KR100755166B1 - 전자 디바이스의 온도를 예측해서 냉각하는 전자 디바이스 냉각장치, 냉각방법, 시스템 및 냉각 프로그램을 저장한 기록매체 - Google Patents

전자 디바이스의 온도를 예측해서 냉각하는 전자 디바이스 냉각장치, 냉각방법, 시스템 및 냉각 프로그램을 저장한 기록매체 Download PDF

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테츠지 타무라
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가부시키가이샤 소니 컴퓨터 엔터테인먼트
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Abstract

본 발명은 전자 디바이스를 효과적으로 냉각하기 위한 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 구성에 따르면, 온도 예측부(150)는, 소정 기간 후의 전자 디바이스(200)의 온도나, 온도 변화의 속도를, 부하의 동작 상태로부터 예측한다. 선택부(140)는, 온도 예측부(150)의 예측 결과에 기초해서, 노즐 제어부(120) 및 전동 팬 제어부(130) 중 어느 하나, 또는 양방에 제어를 지시한다. 노즐 제어부(120)는, 선택부(140)로부터의 제어 신호에 따라서, 노즐 유닛(102)에 제어 신호를 보내어 분류냉각장치(噴流冷却裝置;300)를 구동한다. 전동 팬 제어부(130)는, 선택부(140)로부터의 제어 신호에 따라서, 전동 팬 유닛(106)에 제어 신호를 보내어 전동 팬을 구동한다. 선택부(140)는, 예측된 온도 변화의 속도가 소정의 문턱값(threshold)을 넘을 때, 전동 팬을 선택하고, 소정의 문턱값을 넘지 않을 때, 분류냉각장치(300)를 선택하면 된다.
전자 디바이스, 전동 팬 제어부, 온도 예측부, 노즐 유닛, 전동 팬 유닛

Description

전자 디바이스의 온도를 예측해서 냉각하는 전자 디바이스 냉각장치, 냉각방법, 시스템 및 냉각 프로그램을 저장한 기록매체{Electronic device cooling apparatus, method, system, and a computer-readable recording medium containing a cooling program for cooling electronic device with temperature prediction}
도 1은 전자 디바이스 냉각장치의 기구(機構)를 나타내는 모식도이다.
도 2는 분류냉각장치(噴流冷却裝置)가 냉매를 분사하기 위한 기구의 제1의 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 분류냉각장치가 냉매를 분사하기 위한 기구의 제2의 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 분류냉각장치가 냉매를 분사하기 위한 기구의 제3의 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 전자 디바이스 냉각장치의 기능 블록도이다.
도 6은 온도 예측부의 일례를 나타내는 기능 블록도이다.
도 7은 제 1 실시형태에 있어서의 전자 디바이스를 제공하는 과정을 나타내는 플로우차트이다.
도 8은 제 2 실시형태에 있어서의 전자 디바이스를 제공하는 과정을 나타내는 플로우차트이다.
<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>
100 : 전자 디바이스 냉각장치 102 : 노즐 유닛
106 : 전동 팬 유닛 108 : 온도 측정부
110 : 제어부 120 : 노즐 제어부
130 : 전동 팬 제어부 140 : 선택부
150 : 온도 예측부 200 : 전자 디바이스
250 : 스프레더 252 : 히트 싱크
254 : 패키지 기판 256 : 실장 기판
300 : 분류냉각장치 310 : 냉매 공급로
320 : 챔버부
본 발명은 전자 디바이스를 냉각하기 위한 기술, 특히, 전자 디바이스의 표면의 온도를 미리 예측해서 냉각하기 위한 기술에 관한 것이다.
전자기기를 제어하는 CPU(Central Processing Unit)나 DSP(Digital Signal Processor)를 비롯한 각종의 전자 디바이스는, 트랜지스터 등의 능동소자나 커패시터 등의 수동소자를 포함시킨 여러가지 전자부품에 의해 구성된다. 이들 전자부품을 구동하는 전기 에너지의 일부는 열에너지로 변환되어서 방열된다. 전자부품의 성능은, 통상, 온도 의존성을 갖기 때문에, 이 방산된 열은, 전자부품, 나아가서는 전자 디바이스의 성능에 영향을 미친다. 따라서, 전자 디바이스를 냉각하기 위한 기술은, 전자 디바이스를 정상적으로 제어하는 데 매우 중요한 기술이다.
전자 디바이스를 냉각하기 위한 기술의 일례로서, 전동 팬에 의한 공랭식의 냉각방법이 있다. 이 방법에 있어서는, 예를 들면, 전자 디바이스의 표면에 대향해서 전동 팬을 배치한다. 공기 흡입구로부터 흡입한 차가운 공기를, 전동 팬에 의해 전자 디바이스 표면에 내뿜는다. 전자 디바이스 표면에서 발생한 열을 흡수하여 따뜻해진 공기는, 공기 배출구로부터 배출된다. 이와 같이, 전자 디바이스 표면에서 발생하는 열을 전동 팬에 의해 배제함으로써, 전자 디바이스를 냉각한다.
히트 싱크(heat sink)라고 불리는 열을 방출하기 위한 장치도 일반적으로 사용되고 있다. 전자 디바이스 등의 열원체(熱源體)로부터 열을 주위의 차가운 유체나 기체에 효율적으로 옮기기 때문에, 히트 싱크는 통상, 전열면(傳熱面)이 커지도록 설계된다. 전자 디바이스에서 발생한 열은 히트 싱크에 전달되며, 히트 싱크의 넓은 전열면으로부터 방열된다.
이 전동 팬과 히트 싱크를 조합한 냉각방법은, 반도체 칩의 냉각방법으로서 일반적으로 사용되고 있는 기술이다.
상술한 전동 팬이나 히트 싱크에 있어서의 온도 변화의 시간 응답성은, 일반적으로는 전자 디바이스의 발열량의 변화에 비하면 매우 둔하다. 바꿔 말하면, 이들 종래의 냉각방법에서는, 시시각각으로 변화하는 전자 디바이스의 발열량의 변화에 대해서 효율적으로 전자 디바이스를 냉각하기 어렵다. 그 때문에, 전자 디바이스의 동작의 신뢰성을 확보하기 위해서, 잉여의 냉각 능력을 확보해 둘 필요가 있 다. 이것에 의해, 전동 팬에 의한 소비 전력, 소음이 커지고, 또한, 전동 팬의 체적도 필요 이상으로 커지지 않을 수 없다고 하는 결점이 있었다.
본 발명은, 상기 과제를 감안해서 이루어진 것으로, 그 목적은, 전자 디바이스를 효과적으로 냉각하기 위한 기술을 제공하는 데 있다.
본 발명의 소정 형태는, 전자 디바이스 냉각장치이다. 이 장치는, 전자 디바이스의 온도를 동작 부하로부터 예측하는 예측부와, 예측된 온도를 기초로 전자 디바이스를 냉각하는 냉각부를 제어하는 제어부를 구비한다. 제어부는, 예측된 온도의 변화의 속도에 따라, 시간 응답성이 다른 복수의 냉각부 중에서 소기(所期)의 냉각부를 선택해서, 동작시켜도 된다. 예측된 온도의 변화의 속도에 따라, 냉각 효율이 다른 복수의 냉각부 중에서 소기의 냉각부를 선택해서, 동작시켜도 된다. 상기 속도가 소정의 문턱값(threshold)을 넘었을 때, 분사형의 냉각부를 선택해도 된다.
"냉각 시간 응답성"이란, 예를 들면, 냉각 대상의 온도가 계단식으로 상승했을 때, 냉각부가 냉각 대상의 온도를 본래의 온도까지 낮추는 데 요하는 시간에 기초해서 정해도 된다. "냉각 효율"이란, 냉각 기간중의 어느 특정한 시간대나, 전자 디바이스의 어느 특정한 장소에 있어서의 것이어도 된다.
상기 장치의 제어부는, 온도의 상승이 예측되었을 때, 냉각부에 의한 온도 제어의 목표값을 낮춰서 냉각을 행해도 되고, 온도의 하강이 예측되었을 때, 냉각부에 의한 온도 제어의 목표값을 올려서 냉각을 행해도 된다. 목표값을 조정하면, 현재의 온도와 목표값의 차분(差分)을 조작할 수 있으며, 그 차분에 따라 제어되는 냉각부의 동작 레벨을 미리 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 형태도 전자 디바이스 냉각장치이다. 이 장치는, 전자 디바이스의 온도를 측정하는 측정부와, 측정된 온도와 소정의 제어 목표값과의 정상(定常) 편차를 없애도록, 냉각부를 피드백 제어하는 제어부와, 전자 디바이스의 온도를 동작 부하로부터 예측하는 예측부를 구비하며, 제어부는, 예측된 온도를 기초로 제어 목표값을 조정한다. 제어부는, 적분항을 도입해서 피드백 제어해도 된다.
또한, 본 발명의 다른 형태는 전자 디바이스 시스템이다. 이 시스템은, 전자 디바이스와, 전자 디바이스를 냉각하는 1이상의 냉각부와, 전자 디바이스의 온도를 동작 부하로부터 예측하는 예측부와, 예측된 온도를 기초로 상기 냉각부를 제어하는 제어부를 구비한다.
한편, 이상의 구성 요소의 임의의 조합, 본 발명의 표현을 방법, 장치, 시스템, 기록매체, 컴퓨터 프로그램 등의 사이에서 변환한 것도 또한, 본 발명의 형태로서 유효하다.
<발명의 실시형태>
CPU나 DSP 등의 전자 디바이스의 표면에서 발생하는 열은, 전자 디바이스 내의 전자부품이나 전자부품간을 접속하는 도선(導線)에 공급되는 전기 에너지가 열에너지로 변환되어서 방산된 것이다. 이 열은 반드시 전자 디바이스의 표면에서 정상적으로 발생한다고는 할 수 없다. 전자 디바이스가 실행하는 처리에 있어서는, 순발적으로 발열량이 증가하는 경우도 있다. 전자 디바이스의 표면에서의 발열량이 최대 발열량에 가까운 상태라도 순발적인 발열은 발생한다. 이와 같은 순발적인 발열에 대해서 적합한 냉각방법으로서, 분류냉각의 원리에 기초하는 냉각방법이 있다. 분류냉각이란 냉매를 전자 디바이스 등의 발열체에 분사함으로써 발열체를 냉각하는 냉각방법을 말한다.
분류냉각은 국소적인 열전달 효율을 크게 취할 수 있는 냉각방법으로서 알려져 있다. 이 방법은, 예를 들면, 절삭 가공 등 부분적으로 크게 발생하는 열에 대한 냉각방법으로서 유효하며, 냉매를 냉각 노즐로부터 분사해서 발열체에 내뿜음으로써 냉각한다. 여기에서 말하는 "냉매"란, 공기 등의 기체나 물 등의 액체로서, 전자 디바이스의 표면에서 발생하는 열을 흡배열(吸排熱)하기 위한 매체를 말한다. 분사되는 냉매의 흐름에 대한 수직면의 열전달은, 분류축점(噴流軸点)을 중심으로 해서, 동심원상으로 넓어진다. 여기에서 "분류축점"이란, 냉각 대상의 표면에 있어서 냉각 노즐의 분사축과 교차하는 점을 말한다.
분류반경 r0[m], 냉매의 열전도율 λf[W/mK]에 있어서의 열전달률 h0[W/㎡K]는,
h0＝λf·Nu0/r0
로 나타난다. 여기에서, Nu0는 분류반경 r0[m]에 있어서의 평균 누셀트수(Nusselt number)이며, 이것은,
Nu0＝1.25·Pr0.45·Re0.45
로 나타난다. Pr은 프란틀수(Prandtl number)라고 불리는 정수(定數)이고, Re는 레이놀즈수(Reynolds number)이다. Re는 이하의 식으로 나타난다.
Re＝u0·d0/v
여기에서, u0[m/s]는 분류의 체적 유량을 냉각 노즐 분출구의 단면적으로 나눈 대표 속도이다. d0[m]은 분출구의 직경, v[s/㎡]는 유체의 점성을 나타낸다.
분류냉각에 의하면, 분류축점 근방에 있어서 높은 냉각 효과가 얻어진다. 또한, 냉각 대상의 표면에 대해서 복수의 냉각 노즐을 빽빽하게 배치하면, 보다 높은 냉각 효과가 얻어진다.
도 1은 본 실시형태에 있어서의 전자 디바이스 냉각장치(100)의 기구(機構)를 나타내는 모식도이다. 전자 디바이스(200)가 발열체이며 냉각 대상이다. 전자 디바이스(200)의 상면에는 스프레더(spreader;250)가 부착된다. 스프레더(250)는, 통상, 구리제이다. 또한 스프레더(250) 위에 히트 싱크(252)가 탑재된다. 전자 디바이스(200)의 주로 상면에서 발생한 열은 스프레더(250)를 통해서 히트 싱크(252)에 전달된다. 히트 싱크(252)는 외부공기에 대해서 넓은 전열면을 갖는다. 도시하지 않은 전동 팬으로부터, 히트 싱크(252)에 대해서 송풍함으로써, 히트 싱크(252) 의 전열면 근방에 있는 따뜻해진 공기를 효율적으로 배제할 수 있다. 도면 중 화살표 a는 전동 팬에 의한 강제류(强制流;forced flow)를 나타낸다. 화살표 b는 통상의 열의 흐름을 나타내고, 화살표 c는 비정상적인 보조의 열의 흐름을 나타낸다. 전자 디바이스(200)와 히트 싱크(252)는 직접 접촉해도 된다.
히트 싱크(252)는 냉각수에 노출되도록 구성해도 된다. 전자 디바이스(200)의 표면을 방수 케이스로 덮고, 냉각수를 히트 싱크(252)로 인도한다. 전자 디바이스(200)로부터 히트 싱크(252)에 전달된 열을 흡수함으로써 따뜻해진 냉각수는, 냉각수 배출구로부터 배출된다.
전자 디바이스(200)는 패키지 기판(254)상에 실장된다. 패키지 기판(254)은 전자 디바이스(200)를 실장 기판(256)에 실장하기 위한 중간판의 역할을 수행한다. 실장 기판(256)은 패키지 기판(254)과 솔더에 의해 접착된다. 통상, 패키지 기판(254)과 실장 기판(256) 사이의 거리는 300∼500마이크로미터 정도이다. 패키지 기판(254)의 실장 기판(256)측의 면에는 몇갠가의 커패시터(258)가 통상, 접착되어 있다. 이 커패시터(258)가 어느 정도의 용량을 갖는 경우에는, 커패시터(258)의 크기는, 이 300∼500마이크로미터 정도의 크기에는 수납되지 않는 경우도 있다. 그 때문에, 실장 기판(256)은 이 커패시터(258)를 설치하는 높이를 확보하기 위해서, 통상은, 전자 디바이스(200) 바로 아래에 조합하는 면에 있어서 도 1에 나타내는 바와 같이 개구부를 갖는다.
분류냉각장치(300)는 이 개구부를 통해서 패키지 기판(254)에 위로 향해서 냉매를 분사시킨다. 분류냉각장치(300)는 복수의 냉매 분사구를 갖는다. 분류냉각 장치(300)의 분사 기구에 대해서는 후에 상세히 서술한다. 분류냉각장치(300)로부터 분사된 냉매는 도시하지 않은 냉매 회수구멍에 회수된다. 도면 중 화살표 d는 냉각 유체 경로를 나타낸다. 냉매가 액체인 경우, 전자 디바이스(200)에서 발생하는 열에 의해 따뜻해진 냉매의 회수는, 이미 알고 있는 방법인 모세관력을 사용해도 되고, 펌프 등의 동력을 사용해도 된다. 회수된 냉매는 외부공기에 의해 냉각된다. 냉매는, 다시 분류냉각장치(300)에 공급된다. 냉매가 공기인 경우에는, 분사 후에 폐기되어도 된다.
분류냉각장치(300)의 냉매 분사구의 직경은 분류냉각장치(300)의 상면에서 패키지 기판(254)까지의 거리의 1/3 정도로 설정된다. 예를 들면, 이 거리가 6밀리미터 정도인 경우에는, 냉매 분사구의 직경을 2밀리미터 정도로 설정한다. 또한, 분류냉각장치(300)의 냉매 분사구는 중앙과 주위에 분산해서 배치한다. 전자 디바이스(200) 중, 국소적인 발열량이 큰 부위를 미리 상정할 수 있는 경우에는, 그 위치에 대응하는 냉매 분사구의 직경을 크게 설정해도 된다. 앞에 서술한 분류냉각의 식에 나타낸 바와 같이, 냉매 분사구의 직경이 클수록, 열전달률이 커지기 때문이다.
분류냉각장치(300)는, 패키지 기판(254)의 면에 직접 냉매를 내뿜어서 냉각해도 되고, 패키지 기판(254)의 면을 피막하는 케이스에 내뿜음으로써 간접적으로 냉각해도 된다. 즉, 전자 디바이스(200)에서 발생하는 열을 분류냉각에 의해 배열(排熱)하도록 분류냉각장치(300)를 구성함으로써 본 발명의 효과는 동등하게 발휘될 수 있다. 예를 들면, 히트 싱크(252) 내에 분류냉각장치(300)와 동일한 기구를 형 성해도 된다. 즉, 전자 디바이스(200)의 상면에서 정상적으로 발생하는 열은 히트 싱크(252)와 전동 팬에 의해 제거하고, 순발적으로 발생하는 열은, 히트 싱크(252) 내에 형성되는 분류냉각장치(300)가 전자 디바이스(200)의 상면에 냉매를 분사함으로써 제거하도록 구성해도 된다.
한편, 실장 기판(256)에 형성되는 개구부는, 반드시 도 1에 나타내는 바와 같이 실장 기판(256)의 중앙부에 형성될 필요는 없다. 예를 들면, 전자 디바이스(200)의 발열의 국소성을 감안해서 개구부가 형성되어도 되고, 복수의 개구부가 형성되어도 된다. 또한, 실장 기판(256)에 복수의 구멍을 관통시키고, 그 각 구멍을 관통해서 패키지 기판(254)의 복수 부위에 냉매가 분사되도록 구성해도 된다.
전자 디바이스(200)의 내부에는 그 발열량을 검출하기 위한 열검지 센서가 복수개 형성되어 있다. 열검지 센서는, 전자 디바이스(200)나 패키지 기판(254)에 형성되어도 된다. 열검지 센서는, 적외선 센서와 같이 전자 디바이스(200)의 표면에서 방사되는 적외선을 외부에서 검출함으로써 발열량을 검출하는 센서여도 된다. 열검지 센서는, 전자 디바이스(200) 내의 온도를 계측하는 온도계여도 된다.
통상, 전자 디바이스(200)에서 발생한 열은 스프레더(250)를 통해서 히트 싱크(252)에 전달되며 그 전열면으로부터 방열된다. 그 히트 싱크(252)로부터의 방산되는 열량이 클 때에는, 히트 싱크(252)에 대해서, 예를 들면, 전동 팬에 의해 송풍하면, 보다 효율적으로 열을 배제할 수 있다. 결과적으로 전자 디바이스(200)를 보다 강력하게 냉각할 수 있다. 또한, 전자 디바이스(200)로부터의 발열량에 따라서, 전동 팬의 회전수를 올리도록 제어함으로써, 발열량에 따른 냉각이 가능해진 다. 이하의 예에서는, 전자 디바이스(200)를 냉각하는 냉각 유닛의 하나로서, 히트 싱크(252)와 전동 팬을 사용하는 경우에 대해서 나타낸다.
한편, 전자 디바이스(200)로부터는 순발적으로 발열하는 경우도 있다. 순발적인 발열, 즉, 단위 시간당에 있어서의 발열량의 상승이 급준한 경우에는, 분류냉각장치(300)를 구동해서 냉각을 행한다. 냉매는 패키지 기판(254)을 향해서 분류냉각장치(300)로부터 분사된다. 전자 디바이스(200)에서 발생한 열의 일부는 패키지 기판(254)에 전도한다. 분류냉각장치(300)가 냉매를 분사함으로써, 패키지 기판(254)이 냉각되기 때문에, 결과적으로 패키지 기판(254)에 전도한 열은 실장 기판(256)의 개구부로부터 배열(排熱)된다. 전자 디바이스(200)의 표면 중, 미리 고온이 되기 쉬운 부위를 알고 있는 경우에는, 그 부위에 대응해서 분류냉각장치(300)의 냉매 분출구가 집중적으로 배치되도록 분류냉각장치(300)를 구성해도 된다. 냉각 노즐에 의한 분류냉각에 의하면, 특히 분사축점 근방에 발생한 열을 효과적으로 배제할 수 있다. 냉각 노즐을 많이 배치할수록, 또한, 냉각 노즐의 냉매 분사능력이 높을수록, 냉각 효과도 높아진다.
도 2에서 도 4는 분류냉각장치(300)가 냉매를 분사하는 기구를 나타내는 도면이다.
도 2는 분류냉각장치(300)가 냉매를 분사하기 위한 기구의 제1의 예를 나타내는 도면이다. 분류냉각장치(300)는 냉매 공급로(310)와 챔버부(chamber unit;320)를 포함한다. 냉매 공급로(310)에 도입된 냉매는 챔버부(320)에 전달된다. 챔버부(320)는 일시적으로 냉매를 저장한다. 챔버부(320)의 상면에는 복수의 냉매 분사구가 형성되어 있다. 이들 냉매 분사구가 냉각 노즐로서 기능한다. 팬 구동부(302)는, 예를 들면 피에조 소자(piezoelectric device) 등에 의해 구성되며, 팬(304)을 구동한다. 팬 구동부(302)에 소정의 전압이 인가되면, 팬 구동부(302)는 그 전압값에 따라서 변형한다. 이 변형이 팬(304)에 전달되고, 팬(304)은 말하자면 "부채"로서 기능하며, 챔버부(320) 내에 도입된 냉매를 챔버부(320) 상면의 냉매 분사구로부터 분사시킨다.
도 3은 분류냉각장치(300)가 냉매를 분사하기 위한 기구의 제2의 예를 나타내는 도면이다. 도 3의 예에 있어서도, 분류냉각장치(300)는 냉매 공급로(310)와 챔버부(320)를 포함한다. 냉매 공급로(310)에 도입된 냉매는 챔버부(320)에 전달된다. 챔버부(320)는 일시적으로 냉매를 저장한다. 챔버부(320)의 상면에는 복수의 냉매 분사구가 형성되어 있으며, 이들 냉매 분사구가 냉각 노즐로서 기능한다. 도시하지 않은 구동부는 외부로부터의 제어 신호에 따라서, 정전력이나 압전소자, 자기 등의 힘에 의해 가동막(306)을 구동한다. 가동막(306)이 챔버부(320)에 모여진 냉매를 챔버부(320) 상면의 냉매 분사구로부터 밀어 냄으로써 냉매를 분사한다.
도 4는 분류냉각장치(300)가 냉매를 분사하기 위한 기구의 제3의 예를 나타내는 도면이다. 분류냉각장치(300)는 냉매 공급로(310)와 챔버부(320)를 포함한다. 냉매 공급로(310)에 도입된 냉매는 챔버부(320)에 전달된다. 챔버부(320)는 일시적으로 냉매를 저장한다. 챔버부(320)의 상면에는 복수의 냉매 분사구가 형성되어 있다. 이들 냉매 분사구가 냉각 노즐로서 기능한다. 냉매 공급로(310)는 펌프(308)를 포함한다. 펌프(308)는 냉매 공급로(310)에 도입된 냉매를 챔버부(320)에 전달한 다. 이 때, 펌프(308)가 냉매 공급로(310)에 도입된 냉매를 고압으로 챔버부(320)에 밀어 넣으면, 챔버부(320)에 도입된 냉매는 챔버부(320) 상면의 냉매 분사구로부터 분사된다.
도 5는 전자 디바이스 냉각장치(100)의 기능 블록도이다. 여기에 나타내는 각 블록은, 하드웨어적으로는, 컴퓨터의 CPU를 비롯한 소자나 기계장치에 의해 실현할 수 있으며, 소프트웨어적으로는 컴퓨터 프로그램 등에 의해 실현되는데, 여기에서는, 그들의 제휴에 의해 실현되는 기능 블록을 그리고 있다. 따라서, 이들의 기능 블록은 하드웨어, 소프트웨어의 조합에 의해 여러가지 형태로 실현할 수 있는 것은 당업자에게는 이해되는 바이다.
제어부(110)는 전자 디바이스 냉각장치(100)에 의한 냉각 기구를 통합적으로 제어한다. 노즐 유닛(102)은 패키지 기판(254)에 대해서 냉매를 분사시키는 기계적인 기구이다. 주로 분류냉각장치(300)가 이것에 해당한다. 전동 팬 유닛(106)은 히트 싱크(252)에 송풍하는 기구이다. 여기에서는, 도 1에 관련해서 설명한 전동 팬이 주로 대응한다. 온도 측정부(108)는 전자 디바이스(200) 내에 설치된 열검지 센서에 의해 검출된 열량에 기초해서, 전자 디바이스(200)의 온도를 측정한다. 전자 디바이스(200)의 내부에 온도계를 형성함으로써, 온도 측정부(108)는 직접, 전자 디바이스(200)의 온도를 측정해도 된다.
제어부(110)는 노즐 제어부(120), 전동 팬 제어부(130), 선택부(140) 및 온도 예측부(150)를 포함한다. 노즐 제어부(120)는 제어 신호를 보냄으로써 노즐 유닛(102)을 제어한다. 예를 들면, 분류냉각장치(300)가 도 2에 관련해서 설명한 구 성인 경우에는, 노즐 제어부(120)는 팬 구동부(302)에 소정의 전압을 인가함으로써, 노즐 유닛(102)을 제어한다. 전동 팬 제어부(130)는 제어 신호를 보냄으로써 전동 팬 유닛(106)을 제어한다. 노즐 제어부(120)는 또한 분사시간 연산부(122)를 포함하며, 전동 팬 제어부(130)는 회전수 연산부(132)를 포함한다. 온도 예측부(150)는 소정 기간 후의 전자 디바이스(200)의 온도나, 온도의 단위 시간당의 상승도, 즉 온도 변화의 속도를, 부하의 동작 상태로부터 예측한다. 선택부(140)는 온도 예측부(150)의 예측 결과에 기초해서, 노즐 제어부(120) 및 전동 팬 제어부(130) 중 어느 하나, 또는 양방에 제어를 지시한다.
전동 팬 제어부(130)는 선택부(140)로부터의 제어 신호에 따라서, 전동 팬 유닛(106)에 제어 신호를 보내어 전동 팬을 구동한다. 회전수 연산부(132)는 온도 제어의 목표 온도에 따라서, 전동 팬의 회전수를 연산한다. 여기에서 말하는 회전수란, 단위 시간당의 회전수, 즉, 전동 팬의 회전 속도여도 되고, 전동 팬을 회전시키는 총수, 말하자면, 전동 팬의 구동 시간이어도 된다. 전자 디바이스(200)의 표면 온도가 높을 때에는, 전동 팬 제어부(130)는 전동 팬을 고속으로 회전시키도록 전동 팬 유닛(106)에 지시한다. 혹은, 전동 팬 제어부(130)는 전동 팬을 장시간 회전시키도록 전동 팬 유닛(106)에 지시한다.
노즐 제어부(120)는 선택부(140)로부터의 제어 신호에 따라서, 노즐 유닛(102)에 제어 신호를 보내어 분류냉각장치(300)를 구동한다. 분류시간 연산부(122)는 온도 제어의 목표 온도에 따라서, 냉매를 분사해야 할 시간을 계산한다. 전자 디바이스(200)의 온도 변화의 속도에 따라서, 냉매를 분사할 때의 분류의 속도나 분사해야 할 냉매의 양을 계산해도 된다. 노즐 유닛(102)이 냉매를 반복해서 분사시키도록 제어하는 경우에는, 분사시간 연산부(122)는 분류냉각장치(300)의 냉매 분사시간과, 냉매를 분사하고 있지 않은 시간의 시간비, 즉 듀티비를 계산해도 된다. 노즐 제어부(120)는 분사시간 연산부(122)의 연산에 기초해서, 노즐 유닛(102)에 제어 신호를 보내어 냉매를 분사시킨다.
노즐 제어부(120)는 전자 디바이스(200) 중 발열량이 큰 부위에 대응하는 냉매 분사구로부터 냉매가 분사되도록 제어할 수 있다. 이것에 의해, 전자 디바이스(200)의 순발적인 발열뿐만 아니라, 전자 디바이스(200)의 국소적인 발열에 대해서도 효과적으로 냉각이 가능해진다.
이하, 온도 예측부(150)에 의한 온도 예측의 상세한 것에 대해서 설명한다. 제1의 예는, 전자 디바이스(200) 내의 동작 부하, 전원 전압, 동작 주파수로부터 발열량을 산출해서, 장래의 전자 디바이스(200)의 온도를 예측하는 방법이다.
온도 예측부(150)는 온도 측정부(108)로부터 입력되는 현재의 온도와, 추정 발열량 E를 기초로, Δt기간 후의 온도를 추정한다. Δt기간 후의 온도 Tt＋Δt는,
Tt＋Δt＝f(Tt, E)
로 나타난다. 여기에서, Tt는 현재의 온도, E는 당해 Δt기간에 발생하는 추정 발열량을 나타낸다. 이와 같이, 당해 Δt기간 후의 온도 Tt＋Δt를, 현재의 온도 Tt와 추정 발열량 E의 함수로서 구한다. 당해 Δt기간은 설계자에 의해 임의로 설정 가능 하다.
당해 추정 발열량 E는,
E＝∫[α·C·Vdd 2·f]dt
로 나타난다. 여기에서, α는 소정의 비례정수, C는 부하를 용량으로 등가적으로 나타낸 변수, Vdd는 전원 전압, f는 동작 주파수이다. 전원 전압 Vdd는 2승해서 사용한다. 이들을 곱한 것을 상기 Δt로 적분한 값이 추정 발열량 E가 된다.
온도 예측부(150)는 도시하지 않은 태스크 매니저(task manager) 등을 참조해서, 상기 Δt기간에 사용되는 부하 C를 특정한다. 한편, 상기 수학식 5는 전자 디바이스(200) 내의 부하를 합계한 부하 C로 계산한 것이다. 이 점, 온도 예측부(150)는, 각 블록마다 상기 Δt기간 후의 추정 발열량 E1∼n을 구하고, 그들을 전부 합해서 계산해도 된다.
여기에서, 블록이란, 전자 디바이스(200)의 영역 전체를 발열 제어 대상이 되는 작은 영역으로 구분했을 때의 그 소영역을 가리킨다. 당해 블록은, 전자 디바이스(200)를 구성하는 트랜지스터 단체 혹은 어느 정도의 수의 트랜지스터의 집합이며, 스폿(spot)적으로 발열의 피크가 나타나는 영역의 크기에 맞춰서 구분된다. 블록의 크기는, 발열 제어의 목표 정밀도나 전자 디바이스(200)의 요구 사양에 따라서 자유롭게 정해도 된다. 또한, 블록은 동일 사이즈로 규칙적으로 구분되어도 되고, 각종 연산 유닛의 경계에 맞춰서 불규칙적으로 구분되어도 된다.
온도 예측부(150)에 의한 온도 예측의 제2의 예는, 디코더(decoder) 등의 하드웨어를 사용해서, 부하 변동의 예측을 행하는 방법이다. 도 6은, 제2의 예에 있어서의 온도 예측부(150)의 상세한 구성을 나타낸다. 명령 디코더(152)는 발열 해석기능을 구비하며, 전자 디바이스(200)의 하드웨어 정보를 기초로, 각 명령 단계의 실행에 관계되는 상기 블록을 특정하고, 그 블록의 동작에 의한 발열량을 예측해서, 발열 계수를 결정한다. 명령 디코더(152)는 명령 단계마다 특정한 블록의 위치 정보와 발열 계수를, 명령 단계에 대응지어서 발열 계수 프로파일(154)에 저장한다.
발열 계수 프로파일(154)은, 명령 단계마다 그 명령 단계의 실행에 관계되는 전자 디바이스(200)의 블록의 위치 정보와, 그 블록의 발열량에 관한 발열 계수를 대응지어서 저장한 프로파일이다. 이 명령 단계는, 명령 디코더(152)에 의해 디코드된 단계마다의 명령이며, MOV(전송), ADD(가산), LD(로드), ST(스토어(store)) 등의 커맨드(command)에 인수(引數;arguments)가 주어지고 있다. 예를 들면, 명령 단계 "MOV AX BX"는, 도시하지 않은 CPU의 연산 레지스터 BX의 내용을 다른 연산 레지스터 AX에 대입하는 명령이다.
상기 블록의 위치는, 전자 디바이스(200)의 패키지 기판(254)상의 다이(die)를 직사각형 영역으로 구분한 경우의 매트릭스의 인덱스(indexes)로 주어진다. 상기 발열 계수는, 당해 블록 위치로 나타난 영역에 있는 블록이 그 명령을 실행했을 때의 발열량의 예측값으로부터 정해지는 수치이다.
전자 디바이스(200)의 LSI의 배치 배선이 완료한 후의 이론 시뮬레이션에 있 어서, 프로그램 코드를 시뮬레이트했을 때의 결과를 이용하면, 미세한 시간 단계에서 전자 디바이스(200)의 트랜지스터의 온 오프 상태(ON-OFF states)의 변화를 추적(trace)할 수 있다. 이 결과를 이용하면, 명령 단계마다 어느 블록이 액티브가 되는지를 완전히 해석할 수 있다.
각 블록의 발열량에 대해서는, 회로 설계시에 CAD 도구 등을 이용해서, 각 블록의 정적인 온도 특성을 고려하여 예측할 수 있다. 각 블록의 정적인 온도 특성은, 주로 물리적인 특성이나 소자의 위치 관계에 기초해서 정량화된다. 예를 들면, CMOS는 값이 반전할 때에 P채널과 N채널의 양 트랜지스터가 일순간 동시에 온되어, 관통 전류가 흐른다. 이것이 CMOS의 소비 전력의 대부분을 차지하며, 소비 전력은 CMOS의 동작 주파수에 비례해서 증가한다. 이와 같은 소비 전력을 어림함으로써, 각 블록의 발열량을 예측할 수 있다. 상기 발열 계수는, 당해 발열량의 예측값을 양자화(量子化)한 값이다. 회로 설계시의 시뮬레이션 결과나 발열 예측량 등의 정보는, 하드웨어 정보로서 BIOS 등에 갖게 하며, 명령 디코더(152)로부터 참조할 수 있도록 구성된다.
명령 스케줄러(156)는, 명령 디코더(152)에 의해 디코드된 명령을 데이터 의존 관계에 기초해서 스케줄링하고, 다음으로 실행해야 할 명령 단계를 선택한다. 명령 스케줄러(156)는, 발열 계수 프로파일(154)을 참조해서, 그 선택한 명령 단계의 실행에 관련되는 블록 위치와 발열 계수를 특정하여, 발열도수 가산기(158)에 준다. 발열도수 가산기(158)는, 특정된 블록 위치의 현재의 발열도수를 블록 발열도수 레지스터(160)로부터 판독하고, 명령 스케줄러(156)로부터 주어진 발열 계수 를 가산해서 블록 발열도수 레지스터(160)에 기입한다. 블록 발열도수 레지스터(160)는, 각 블록의 발열도수를 누적해서 유지하기 위한 레지스터이다.
발열도수 감산기(162)는, 블록 발열도수 레지스터(160)로부터 각 블록의 발열도수를 판독하고, 소정의 방열 정수(定數)에 기초하는 감산 처리를 행하여, 블록 발열도수 레지스터(160)에 기입한다. 발열도수 감산기(162)는, 소정의 클록(clocks)에서 동작해서, 블록 발열도수 레지스터(160)의 각 블록의 발열도수를 감산한다. 이것에 의해, 시간 경과에 따른 방열량이 블록 발열도수 레지스터(160)의 발열도수에 반영된다.
발열도수 감산기(162)는, 발열도수가 제로가 될 때까지 감산하는데, 각 블록의 발열도수가 클수록 발열도수의 감산량을 크게 설정하면 된다. 각 블록의 발열도수로부터 예측되는 온도와 외계 온도의 차이가 클수록, 방열에 의한 온도 저하가 빠르기 때문이다. 외계 온도는 측정값, 추정값 혹은 미리 설정한 값 중 어떠한 것을 사용해도 된다.
발열도수 가산기(158) 및 발열도수 감산기(162)는, 각 블록의 온도 특성의 동적인 면도 고려해서, 각 블록의 발열도수를 조정해도 된다. 각 블록의 동적인 온도 특성은, 주로 태스크(task)의 실행 이력이나 부하 상황에 의존하는데, 경우에 따라서는, 인접하는 블록에 동시에 태스크가 배당되면, 떨어진 블록에 태스크가 분산되는 경우보다도 열이 발생하기 쉽다는 등의 물리적인 성질로부터의 영향도 받는다. 발열도수 가산기(158)는, 각 블록에의 태스크의 할당 상황이나, 인접하는 블록의 발열에 의한 상호 작용 등을 가미해서 발열도수의 가산을 행해도 된다. 발열도 수 감산기(162)는, 각 블록의 주위의 방열의 진행 상태를 고려해서 발열도수의 감산을 행해도 된다.
핫 스폿 검출기(hot spot detector;164)는, 블록 발열도수 레지스터(160)의 발열도수가 소정의 문턱값을 넘은 블록을 핫 스폿으로서 검출하고, 그 블록의 위치를 명령 스케줄러(156)에 준다. 이 소정의 문턱값은, 각 블록이 동작 불량이 되는 한계 온도보다도 낮은 온도에 대응하는 발열도수로 주어진다. 따라서, 핫 스폿 검출기(164)는, 현실적으로 핫 스폿이 된 블록을 검출할 뿐만 아니라, 장래 핫 스폿이 될 가능성이 높은 블록도 핫 스폿으로서 검출한다. 여기에서, 핫 스폿이란, 전자 디바이스(200)의 이상적으로 고온이 되는 부분을 가리킨다. 전자 디바이스(200) 내의 소비 전력 분포의 변동에 의해 발생한다.
명령 스케줄러(156)는, 블록 발열도수 레지스터(160)를 참조함으로써, Δt기간에 발생하는 발열량을 추정할 수 있다. 그리고, 이 발열량을 상기 수학식 4에 대입함으로써, 당해 Δt기간 후의 온도를 예측할 수 있다.
상기의 구성에서는, 명령 디코더(152)가 하드웨어 정보를 기초로 명령 단계마다 블록을 특정하고, 발열 계수를 결정하였으나, 발열 계수는 명령의 오퍼랜드(operand)의 일부로서 명령 코드의 생성 단계에서 내장되어 있어도 된다. 예를 들면, 프로그래머나 컴파일러(compiler)가 명령마다 발열 계수를 지정해도 된다. 이와 같이, 제2의 예는, 명령 코드의 진행에 따라서 명령 단계마다 블록 단위로 발열량을 예측하기 때문에, 전자 디바이스(200)의 온도 분포를 시간적으로도 공간적으로도 매우 미세한 레벨로 정확하게 파악할 수 있다.
한편, 상기의 구성에서는, 명령 단계마다 발열량을 예측하고, 발열도수를 카운트하였으나, 서브루틴(subroutines) 등 어느 정도 정리된 태스크 단위로 발열량을 예측하고, 발열도수를 카운트하도록 구성해도 된다.
(제 1 실시형태)
제 1 실시형태는, 예측되는 온도 변화에 따라서, 시간 응답성이 다른 복수의 냉각 기구를 효율적으로 사용하는 예이다. 도 7은, 제 1 실시형태에 있어서의 전자 디바이스 냉각장치(100)가 전자 디바이스(200)를 냉각하는 과정을 나타내는 플로우차트이다. 온도 예측부(150)는 전자 디바이스(200)의 Δt기간 후의 온도를 예측한다(S10). 선택부(140)는 이 예측 온도가 소정의 문턱값을 넘는지의 여부를 판단한다(S12). 여기에서 말하는 소정의 문턱값은 전자 디바이스(200)의 성능이나 사용 환경에 따라서, 설계자에 의해 임의로 설정되는 값이다. 이 문턱값 이상의 온도가 되면, 전자 디바이스(200)의 동작이 보증되지 않게 된다. 이하, 이 문턱값을 "제 1 문턱값"이라고 부른다. 예측 온도가 제 1 문턱값보다 작으면(S12의 N), 정기적인 온도 예측을 계속한다(S10). 예측 온도가 제 1 문턱값 이상이면(S12의 Y), 온도 예측부(150)는 상기 Δt기간에 있어서의 온도 변화의 속도를 특정한다(S14).
선택부(140)는, 당해 속도가 소정의 문턱값을 넘는지의 여부를 판단한다(S16). 여기에서 말하는 소정의 문턱값은, 전동 팬의 온도 변화에 대한 시간 응답성, 분류냉각장치(300)의 온도 변화에 대한 시간 응답성을 기초로 설정되는 값이다. 이하, 이 문턱값을 "제 2 문턱값"이라고 부른다. 분류냉각장치(300)의 시간 응답성 쪽이 전동 팬의 시간 응답성보다 높기 때문에, 급준한 온도 변화가 예측되는 경우, 분류냉각장치(300)로 냉각하는 편이 좋다. 이에 비해서, 급준하지 않은 온도 변화가 예측되는 경우, 전동 팬으로 냉각해도, 제 1 문턱값의 온도를 넘지 않는다. 따라서, 분류냉각장치(300)보다 열배제의 효율이 높은 전동 팬으로 냉각하는 편이 좋다. 따라서, 제 2 문턱값은, 상기 온도 변화의 속도에 대하여, 전동 팬에 의한 냉각에서 제 1 문턱값의 온도를 넘지 않는 것이 보증되는 값으로 설정하면 된다.
상기 온도 변화의 속도가 제 2 문턱값 이상인 경우(S16의 Y), 선택부(140)는 노즐 제어부(120)에 선택 신호를 보낸다. 노즐 제어부(120)는 노즐 유닛(102)을 구동해서 냉매를 분사시킨다(S18). 또한, 핫 스폿이 검출되고 있는 경우이며, 또한 냉각 노즐이 복수개 설치되어 있는 경우, 그 핫 스폿에 중점적으로 냉매가 분사되도록 제어해도 된다. 또한, 노즐 유닛(102)과 전동 팬 유닛(106)을 동시에 구동시켜도 된다.
상기 온도 변화의 속도가 제 2 문턱값에 미달인 경우(S16의 N), 선택부(140)는 전동 팬 제어부(130)에 선택 신호를 보낸다. 전동 팬 제어부(130)는 전동 팬 유닛(106)을 구동해서 전동 팬을 회전시킨다(S20).
제 1 실시형태에 따르면, 시간 응답성이 다른 복수의 냉각 기구를, 그 특성에 따라 선택해서 사용함으로써, 급준한 온도 변화에 대응할 수 있다. 또한, 온도의 오버슈트 대책으로서 설계상 보호 대역(guard band)이라고 불리는 여유를 갖게 해서 온도 제어할 필요가 없어진다. 따라서, 쓸데없이 너무 냉각하는 일이 없어지며, 열배제를 효율적으로 행할 수 있다.
(제 2 실시형태)
제 2 실시형태는, 도 5에 나타낸 전자 디바이스 냉각장치(100)에 있어서, 노즐 유닛(102), 노즐 제어부(120) 및 선택부(140)가 탑재되지 않은 구성이어도 된다. 이하, 전동 팬에 의한 일반적인 냉각 기구를 상정해서 설명한다.
도 8은 제 2 실시형태에 있어서의 전자 디바이스 냉각장치가 전자 디바이스를 냉각하는 과정을 나타내는 플로우차트이다. 우선, 온도 예측부(150)는 전자 디바이스(200)의 목표 제어 온도 Td를, 전동 팬 제어부(130)에 설정한다(S30). 예를 들면 60℃로 설정한다. 또한, 온도 예측부(150)는 온도 측정부(108)에 의해 측정된 현재의 온도도 전동 팬 제어부(130)에 건네준다. 회전수 연산부(132)는 설정된 목표 제어 온도 Td와 현재의 온도 Tt의 차분에, 소정의 피드백 게인(feedback gain) k을 곱해서, 전동 팬의 회전수 n을 연산한다.
회전수 n은,
n＝k·(Td－Tt)
로 나타난다.
단위 시간당의 회전수가 고정되어 있는 전동 팬의 경우, 작동 시간에 의해 산출된 회전수를 실현한다. PWM(Pulse Width Modulation) 제어 기구 등이 탑재되어 있는 전동 팬의 경우, 단위 시간당의 회전수도 제어할 수 있다. 전동 팬 제어부(130)는 산출된 회전수 n에 따라서 전동 팬을 제어한다(S32). 즉, 전자 디바이스(200)의 온도가 목표 제어 온도 Td를 유지하거나, 또는 가까워지도록 전동 팬을 제 어한다.
다음으로, 온도 예측부(150)는 전자 디바이스(200)의 Δt기간 후의 온도를 예측해서(S34), 전동 팬 제어부(130)에 건네준다. 전동 팬 제어부(130)는 이 예측 온도가 소정의 문턱값을 넘는지의 여부를 판단한다(S36). 여기에서 말하는 소정의 문턱값은, 당해 전동 팬의 시간 응답성과, 예측되는 온도 변화와의 관계에 의해, 설계자에 의해 임의로 설정되는 값이다. 즉, 현재의 피드백 제어에 의한 전동 팬 제어에서는, 온도 보증이 있는 온도를 넘어 버리게 되는 값이다. 이하, 이 문턱값을 "제 3 문턱값"이라고 부른다.
예측 온도가 제 3 문턱값 이상이면(S36의 Y), 전동 팬 제어부(130)는, 목표 제어 온도 Td를 하방(下方) 수정한다(S38). 전동 팬 제어부(130)는, 이 수정된 목표 제어 온도 Td를 상기 수학식 6에 대입해서, 전동 팬의 회전수 n을 산출하고, 그 회전수 n을 기초로 전동 팬을 제어한다(S32). 목표 제어 온도 Td를 하방 수정한 것에 의해, 당해 회전수 n이 올라가는 것을 알 수 있다. 즉, 급준한 온도 상승이 예측되는 경우, 미리 냉각 능력을 높여 두어, 동작 보증이 없는 온도로의 상승을 회피한다. 따라서, 상기 하방 수정량은 예측되는 온도 상승에 대응한 값으로 적절히 설정되게 된다.
단계 S36에 있어서, 예측 온도가 제 3 문턱값 미만인 경우(S36의 N), 전동 팬 제어부(130)는, 상기 예측 온도가 소정의 문턱값을 넘는지의 여부를 판단한다(S40). 여기에서 말하는 소정의 문턱값은, 쓸데없이 너무 냉각되는 온도이다. 또 한, 바람직하지 않는 온도 변동을 회피하는 관점에서 설정되는 온도이다. 이하, 이 문턱값을 "제 4 문턱값"이라고 부른다.
예측 온도가 제 4 문턱값 이하이면(S40의 Y), 전동 팬 제어부(130)는, 목표 제어 온도 Td를 상방(上方) 수정한다(S42). 전동 팬 제어부(130)는, 이 수정된 목표 제어 온도 Td를 상기 수학식 6에 대입해서, 전동 팬의 회전수 n을 산출하고, 그 회전수 n을 기초로 전동 팬을 제어한다(S32). 목표 제어 온도 Td를 상방 수정한 것에 의해, 당해 회전수 n이 내려가는 것을 알 수 있다. 즉, 온도 하락이 예측되는 경우, 미리 냉각 능력을 저하시켜 두거나, 또는 전동 팬의 회전을 정지시켜 두어, 너무 냉각하는 것을 회피한다. 따라서, 상기 상방 수정량은, 예측되는 온도 하락에 대응한 값으로 적절히 설정되게 된다.
단계 S40에 있어서, 예측 온도가 제 4 문턱값을 넘고 있는 경우(S40의 N), 전동 팬 제어부(130)는, 목표 제어 온도 Td를 초기값으로 되돌린다(S44). 목표 제어 온도 Td가 변경되어 있지 않으면, 그대로 유지한다. 이하, 이들 처리를, 전자 디바이스(200)의 동작중(S46의 N) 계속한다. 그 동작이 정지하면(S46의 Y), 냉각 처리를 종료한다.
본 실시형태에 따르면, 급준한 온도 상승이 예측될 때, 미리 통상 상태보다도 강하게 냉각함으로써, 전자 디바이스의 부하의 온도 시정수와 냉각 제어계의 온도 시정수의 차이에 의한 전자 디바이스의 과도적인 온도 상승을 회피할 수 있다. 또한, 예측해서 냉각하기 때문에, 미리 이 온도 상승분을 포함시킨 보호 대역을 설정하여, 제어 온도를 낮춰 둘 필요가 없어진다. 따라서, 부하가 가벼운 경우에 과도하게 너무 냉각하는 상태를 회피할 수 있다. 그와 아울러, 전동 팬의 과잉의 회전이 억제되기 때문에, 소비 전력, 소음을 저감할 수 있으며, 전동 팬의 체적도 억제할 수 있다. 또한, 온도의 변동을 저감하여, 온도를 균일화할 수 있기 때문에, 열팽창율이 다른 실리콘과 실장 기판 사이에 형성되는 솔더 접합부의 반복 피로를 경감할 수 있다. 온도차가 적으면 피로에 이르는 사이클수는 격감한다.
이상, 실시형태를 기초로 본 발명을 설명하였다. 한편 본 발명은 이들 실시형태에 한정되지 않으며, 그 여러가지 변형예도 또한, 본 발명의 형태로서 유효하다. 예를 들면, 제 1 실시형태에 있어서는, 다른 냉각 원리에 기초하는 2종류의 냉각 유닛을 협동시킴으로써 전자 디바이스를 냉각하는 방법에 대해서 나타내었으나, 냉각 유닛의 종류는 2종류에 한정되는 것은 아니다. 전자 디바이스의 설치 상황이나 사용 환경에 따라서, 냉각 유닛의 설계에 대해서도 여러가지 배리에이션이 있는 것은 당업자에게는 이해되는 바이다.
또한, 분류냉각장치(300)에 냉매를 공급하는 시스템이나, 사용한 냉매를 회수하는 시스템에 대해서는, 종래의 공랭방식이나 액랭방식(液冷方式)에 있어서 사용되어 온 기술을 그대로 사용할 수 있다. 실시형태에 있어서는 전동 팬과 분류냉각의 조합을 예로 해서 본 발명을 설명하였다. 그러나, 본 발명은 냉각 시간 응답성에 대해서 다른 냉각 원리에 기초하는 냉각 유닛을 구동하는 것에 의한 전자 디바이스(200)의 냉각방법을 제안하는 발명으로서 실시형태에 나타낸 냉각장치에 발 명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 전동 팬 대신에 냉각수에 의해 히트 싱크(252)를 냉각해도 된다. 혹은, 전자 디바이스(200)의 상면측의 냉각 기구로서는, 히트 싱크(252)만, 즉 방열 기구만이어도 된다. 마찬가지로, 높은 냉각 시간 응답성을 갖는 냉각 원리란, 분류냉각장치(300)에 의한 분류냉각에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 냉각수에 의한 수랭방식(水冷方式)에 의해 패키지 기판(254)으로부터 배열(排熱) 제어해도 된다. 또한, 열전소자에 의해 냉각해도 된다. 냉각 시간 응답성에 대해서 다른 냉각 원리를 갖는 냉각방법으로서는, 여러가지 예가 있는 것은 당업자에게는 이해되는 바이다.
또한, 제 2 실시형태에 있어서, 온도 측정부(108)는, 전자 디바이스(200)의 온도를 측정하는 것이 아니라, 히트 싱크(252)의 온도를 측정해도 된다. 그 경우, 전동 팬 제어부(130)는, 저부하가 예측될 때라도 히트 싱크(252)의 온도가 높으면, 전동 팬을 회전시켜서 히트 싱크(252)의 온도가 목표 제어 온도가 되도록 제어한다. 또한, 저부하시에 전동 팬이 완만히 회전함으로써, 히트 싱크(252)에 열관성을 줄 수 있다.
또한, 제 2 실시형태에 있어서, 전동 팬 제어부(130)는, 목표 제어 온도 Td와 현재의 온도 Tt의 차분에, 비례항으로서 소정의 피드백 게인 k를 곱해서, 회전수 n을 구하였다. 이 점, 정상(定常) 편차를 저감하기 위한 적분항을 도입해도 된다. 그 경우, 회전수 n은,
n＝k1·(Td－Tt)＋k2·∫(Td－Tt)dt
로 나타난다. 여기에서, k1은 비례 요소의 피드백 게인, k2는 적분 요소의 피드백 게인을 나타낸다.
비례항만의 경우, 정상 편차를 저감하기 위해서는 피드백 게인 k1을 크게 할 필요가 있으나, 변동(fluctuations)이 발생해 버리는 경우가 있다. 이 점, 적분항을 도입함으로써, 변동의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 제 2 실시형태에 있어서, 전동 팬의 피드백 제어에 대해서 설명하였으나, 분류냉각장치(300)에 적용할 수도 있다. 그 경우, 전동 팬의 회전수를 제어하는 것이 아니라, 노즐 제어부(120)가 냉매를 분사해야 할 시간을 연산한다. 또한, 냉매를 분사하고 있는 시간과 분사하고 있지 않은 시간과의 시간비를 연산해도 된다. 급준한 온도 변화가 발생하기 쉬운 전자 디바이스의 경우, 전동 팬으로 냉각하기보다 정상 편차를 저감할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전자 디바이스를 효과적으로 냉각할 수 있다.

Claims (21)

  1. 전자 디바이스의 온도를 동작 부하로부터 예측하는 예측부와,
    예측된 온도를 기초로 전자 디바이스를 냉각하는 냉각부를 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는, 예측된 온도의 변화의 속도에 따라, 냉각 시간 응답성 또는 냉각 효율이 다른 복수의 냉각부 중에서 소기(所期)의 냉각부를 선택하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 냉각장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 속도가 소정의 문턱값(threshold)을 넘었을 때, 분사형의 냉각부를 선택하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 냉각장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는, 온도의 상승이 예측되었을 때, 상기 냉각부에 의한 온도 제어의 목표값을 낮춰서 냉각을 행하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 냉각장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는, 온도의 하강이 예측되었을 때, 상기 냉각부에 의한 온도 제어의 목표값을 올려서 냉각을 행하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 냉각장치.
  7. 전자 디바이스의 온도를 측정하는 측정부와,
    측정된 온도와 소정의 제어 목표값과의 정상(定常) 편차를 없애도록, 냉각 기구(機構)를 피드백 제어하는 제어부와,
    상기 전자 디바이스의 온도를 동작 부하로부터 예측하는 예측부를 구비하고,
    상기 제어부는, 예측된 온도를 기초로 상기 제어 목표값을 조정하고, 예측된 온도의 변화의 속도에 따라, 냉각 시간 응답성 또는 냉각 효율이 다른 복수의 냉각부 중에서 소기의 냉각부를 선택하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 냉각장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제어부는, 적분항을 도입해서 피드백 제어하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 냉각장치.
  9. 전자 디바이스와,
    상기 전자 디바이스를 냉각하는 1이상의 냉각부와,
    상기 전자 디바이스의 온도를 동작 부하로부터 예측하는 예측부와,
    예측된 온도를 기초로 상기 냉각부를 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는 예측된 온도의 변화의 속도에 따라, 냉각 시간 응답성 또는 냉각 효율이 다른 복수의 냉각부 중에서 소기의 냉각부를 선택하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 시스템.
  10. 전자 디바이스와,
    상기 전자 디바이스를 냉각하는 냉각부와,
    상기 전자 디바이스의 온도를 측정하는 측정부와,
    측정된 온도와 소정의 제어 목표값과의 정상 편차를 없애도록, 상기 냉각부를 피드백 제어하는 제어부와,
    상기 전자 디바이스의 온도를 동작 부하로부터 예측하는 예측부를 구비하며,
    상기 제어부는, 예측된 온도를 기초로 상기 제어 목표값을 조정하고, 예측된 온도의 변화의 속도에 따라, 냉각 시간 응답성 또는 냉각 효율이 다른 복수의 냉각부 중에서 소기의 냉각부를 선택하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 시스템.
  11. 전자 디바이스의 온도를 동작 부하로부터 예측하는 단계,
    예측된 온도를 기초로 전자 디바이스를 냉각하는 냉각 기구를 제어하는 단계, 및
    예측된 온도의 변화의 속도에 따라, 냉각 시간 응답성 또는 냉각 효율이 다른 복수의 냉각 기구 중에서 소기의 냉각 기구를 선택하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 냉각방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제 11 항에 있어서, 온도의 상승이 예측되었을 때, 상기 냉각 기구에 의한 온도 제어의 목표값을 낮춰서 냉각을 행하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 냉각방법.
  15. 제 11 항에 있어서, 온도의 하강이 예측되었을 때, 상기 냉각 기구에 의한 온도 제어의 목표값을 올려서 냉각을 행하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 냉각방법.
  16. 전자 디바이스의 온도를 입력하고, 소정의 제어 목표값이 되도록, 냉각 기구를 피드백 제어하는 단계,
    상기 전자 디바이스의 온도를 동작 부하로부터 예측하는 단계,
    예측된 온도를 기초로 상기 제어 목표값을 조정하는 단계, 및
    예측된 온도의 변화의 속도에 따라, 냉각 시간 응답성 또는 냉각 효율이 다른 복수의 냉각 기구 중에서 소기의 냉각 기구를 선택하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 냉각방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 제어 목표값과 실제의 온도의 정상 편차를 저감하는 적분항을 도입해서 피드백 제어하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 냉각방법.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체로서,
    전자 디바이스의 온도를 동작 부하로부터 예측하는 단계,
    예측된 온도를 기초로 전자 디바이스를 냉각하는 냉각 기구를 제어하는 단계, 및
    예측된 온도의 변화의 속도에 따라, 냉각 시간 응답성 또는 냉각 효율이 다른 복수의 냉각 기구 중에서 소기의 냉각 기구를 선택하는 단계를 컴퓨터가 실행하도록 하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 냉각 프로그램을 저장한 기록매체.
  21. 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체로서,
    전자 디바이스의 온도를 입력하고, 소정의 제어 목표값이 되도록, 냉각 기구를 피드백 제어하는 단계,
    상기 전자 디바이스의 온도를 동작 부하로부터 예측하는 단계,
    예측된 온도를 기초로 상기 제어 목표값을 조정하는 단계, 및
    예측된 온도의 변화의 속도에 따라, 냉각 시간 응답성 또는 냉각 효율이 다른 복수의 냉각 기구 중에서 소기의 냉각 기구를 선택하는 단계를 컴퓨터가 실행하도록 하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스 냉각 프로그램을 저장한 기록매체.
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