TWI551976B - 運算裝置之以煙囪為基礎的冷卻方法、設備及系統 - Google Patents

Description

運算裝置之以煙囪為基礎的冷卻方法、設備及系統

一般言之，本發明之領域與用於電子裝置的冷卻解決方案有關，更明確地說，與使用以煙囪為基礎的冷卻機構於運算裝置有關。

現今，有各種不同用來冷卻電腦的解決方案。不過，這些用於冷卻電腦(例如整合式(All-In-One；AIO)桌上型電腦)的解決方案都包括有風扇或鼓風機。例如，典型的AIO電腦是由一或更多台輸送四周冷空氣的鼓風扇來冷卻，冷空氣依次流過電腦的熱組件或與這些組件相關的熱交換器來冷卻它們。此導致擾人的高噪音，並從電腦所連接的電源供應器中汲取較高的電力。此外，由於AIO電腦將它的所有電子零件都組裝在螢幕的後方或下方，因此，風扇高噪音的問題更加惡化。

【發明內容及實施方式】

本發明的實施例提供電腦組件以煙囪為基礎的冷卻機構。本發明之實施例的方法包括決定運算裝置的放熱組件。該方法進一步包括將煙囪耦接到一或更多個放熱組件，以使得煙囪的煙囪效應被用來導引與組件相關的空氣進入及離開煙囪。

在一實施例中，在電腦中使用煙囪做為冷卻用途，因而不需要使用風扇或鼓風機，進一步消除了風扇的噪音，及大幅地減少了與風扇或鼓風機相關的電力消耗。煙囪效應係吾人所熟知現象，且意指空氣由浮力驅動而進入及離開屋舍、建築等的移動。煙囪效應負責放大與自然對流相關的空氣移動，且經常用於屋舍、某些電熱家電等的通風。浮力來自於空氣密度的差異，其由於溫度差、濕度差等。典型上，熱差異愈大且結構的高度愈高，則浮力與煙囪效應愈大。在一實施例中，使用此煙囪效應被並加以運用，使得來自電腦內之各不同組件之被加熱的空氣，由於其密度相較於四周空氣或氣體不同(即較低)而經由管道通路上升。此有助於使藉由自然通風的氣流最大化，並提升消散系統內所產生之熱的效率。預期此技術可應用於任何數量的電子裝置，包括所有類型及形式的電腦系統；不過，為簡潔、清楚、及易於瞭解，本文件全文皆以AIO電腦為例。

圖1說明按照本發明之實施例之以煙囪為基礎的冷卻機構100。在說明性的實施例中顯示電腦系統的主機板150具有任何數量的放熱組件。為簡潔、簡單、及易於瞭解，僅顯示AIO電腦之主機板150的中央處理單元(CPU)112及記憶體114。在一實施例中，單煙囪122與124分別置於CPU 112與記憶體114的上方。在一實施例中，如圖之說明，煙囪122、124經由其進氣口102吸入或接收冷空氣132、134，並經由其排氣口104排出或放出由CPU 112與記憶體114所產生的熱空氣142、144。此空氣的移動係經由兩煙囪122、124的煙囪效應所達成。

如關於圖2A-2C之討論，煙囪122、124可用範圍從金屬到塑膠的任何材料製成(只要認為適當與需要)，且可藉由建立與組件112、114的直接接觸，或經由它們的散熱器或熱交換器(HX)，或某些其它類似的方法使其與對應的組件112、114熱接觸。為了簡潔，在此僅使用HX為例。在一實施例中，煙囪效應驅使冷與熱空氣132、134、142、144在煙囪122、124內輕易、有規律、且有效率地移動，不需要安裝任何傳統的風扇或鼓風機。此外，一或更多個組件可共用單一個煙囪。例如，對於會產生高熱的組件，如CPU 112，以使用圖示的單獨大煙囪122較為適當；不過，對於生熱較少或不經常被用到的組件，任何數量的這類組件共用單個煙囪就已足夠。

圖2A-2C說明按照本發明之實施例之圖1中以煙囪為基礎之冷卻機構100的側視圖。再次，為了簡潔與簡單，側視圖中僅使用圖1的CPU112來說明。在圖2A中，所顯示的主機板150具有附接於熱交換器202的CPU 112。HX意指用來有效率地將一介質的熱轉移到另一介質的裝置。在一實施例中，煙囪或管道122係直接耦接於HX 202，以便保持與HX 202的緊密熱連接(例如經由焊料、散熱膏等)。如前文所述，煙囪可用任何類型的材料製成，但為了給予其與HX 202的連接性，在此特定的情況中，金屬為較佳的材料(雖然也可使用其它材料，諸如塑膠，但會減損效率)。在一實施例中，煙囪122使用煙囪效應將空氣204(例如包括有圖1中的冷與熱空氣132、142)從其進氣口移動到排氣口，不需要傳統的風扇或鼓風機。

圖2B說明煙囪122包圍著HX 202。如圖示說明，HX 202與煙囪122無縫地結合在一起，即，HX 202的外壁與煙囪122的內壁間無間隙或產生洩漏，其提供空氣204最大效率的移動。在本實施例中，煙囪122係直接連接到CPU 112。參考圖2C，煙囪122係直接連接於主機板150，並無縫地包圍CPU 112與HX 202，且煙囪122、HX 202、與CPU 112之間不產生任何的間隙或洩漏。圖2B與2C的煙囪122可由金屬或塑膠或類似材料製成。

圖3說明按照本發明之實施例之以煙囪為基礎的冷卻機構300。如圖1所示，說明性的實施例顯示電腦系統的主機板350具有任何數量的放熱組件。再次，為了簡潔與簡單，AIO電腦的主機板350僅顯示CPU 312與記憶體314。在一實施例中，單獨的煙囪322、324分別置於CPU 312與記憶體314的上方。在一實施例中，如圖之說明，煙囪322、324經由其進氣口302吸入或接收冷空氣332、334，並經由其排氣口304排出或放出熱空氣342、344(由CPU 312與記憶體314所產生)。此空氣的移動係由於兩煙囪322、324的煙囪效應而進行。

在一實施例中，對應於CPU 312與記憶體314的熱交換器(HX)為遠端熱交換器(RHX)352、354。換言之，RHX 352、354並未附接於它們所對應的組件CPU 312與記憶體314；更確切地說，它們是位在靠近主機板350之底部或一側附近的遠端位置，且是在其各自之煙囪322、324的一端。導熱管362、364連接RHX352、354與其所對應的組件312、314。導熱管362、364代表在兩或更多個固態介面之間傳送熱的熱傳送機構，諸如RHX 352、354與CPU 312和記憶體314。典型上，由於冷空氣332、334無關緊要，而重要且需移動的是熱空氣342、344，因此，在RHX 352、354位在煙囪322、324底部部分的實施例中，提供較大的空間供熱空氣342、344有效率地關於煙囪移動，並離開排氣口304。在一實施例中，為得到最大的冷卻效果，RHX 352、354被置於煙囪322、324的底部。此外，RHX 352、354不需要與熱源配套。如說明之圖式，RHX 352、354與對應的放熱組件312、314經由導熱管362、364的端點連接，但其可以是任何數量其它的熱傳送裝置，諸如泵送迴路、形成迴路的熱導管、熱虹吸器、或其至是高導熱性材料配件。

如關於圖4A-4C的討論，煙囪322、324可用範圍從金屬到塑膠的任何材料製成(只要認為適當與需要)，且可藉由建立與組件312、314的直接接觸，或經由它們的RHX 352、354，或某些其它類似的方法使其與對應的組件312、314熱接觸。在一實施例中，煙囪效應輕易且有效率地驅使冷與熱空氣332、334、342、344從煙囪322、324之進氣口302到排氣口304的空氣移動，不需要安裝任何傳統的風扇或鼓風機。此外，一或更多個組件可共用單個煙囪。例如，對於會產生高熱的組件，如CPU 312，以使用圖示的單獨大煙囪322較為適當；不過，對於生熱較少或不經常被用到的組件，任何數量的這類組件使用單個煙囪就已足夠。

圖4A-4C說明在按照本發明之實施例中，以煙囪為基礎之冷卻機構300的側視圖。再次，為了簡潔與簡單，側視圖中僅使用圖3的CPU312來說明。在圖4A中，所顯示的主機板350具有經由CPU晶片404附接於煙囪322的CPU312。在說明性的實施例，RHX 352位於遠端，且經由導熱管362連接到CPU。此外，RHX 352位於煙囪322的底部，留下煙囪大部分的空間用來管理及使熱空氣402流動通過煙囪322的排氣口排出。在一實施例中，煙囪322直接耦接於RHX 352和CPU晶片404(經由晶片404)，並與RHX 352和CPU 312緊密熱連接。如前文所述，煙囪可用範圍從塑膠到金屬之任何類型的材料製成。在一實施例中，煙囪322使用煙囪效應將空氣402(例如包括圖3的冷與熱空氣332、342)從它的進氣口移動到排氣口，而不需要傳統的風扇或鼓風機。

圖4B說明煙囪322包圍著CPU晶片404且直接地連接於CPU 312。參考圖4C，煙囪322係直接連接於主機板350，且無縫地包圍CPU312、CPU晶片404、與RHX 352，且煙囪322、RHX 352、CPU 312、與CPU晶片404之間不產生任何間隙或洩漏。圖4B與4C的煙囪322可由金屬或塑膠或類似材料製成。

圖5說明按照本發明之實施例，在以煙囪為基礎的冷卻機構500中使用風扇532。在說明性的實施例中，在位於主機板550上之CPU502的上方使用煙囪或管道512以移動冷與熱空氣522。在一實施例中，使用風扇532(例如微型風扇、類風扇的空氣移動器，諸如合成噴流、壓電葉片、離子風等)使其效果與煙囪效應耦合，以便更有效率地移動空氣522。例如，在某些情境中，被輸送的空氣可能無法保持組件接面或外殼的溫度低於其預定的上限，且因此，在此情況中，在有小型傳統鼓風機(諸如小型風扇)或如上述非傳統之空氣移動技術的情況下，將可增強煙囪512的效果。

圖6說明按照本發明之實施例，電腦組件之以煙囪為基礎之冷卻的處理。在方塊605，偵測電腦系統中主機板上的放熱或熱空氣組件。在方塊610，在一實施例中，以單煙囪耦接至每一個組件，或者，在另一實施例中，耦接單煙囪來覆蓋兩或更多個組件。例如，高放熱組件需要單獨的煙囪，而單煙囪足以供兩或更多個低放熱組件共用。

在方塊615，就從煙囪之進氣口吸入或接受冷空氣及從其排氣口排放或放出熱空氣方面來說，容許煙囪實施它的煙囪效應。在方塊620，使用該等煙囪及其煙囪效應使電腦系統之主機板上的放熱或熱空氣組件保持冷卻。

圖7說明有能力使用以煙囪為基礎之冷卻機構的計算系統700。圖7的例示性計算系統包括：1)一或更多個處理器701，且至少其中之一包括上述的特徵；2)北橋晶片(memory control hub；MCH)702；3)系統記憶體703(有各種不同類型，諸如雙資料率RAM(DDR RAM)、延伸資料輸出RAM(EDO RAM)等)；4)快取記憶體704；5)南橋晶片(input/output(I/O)control hub；ICH)705；6)圖形處理器706；7)顯示器/螢幕707(有各種不同類型，諸如陰極射線管(CRT)、薄膜電晶體(TFT)、液晶顯示器(LCD)、DPL等；及8)一或更多個輸入/輸出裝置708。

為了實行計算系統所實施之無論何種軟體常式，該一或更多個處理器701執行指令。該等指令時常涉及對資料所實行的某些操作。資料與指令兩者都儲存在系統記憶體703與快取記憶體704之中。典型上，快取記憶體704的潛伏時間被設計成比系統記憶體703短。例如，快取記憶體704可整合在與處理器同一矽晶片上，及/或以較快速的靜態RAM(SRAM)單元來建構，同時，系統記憶體703可用較慢的動態RAM(DRAM)單元來建構。藉由傾向將經常使用的指令與資料儲存在快取記憶體704中而非系統記憶體703，計算系統的整體性能效率可獲增進。

在計算系統內，系統記憶體703係特意用來供其它組件使用。例如，在軟體程式的實施中，從各不同介面(例如，鍵盤與滑鼠、印表機埠、區域網路(LAN)埠、數據機埠等)接收而進到計算系統的資料，或從電腦系統之內部儲存元件(例如硬式磁碟機)擷取的資料，在它們被一或更多個處理器701操作之前，通常被暫時佇列在系統記憶體703中。同樣地，軟體程式決定應從計算系統經由其中一個計算系統介面傳送到外部實體的資料，或要被儲存到內部儲存元件的資料，在其被傳送或儲存之前，通常被暫時佇列在系統記憶體703中。

ICH 705負責確保這類資料在系統記憶體703與適當之對應的計算系統介面(及內部儲存裝置，如果計算系統係按此設計)間被正確地傳遞。MCH 702負責為系統記憶體703管理各式各樣競爭之請求在(各)處理器701、各介面、及各內部儲存元件之間做存取，這些存取在時間上一個緊接著一個發生。

在典型的計算系統中也實施一或更個I/O裝置708，I/O裝置通常負責將資料傳送入及/或傳送出計算系統(例如網路轉接器)；或負責計算系統內的大型非揮發性儲存器(例如，硬式磁碟機)。ICH 705具有其本身與被觀看之I/O裝置708兩者間的雙向點對點鏈結。

本發明之各不同實施例中某些部分可提供為電腦程式產品，其包括其上儲存有電腦程式指令的電腦可讀取媒體，這些程式指令可用來程式電腦(或其它電子裝置)來實施按照本發明之實施例的處理。機器可讀取媒體包括但不限於軟式磁碟、光碟、光碟唯讀記憶體(CD-ROM)、及磁光碟、ROM、RAM、可抹除可程式唯讀記憶體(EPROM)、電氣EPROM(EEPROM)、磁或光卡、快閃記憶體、或其它類型適合儲存電子指令的媒體機器可讀取媒體。

在前述的說明書中，已參考關於本發明的特定例示性實施例描述了本發明。不過，很明顯，可對其做各種的修改與改變，不會偏離所附申請專利範圍中所陳述之本發明較寬廣的精神與範圍。因此，應將本說明書與圖式視為說明而非限制之意。

100．．．以煙囪為基礎的冷卻機構

150．．．主機板

112．．．中央處理單元

114．．．記憶體

122．．．煙囪

124．．．煙囪

132．．．冷空氣

134．．．冷空氣

102．．．進氣口

142．．．熱空氣

144．．．熱空氣

104．．．排氣口

202．．．熱交換器

204．．．空氣

300．．．以煙囪為基礎的冷卻機構

350．．．主機板

312．．．中央處理單元

314．．．記憶體

322．．．煙囪

324．．．煙囪

332．．．冷空氣

334．．．冷空氣

302．．．進氣口

342．．．熱空氣

344．．．熱空氣

本發明的實施例將藉由非限制的例子來說明，在所附的各圖中，相同的參考編號指示類似的元件，其中：

圖1說明按照本發明之實施例之以煙囪為基礎的冷卻機構；

圖2A-2C說明圖1中按照本發明之實施例之以煙囪為基礎之冷卻機構的側視圖；

圖3說明按照本發明之實施例之以煙囪為基礎的冷卻機構；

圖4A-4C說明圖3中按照本發明之實施例之以煙囪為基礎之冷卻機構300的側視圖；

圖5說明按照本發明之實施例，使用風扇之以煙囪為基礎的冷卻機構；

圖6說明按照本發明之實施例，電腦組件之以煙囪為基礎之冷卻的處理；

圖7說明能夠使用以煙囪為基礎之冷卻機構的計算系統。

100．．．以煙囪為基礎的冷卻機構

102．．．進氣口

104．．．排氣口

112．．．中央處理單元

114．．．記憶體

122．．．煙囪

124．．．煙囪

132．．．冷空氣

134．．．冷空氣

142．．．熱空氣

144．．．熱空氣

150．．．主機板

Claims (15)

1. 一種以煙囪為基礎的冷卻方法，包含：決定運算裝置的放熱組件；將煙囪耦接到該放熱組件，以使得該煙囪被用來導引與該放熱組件相關聯的空氣量進入及離開該煙囪；以及將熱交換機構關聯到該放熱組件，以提供足夠的空氣空間來根據該放熱組件的特徵有效地移動大約在該煙囪內的該空氣量，其中，該煙囪係無縫地包圍該放熱組件及該熱交換機構。
2. 如申請專利範圍第1項的以煙囪為基礎的冷卻方法，其中，導引該空氣量包括使用煙囪效應排放與該放熱組件相關聯的熱空氣從該煙囪離開。
3. 如申請專利範圍第1項的以煙囪為基礎的冷卻方法，其中，該煙囪係直接或間接地耦接至該放熱組件。
4. 如申請專利範圍第1項的以煙囪為基礎的冷卻方法，其中，該放熱組件包含一或更多個處理器、記憶體、電池、及連接器。
5. 如申請專利範圍第1項的以煙囪為基礎的冷卻方法，其中，該熱交換機構係經由熱輸送裝置而關聯於該放熱組件，其中，該熱輸送裝置包括導熱管，該導熱管經由該煙囪從該熱交換機構運行到該放熱組件。
6. 一種以煙囪為基礎的冷卻設備，包含：具有放熱組件的資料處理裝置； 耦接至該放熱組件的煙囪，以導引與該放熱組件相關聯的空氣量進入及離開該煙囪；以及關聯於該放熱組件的熱交換機構，以提供足夠的空氣空間來根據該放熱組件的特徵有效地移動大約在該煙囪內的該空氣量，其中，該煙囪係無縫地包圍該放熱組件及該熱交換機構。
7. 如申請專利範圍第6項的以煙囪為基礎的冷卻設備，其中，該煙囪係直接或間接地耦接至該放熱組件。
8. 如申請專利範圍第6項的以煙囪為基礎的冷卻設備，其中，該煙囪包括管道，且其中，該煙囪還包括風扇，用以協助導引該空氣量。
9. 如申請專利範圍第6項的以煙囪為基礎的冷卻設備，其中，該放熱組件包含一或更多個處理器、記憶體、電池、及連接器。
10. 如申請專利範圍第6項的以煙囪為基礎的冷卻設備，其中，該熱交換機構係經由熱輸送裝置而關聯於該放熱組件，其中，該熱輸送裝置包括導熱管，該導熱管經由該煙囪從該熱交換機構運行到該放熱組件。
11. 一種以煙囪為基礎的冷卻系統，包含：具有放熱組件的電腦系統；耦接至該放熱組件的煙囪，以導引與該放熱組件所發出之熱相關聯的空氣量進入及離開該煙囪；以及關聯於該放熱組件的熱交換機構，以提供足夠的空氣 空間來根據該放熱組件的特徵有效地移動大約在該煙囪內的該空氣量，其中，該煙囪係無縫地包圍該放熱組件及該熱交換機構。
12. 如申請專利範圍第11項的以煙囪為基礎的冷卻系統，其中，該煙囪係直接或間接地耦接至該放熱組件。
13. 如申請專利範圍第11項的以煙囪為基礎的冷卻系統，其中，該煙囪包括管道，且其中，該煙囪還包括風扇，用以協助導引該空氣量。
14. 如申請專利範圍第11項的以煙囪為基礎的冷卻系統，其中，該放熱組件包含一或更多個處理器、記憶體、電池、及連接器。
15. 如申請專利範圍第11項的以煙囪為基礎的冷卻系統，其中，該熱交換機構係經由熱輸送裝置而關聯於該放熱組件，其中，該熱輸送裝置包括導熱管，該導熱管經由該煙囪從該熱交換機構運行到該放熱組件。