TWI652980B - 電路卡組件與附加處理單元 - Google Patents

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TWI652980B
TWI652980B TW107119039A TW107119039A TWI652980B TW I652980 B TWI652980 B TW I652980B TW 107119039 A TW107119039 A TW 107119039A TW 107119039 A TW107119039 A TW 107119039A TW I652980 B TWI652980 B TW I652980B
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陳仁茂
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Abstract

一種電路卡組件,包含電路卡,以陰影佈置設置在電路卡的第一表面上的複數個元件,以及設置在每個元件上的複數個風冷式散熱器結構。每一個風冷式散熱器結構包含複數個阻抗區,阻抗區串聯佈置且與氣流路徑實質上垂直。阻抗區包含具有第一空氣阻抗的第一阻抗區,和具有小於第一空氣阻抗的第二空氣阻抗的第二阻抗區。此外,散熱器結構中的阻抗區被對準,使得散熱器結構中的一個中第一阻抗區相對於氣流路徑,不與散熱器結構中的另一個中的第一阻抗區重疊。

Description

電路卡組件與附加處理單元
本揭露是有關於計算系統元件的冷卻,並且更具體地是關於用於計算裝置中的多個元件的雙向和均勻冷卻的系統和方法。
在包含計算裝置的電子學領域中,典型的趨勢是減小元件的尺寸,同時提供相同或改進的性能。這意味著,在大多數的情況下,裝置密度會增加。然而,當裝置密度增加時,功率密度亦隨之提高。相對地,較高的功率密度會導致散熱和溫度控制問題增加。在某些情況下,溫度控制問題可能非常嚴重。例如,在具有所謂的「陰影」佈置(其中元件沿著氣流串聯佈置)的高功率芯片組的計算裝置中,這樣的情況可能導致過熱問題。具體而言,第一上游元件(沿著氣流)可以被適當地冷卻,但是隨後的下游元件(沿著氣流)可能不會被適當地冷卻。原因是因為一旦空氣被第一元件加熱,則空氣從第二元件吸收熱量的能力會被受限。
傳統上,這問題已經透過使用不同的上游和下游散熱器以平衡氣流阻抗來解決。具體而言,使用具有低氣流阻 抗的上游散熱器以允許更多的空氣到達下游散熱器。透過這種方式,到達下游散熱器的空氣可能具有升高的溫度,但仍然具有足夠的能力吸收額外的熱量。此外,下游散熱器可以配置更高的氣流阻抗,以使空氣更長久地停留並且吸收更多熱量。然而,這樣的配置為折衷的,導致以上游元件的冷卻效率為代價,提高了下游元件的冷卻效率。而且,這樣的配置為單向的。因此,實現這種方案的計算裝置必須與兼容的通風系統配合以確保氣流在正確的方向。
本揭露的實施方式是有關於計算裝置中的多個元件的雙向和均勻冷卻的系統和方法。
根據一實施方式,電路卡組件包含電路卡和佈置在電路卡的第一表面上的元件,其中元件佈置在實質上垂直於沿著電路卡的第一表面的氣流路徑的路徑中。電路卡還包含了風冷式散熱器結構,每個風冷式散熱器結構設置在元件中的一個上。在電路卡組件中,每一個風冷式散熱器結構包含實質上垂直於氣流路徑的串聯佈置的阻抗區。阻抗區包含具有第一空氣阻抗的第一阻抗區,和具有小於第一空氣阻抗的第二空氣阻抗的第二阻抗區。此外,散熱器結構中的阻抗區被對準,使得散熱器結構中的一個中第一阻抗區沿著氣流路徑,不與散熱器結構中的另一個中的第一阻抗區重疊。
在一實施例中,多個散熱器結構中的每一個可以包含複數個鰭片。此外,第一阻抗區中鰭片的一部分的間隔可 以小於第二阻抗區中鰭片的一部分的間隔。
在一實施例中,多個散熱器結構中的多個阻抗區可以被對齊,使得流經散熱器結構中的每一個的第一阻抗區的氣流在沿氣流路徑的第一方向上實質上相等。此外,多個散熱器結構中的多個阻抗區可以被對齊,使得流經散熱器結構中的每一個的第一阻抗區且沿著與第一方向相反的第二方向的另一氣流,實質上等於第一方向的氣流。
在一實施例中,多個散熱器結構可以在垂直於氣流路徑的方向上具有實質上相同的寬度。此外,多個散熱器結構可以沿著氣流路徑實質上彼此重疊。
根據另一實施方式,附加處理單元包含電路卡以及沿氣流路徑在電路卡表面上的第一表面上串聯佈置的第一處理器和第二處理器。處理單元還包含設置在第一處理器上的第一散熱器結構和第二處理器上的第二散熱器結構。在處理單元中,第一散熱器結構和第二散熱器結構包含至少第一阻抗區和第二阻抗區,且第一阻抗區和第二阻抗區佈置與氣流路徑實質上垂直。此外,第一阻抗區具有第一空氣阻抗,第二阻抗區具有小於第一空氣阻抗的第二空氣阻抗。另外,第一散熱器結構中的第一阻抗區沿著氣流路徑,不與第二散熱器結構中的第一阻抗區重疊。
在一實施例中,第一散熱器結構和第二散熱器結構中的每一個可以包含多個鰭片。此外,第一阻抗區中的多個鰭片的一部分的間隔可以小於第二阻抗區中的多個鰭片的一部分的間隔。
在一實施例中,流經散熱器結構中的每一個的第一阻抗區的氣流在沿氣流路徑的第一方向上實質上相等。此外,第一散熱器結構和第二散熱器結構中的多個阻抗區可以被對齊,使得流經散熱器結構中的每一個的第一阻抗區且沿著與第一方向相反的第二方向的另一氣流,實質上等於第一方向的氣流。
在一實施例中,第一散熱器結構和第二散熱器結構可以在垂直於氣流路徑的方向上具有實質上相同的寬度。
在一實施例中,第一散熱器結構和第二散熱器結構沿著氣流路徑實質上彼此重疊。
100‧‧‧電路卡組件
102‧‧‧電路卡
102A‧‧‧前端
102B‧‧‧後端
102C‧‧‧第一縱向邊緣
102D‧‧‧第二縱向邊緣
104‧‧‧匯流排連接器
106‧‧‧支架結構
110m‧‧‧處理器
1101‧‧‧處理器
120m‧‧‧散熱器結構
1201‧‧‧散熱器結構
122‧‧‧基底
124n‧‧‧阻抗區
124n-1‧‧‧阻抗區
1241‧‧‧阻抗區
1242‧‧‧阻抗區
130‧‧‧氣流路徑
132‧‧‧氣流路徑
300‧‧‧電路卡組件
302‧‧‧電路卡
3201‧‧‧散熱器結構
3202‧‧‧散熱器結構
3241‧‧‧阻抗區
3242‧‧‧阻抗區
402‧‧‧阻抗區
404‧‧‧阻抗區
406‧‧‧阻抗區
408‧‧‧阻抗區
410‧‧‧方向
420‧‧‧方向
2-2‧‧‧切割線
A‧‧‧點
B‧‧‧點
N1‧‧‧數量
N2‧‧‧數量
P1‧‧‧間距
P2‧‧‧間距
第1圖為根據各種實施方式之被配置為使用散熱器結構的電路卡組件的示意圖。
第2圖為第1圖沿切割線2-2之電路卡組件的剖面圖。
第3圖示出了根據各種實施方式之電路卡組件的模擬模型。
第4A圖示出了具有傳統散熱器結構之電路卡組件的模擬結果。
第4B圖示出了第3圖之電路卡組件的模擬結果。
參考附圖以描述本揭露,其中使用相同的附圖編 號來表示相似或相同的元件。附圖不是按照比例繪製的,並且它們僅用於說明本揭露。以下參照用於說明的示例用來描述本揭露的幾個方面。應當理解的是,闡述了許多具體細節、關係和方法以提供對於本揭露的全面理解。然而,相關領域的普通技術人員將容易認識到,可以在沒有一個或多個具體細節或採用其他方法的情況下實踐本揭露。在其他情況下,未詳細示出眾所周知的結構或操作以避免模糊本揭露。本揭露不受所示的行為或事件的順序的限制,因為一些行為可能以不同的順序和/或其他行為或事件同時發生。此外,並非所有示出的動作或事件都需要根據本實施例來實施一種方法。
如上所述,在陰影佈置中具有高功率芯片組的計算裝置的傳統冷卻技術存在一些問題。各種實施例透過提供與陰影佈置中的多個元件一起使用的新式散熱器結構來緩解這些問題。這種相對於傳統的散熱器裝置提供了改進的冷卻,同時仍允許多個方向的氣流。以下參照第1圖描述了各種實施例的結構。
第1圖為根據本發明之一或多個實施例中,使用散熱器結構的電路卡組件100的示意圖。如第1圖所示,電路卡組件100包含了實質上平面的電路卡102,電路卡102具有前端102A、後端102B、第一縱向邊緣102C、第二縱向邊緣102D。在電路卡組件100中,縱向邊緣102C和縱向邊緣102D實質上彼此平行。電路卡102還可以包含自縱向邊緣102C和縱向邊緣102D中延伸的至少一個匯流排連接器104。在第1圖的示例性配置中,匯流排連接器104從縱向邊緣102D延伸,並且 實質上平行於電路卡102的平面。電路卡組件100還可以包含附接於電路卡102的支架結構106。
第1圖中的匯流排連接器104被圖示為高速外圍組件互連(Peripheral Component Interconnect Express,PCIe)匯流排,但是各種實施例在這方面不受到限制,而是可以在各種實施例中使用任何其他計算機匯流排而沒有限制。
電路卡102可以是,例如根據任何已知製程製造的印刷電路板(printed circuit board,PCB)。然而,各種實施例在這方面不受限制。相對地,可以使用用於形成用於機械支撐和電連接各種電子元件的基板或其他實質上平面結構的任何其他技術來取代印刷電路板。
在一些實施例中,將各種實施例關於附加單元將被圖示說明。然而,各種實施例在這方面不受限制。相對地,本文討論的技術可以與任何其他類型的電路卡組件一起使用,包含主機板或用於計算裝置中的任何其他類型的電路板。
如第1圖所示,電路卡102被配置為支撐兩個或更多個處理器110i(其中,i=1...m且其中m≧2)。這些可以是圖形處理單元(graphics processing units,GPUs)或其他任何類型的單元。另外,電路卡組件100可以包含附加元件(未示出),例如開關元件、記憶體元件、輸入/輸出(I/O)連接器以及其他控制元件。然而,根據各種實施例的計算裝置不限於上面列出的元件,並且可以比第1圖中所示的包含更多或更少的元件。
除了上面討論的元件之外,電路卡組件100包含多個散熱器結構120i(其中,i=1...m且其中m≧2)。每一個散 熱器結構120i與處理器110i中的其中一個相關聯。在各種實施例中,每一個散熱器結構120i由被動式的風冷式散熱器組成。例如,在傳統散熱器設計中,每一個散熱器結構120i可以包含從基底(第1圖未示出)延伸的多個鰭片、桿或任何其他類型的冷卻構件。在操作中,這樣的冷卻構件佈置成使得空氣可以通過冷卻構件之間,進而允許空氣吸收來自冷卻構件的熱量。
然而,不同於傳統的散熱器結構,冷卻構件的佈置被配置為處理器110i提供冷卻的改進。此外,冷卻構件的佈置還支持多於一個方向以上的氣流。第2圖為沿切割線2-2之電路卡組件100的剖面圖。如第1圖所示,切割線2-2被引導穿過處理器1101中的第一個和相關聯的散熱器結構1201
如第2圖所示,散熱器結構1201可以包含與處理器1101熱接觸的基底122。這可以透過各種方式來實現。例如,在一些特定的實施例中,基底可以是使用黏合劑或一個或多個固定器附接到處理器1101的高度導熱金屬或陶瓷材料。然而,用於將散熱器結構附接到待冷卻元件的任何方法,可以在各種實施例中使用而沒有限制。
在各種實施例中,冷卻構件可以被配置為橫跨散熱器結構1201的寬度提供一系列阻抗區124i(其中,i=1...n且其中n≧2)。更具體地,在各種實施例中,每個阻抗區中的冷卻構件被配置和佈置為使得至少在第一阻抗區和第二阻抗區中,設置有不同的氣流阻抗。這可以透過橫跨不同阻抗區的散熱器結構1201中的冷卻構件的尺寸、數量和/或間隔來實現。因此,一些阻抗區可以提供比其他阻抗區更大或更小的氣流阻 抗。以這種方式,空氣可以快速通過散熱器結構1201的特定部分並且通過其他部分緩慢地移動。例如,如第2圖所示,阻抗區1241中的冷卻密度可以高於124n中的冷卻密度,進而分別提供高氣流阻抗和低氣流阻抗區。
作為冷卻構件在不同阻抗區中佈置的結果,離開散熱器結構1201(並且繼續到下一個散熱器結構)的空氣由具有至少兩個不同溫度的成分的空氣組成。第一部分由通過高氣流阻抗部分(例如,阻抗區1241)的空氣組成。此空氣緩慢地通過散熱器結構1201並且因此從散熱器結構吸收一定量的熱量。相應地,此空氣在第一高溫下(相應於最初進入散熱器結構1201的空氣)離開散熱器結構1201。第二部分由通過低氣流阻抗部分(例如,阻抗區124n)的空氣組成。此空氣快速地通過散熱器結構1201並且因此從散熱器結構1201吸收一定量的熱量,但此量小於通過阻抗區1241的空氣所吸收的熱量。相應地,此空氣在第二高溫下(相應於最初進入散熱器結構1201的空氣)離開散熱器結構1201的溫度低於來自第一阻抗區1241的空氣第一高溫。用於陰影佈置中的其他元件的散熱器結構可以類似但是不同地佈置,如下更詳細地的討論。
所得到的結果來自不同阻抗區的溫度差異可以有利地用於提供改進的冷卻下游。參考第1圖,圖中示出了氣流路徑130和氣流路徑132。如第1圖所示,氣流路徑130和氣流路徑132從電路卡102的後端102B到前端102A,實質上平行於縱向邊緣102C和縱向邊緣102D。假設沿著氣流路徑130和氣流路徑132提供的空氣最初處於大約相同的溫度下,觀察到以 下情況。
首先,沿著氣流路徑130的空氣被引導通過散熱器結構1201的高氣流阻抗區1241。同時,沿著氣流路徑132的空氣被引導通過散熱器結構1201的低氣流阻抗區124n。如上所述,這導致點A處(恰好在散熱器結構1201的下游且沿著氣流路徑130)的空氣比點B處(恰好在散熱器結構1201的下游且沿著氣流路徑132)的空氣有更高的溫度。結果,點B處的空氣比點A處的空氣具有更大的吸熱能力。因此可以利用此結果來冷卻下游元件。
例如,如第1圖所示,可以考慮點A處和點B處的空氣溫度來設計散熱器結構120m。也就是說,散熱器結構120m可以被配置為使點A處的較熱空氣比點B處的較冷空氣更快速地通過散熱器結構120m。這可以透過適當地配置散熱器結構120m中的阻抗區124i來實現。特別地,散熱器結構120m可以被配置為使得沿著氣流路徑130設置低氣流阻抗區(124n),以及沿著氣流路徑132設置高氣流阻抗區。結果,散熱器結構120m有效地依賴沿著氣流路徑132的較冷空氣來冷卻,而非依賴沿著氣流路徑132的較熱空氣。作為這種佈置的結果,可以達成元件110i更均勻地冷卻,因為至少一些到達散熱器結構1201的空氣被保留用於下流冷卻。結果,至少一些到達散熱器結構1201的空氣仍然處於比較低的溫度,因此具有高吸收熱量的能力。
儘管第1圖中所示的配置是描述關於每個散熱器結構120i中的單一個高氣流阻抗區(1241)和每個散熱器結構 120i中的低氣流阻抗區(124n),這僅僅是為了方便解釋。在各種實施例中,每個散熱器結構120i可以包含任何數量的高氣流阻抗區和任何數量的低氣流阻抗區。在這樣的配置中,散熱器結構120l和散熱器結構120m將被配置,使得如果散熱器結構120l中的阻抗區是高氣流阻抗區,則散熱器結構120m中的下游阻抗區將是低氣流阻抗區。類似地,如果散熱器結構120l中的阻抗區是低氣流阻抗區,則散熱器結構120m中的下游阻抗區將是高氣流阻抗區。
此外,第1圖中的配置主要是關於具有陰影佈置的散熱器結構的兩種處理器進行討論。然而,各種實施例在這方面不受限制。相對地,本文討論的技術可以應用於具有相應散熱器結構的任何數量的處理器的佈置。在這樣的安排下,將採用相同的方法。也就是說,各種散熱器結構的阻抗區將被配置為使得沿著任何氣流路徑,一個散熱器結構中將具有一個高氣流阻抗區,而另一個散熱器結構中的相應阻抗區將具有低氣流阻抗區。這可以透過多種方式完成。例如在一些配置中,用於高氣流阻抗區的冷卻構件可以配置有提供高氣流阻抗的第一間隔、數量、和/或尺寸,以及用於所有低氣流阻抗區的冷卻構件可以配置有提供低氣流阻抗的相同的第二間隔、數量、和/或尺寸。
或者,可以指定用於每個散熱器結構的高氣流阻抗區的目標氣流阻抗。因此,沿每個氣流路徑的阻抗區中的冷卻構件的構造可以被配置為確保到達目標氣流阻抗。在一些情況下,考慮冷卻構件的佈置將在多個散熱器結構之間變化。
在一些實施例中,還可以選擇每個散熱器結構中的佈置和構造,以在多個方向上提供實質上相同的冷卻性能。例如,回頭參考第1圖,氣流路徑130和氣流路徑132被示出為從後端102B指向前端102A。然而,散熱器結構中的阻抗區也可以被佈置成為從前端102A指向後端102B引導的氣流,提供實質上相同的冷卻。具體來說,如第1圖所示,相同的氣流路徑中的阻抗區可以被對稱佈置,也就是說,當從前端102A或後端102B觀察時,可以觀察到相同的阻抗區佈置。
例如,當從後端102B看電路卡組件100,其如下所示。首先,散熱器結構1201中的高阻抗區1241之後是散熱器結構120m中的低阻抗區124n。其次,散熱器結構1201中的低阻抗區124n之後是散熱器結構120m中的高阻抗區1241。相對地,當從前端102A看電路卡組件100,其如下所示。首先,散熱器結構120m中的高阻抗區1241之後是散熱器結構1201中低阻抗區124n。其次,散熱器結構120m中的低阻抗區124n之後是散熱器結構1201中的高阻抗區1241。因此,前端102A或後端102B,阻抗區的排列實質上相同。結果,空氣可以在電路卡上以任何方向前進,具有實質上相同的冷卻結果。
上面的討論也基於以下假設:被冷卻的元件和相關聯的散熱器結構是相同的並且以陰影佈置完全對準。然而,各種實施例在這方面也不受到限制。相對地,本文描述的方法可以應用於部分重疊(沿著氣流)的元件的任何佈置。在這樣的構造中,重疊部分中的阻抗區的相同佈置可以如上所述。在非重疊部分中,散熱器結構可以根據更多傳統的方法配置。因 此,在這種佈置中的散熱器結構可以包含三種或更多類型的阻抗區(低氣流阻抗、高氣流阻抗和常規氣流阻抗)。
另一方面,為了確保用於部分重疊的元件的氣流阻抗的適當平衡,可以對散熱器結構進行過度設計(overdesigned)。也就是說,即使元件部分重疊,相關聯的散熱器結構也可以延伸,使得至少散熱器結構實質上重疊。在這樣的配置中,可以如上所述配置阻抗區。
還應當要注意的是,第1圖還示出了元件和相關聯的散熱器結構的深度(沿著氣流路徑)實質上相同。然而,在深度變化的情況下,阻抗區的配置可能有所不同。特別地,由於阻抗區的阻抗將根據深度和冷卻構件的尺寸、間隔和佈置而變化,因此散熱器結構中的阻抗區旨在具有相同尺寸、間隔和冷卻構件佈置的氣流阻抗。此外,基於元件的冷卻要求,不同阻抗區中的冷卻構件的尺寸、間隔和佈置也可以變化。
以下示出的範例並不意圖限制各種實施例。相對地,它們僅用於說明的目的。
為了展示各種實施例的配置的有效性,模擬根據各種實施例配置的電路卡組件的熱性能。如下關於第3、4A和4B圖所示。
第3圖示出了用於測試上述的散熱器架構的電路卡組件300的模型。特別地,此模型描繪了用於高速外圍組件互連通用圖形處理單元(PCIe GPGPU)附加處理單元的電路卡組件300,其中兩個圖形處理單元(GPU)以並行方式執行計算。如第3圖所示,此模型示出了佈置在電路卡組件300的電 路卡302上設置的兩個圖形處理單元(由散熱器結構3201和散熱器結構3202覆蓋)。如第3圖所示,電路卡組件300還包含附加元件。
為了模擬的目的,散熱器結構3201和散熱器結構3202被配置為每個都包含兩個阻抗區3241和阻抗區3242。每個散熱器結構3201和散熱器結構3202的佈置分別以第3圖的插圖A和B示出。阻抗區3241和阻抗區3242分別對應於高氣流阻抗區和低氣流阻抗區。具體來說,每個散熱器結構3201和散熱器結構3202中的阻抗區3241由數量N1為18個的間距P1為1.8mm的鰭片組成。相對地,每個散熱器結構3201和散熱器結構3202中的阻抗區3242由數量N2為14個的間距P2為2.5mm的鰭片組成。
模擬的結果在第4A圖和第4B圖中示出。第4A圖示出了具有散熱器結構的傳統佈置的傳統電路卡組件的模擬結果。第4A圖還指示出了氣流的方向(410)。如第4A圖所示,與第一圖形處理單元(GPU)/散熱器結構相關聯的阻抗區402的溫度和比與第二圖形處理單元(GPU)/散熱器結構相關聯的阻抗區404的溫度更低。這是在傳統的散熱器結構佈置中預期的,新鮮空氣在第一阻抗區402中被充分加熱,並因此具有較少的冷卻能力以冷卻第二阻抗區404。
第4B圖示出了根據一個實施例的電路卡組件的模擬結果,如第3圖所示。第4B圖還指示出了氣流的方向(420)。如第4B圖所示,與第一圖形處理器/散熱器結構相關聯的阻抗區406的溫度和與第二圖形處理器/散熱器結構相關聯 的阻抗區408的溫度相似。如上所述,儘管代價是阻抗區406中的溫度稍微提高,這是使不同阻抗區配置來提供至少一些冷空氣到阻抗區408中的結果。然而,模擬結果表明,儘管阻抗區406中溫度有升高,電路卡組件300上的溫度更均勻並且避免了諸如圖形處理單元的關鍵元件過熱。
雖然上面已經描述了本揭露的各種實施例,但是應當理解,它們僅是作為範例呈現而非限制。在不脫離本揭露的精神或範圍的情況下,可以根據本文的揭露內容對揭露的實施例進行許多改變。因此,本揭露的廣度和範圍不應受到任何上述實施例的限制。相對來說,本揭露的範圍應該根據所附的請求項以及其等同物來定義。
儘管已經對於一個或多個實現方式說明和描述本揭露,但是在閱讀和理解本說明書和附圖後,本領域技術人員將會想到等效的改變和修改。此外,儘管本揭露的特定特徵已經針對幾個執行過程的其中一個而揭露,該特徵可以與其他執行過程的一個或多個的其他特徵組合,如對於任何給定的或特定的應用可能是被期望的或有利的。
本文使用的術語僅用於描述特定的實施例,並不限於本揭露。如本文使用的,單數形式「一」和「該」也包含複數形式,除非上下文另有明確指示。此外,在詳細描述和/或申請專利範圍術語「包含」、「包括」、「具有」、「有」、「帶有」或其變化的術語,這些術語旨在於將類似於術語「包含」含括在內。
除非另外定義,本文使用的所有術語(包含技術和 科學術語)具有與本領域普通技術人員一般理解的相同含義。此外,諸如常用辭典中定義的術語,應該被解釋具有在相關領域的背景下一致的含義,除非本文明確定義,否則不會以理想化或過度形式上的方式來解釋。

Claims (8)

  1. 一種電路卡組件,包含:一電路卡;複數個元件,設置在該電路卡上的一第一表面,該些元件佈置在沿著該電路卡的該第一表面實質上垂直於一氣流路徑的一路徑;複數個風冷式散熱器結構,沿著該氣流路徑實質上彼此重疊,每一該些風冷式散熱器結構設置在個別的該些元件上;其中每一該些風冷式散熱器結構包含複數個阻抗區,該些阻抗區串聯佈置且與該氣流路徑實質上垂直,其中該些阻抗區包含具有一第一空氣阻抗的一第一阻抗區和具有小於該第一空氣阻抗的一第二空氣阻抗的一第二阻抗區,以及其中該些散熱器結構中的阻抗區被對齊,使得該些散熱器結構中的一個中的該第一阻抗區沿著氣流路徑,不與該些散熱器結構的另一個中的該第一阻抗區重疊。
  2. 如請求項1所述之電路卡組件,其中每一該些散熱器結構包含複數個鰭片。
  3. 如請求項2所述之電路卡組件,其中該第一阻抗區中的該些鰭片的一部分的一間隔小於該第二阻抗區中的該些鰭片的一部分的一間隔。
  4. 如請求項1所述之電路卡組件,其中該些散熱器結構中的阻抗區被對齊,使得通過該些散熱器結構中的每一個中的該第一阻抗區的氣流在沿著該氣流路徑的一第一方向上實質上相等。
  5. 如請求項1所述之電路卡組件,其中該些散熱器結構在垂直於該氣流路徑的一方向上具有實質上相同的寬度。
  6. 一種附加處理單元,包含:一電路卡;一第一處理器和一第二處理器,沿著一氣流路徑串聯佈置在該電路卡的一第一表面上;一第一散熱器結構,設置在該第一處理器上;以及一第二散熱器結構,設置在該第二處理器上,其中該第一散熱器結構和該第二散熱器結構沿著該氣流路徑實質上彼此重疊;其中每一該第一散熱器結構與每一該第二散熱器結構包含至少一第一阻抗區和一第二阻抗區,該第一阻抗區和該第二阻抗區被佈置為與該氣流路徑實質上垂直,其中該第一阻抗區具有一第一空氣阻抗,且該第二阻抗區具有小於該一第一空氣阻抗的第二空氣阻抗;以及其中該第一散熱器結構中的該第一阻抗區沿著該氣流路徑,不與該第二散熱器結構中的該第一阻抗區重疊。
  7. 如請求項6所述之處理單元,其中每一該第一散熱器結構和該第二散熱器結構包含複數個鰭片。
  8. 如請求項6所述之處理單元,其中該第一散熱器結構和該第二散熱器結構在垂直於該氣流路徑的方向上具有一相同的寬度。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11067963B2 (en) * 2019-01-09 2021-07-20 Dell Products L.P. System and method for thermal management in a multicomponent system
US11340571B2 (en) * 2020-02-11 2022-05-24 Dell Products L.P. System with retrofit enhancement of an ultra dense thermally challenged server
US11711905B2 (en) * 2020-02-18 2023-07-25 Nvidia Corporation Heat sink with adjustable fin pitch
CN111653529B (zh) * 2020-04-30 2022-05-10 华为数字能源技术有限公司 一种液冷散热器及通信设备
US11751357B2 (en) * 2021-04-15 2023-09-05 Micron Technology, Inc. Apparatus including thermal management mechanism and methods of manufacturing the same
CN114286501A (zh) * 2021-12-17 2022-04-05 摩尔线程智能科技(北京)有限责任公司 一种电路板和具有该电路板的计算设备

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01215098A (ja) * 1988-02-24 1989-08-29 Hitachi Ltd 冷却方式
JPH02144998A (ja) * 1988-11-28 1990-06-04 Fujitsu Ltd プリント板ユニットの冷却構造
US5946190A (en) * 1997-08-29 1999-08-31 Hewlett-Packard Company Ducted high aspect ratio heatsink assembly
EP1343204B1 (en) * 2000-12-11 2016-11-23 Fujitsu Limited Electronic device unit
JP3529358B2 (ja) * 2001-02-07 2004-05-24 古河電気工業株式会社 フィン付ヒートシンク
US6698511B2 (en) * 2001-05-18 2004-03-02 Incep Technologies, Inc. Vortex heatsink for high performance thermal applications
JP2003046279A (ja) * 2001-07-31 2003-02-14 Pfu Ltd 情報処理装置の冷却構造
US6698500B2 (en) * 2002-01-22 2004-03-02 The Furukawa Electric Co., Ltd. Heat sink with fins
US6690575B1 (en) * 2002-02-14 2004-02-10 Mercury Computer Systems, Inc. Digital data processor chassis with flow balanced air intake into multiple circuit board assemblies
US6935419B2 (en) * 2002-02-20 2005-08-30 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Heat sink apparatus with air duct
US6845812B2 (en) * 2002-12-20 2005-01-25 Motorola, Inc. Heatsink with multiple, selectable fin densities
US7518862B1 (en) * 2005-01-27 2009-04-14 Wms Gaming Inc. Wagering game terminal with internal cooling
US7274571B2 (en) * 2005-03-08 2007-09-25 Intel Corporation Heatsink
US7283358B2 (en) * 2005-07-19 2007-10-16 International Business Machines Corporation Apparatus and method for facilitating cooling of an electronics rack by mixing cooler air flow with re-circulating air flow in a re-circulation region
US20070230118A1 (en) * 2006-03-31 2007-10-04 Javier Leija Circuit board including components aligned with a predominant air flow path through a chassis
US20070261242A1 (en) * 2006-05-15 2007-11-15 Foxconn Technology Co., Ltd. Method for manufacturing phase change type heat sink
US20080041562A1 (en) * 2006-08-18 2008-02-21 Sun Microsystems, Inc. Airflow bypass and cooling of processors in series
US20080253087A1 (en) * 2007-04-10 2008-10-16 Ati Technologies Ulc Thermal management system for an electronic device
CN101641002B (zh) 2008-07-28 2012-10-10 富准精密工业(深圳)有限公司 散热器及使用该散热器的散热装置
DE102008060777B4 (de) * 2008-12-05 2010-12-02 Fujitsu Siemens Computers Gmbh Anordnung zur Kühlung von wärmeentwickelnden Computerkomponenten
JP4948625B2 (ja) * 2010-02-08 2012-06-06 古河電気工業株式会社 複数のフィンピッチを有する冷却装置
JP2012059741A (ja) * 2010-09-06 2012-03-22 Tokyo Electron Ltd 電子部品の冷却装置
CN203325998U (zh) 2013-07-08 2013-12-04 观致汽车有限公司 优化散热的电池及具有该电池的车辆
US20150153113A1 (en) * 2013-12-03 2015-06-04 International Business Machines Corporation Heat sink with air pathways through the base
CN103957682B (zh) 2014-05-08 2016-11-23 华为技术有限公司 散热装置及具有该散热装置的电子设备
JP2016178208A (ja) * 2015-03-20 2016-10-06 日本電気株式会社 ヒートシンク、放熱構造、冷却構造及び装置
CN106304768A (zh) * 2015-06-02 2017-01-04 中兴通讯股份有限公司 插箱及其插卡
CN204681732U (zh) 2015-06-22 2015-09-30 东莞市澍华五金制品有限公司 一体式热导管散热装置
CN206441100U (zh) 2017-01-03 2017-08-25 华胜信泰信息产业发展有限公司 散热结构、双路处理器与多路处理器散热装置及服务器

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