TWI691258B

TWI691258B - 伺服器

Info

Publication number: TWI691258B
Application number: TW108109636A
Authority: TW
Inventors: 陳朝榮; 黃玉年; 陳慶育; 李國瑋
Original assignee: 廣達電腦股份有限公司
Priority date: 2018-08-28
Filing date: 2019-03-20
Publication date: 2020-04-11
Also published as: CN110865692A; US10856447B2; JP7097328B2; EP3618596A1; US20200077543A1; CN110865692B; TW202010388A; JP2020035418A

Abstract

一種伺服器包括外殼、內殼、電子元件、散熱器以及風扇。外殼具有第一通風口與第二通風口。內殼設置在外殼內，使得空氣通道定義於內殼與外殼之間。空氣通道具有第一端與第二端，第一通風口位於第一端附近，並且第二通風口位於空氣通道的第二端附近。電子元件位於內殼中。散熱器至少部分地位於空氣通道中，使得散熱器與內殼中的電子元件熱交換。風扇位於並配置以使空氣透過第一通風口進入空氣通道，流過至少一部分的空氣通道，並流過至少一部分的散熱器，並透過第二通風口離開空氣通道。

Description

伺服器

本揭露一般有關於室外伺服器，特別是有關於當移除室外伺服器產生的熱能時，可同時保護室外伺服器免於受到環境影響。

高性能伺服器通常在穩定、高度管制的環境條件下放置在數據中心內的機架中。由於伺服器位於內部，因此可以保護伺服器免受雨、風、污物、灰塵和其他可能對伺服器性能產生負面影響的環境條件的影響。這些數據中心中的伺服器通常具有帶有通風口的開放式外殼，以允許空氣流過外殼並冷卻內部的電子元件。

由於諸如高速電信和人工智慧之類的進步，數據中心與信號源之間之可靠、有效且快速的通訊是至關重要的。為了確保這種可靠且快速的通訊，可以在數據中心與信號源之間放置伺服器，例如可為邊緣伺服器(edge servers)。邊緣伺服器可以充當沿著數據中心與信號源之間的通訊路徑的中間傳輸點。然而，邊緣伺服器通常需要實體上位於室外環境中(即，不包含在建築物內)，因此不能放置在諸如數據中心的高度管制的環境中。因此，不僅需要保護這種定位的邊緣伺服器免受室外環境的影響，也需要冷卻邊緣伺服器的電子元件使其不會過熱。本揭露旨在解決這些和其他問題。

依據本揭露之部分實施例，一種伺服器包括外殼、內殼、電子元件、散熱器和風扇。外殼具有第一通風口和第二通風口。內殼設置在外殼內，使得空氣通道定義於內殼和外殼之間，空氣通道具有第一端和第二端，第一通風口位於空氣通道的第一端附近並且第二通風口位於空氣通道的第二端附近。至少一電子元件位於內殼中。散熱器至少部分地位於空氣通道中，使得散熱器與內殼中的電子元件熱交換。風扇位於並配置成使空氣透過第一通風口進入空氣通道，流過至少一部分的空氣通道，並流過至少一部分的散熱器，再透過第二通風口離開空氣通道。

依據本揭露之部分實施例，與電子元件熱交換的散熱器被配置為將由電子元件產生的至少一部分的熱能從內殼傳遞到空氣通道。

依據本揭露之部分實施例，風扇設置在空氣通道中並且有助於將傳遞到空氣通道之部分的熱能從外殼移除。

依據本揭露之部分實施例，內殼實質上是密封的。

依據本揭露之部分實施例，內殼實質上是密封的，以幫助防止水和灰塵微粒進入內殼。

依據本揭露之部分實施例，伺服器是邊緣伺服器。

依據本揭露之部分實施例，散熱器包含設置在內殼內的內部部分和設置在外殼內的空氣通道中的外部部分。

依據本揭露之部分實施例，散熱器的內部部分連接到電子元件，使得散熱器的內部部分實體地接觸電子元件。

依據本揭露之部分實施例，更包括設置在內殼內的第二風扇。

依據本揭露之部分實施例，第二風扇被配置為使空氣在內殼內循環，使得由電子元件產生的熱能透過散熱器的內部部分傳遞到散熱器的外部部分。

依據本揭露之部分實施例，散熱器完全地設置在外殼內的空氣通道中。

依據本揭露之部分實施例，更包括延伸穿過內殼的至少一熱管。

依據本揭露之部分實施例，熱管的第一端連接到散熱器，並且其中熱管的第二端連接到至少一個電子元件，使得由至少一個電子元件產生的熱能透過熱管傳遞到散熱器。

依據本揭露之部分實施例，散熱器包括第一散熱器和第二散熱器，並且其中電子元件包括第一電子元件和第二電子元件。

依據本揭露之部分實施例，其中第一散熱器延伸穿過內殼，並且包括以下兩個部分。設置在內殼內的內部部分，以及設置在外殼內的空氣通道中的外部部分。

依據本揭露之部分實施例，更包括延伸穿過內殼的至少一熱管，熱管的第一端連接到在內殼外的空氣通道中的第二散熱器，以及熱管的第二端連接到內殼內的第二電子元件。

依據本揭露之部分實施例，由第一電子元件產生的熱能被傳遞到第一散熱器，並且其中由第二電子元件產生的熱能被傳遞到第二散熱器。

依據本揭露之部分實施例，第一電子元件是低功率電子元件，並且其中第二電子元件是高功率電子元件。

依據本揭露之部分實施例，散熱器包含位於空氣通道中的複數個散熱片。

依據本揭露之部分實施例，流過空氣通道的空氣流過至少一個散熱器的散熱片，以從至少一個散熱器移除熱能。

10‧‧‧邊緣伺服器

12‧‧‧內殼

14‧‧‧外殼

16A‧‧‧第一通風口

16B‧‧‧第二通風口

18‧‧‧空氣通道

19A‧‧‧箭頭

19B‧‧‧箭頭

19C‧‧‧箭頭

20A‧‧‧第一端

20B‧‧‧第二端

22‧‧‧電子元件

22A‧‧‧低功率電子元件

22B‧‧‧低功率電子元件

23‧‧‧電子元件

24‧‧‧第一散熱器

26A‧‧‧內部部分

26B‧‧‧外部部分

28‧‧‧第二散熱器

30‧‧‧熱管

32A‧‧‧第一端

32B‧‧‧第二端

34A‧‧‧第一風扇

34B‧‧‧第二風扇

36A‧‧‧頂側

36B‧‧‧底側

38A‧‧‧第一端

38B‧‧‧第二端

40‧‧‧阻擋元件

42A‧‧‧側面

42B‧‧‧側面

透過以下對示例性實施例的描述並參考附圖，將更好地理解本揭露。

第1圖是根據本揭露的一些方面的伺服器的示意圖。

第2圖是根據第1圖中伺服器的內殼的內部的上視圖。

第3A圖是根據第1圖中伺服器的於一實施例的內部的側透視圖。

第3B圖是根據第1圖中伺服器的於另一實施例的內部的透視圖。

本揭露內容可能受到各種修改和替代形式的影響。一些代表性實施例已經透過圖式中的示例繪示，並且將在本文中對其進行詳細描述。然而，應該理解，本揭露並不限於所揭露的特定形式。相反地，本揭露將包括落入由所附請求項限定之本揭露的精神和範圍內的所有修改、等同物和替代物。

本揭露可以以許多不同的形式體現。代表性實施例在圖式中示出，並且將在本文中詳細描述。本文是本揭露之原理的示例或說明，並且不旨在將本揭露的廣泛方面限制於所示的實施例。就此而言，例如在摘要、發明內容和實施方式中公開但未在請求項中明確闡述的元件和限制不應透過暗示、推論或其他方式單獨地或共同地併入請求項中。出於本詳細描述的目的，除非特別聲明，否則單數包括複數，反之亦然；並且「包括」一詞的意思是「包括但不限於此」。此外，近似的詞語，例如「約」、「幾乎」、「實質上」、「大約」等，在本文中可用於表示「在...」、「接近」、「接近在...」、「在3%至5%的範圍內」或「在可接受的製造公差範圍內」，或其任何邏輯組合。

第1圖繪示伺服器10的示意圖，伺服器10可為一邊緣伺服器。在本實施例中，以邊緣伺服器10為示例說明，合先敘明。邊緣伺服器10可以位於室外環境中並且受到雨、風、污物、灰塵等的影響。邊緣伺服器10包括內殼12，內殼12實質上設置在外殼14內。邊緣伺服器10運作所需的任何電子元件皆位於內殼12內。例如，邊緣伺服器10可包括中央處理單元(central processing unit,CPU)、圖形處理單元(graphics processing unit,GPU)、記憶體裝置(例如，雙列直插式記憶體模組(dual in-line memory module,DIMM)，單列直插式記憶體模組(single in-line memory module,SIMM)、通信模組等。如第1圖所示的實施例，內殼12通常至少包括電子元件22和電子元件23。

將內殼12設計成保護電子元件22及23免受周圍環境條件的傷害。因為邊緣伺服器10放置在外面，所以邊緣伺服器10通常需要能夠承受雨、濕氣、雪、污物、灰塵和任何其他潛在的負面環境條件。因此，內殼12通常被配置為可防止水、污垢、灰塵、鹽等進入內殼12損壞電子元件22及23。在一些實施方式中，內殼12至少具有IP66等級。IP66等級意味著內殼12通常防止水和顆粒(如灰塵、污物、鹽等)進入內殼12。因此，邊緣伺服器10可以實質上不透水且防塵，並且可以安全地放在外面。在其他實施方式中，取決於放置邊緣伺服器10的區域中的特定環境條件，內殼12可以提供更多或更少的保護。

內殼12內的電子元件22及23在操作期間產生熱能。為了冷卻內殼12並幫助防止電子元件22及23過熱，第一風扇34A設置在內殼12內。將第一風扇34A配置成在內殼12內循環空氣，從而冷卻內殼12內的電子元件22及23。然而，由於內殼12實質上是防水且防塵的，所以內殼12不包括任何熱空氣可以透過其逸出的通風口。

內殼12部分地或完全地設置在外殼14內。內殼12和外殼14定義空氣通道18，空氣通道18位於外殼14的內部，並且位於內殼12的外部。第一通風口16A位在外殼14中，並且鄰近空氣通道18的第一端20A。第二通風口16B位在外殼14中，並且鄰近空氣通道18的第二端20B。第一通風口16A和第二通風口16B對環境開放，使得空氣可以透過第一通風口16A流入空氣通道18，並從第二通風口16B流出。箭頭19A、19B與19C繪示空氣流過空氣通道18的方向。因為內殼12實質上是防水且防塵的，所以即使任何水或顆粒進入空氣通道18，內殼12內的電子元件22及23仍然受到保護免於環境影響。

邊緣伺服器10可包括一個或多個散熱器，其與內殼12的內部進行熱交換和/或與位於內殼12內的任何電子元件22及23進行熱交換。因此，散熱器有助於從內殼12內移除熱能。在第1圖所示的實施例中，邊緣伺服器10包括第一散熱器24和第二散熱器28。第一散熱器24具有內部部分26A和外部部分26B。內部部分26A設置在內殼12內。外部部分26B設置在空氣通道18中並且在內殼12的外部和在外殼14的內部。因此，第一散熱器24延伸穿過內殼12並且部分地位於內殼12內部和在內殼12外部的空氣通道18中。第一散熱器24被設計成使得第一散熱器24和內殼12之間的界面(圍繞第一散熱器24的外圍)將內殼12的內部與環境隔離。以這種方式，即使第一散熱器24延伸穿過內殼12，內殼12仍保持實質上防水且防塵的。

在一些實施方式中，第一散熱器24的內部部分26A、第一散熱器24的外部部分26B和內殼12形成為單個元件。在其他實施方式中，第一散熱器24的內部部分26A、第一散熱器24的外部部分26B和內殼12形成為單獨的元件，然後連接在一起。在其他實施方式中，第一散熱器24的內部部分26A和第一散熱器24的外部部分26B形成為單個元件，並且內殼12形成為單獨的元件。接著，透過將第一散熱器24插入內殼12中的孔並且密封第一散熱器24和內殼12之間的界面，可以將兩個元件連接在一起。在其他實施方式中，內殼12和第一散熱器24的一部分形成為單個元件，第一散熱器24的另一部分形成為單獨的元件。然後，可以將兩個元件連接在一起。

當第一風扇34A使內殼12內的空氣循環時，由邊緣伺服器10的電子元件22產生的一些熱能被傳遞到配置在內殼12內的第一散熱器24的內部部分26A。然後，此熱能可以流到第一散熱器24的外部部分26B，從而從內殼12移除熱能。因此，第一散熱器24允許從內殼12移除更多的熱能。

第二散熱器28通常是已知為分離式散熱器(remote heat sink)的類型。第二散熱器28設置在內殼12外部的空氣通道18中，但是在外殼14內。第二散熱器28透過一個或多個熱管30熱耦接到電子元件23。每個熱管30的第一端32A位於內殼12的外部並且熱耦接到第二散熱器28。熱管30的第二端32B位於內殼12內並且熱耦接到電子元件23。

在一些實施方式中，熱管30的第二端32B實體地連接到電子元件23，使得熱管30的第二端32B與電子元件23直接實體接觸。在其他實施方式中，熱管30的第二端32B實體地連接到熱基板，熱基板又實體地連接到電子元件23。在其他實施方式中，一些或所有熱管30的第二端32B可以非常接近電子元件23而不接觸電子元件23。在任何這些實施方式中，來自電子元件23的熱能被傳遞到熱管30。

類似於第一散熱器24，熱管30延伸穿過內殼12到達第二散熱器28。將熱管30設計成使得熱管30和內殼12之間的界面(圍繞每個熱管30的周邊)將內殼12的內部與環境隔離。以這種方式，即使熱管30延伸穿過內殼12，內殼12仍保持實質上不透水且防塵。

通常透過直接實體接觸將熱管30的第一端32A熱耦接到第二散熱器28。然而，在一些實施方式中，一些或所有熱管30的第一端32A可以緊鄰第二散熱器28而不接觸第二散熱器28。熱管30因而可將電子元件23所產生的熱能從內殼12傳遞到第二散熱器28。

由於熱管30連接電子元件23和第二散熱器28，因此與第一散熱器24相比，可以將更大量的熱能傳遞到第二散熱器28。因此，電子元件23通常是比電子元件22產生更多熱能的高功率電子元件，其中電子元件22通常是低功率電子元件。透過使用經由熱管30而與電子元件23直接或接近直接實體接觸的第二散熱器28，邊緣伺服器10可以使用以全速和/或全效能運作的高功率電子元件。第一散熱器24可用於交換由一個或多個低功率電子元件(例如電子元件22)產生的熱能，而無需使用熱管30來實現更複雜的遠端散熱器(例如，第二散熱器28的熱管30)。

在其他實施方式中，第二散熱器28具有類似於第一散熱器24設置在內殼12內的內部部分，以及設置在內殼12外的空氣通道18內的外部部分。在一些實施方式中，熱管30 的第一端32A實體地附接到第二散熱器28的內部，並且保持完全配置在內殼12內。

第一散熱器24和第二散熱器28可由任何合適的材料製成。例如，第一散熱器24和第二散熱器28可以由鋁、銅、鋁合金、銅合金或這些材料的任何組合製成。

由於第一散熱器24和第二散熱器28的存在，由內殼12內部的電子元件22及23產生的熱能可以傳遞到內殼12的外部而不會影響內殼12提供之防水和防塵的功能。

第二風扇34B也設置在內殼12和外殼14之間的空氣通道18中。在一些實施方式中，第二風扇34B設置在第二通風口16B和第二散熱器28之間。然而，在其他實施方式中，第二風扇34B可設置在空氣通道18內的任何位置。將第二風扇34B配置成透過第一通風口16A從外部環境將空氣吸入到空氣通道18。此空氣流過空氣通道18，直到它在第二通風口16B處離開空氣通道18。

當空氣流過空氣通道18時，空氣流過第一散熱器24的外部部分26B。流動的空氣移除已經從電子元件22傳遞到第一散熱器24的外部部分26B的一些或全部的熱能。流過空氣通道18的空氣也流過第二散熱器28。流動的空氣因此也消除了已經從電子元件23傳遞到第二散熱器28的一些或全部的熱能。當流動的空氣在第二通風口16B處離開空氣通道18時，由電子元件22和電子元件23產生的熱能被傳遞到外殼14的外部。

在一些實施方式中，第一散熱器24和第二散熱器 28的外部部分26B中的一個或兩個包括多個散熱片。每個散熱片通常與相鄰的散熱片間隔開一定的距離。當空氣流過空氣通道18時，空氣可以流過第一散熱器24和第二散熱器28的多個散熱片，此情況與空氣圍繞第一散熱器24和第二散熱器28流動的情況相比，能更有效地去除熱能。

第2圖繪示在邊緣伺服器10的一個實施方式中，內殼12內部的上視圖。內殼12包括兩個低功率電子元件22A及22B，以及高功率電子元件23。內殼12還包括第一風扇34A。在其他實施例中，這些元件具有不同的配置。此外，其他實施例可以具有不同數量的電子元件和/或風扇。

低功率電子元件22A及22B在操作期間產生熱能，其加熱內殼12內的周圍空氣。將第一風扇34A配置為使此熱空氣移動以遠離低功率電子元件22A及22B。移動的熱空氣迫使尚未被加熱的冷空氣朝向低功率電子元件22A及22B移動，並且在低功率電子元件22A及22B處開始被加熱。當熱空氣遠離低功率電子元件22A及22B時，來自熱空氣的熱能被傳遞到第一散熱器24的內部部分26A，並且隨後被傳遞到第一散熱器24的外部部分26B(如第1圖所示)。此熱空氣因此被冷卻，而朝向低功率電子元件22A及22B移動之較冷的空氣則被加熱。當第一風扇34A不斷地使熱空氣遠離低功率電子元件22A及22B移動，並且使較冷的空氣朝向低功率電子元件22A及22B移動時，此循環不斷繼續。

第2圖還繪示從高功率電子元件23延伸的熱管30。由於熱管30通常實體地連接到高功率電子元件23，所以由高功率電子元件23產生的熱能被傳遞到熱管30，然後，熱管30將此熱能傳遞出內殼12。因此，遠離低功率電子元件22A及22B的熱空氣不會被高功率電子元件23加熱，而是當它遠離低功率電子元件22A及22B時會冷卻下來。

第3A圖繪示邊緣伺服器10的一個實施方式的側透視圖。在此實施方式中，邊緣伺服器10包括多個第一散熱器24，其位於低功率電子元件22和外殼14的頂側36A之間。邊緣伺服器10還包括高功率電子元件23。如圖所示，內殼12位於外殼14內，以便定義空氣通道18。如第3A圖所示，內殼12位於外殼14內，以允許空氣在外殼14的頂側36A附近流動，但防止空氣流到外殼14的底側36B附近。還防止此流動的空氣在外殼14的第一端38A附近流動，並且允許此流動的空氣在外殼14的第二端38B附近流動。

在一些實施方式中，內殼12防止空氣在外殼14的第一端38A附近流動。在第3A圖所示的實施方式中，阻擋元件40位於內殼12和外殼14之間，以防止空氣在外殼14的第一端38A附近流動。如第3A圖所示，空氣通道18因而具有L形。然而，在其他實施例中，空氣通道18可具有大致線性形狀、U形、彎曲形狀、不規則形狀或任何其他合適的形狀。

第一通風口16A設置在空氣通道18之第一端20A處的外殼14中。第二通風口16B設置在空氣通道18之第二端20B處的外殼中。第二風扇34B設置在空氣通道18中，以使空氣透過第一通風口16A進入空氣通道18，並透過第二通風口16B離開空氣通道18。

第3A圖中的邊緣伺服器10包括兩個不同的第一散熱器24。每個第一散熱器24的內部部分26A設置在內殼12內，而每個第一散熱器24的外部部分26B設置在空氣通道18內的內殼12的外部。位於內殼12內的第一風扇34A有助於將由低功率電子元件22產生的熱能傳遞到第一散熱器24的內部部分26A。第二散熱器28也設置在空氣通道18內的內殼的外部。每個熱管30的第一端32A位於內殼12的外部並且熱耦接到第二散熱器28。熱管30的第二端32B位於內殼12內並且熱耦接到高功率電子元件23，從而將高功率電子元件23產生的熱能從內殼12傳遞到第二散熱器28。

當空氣流過空氣通道18時，空氣流過和/或經過第一散熱器24的外部部分26B以及第二散熱器28。流動的空氣因而將傳遞到第一散熱器24的外部部分26B和第二散熱器28的熱能移除，並且當空氣離開空氣通道18時，流動的空氣將熱能傳遞出外殼14。

第3B圖繪示邊緣伺服器10的另一實施方式的透視圖。在此實施方式中，邊緣伺服器10包括多個第一散熱器24，其位於低功率電子元件22A及22B與外殼14的側面42A及42B之間。如第3B圖所示，低功率電子元件22A及22B與高功率電子元件23一起設置在內殼(未繪示)中。每個第一散熱器24皆具有位於內殼內的內部部分26A和位於空氣通道內的內殼之外部的外部部分26B。第3B圖的邊緣伺服器10還包括位於內殼內的第一風扇34A，以及位於空氣通道18中的第二風扇34B以及第二散熱器28。邊緣伺服器10還提供內殼12中的第一通風口16A和第二通風口16B，以便允許空氣流過外殼14。

相較於第3A圖和第3B圖中所示的實施例，邊緣伺服器10的其他實施例可以具有不同數量的元件並且具有不同的配置。例如，空氣通道18可以具有任何合適的形狀，或者外殼14可以具有多於兩個位於外殼14中的通風口(第一通風口16A和第二通風口16B)。

第1圖至第3B圖中繪示的邊緣伺服器10可根據伺服器的特定需要包括任何數量或類型的散熱器。例如，邊緣伺服器10可以包括位於低功率電子元件22A上方的第一散熱器24(如第3A圖所示)，以及一個或多個位於低功率電子元件22A及22B側面的第一散熱器24(如第3B圖所示)。在另一示例中，不同的邊緣伺服器10可以具有不同數量的低功率電子元件22A及22B以及高功率電子元件23。可以使用任何數量的第一散熱器24和第二散熱器28來滿足任何特定邊緣伺服器10的需要。

諸如第二散熱器28的散熱器通常用於產生大量熱能的高功率元件。在一些實施例中，高功率元件是消耗約100瓦或更多能量的元件。由於第二散熱器28與高功率電子元件23之間透過熱管30之直接實體接觸，這些類型的第二散熱器28通常更有能力來消除高功率元件23所產生的熱能。

在內殼12內由於空氣循環而聚集熱能的散熱器(例如，第一散熱器24)可用於低功率元件，其中低功率元件不產生與高功率元件一樣多的熱能。在一些實施方案中，低功率元件是消耗約100瓦或更少能量的元件。

這裡使用的術語僅用於描述特定實施例的目的，並不意圖限制本揭露。如這裡所使用的，單數形式「一」、「一個」和「該」也旨在包括複數形式，除非上下文另有明確說明。此外，在實施方式和/或請求項中使用術語「包括」、「包含」、「具有」、「有」、「帶有」或其變體的範圍，這些術語旨在以類似於術語「包含」的方式包含在內。

除非另外定義，否則本文使用的所有術語(包括技術和科學術語)具有與本領域普通技術人員通常理解的含義相同的含義。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上下文中的含義一致的含義，並且除非於此明確地定義，否則將不被理解為理想化或過於正式的含義。

雖然上面已經描述了本揭露的各種實施例，但是應該理解，它們僅以示例的方式呈現，而不是用以限制本揭露。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所公開的實施例進行許多改變。因此，本揭露的廣度和範圍不應受任何上述實施例的限制。相反地，本揭露的範圍應根據以下請求項及其等同物來限定。

儘管已經使用關於一個或多個實施例說明和描述了本揭露，但是在閱讀和理解本說明書和附圖之後，本領域技術人員將想到或者已知等同的改變和修改。另外，儘管可能僅關於若干實施例中的一個公開了本揭露的特定特徵，然而，如對於任何給定或特定的應用是需要的和有利的，則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。