TR2024010206A2

TR2024010206A2 - A SYSTEM FOR DIRECT CHIP COOLING OPTIMIZATION

Info

Publication number: TR2024010206A2
Application number: TR2024/010206
Authority: TR
Inventors: N Mers N Husey
Original assignee: Türk Telekomüni̇kasyon Anoni̇m Şi̇rketi̇
Filing date: 2024-08-06
Publication date: 2024-09-23

Abstract

Buluş, veri merkezleri veya sistem odaları gibi alanlarda bulunan yüksek güçlü ve yüksek yoğunluklu elektronik cihazlarda bulunan mikroçiplerin (1) soğutulmasını sağlamak üzere soğutma suyu hızını optimize eden ve kontrol eden bir sistem ile ilgilidir.The invention relates to a system that optimizes and controls the cooling water speed to ensure the cooling of microchips (1) in high-power and high-density electronic devices located in areas such as data centers or system rooms.

Description

TARIFNAME DOGRUDAN ÇIP SOGUTMA OPTIMIZASYONU içiN BIR SISTEM TEKNIK ALAN Bulus, genel olarak dogrudan çip sogutma optimizasyonu için bir sistem ile ilgilidir. Bulus özellikle, veri merkezleri veya sistem odalari gibi alanlarda bulunan yüksek güçlü ve yüksek yogunluklu elektronik cihazlarin sogutulmasini saglamak üzere su hizini optimize eden ve kontrol eden bir sistem ile ilgilidir. TEKNIGIN BILINEN DURUMU Günümüzde dogrudan çip sogutma (Direct Chip Cooling (DCC)) teknolojisi elektronik bilesenlerin dogrudan sogutulmasini saglayan ileri bir yöntemdir. Bu teknoloji, yüksek güçlü ve yüksek yogunluklu elektronik cihazlarin sicaklik yönetiminde kritik öneme sahiptir. DCC, geleneksel hava veya sivi sogutma yöntemlerine göre daha etkin ve verimli sogutma saglar. DCC teknolojisinde elektronik çipler dogrudan sogutma sivisi ile temas etmektedir. Genellikle su veya özel sogutma sivilari kullanilir. Bu yöntem, isiyi dogrudan çip yüzeyinden uzaklastirarak daha etkili bir sogutma saglar. Sivi sogutma, hava sogutmaya kiyasla daha yüksek isi transferi kapasitesine sahiptir. Bu, daha düsük çalisma sicakliklari ve daha yüksek performans anlamina gelir. Çip yüzeyine dogrudan temas eden sogutma sivisi, isiyi hizli bir sekilde uzaklastirir. Isi, sogutma sivisi araciligiyla hizla çipten uzaklastirilir ve daha sonra bir isi degistirici veya radyatör araciligiyla çevreye yayilir. Sogutma sivisi, çip üzerindeki sicak noktalarin hizli bir sekilde sogutulmasini saglar ve termal dengesizlikleri azaltir. DCC, yüksek performansli islemciler, grafik kartlari ve diger yogun güç tüketen bilesenler için idealdir. Termal yönetim, elektronik cihazlarin güvenilirligini ve ömrünü artirir. Mevcut teknikte uygulanan dogrudan çip sogutma sistemlerinde, aktif cihazin sicaklik degerlerine göre likit püskürtme hizi ayarlanamamaktadir. Bu nedenle likit sicakliginin ayarlanamamasi, kullanilan sistemin verimsiz çalismasina neden olmakta, ayrica aktif cihazlarda anlik yüksek isinmalara neden olarak cihazlarda parça arizasi ve kesintilere neden olmaktadir. numarali basvuruya rastlanilmistir. Söz konusu basvuruda, elektronik cihazlarin içerisinde yer alan modüllerde ortaya çikan yüksek isiIarin sivi ile sogultulmasini saglayan bir sogutma plakasi açiklanmaktadir. Burada elektronik cihazlarda yer alan ve yüksek güç tüketimi olan elektronik modüllerin dogrudan sogutma sivisina temas ederek sogutulmasi saglanmaktadir. Bunu saglamak üzere; sogutma sivisinin giris ve çikis yaptigi en az iki delige ve iki delik arasinda sogutma sivisinin dolastigi en az bir bosluga sahip olan en az bir gövde ve gövde üzerinde yer alan boslugun üzerini kapatarak suyun kapali bir kanalda akisini saglayan ve üzerine elektronik modülün yerlestirilmesi ile direkt sogutma sivisinin elektronik modüIe temas etmesini saglayan en az bir açikliga sahip olan en az bir kapak içermektedir. Söz konusu basvuruda sivi sogutma saglanmakta, ancak burada dogrudan sogutma sivisinda su hizinin optimize edilmesinden bahsedilmemektedir. Sonuç olarak dogrudan çip sogutma optimizasyon sistemlerinde geIistirmeIere gidilmekte, bu nedenle yukaridaki deginilen dezavantajlari ortadan kaldiracak ve mevcut sistemlere çözüm getirecek yeni yapilanmalara ihtiyaç duyulmaktadir. BULUSUN AMACI Mevcut bulus, yukarida bahsedilen gereksinimleri karsilayan, tüm dezavantajlari ortadan kaldiran ve ilave bazi avantajlar getiren dogrudan çip sogutma optimizasyon sistemi ile ilgilidir. Bulusun ana amaci; veri merkezleri veya sistem odalari gibi alanlarda bulunan yüksek güçlü ve yüksek yogunluklu elektronik cihazlarin sogutulmasini saglamak üzere su hizini optimize eden ve kontrol eden bir sistem saglamaktir. Bu sayede hem sogutma verimliligi artirilacak hem de elektronik bilesenlerin uzun ömürlü olmasi saglanacakti r. Bulusun bir amaci; çip yüzeyine uygulanan su hizinin optimize edilmesinin isinin daha etkili bir sekilde uzaklastirilmasini saglamasi sayesinde suyun çip yüzeyindeki sicak noktalari etkin bir sekilde sogutmasini saglamaktir. Su hizinin optimum seviyede tutulmasi, suyun isiyi daha hizli ve etkin bir sekilde tasimasini saglar. Bu da toplam sogutma kapasitesini artirir. Bulusun bir baska amaci; su hizinin kontrol edilmesi sayesinde çip yüzeyinde asiri isinmanin önlenmesini saglamaktir. Asiri isinma, elektronik bilesenlerin performansini düsürebilir ve hatta kalici hasara yol açabilir. Su hizinin ayarlanmasi, çip yüzeyindeki tüm noktalarin esit sekilde sogutulmasini saglar. Bu, sicaklik farklarini minimize eder ve bilesenlerin güvenli çalismasini saglar. Bulusun bir diger amaci; su pompasinin yalnizca ihtiyaç duyulan hizda çalistirilmasi sayesinde enerji tüketiminin optimize edilmesini saglamaktir. Bu sayede, isletme maliyetlerinin düsürülmesine katkida bqunqur. Su hizinin kontrol edilmesi, sistemin bakim ve isletim kolayligini artirir. Su hizindaki dalgalanmalarin önlenmesi, sistemin daha az ariza yapmasina ve daha uzun süre sorunsuz çalismasina olanak tanir. Bulusun bir diger amaci; gereksiz su kullaniminin önlenmesi sayesinde su kaynaklarinin daha verimli kullanilmasini saglamak ve çevresel etkiyi azaltmaktir. Enerji verimliliginin artirilmasi, sistemin karbon ayak izini azaltir. Bu sayede, sürdürülebilir bir sogutma çözümü sunqur. Bulusun yapisal ve karakteristik özellikleri ve tüm avantajlari asagida verilen sekiller ve bu sekiIIere atiflar yapilmak suretiyle yazilan detayli açiklama sayesinde daha net olarak anlasilacaktir. Bu nedenle degerlendirmenin de bu sekiller ve detayli açiklama göz önüne alinarak yapilmasi gerekmektedir. SEKILLERIN KISA AÇIKLAMASI Mevcut bulusun yapilanmasi ve ek eIemanIarIa birlikte avantajlarinin en iyi sekilde anlasilabilmesi için asagida açiklamasi yapilan sekiller ile birlikte degerlendirilmesi Sekil 1 Bulus konusu dogrudan çip sogutma optimizasyon sisteminin sematik görünümüdür. REFERANS NUMARALARI Mikroçip Sogutma blogu Su pompasi Hiz sensörü Kontrol ünitesi Mobil uygulama BULUSUN DETAYLI AÇIKLANMASI Bu detayli açiklamada, bulus konusu dogrudan çip sogutma optimizasyon sisteminin tercih edilen yapilanmalari, sadece konunun daha iyi anlasilmasina yönelik olarak ve hiçbir sinirlayici etki olusturmayacak sekilde açiklanmaktadir. Sekil 1*de temsili görünümü verilen bulus, dogrudan çip sogutma teknolojisi ile gelistirilen, veri merkezleri veya sistem odalari gibi alanlarda bulunan yüksek güçlü ve yüksek yogunluklu elektronik cihazlarda bulunan mikroçiplerin (1) sogutulmasini saglamak üzere sogutma suyu hizini optimize eden ve kontrol eden bir sistemdir. Bunu saglamak üzere; Sogutma islemini baslatmak üzere bir su deposundan sogutma suyunu alan ve suyu belirli bir basinç ve hizda mikroçipe (1) dogru pompalayan bir su pompasi (3), Bahsedilen su pompasindan (3) gelen suyun mikroçipe (1) esit sekilde dagilmasini saglayan ve mikroçip (1) yüzeyindeki isiyi alarak sogutma suyuna aktaran bir sogutma blogu (2), Sogutma suyunun mikroçip (1) üzerinden geçis hizini izlemek üzere, bahsedilen sogutma blogundan (2) çikan suyun hizini ölçen ve ileten en az bir hiz sensörü (4), Bahsedilen hiz sensöründen (4) hiz bilgisi alan ve isleyerek analiz eden, analiz sonucunda sogutma suyu hizinin belirlenen hizda olup olmadigini tespit eden, beIirIenen hizda degilse suyun hizini optimize etmek üzere su pompasina (3) komut gönderen ve bu sayede su pompasinin (3) hizini dinamik olarak ayarlayan bir kontrol ünitesi (5) ve 0 Yetkili kisiler tarafindan mikroçiplerin (1) isisini kontrol edebilmesini ve raporlayabilmesini saglamak üzere akilli cihazlara yüklenebilen bir mobil uygulama (6) içermesidir. Bulus konusu optimizasyon sistemin örnek bir uygulamasinda, ilk olarak su pompasi (3) sogutma suyunu/ sivisini bir depodan alir ve sogutulmasini saglamak üzere elektronik cihazda bulunan mikroçipe (1) dogru pompalar. Su pompasi (3), sogutma suyunu belirli bir basinç ve hizda iletir. Böylelikle suyun etkin ve verimli bir sekilde dolasmasi saglanir. Su pompasindan (3) gönderilen su, sogutma bloguna (2) girer ve burada elektronik bilesenlerle dogrudan temas eder. Sogutma blogu (2), sogutma suyunu mikroçip (1) yüzeyine esit olarak dagitir ve mikroçip (1) yüzeyindeki isiyi alarak sogutma suyuna aktarir. Bu sayede, tüm yüzey ayni derecede homojen olarak sogutulur ve sicak noktalarin olusmasi engellenir. Sogutma blogundan (2) ayrilan suyun hizi bir hiz sensörü (4) tarafindan ölçülür. Su hiz sensörü (4), suyun sogutma blogundan (2) çiktiktan sonraki hizini sürekli olarak ölçer. Bu veri, suyun mikroçip (1) üzerinden geçis hizini izlemek için kullanilir. Ölçülen hiz verileri bir kontrol ünitesine (5) iletilir. Bahsedilen kontrol ünitesi (5), hiz sensöründen (4) gelen verileri alir ve isler. Bu veriler, suyun istenen hizda olup olmadigini belirlemek için analiz edilir. Eger su hizi istenen seviyede degilse, kontrol ünitesi (5) su pompasina (3) suyu optimize ederek gerekli ayarlamalari yapmasi için komut gönderir. Bu sayede suyun optimum hizda tutulmasi saglanir. Su pompasinin (3) hizi, ihtiyaç duyulan sogutma gereksinimlerine göre ayarlanir. Bu, enerji tüketimini optimize eder ve isletme maliyetlerini düsürür. Mikroçipten (1) isiyi alan su, sistemden çikarak tekrar su deposuna döner. Burada sogutulan su, yeniden sisteme pompalanmak üzere hazirlanir. Bu döngü, suyun sürekli olarak mikroçip (1) üzerinden geçerek isiyi almasini ve sogutulmasini saglar. Bu sayede mikroçipin (1) sürekli olarak optimum Bulusun alternatif bir uygulamasinda, yetkili kisiler akilli cihazlarina yükleyebildikleri bir mobil uygulama (6) ile mikroçiplerin (1) isisi kontrol edilebilmekte ve raporlayabilmektedir. Bu sayede potansiyel sorunlarin erken tespit edilmesi ve önlenmesi saglanir. Su hizinin ve sogutma etkinliginin sürekli kontrol edilmesi, bilesenlerin asiri isinmasini engeller ve uzun ömürlü olmasini saglar. Bu sayede, sistemin güvenilirligi artar. TR TR TR TR TR TR TR TR TR TRDESCRIPTION A SYSTEM FOR DIRECT CHIP COOLING OPTIMIZATION TECHNICAL FIELD The invention relates generally to a system for direct chip cooling optimization. Specifically, the invention relates to a system that optimizes and controls water speed to ensure cooling of high-power, high-density electronic devices located in areas such as data centers or system rooms. BACKGROUND OF THE ART Today, direct chip cooling (DCC) technology is an advanced method for directly cooling electronic components. This technology is critical for temperature management of high-power, high-density electronic devices. DCC provides more effective and efficient cooling compared to traditional air or liquid cooling methods. In DCC technology, electronic chips are in direct contact with the cooling fluid. Water or special cooling fluids are generally used. This method provides more effective cooling by transferring heat directly from the chip surface. Liquid cooling has a higher heat transfer capacity than air cooling, resulting in lower operating temperatures and higher performance. The coolant, which is in direct contact with the chip surface, rapidly removes heat. The heat is quickly removed from the chip by the coolant and then dissipated to the surrounding environment through a heat exchanger or radiator. The coolant quickly cools hot spots on the chip and reduces thermal instabilities. DCC is ideal for high-performance processors, graphics cards, and other power-intensive components. Thermal management increases the reliability and lifespan of electronic devices. In current state-of-the-art direct chip cooling systems, the liquid spray rate cannot be adjusted based on the temperature of the active device. Therefore, failure to adjust the liquid temperature results in inefficient system operation and can also lead to momentary overheating in active devices, leading to component failure and outages. The application in question describes a cooling plate that allows liquid to cool the high temperatures generated in modules within electronic devices. Here, the high-power electronic modules within electronic devices are cooled by direct contact with the cooling liquid. To achieve this; It comprises at least one casing having at least two holes for coolant inlet and outlet, and at least one space between the two holes for coolant circulation, and at least one cover having at least one opening that covers the space on the casing, allowing water to flow in a closed channel and allowing direct coolant contact with the electronic module upon placement thereon. Liquid cooling is provided in the application in question, but optimizing the water velocity in the direct coolant is not mentioned. Consequently, developments are being made in direct chip cooling optimization systems, and therefore, new structures are needed to eliminate the disadvantages mentioned above and provide solutions to existing systems. PURPOSE OF THE INVENTION The present invention is directly related to a chip cooling optimization system that meets the above-mentioned requirements, eliminates all disadvantages and brings some additional advantages. The main purpose of the invention is to provide a system that optimizes and controls water speed in order to cool high power and high density electronic devices located in areas such as data centers or system rooms. In this way, both cooling efficiency will be increased and the life of the electronic components will be ensured. One purpose of the invention is to enable water to effectively cool hot spots on the chip surface by optimizing the water speed applied to the chip surface by allowing heat to be removed more effectively. Keeping the water speed at the optimum level enables the water to carry heat more quickly and effectively. This increases the total cooling capacity. Another purpose of the invention is; The aim of this invention is to prevent overheating on the chip surface by controlling the water speed. Overheating can degrade the performance of electronic components and even lead to permanent damage. Adjusting the water speed ensures equal cooling at all points on the chip surface. This minimizes temperature differences and ensures safe operation of the components. Another aim of the invention is to optimize energy consumption by operating the water pump only at the required speed. This contributes to reducing operating costs. Controlling the water speed increases ease of system maintenance and operation. Preventing fluctuations in water speed allows the system to experience fewer malfunctions and operate smoothly for longer periods. Another aim of the invention is to ensure more efficient use of water resources and reduce environmental impact by preventing unnecessary water consumption. Increasing energy efficiency reduces the system's carbon footprint. This provides a sustainable cooling solution. The invention's structural and characteristic features and all its advantages will be more clearly understood through the figures provided below and the detailed explanation written by referencing these figures. Therefore, the evaluation should be made by taking these figures and the detailed explanation into consideration. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES The structure of the present invention and its advantages, along with additional elements, should be evaluated together with the figures explained below to best understand Figure 1. Schematic view of the direct chip cooling optimization system, the subject of the invention. REFERENCE NUMBERS Microchip Cooling blog Water pump Speed sensor Control unit Mobile application DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION In this detailed description, the preferred embodiments of the direct chip cooling optimization system which is the subject of the invention are explained only for the purpose of a better understanding of the subject and in a way that does not create any limiting effects. The invention, a representative view of which is given in Figure 1, is a system that optimizes and controls the cooling water speed in order to cool microchips (1) located in high-power and high-density electronic devices located in areas such as data centers or system rooms, developed with direct chip cooling technology. In order to achieve this; A water pump (3) that takes cooling water from a water tank and pumps the water towards the microchip (1) at a certain pressure and speed to start the cooling process; A cooling block (2) that ensures that the water coming from the said water pump (3) is distributed evenly over the microchip (1) and transfers the heat on the surface of the microchip (1) to the cooling water; At least one speed sensor (4) that measures and transmits the speed of the water coming out of the said cooling block (2) in order to monitor the speed of the cooling water passing over the microchip (1); At least one speed sensor (4) that receives speed information from the said speed sensor (4) and analyzes it by processing it, determines whether the speed of the cooling water is at the determined speed as a result of the analysis, sends a command to the water pump (3) to optimize the speed of the water if it is not at the determined speed, and thus dynamically adjusts the speed of the water pump (3) It includes a control unit (5) that adjusts the temperature and a mobile application (6) that can be installed on smart devices to enable authorized persons to control and report the temperature of the microchips (1). In an exemplary application of the optimization system which is the subject of the invention, firstly the water pump (3) takes the cooling water / liquid from a tank and pumps it towards the microchip (1) located in the electronic device to ensure cooling. The water pump (3) delivers the cooling water at a certain pressure and speed. In this way, effective and efficient circulation of the water is ensured. The water sent from the water pump (3) enters the cooling block (2) and comes into direct contact with the electronic components there. The cooling block (2) distributes the cooling water evenly on the surface of the microchip (1) and transfers the heat on the surface of the microchip (1) to the cooling water. This ensures uniform cooling across the entire surface, preventing the formation of hot spots. The speed of the water leaving the cooling block (2) is measured by a speed sensor (4). The water speed sensor (4) continuously measures the speed of the water after leaving the cooling block (2). This data is used to monitor the speed of the water passing over the microchip (1). The measured speed data is transmitted to a control unit (5). The control unit (5) receives and processes the data from the speed sensor (4). This data is analyzed to determine whether the water is at the desired speed. If the water speed is not at the desired level, the control unit (5) sends a command to the water pump (3) to make the necessary adjustments by optimizing the water flow. This ensures that the water is maintained at the optimum speed. The speed of the water pump (3) is adjusted according to the cooling requirements. This optimizes energy consumption and reduces operating costs. Water absorbing heat from the microchip (1) exits the system and returns to the water tank. Here, the cooled water is prepared to be pumped back into the system. This cycle ensures that water continuously passes over the microchip (1), absorbing heat and cooling it. This ensures that the microchip (1) is constantly maintained at optimum operating temperatures. In an alternative embodiment of the invention, authorized persons can monitor and report the temperature of the microchips (1) using a mobile application (6) that they can install on their smart devices. This allows for the early detection and prevention of potential problems. Continuous monitoring of water speed and cooling efficiency prevents overheating of components and ensures their longevity. This increases the reliability of the system.

Claims

REQUESTS

1. It is a system that optimizes and controls the cooling water speed to cool the microchips (1) in electronic devices. Its feature is; o A water pump (3) that takes cooling water from a water tank and pumps the water towards the microchip (1) at a certain pressure and speed to start the cooling process, o A cooling block (2) that ensures that the water coming from the said water pump (3) is distributed evenly to the microchip (1) and transfers the heat on the surface of the microchip (1) to the cooling water, o At least one speed sensor (4) that measures and transmits the speed of the water coming out of the said cooling block (2) in order to monitor the speed of the cooling water passing over the microchip (1), o A speed sensor that receives speed information from the said speed sensor (4) and analyzes it by processing it, determines whether the speed of the cooling water is at the determined speed as a result of the analysis, sends a command to the water pump (3) to optimize the speed of the water if it is not at the determined speed, and thus dynamically adjusts the speed of the water pump (3). It contains a control unit (5) that adjusts the

2. A system according to claim 1, characterized in that it includes a mobile application (6) that can be loaded onto smart devices to enable authorized persons to control and report the temperature of the microchips (1).