TWI643189B

TWI643189B - 機箱

Info

Publication number: TWI643189B
Application number: TW106120764A
Authority: TW
Inventors: 陳朝榮; 黃玉年; 林志緯; 陳慶育
Original assignee: 廣達電腦股份有限公司
Priority date: 2017-02-23
Filing date: 2017-06-21
Publication date: 2018-12-01
Also published as: JP2018137032A; US10412851B2; TW201832228A; US20180242471A1; EP3367384A1; JP6546640B2; CN108508982B; EP3367384B1; CN108508982A

Abstract

一機箱用以改善多個硬碟上的散熱氣流。機箱之外殼包含一前端部以及一後端部，並以一基板部連接。基板部包含複數個硬碟，其排列於基板部的端緣邊上。機箱還包含一風扇模組，用以輸出氣流從外殼的前端部傳遞至後端部。該些個硬碟的排列使得該些個硬碟之第一部份相對於基板部的端緣邊傾斜。

Description

機箱

本發明是關於一種增加存儲陣列的表面積來提高冷卻系統散熱性能的裝置。

例如硬碟的電子設備設計為在某些溫度範圍內操作。但是，當操作時，電子設備可能會產生熱量。如果產生足夠的熱量以使其中一個硬碟在其工作溫度範圍之外運行，則可能會出現問題。例如，在某些情況下，溫度升高可能導致設備故障或出現錯誤。有時，熱量增加甚至可能會損壞電子設備。

習知的單顆硬碟並不是特別麻煩的發熱組件。大多數硬碟使用被動冷卻技術或使用一個或多個風扇進行充分冷卻。因此，過熱問題很少發生。然而，隨著硬碟變得越來越快，它們的發熱量已經增加。例如，隨著存取速度的增加，主軸馬達變得越來越快，功率越來越大。因此，主軸馬達也開始產生更多的熱量。因此，單顆硬碟的冷卻比以往更加令人擔憂。

當多個硬碟在外殼內密集放置在一起時，產生另一相關的冷卻問題。隨著數據存儲需求的增加和存儲介質成本的降低，更多的存儲介質(如硬碟)可能會被包含在機箱中。例如，可以將大量的硬碟設置為磁碟陣列系統。或是未設置任何特定RAID的複數個硬碟組。通常的工程目標是在機箱中實現硬碟的高密度整合，使整體存儲系統佔用最小的空間。然而，由於需要冷卻硬碟，這個目標往往受到阻礙。在許多情況下，隨著硬碟更緊密地組裝在一起，散熱相關問題的發生率增加。例如，當硬碟上的氣流減少時，可能會減少從硬碟傳出熱量的能力。

當多個硬碟緊密地封裝在一起時，一些硬碟上的氣流可能被周圍的硬碟阻擋或約束。另外，來自所有硬碟的組合熱量可以造成比單一硬碟產生的熱量的更熱的區域。因此，由於相鄰硬碟的發熱，高密度配置的硬碟更可能處於較熱的環境中。此外，機箱中的氣流可能無法將太多的熱量從硬碟傳導出來，因為相鄰的硬碟可能阻擋這種硬碟的氣流。因此，高密度的硬碟組裝可能產生更多散熱相關的問題。

本發明的實施例涉及一種用於增加存儲陣列的散熱表面積來改善冷卻的機箱。一機箱提供了用於改善多個硬碟上的氣流。機箱之外殼包含一前端部以及一後端部，並以一基板部連接。基板部包含複數個硬碟，其排列於基板部的端緣邊上。機箱還包含一風扇模組，用以輸出氣流從外殼的前端部傳遞至後端部。該些個硬碟的排列使得該些個硬碟之第一部份相對於基板部的端緣邊傾斜。

於某些實施例中，該些個硬碟之第一部份位於該外殼之該後端部。於某些實施例中，該些個硬碟之第一部份相對於該基板部的端緣邊傾斜45度。於某些實施例中，該些個硬碟之第一部份相對於該基板部的端緣邊傾斜10度。於某些實施例中，該些個硬碟之第一部份相對於該基板部的端緣邊的傾斜角不少於10度且不多於45度。

於某些實施例中，該些個硬碟之第二部份相對於該基板部的端緣邊的傾斜度鏡像對稱於該些個硬碟之第一部份相對於該基板部的端緣邊的傾斜度。於某些實施例中，該些個硬碟之第二部份位於該外殼之該前端部。於某些實施例中，該些個硬碟之第二部份相對於該基板部的端緣邊傾斜45度。於某些實施例中，該些個硬碟之第二部份相對於該基板部的端緣邊傾斜10度。於某些實施例中，該些個硬碟之第二部份相對於該基板部的端緣邊的傾斜角不少於10度且不多於45度。

50‧‧‧氣流

100‧‧‧伺服器裝置

101N‧‧‧硬碟

102‧‧‧前端部

103‧‧‧後端部

105‧‧‧儲存陣列

106‧‧‧基板部

107‧‧‧端緣邊

109‧‧‧空間

110‧‧‧空間

130‧‧‧儲存陣列模組

150‧‧‧風扇模組

151N‧‧‧風扇

501‧‧‧氣流空間

A‧‧‧角度

第1A圖係繪示傳統一實施例的儲存陣列系統的上視圖；第1B圖係繪示傳統一實施例的儲存陣列系統的側視圖；第2圖係繪示傳統另一實施例的儲存陣列系統的上視圖；第3圖係繪示傳統另一實施例的儲存陣列系統的上視圖；第4A圖係繪示傳統一實施例的儲存陣列之硬碟的氣流速度梯度；第4B圖係繪示傳統一實施例的儲存陣列之硬碟的氣流溫度梯度；第5圖係繪示一實施例的儲存陣列以傾斜配置硬碟改善吹向硬碟的氣流；第6A圖係繪示一實施例的儲存陣列以10度傾斜配置硬碟的氣流速度梯度；第6B圖係繪示一實施例的儲存陣列以10度傾斜配置硬碟的氣流溫度梯度；第7A圖係繪示一實施例的儲存陣列以45度傾斜配置硬碟的氣流速度梯度；第7B圖係繪示一實施例的儲存陣列以45度傾斜配置硬碟的氣流溫度梯度；第8圖係繪示一實施例的儲存陣列系統內的硬碟上視圖；第9圖係繪示另一實施例的儲存陣列系統內的硬碟上視圖；以及第10圖係繪示再一實施例的儲存陣列系統內的硬碟上視圖。

本發明將參考附圖描述其細節，其中在所有附圖中使用相同的附圖標號來表示相似或相當的元件。附圖沒有按比例繪製，並且它們僅僅是為了說明本發明而提供的。下面參考示例性應用來說明本發明的若干方面。應當理解，闡述了許多具體細節、關係和方法以提供對本發明的完全理解。然而，相關領域的普通技術人員將容易地體認到，可以在沒有一個或多個具體細節或其他方法的情況下實踐本發明。在其他情況下，未詳細示出習知的結構或操作以避免模糊本發明。本發明不受所示出的步驟或事件的排序的限制，因為一些步驟可以以不同的順序和/或與其他步驟或事件同時發生。此外，本發明的實施並不需要所有示出的步驟或事件。

為了解決高密度配置多個硬碟中的散熱問題，本發明的較佳實施例提供了一種機箱裝置，用於使多個高密度排列硬碟的高表面積最大化。在本案中，高密度配置的多個硬碟被分隔成許多配置，以使硬碟能接收到比傳統排列的配置中接收到更多的氣流。

請參照第1A以及1B圖，其繪示傳統一實施例的儲存陣列系統的上視圖及側視圖。伺服器裝置100(例如機箱)包含複數個硬碟101N以傳統高密度方式安裝於其內。在某些實施例中，伺服器裝置100包含一前端部102以及一後端部103。伺服器裝置100也包含一基板部106以容納電子元件。伺服器裝置100可容納一儲存陣列模組130，其包含複數個儲存陣列105。在此配置中，硬碟101N高密度的排列於系統中以最大化伺服器裝置100內硬碟101N的數量。

複數個風扇模組150輸出的氣流50能從穿越伺服器裝置100及其硬碟101N，從前端部102到後端部103。需注意的是，伺服器裝置100仍包含其他許多此處未提及的元件。此案提及的元件僅為示例，並不侷限於此。具有本領域普通知識的人可以根據本發明彈性地包括其它元件。

在某些實施例中，儲存陣列模組130是位於伺服器裝置100的基板部106上。為了最大化儲存量，儲存陣列模組130可包含複數個儲存陣列105密集的疊合在一起。複數個儲存陣列105之間的空間110非常窄，才能最大化儲存陣列105之數量。在第1圖中，儲存陣列模組130可以包含15個儲存陣列105密集的疊合在一起。每一個儲存陣列105包含複數個硬碟101N。再者，儲存陣列105之複數個硬碟101N密集的疊合在一起。硬碟101N之間的空間109非常窄，才能最大化儲存陣列105內硬碟101N的數量。在某些配置中，硬碟101N之間的空間109小於儲存陣列105之間的空間110。硬碟101N可包含硬盤式硬碟、固態硬碟或前述兩者。再者，硬碟101N可包含其他此處未提及其他技術的硬碟。在第1A以及1B圖中，硬碟101N可包含90個硬碟。應注意的是，儲存陣列的數量或硬碟的數量只是舉例，並不侷限於本案所舉例的。具有本領域普通知識的人可以根據本發明彈性地選擇儲存陣列的數量或硬碟的數量。

伺服器裝置100中的複數個風扇模組150是平行的排列的。在本發明的一實施例中，複數個風扇模組150安裝鄰近於儲存陣列模組130以藉氣流的對流冷卻儲存陣列模組。風扇模組150用以提昇伺服器裝置100從其前端部102到後端部103的氣流對流狀況。風扇模組150可包含6個高功率之風扇151N。因此，風扇151N所產生的氣流50沿X軸進出伺服器裝置100，且穿越密集疊合的硬碟101N。因此，在本實施例中，沿X軸流動的氣流需增加才能有效的冷卻硬碟101N之間的空間109以及儲存陣列105之間的空間。風扇模組150能夠使儲存陣列模組130運作於所需的運作溫度。應注意的是，風扇的數量(例如6個)只是舉例，並不侷限於本案所舉例的。具有本領域普通知識的人可以根據本發明彈性地選擇風扇的數量。

請同時參照第1A、1B、2圖，儲存陣列105用以示例傳統高密度疊合的氣體流速。氣流50的流速的計量單位是每秒公尺(公尺/秒)，其為儲存陣列105內散熱效率的關鍵參數。儲存陣列105之複數個硬碟101N彼此實質平行的排列在一起，且硬碟彼此間具有狹窄的空間109。因此，在第1A、1B、2圖之每一硬碟對齊其他的硬碟。換言之，每一硬碟101N直接對齊其他在同一水平面上的硬碟。若就每顆硬碟均為矩形而言，此種對齊方式能最小化硬碟所佔據的空間。最小化硬碟所佔據的空間亦能最小化硬碟所需的外殼(即容納硬碟的外殼)。

因為第1A、1B、2圖其中的硬碟101N以相當密集的方式疊合，每一硬碟101N必須處於自身所產生的熱及鄰近硬碟所產生的熱中。為了除去硬碟101N所產生的熱，因此提供複數個風扇模組150。這些散熱裝置輸入冷空氣穿越硬碟101N間的間隙，讓硬碟的熱能隨之帶出。複數個風扇模組150再將被加熱的空氣帶出硬碟環繞的區域。然而，彼此實質平行排列的複數個硬碟101N降低散熱的效率。

風扇模組150所產生的氣流50傾向於流向風阻較低的通道。因此，氣流50主要沿著硬碟101N的端緣邊107流動，而只有少量氣流經過硬碟101N之間的間隙。所以，硬碟101N散熱效果可能有限，尤其是位於中間的儲存陣列105。

請同時參照第4A、4B圖，因為所有的硬碟101N均彼此對齊了，部份的硬碟101N阻擋吹向其他硬碟101N的氣流。因此，接收不到氣流的硬碟101N位於氣流的下游，因此會比能收到氣流的硬碟101N更加發燙。這在第4B圖的溫度梯度圖中可以顯現出來。此外，最高速的氣流會發生在硬碟101N的上緣及下緣。因此，以此配置的儲存陣列105，只有很少的氣流能夠用以冷卻硬碟101N間的空間109。彼此對齊的硬碟101N導致很少的氣流能夠流入，可能也導致硬碟101N散熱表面積的減少，尤其是位於中間區域的硬碟。

就如第1~4圖所繪示之彼此對齊的硬碟101N會減少部份硬碟的氣流量。第5圖係繪示一實施例的儲存陣列以傾斜配置硬碟(或傾斜配置硬碟的插槽)改善吹向硬碟101N的氣流。在本實施例中，硬碟101N的配置相較於端緣邊107是傾斜的，而傾斜的角度A可適當調整到最佳的散熱需求。

在此傾斜的配置中，硬碟的部分接受到氣流50的量相較於傳統彼此對齊的配置更多。舉例，相較傳統彼此對齊的配置，此傾斜配置能有更多氣流50穿越硬碟101N之間的空間。在某些實施例中，硬碟101N因傾斜配置能於硬碟101N與其儲存陣列105之鄰近的端緣邊107之間產生的更多氣流空間501。氣流空間501是一個立體的三角形，而能具有空氣擾流的功能。氣流空間501能將氣流向量導向硬碟101N的側表面。因此，此硬碟的表面就能受到更高的氣流量。這會在以下第6A-B、7A-B圖的相關說明中提及。氣流空間501顯然大於傳統彼此對齊配置的相對位置的空間。因為氣流空間501增大了，能穿越硬碟101N之間的氣流也增多了。

傾斜配置角度的選擇可能因不同的實施例而有所不同。例如，在一實施例中，傾斜配置角度可能需配合空間限制及所需的冷卻量。例如，優先考量空間限制下的傾斜配置角度可能小於優先考量冷卻量需求下的傾斜配置角度。

在某些實施例中，最小需求傾斜角度適足以增加硬碟間氣流量以提供所需的冷卻。在某些實施例中，此最小需求傾斜角度用以形成最小的氣流空間501，以提供所需的冷卻。在某些實施例中，最大傾斜角度用以形成硬碟101N間連續的氣流通道。在其他實施例中，其他最小或最大傾斜角度亦可依需求選用。將傾斜的角度A維持於10~45度之間，能同時兼顧儲存陣列105的散熱效能及其硬碟101N數量的最大化。

此外，硬碟101N的傾斜配置是以不影響或最低影響硬碟的拆裝為原則。因此，即使硬碟101N以傾斜的方式配置，硬碟101N仍能如傳統配置般下裝、修、拆、換。然而，在其他實施例中，使用某些傾斜的配置方式，可能需修改機架或機殼才能實現所需的拆、裝。

請同時參照第6A-B、7A-B圖，傾斜配置能使較多的氣流50分配至儲存陣列105(相較於傳統的對齊配置)。因此，傾斜配置能使較多的氣流50分配至硬碟101N之間(相較於傳統的對齊配置)。因此，每一個硬碟的散熱表面就能受到較多分配至硬碟101N之間氣流50所冷卻。如第6A-B、7A-B圖所示，傾斜越大、氣流空間501越大，就能獲得越大的散熱表面。因此，由於較多的氣流50分配至硬碟101N之間，使得硬碟能能受到較多氣流量所冷卻，更多氣流量就能從硬碟散熱表面帶出更多的熱量(相較於傳統的對齊配置)。

因此，藉由傾斜配置硬碟101N取代傳統的對齊配置，穿越硬碟的氣流就能改善，基本上即氣流量的增加。例如，氣流量的增加會出現於傾斜配置的硬碟特定區域(相較於傳統的對齊配置)。通常，氣流的增加意謂著在某一時間段內通過硬碟的特定部分的空氣的體積增加的任何情況。類似地，將硬碟或硬碟的一部分暴露於更多的氣流時，意謂著硬碟或硬碟的一部分受到增加氣流的散熱。將硬碟(或硬碟的一部分)暴露於增加的氣流的結果可能是硬碟能夠將更多的熱量傳遞到通過它的空氣，因為現在越多的空氣通過硬碟(相較於傳統對齊的配置)。

請同時參照第8、9、10圖，在某些實施例中，只有硬碟101N的一部份會以傾斜配置。例如，在一實施例中，在儲存陣列105中，只有兩個硬碟101N會以傾斜配置。在另一實施例中，在儲存陣列105中，三個硬碟101N會以傾斜配置。在某些實施例中，硬碟101N是以間隔變換傾斜的角度A來配置的。例如，儲存陣列105中的兩個硬碟101N以一方向傾斜配置，而其餘的兩個硬碟101N以另一鏡射對稱的方向傾斜配置。此外，儲存陣列105中的兩個硬碟101N以傾角10度傾斜配置，而其餘的兩個硬碟101N以傾角45度傾斜配置。不同的傾角方向及傾角度數使為位於氣流下游的硬碟101N產生更多混合的氣流。傾斜配置硬碟的數量取決於硬碟間的空間、儲存陣列模組130中儲存陣列105的數量、硬碟產生的熱量、硬碟101N的連接關係以及對齊配置下硬碟間的氣流但亦不侷限於此。

在某些實施例中，即使傾斜配置的硬碟101N亦能維持高密集度的硬碟配置。例如，第8、9、10圖中繪示的硬碟配置較第1、2、3圖的傳統硬碟配置佔用稍多的水平空間。因此，硬碟101N間的氣流50流量因傾斜配置而能維持於較佳狀況，且如此配置不需過度增加容置的空間。在某些實施例中，即使傾斜配置的硬碟101N亦與傳統對齊硬碟配置(在相同硬碟數量下)佔用同的容置的空間。例如，傾斜配置的硬碟亦能裝設於標準的機架或機殼系統內。在上述的實施例中，硬碟101N係相對於氣流50而傾斜配置。然而，應注意的是，硬碟101N亦可能相對於氣流50而垂直配置。具有本領域普通知識的人可以根據本發明彈性地選擇硬碟101N的配置方式以最大化硬碟容置空間並同最大化硬碟散熱表面積。

雖然前述已經描述了本發明的各種實施例，但是應當理解，它們僅僅是作為示例而不是限制的。在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，可以根據本文的公開內容對所公開的實施例進行許多改變。因此，本發明的範圍不應受任何上述實施例的限制。本發明的範圍應根據所附權利要求及其等同物來定義。

儘管本文已經使用一個或多個實施例舉例和描述了本發明，但是在閱讀和理解本說明書和附圖後，本領域技術人員將想到相似的改變和修改。此外，雖然本發明的特定特徵可能僅針對若干實施例中的一個而被公開，但是這樣的特徵可以與其他實施例的一個或多個其他特徵組合，如對於任何給定的或特定的應用可能是需求的和有利的。

除非另有定義，本文使用的所有術語(包括技術和科學術語)具有與本發明所屬領域的普通技術人員通常理解的相同的含義。此外，諸如常用詞典中定義的術語應被解釋為具有與其在相關領域的背景下的含義一致的意義，並且不會以理想化或過度正式的方式解釋，除非明確如此定義。

因此，本說明書和附圖應當被認為是說明性的而非限制性。然而，各種修改和改變，在不脫離本發明的精神且不背離權利要求中闡述的範圍，顯然的是可以達到的。

Claims

一種機箱，包含：一外殼，包含一前端部以及一後端部，並以一基板部連接，該基板部包含複數個硬碟，其排列於該基板部的端緣邊上；以及一風扇模組，用以輸出氣流從該外殼的該前端部傳遞至該後端部，其中該些個硬碟的排列使得該些個硬碟之第一部份相對於該基板部的端緣邊傾斜配置，該些個硬碟之第一部分包含相鄰之一第一硬碟以及一第二硬碟，該第一硬碟與該第二硬碟分別具有彼此緊鄰的一第一邊緣以及一第二邊緣，該第二硬碟還具有連接該第二邊緣的一第三邊緣，該第一邊緣、該第三邊緣以及該基板部的端緣邊之間形成一三角形氣流空間。
如請求項1所述之機箱，其中該些個硬碟之第一部份位於該外殼之該後端部。
如請求項1所述之機箱，其中該些個硬碟之第一部份相對於該基板部的端緣邊傾斜45度。
如請求項1所述之機箱，其中該些個硬碟之第一部份相對於該基板部的端緣邊傾斜10度。
如請求項1所述之機箱，其中該些個硬碟之第一部份相對於該基板部的端緣邊的傾斜角不少於10度且不多於45度。
如請求項1所述之機箱，其中該些個硬碟之第二部份相對於該基板部的端緣邊的傾斜度鏡像對稱於該些個硬碟之第一部份相對於該基板部的端緣邊的傾斜度。
如請求項6所述之機箱，其中該些個硬碟之第二部份位於該外殼之該前端部。
如請求項6所述之機箱，其中該些個硬碟之第二部份相對於該基板部的端緣邊傾斜45度。
如請求項6所述之機箱，其中該些個硬碟之第二部份相對於該基板部的端緣邊傾斜10度。
如請求項6所述之機箱，其中該些個硬碟之第二部份相對於該基板部的端緣邊的傾斜角不少於10度且不多於45度。