理系ユニットと前記電源ユニ
ットは直列になるように配置され、さらに前記冷却ユニ
ットと前記論理系ユニットまたは前記電源ユニットとの
間に前記電子機器基板を冷却するためのダクトと、冷却
風の方向を調整する導風部を備えること特徴とする情報
処理装置。
【請求項５】請求項４の情報処理装置において、前記電
子機器基板には高発熱体となる複数の半導体が前記電子
機器基板の中心部に対し対称となる位置に配置され、前
記ダクトの側面部と前記電子機器基板の側面の筐体には
前記導風部によって分流された冷却風を外部に排気する
ための排気孔が形成されることを特徴とする情報処理装
置。
【請求項６】情報処理を行なう論理系ユニットと、前記
論理系ユニットに電流を供給する電源ユニットと、前記
論理系ユニットと電源ユニットを接続するバックプレー
ンプレートと、前記論理系ユニットと前記電源ユニット
と前記バックプレーンプレートを収納するための筐体を
備える情報処理装置の給電方法において、前記バックプ
レーンプレートを信号接続用の論理バックプレーンプレ
ートと給電接続用の電源バックプレーンプレートに分割
し、前記論理バックプレーンプレートは前記論理系ユニ
ットに接続し、前記電源バックプレーンプレートは前記
論理系ユニットと電源ユニットに接続することによって
前記論理系ユニットに給電する給電方法。