闭环混合冷却的制作方法

闭环混合冷却
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2019年3月19日提交的题为“closed loop hybrid cooling(闭环混合冷却)”的美国非临时专利申请no.16/358,525的权益和优先权，其内容在此通过引用明确并入全文。
技术领域
3.本公开大体上涉及冷却系统。


背景技术：

4.电子设备在使用期间会产生大量的热能，因此需要热冷却解决方案，以通过排出热能来降低电子设备的温度，从而将电子设备维持在所期望的操作温度内。电子设备最近的性能提升以及热能产生的相应增加增大了对冷却解决方案的需求。
附图说明
5.图1示出了根据本公开的至少一个示例的其中具有混合冷却系统的服务器组件的等距视图。
6.图2示出了根据本公开的至少一个示例的其中具有混合冷却系统的服务器组件的分解等距视图。
7.图3示出了根据本公开的至少一个示例的具有混合冷却系统的服务器组件的前平面视图。
8.图4示出了根据本公开的至少一个示例的混合冷却系统的风扇阵列、散热器和泵的等距视图。
9.图5示出了根据本公开的至少一个示例的服务器组件的平面剖视图；和
10.图6示出了根据本公开的至少一个示例的混合冷却散热件的平面剖视图；
11.图7示出了根据本公开的至少一个示例的基于歧管的冷却板的等距视图；
12.图8示出了根据本公开的至少一个示例的示例网络设备；和
13.图9示出了根据本公开的至少一个示例的示例计算设备架构。
具体实施方式
14.概述：
15.本发明的方面在独立权利要求中阐述并且优选特征在从属权利要求中阐述。一个方面的特征可以单独地或与其他方面相组合地应用于每个方面。
16.服务器组件可以具有外壳，该外壳可操作以接收印刷电路板(pcb)，印刷电路板(pcb)上设置有一个或多个中央处理器单元(cpu)和/或一个或多个图形处理单元(gpu)。混合冷却板可以与一个或多个cpu和/或一个或多个gpu可操作地耦接。散热器可以被接收在外壳内并且具有接收在其中的工作流体。工作流体可以通过一个或多个管状构件与散热器
和混合冷却板流体连通。散热器可以具有在外壳内靠近外壳布置的一个或多个风扇。
17.示例性实施例：
18.参考附图描述了本公开，其中，在附图中，使用相同的附图标记来表示相似或等效的元件。附图不是按比例绘制的，并且提供它们只是为了说明本技术。下面，参考用于图示的示例应用来描述本公开的若干方面。应当理解，阐述了许多具体细节、关系和方法以提供对本公开的充分理解。然而，相关领域的普通技术人员将容易认识到，可以在没有一个或多个具体细节的情况下或者通过使用其他方法来实践本公开的方面。在其他情况下，未详细示出众所周知的结构或操作以避免混淆本公开。本公开不受所图示的动作或事件的顺序的限制，这是由于一些动作可以以不同的顺序发生和/或与其他动作或事件同时发生。此外，并非所有图示的动作或事件都需要实施根据本公开的方法。
19.现在，将呈现适用于本公开的若干定义。术语“包括”、“包含”和“具有”在本公开中可互换使用。术语“包括”、“包含”和“具有”意味着包括但不一定限于如此描述的事物。
20.术语“与
……
耦接”被定义为通过居间部件直接或间接地连接，并且连接不一定限于物理连接，而是适应如此描述的部件之间的数据传递的连接。术语“基本上”被定义为基本符合特定尺寸、形状或其他基本上进行修改的词，使得部件无需精确。例如，基本上圆柱形意味着对象类似于圆柱体，但可以与真正的圆柱体有一个或多个偏差。
21.图1详述了实施混合冷却系统的服务器组件。服务器组件100可以具有外壳102，该外壳102可操作以将印刷电路板(pcb)104接收在其中。pcb 104可以具有一个或多个处理器插槽106，一个或多个处理器插槽可操作以接收一个或多个处理器，诸如，一个或多个中央处理器单元(cpu)(在图2中更清晰地示出)、一个或多个图形处理单元(gpu)108等，一个或多个处理器可以设置在一个或多个处理器插槽上。
22.一个或多个处理器插槽106中的每一者可以具有与其耦接的混合冷却板108。混合冷却板108可操作以将接收在处理器插槽106中的cpu和/或gpu产生的热量从中抽走。
23.pcb 104可以靠近外壳102的前表面110。前表面110可以是服务器外壳102的空气入口，从而在服务器组件100内的任何热吸收之前，将环境空气提供给其中的处理器插槽106和一个或多个cpu和/或gpu。cpu和/或gpu可以是服务器组件100内的最高瓦数和最高温度产生部件，因此需要最大的冷却需求。将cpu和/或gpu布置在前表面110附近可以提高混合冷却系统150的热效率和冷却能力。
24.服务器组件100可以具有与pcb 104相邻布置的多个风扇112。虽然图1示出了五个风扇112，但是根据服务器外壳102的布置和/或大小，实施任何数量的风扇112也在本公开的范围内。在至少一个实例中，每个风扇112是76毫米(mm)x56mm反转直流(dc)轴流式风扇。每个风扇112的大小和形状可以设计为，根据服务器外壳102形状因子来最大化服务器组件100内的空气流动和冷却能力。
25.散热器114可以与多个风扇112相邻布置。多个风扇112可以布置成产生穿过散热器114的气流，从而允许散热器向服务器组件100内的气流排热。散热器114可以具有接收在其中的工作流体，以用于吸收热量并且排出热量通过散热器114并使其进入气流中。工作流体可以是具有所期望的传热性质的流体，其包括但不限于水和/或氟利昂。在至少一种情况下，工作流体可以是其中混合有乙二醇的水以防止工作流体冻结，和/或腐蚀抑制剂以防止与工作流体接触的散热器114和/或服务器组件100部件的腐蚀。
26.工作流体可以经由一个或多个泵126(关于图4更详细地描述)移动通过混合冷却系统。入口供给管线123可以向冷却板108提供预定温度的工作流体，并且出口供给管线127可以允许工作流体在接收到热能之后从冷却板108中去除。入口供给管线123可以经由快速连接头125与冷却板108耦接，该快速连接头125允许入口供给管线123和冷却板108之间的可释放的、牢固的流体密封耦接。出口供给管线127可以类似地包括针对冷却板108的快速连接头129。快速连接头125、129可以允许供给管线123、127与冷却板108耦接和分离。在至少一种情况下，快速连接头125、129可以是推入配合式接头。在其他情况下，快速连接头125、129可以具有锁定夹头组件，其将供给管线123、127与冷却板108固定。
27.混合冷却板108、多个风扇112和散热器114可以共同形成混合冷却系统150。混合冷却系统150可以经由混合冷却板108和多个风扇进行动态空气流动冷却和/或经由混合冷却板108和散热器114进行动态液体冷却。
28.服务器组件100可以被布置成在其中接收多个硬盘驱动器(hdd)116、外围部件接口快速(pcie)卡118和/或电源120。多个hdd 116可以与散热器114相邻布置，而pcie卡118可以与多个hdd相邻。pcie卡118可以提供靠近后表面122的各种输入/输出(i/o)耦接端口，从而允许服务器组件100耦接到局域网(lan)、广域网(wan)和/或其他电子设备。
29.后表面122还可以为由多个风扇112产生的通过前表面110的气流提供空气出口。电源120可以靠近后表面122设置，并且可操作以接收输入功率。电源120可以将功率分配给服务器组件的内部部件，其包括但不限于pcie卡118、hdd 116、多个风扇112、gpu 108、cpu 106和/或pcb 104。
30.图2详述了服务器组件的分解图。服务器组件100可以具有两层pcb 104布置，其中在下层1041上具有一个或多个处理器插槽106并且在上层1042上具有一个或多个处理器插槽106。两层pcb 104布置可以允许服务器组件100通过混合冷却系统150增加冷却能力，来使得实现多个处理器插槽106成为可能。
31.两层pcb 104布置上的每个处理器插槽106可以具有与其耦接的混合冷却板108。混合冷却板108可以通过一个或多个流体管线与散热器114流体耦接。两层pcb 104布置还可以通过允许将更多环境空气引入每个处理器插槽并减少处理器插槽106的阴影核心(例如，串联布置)，来提供穿过一个或多个处理器插槽106的增加的气流。
32.如图1和图2中可以了解的，多个风扇112的大小和形状可以设计成基本上覆盖散热器114的可用表面，从而最大化散热器114的效率和冷却能力。多个风扇112可以可操作以产生来自前表面110的穿过一个或多个处理器插槽106的气流，同时还产生穿过散热器114的气流，因此允许散热器114排出工作流体吸收的热量。
33.图3详述了具有混合冷却系统的服务器组件的前视图。服务器组件100可以具有前表面110，前表面110具有形成在其中的一个或多个空气入口124。一个或多个空气入口124可以允许空气通过由多个风扇112产生的压差通过前表面110被吸入到服务器外壳102中。
34.一个或多个空气入口124的大小和形状可设计成使进入服务器外壳102的气流最大化，同时减少微粒(例如，灰尘)进入服务器外壳102中。一个或多个空气入口124可以具有格栅状图案(其由多个竖直和/或水平缝和/或槽形成)或者重复出现的几何图案，诸如六边形。
35.pcb 104可以布置在前表面110的近端，从而使由多个风扇112产生的气流最初穿
过pcb 104和设置在其上的一个或多个处理器插槽106。在至少一种情况下，吸入服务器外壳102中的环境空气维持在低于20℃的温度。
36.图4详述了混合冷却系统内的液体冷却装置的多个风扇、散热器和泵。混合冷却系统150可以包括多个风扇112和散热器114。多个风扇112可以可操作以使气流经过散热器114，因此允许散热器排出由其中的工作流体吸收的热量。
37.散热器114可以具有接收在其中的工作流体并且可操作以从接收在处理器插槽106中的cpu和/或gpu吸收热量。工作流体可以经由将散热器114与混合冷却板108耦接的一个或多个管状构件流过混合冷却系统150(如图1和2所示)。泵126可在工作流体内产生压差，以允许工作流体移动通过一个或多个管状构件、散热器114和混合冷却板108，因此允许混合冷却系统150的液体冷却装置152内的热吸收、传递和排出。
38.图5详述了混合冷却系统的液体冷却装置。散热器114可以设置在pcb 104的至少一部分上方。贮存器128可以设置在pcb 104和散热器114之间。考虑到工作流体的接收在贮存器128内的部分可能是过量的和/或用于增加液体冷却系统的热容量，贮存器128可以可操作以包含至少一部分工作流体。
39.散热器114可以是用于将热能从一种介质传递到另一种介质的热交换器的任何力。散热器114可以可操作以将从工作流体(和混合冷却板)接收的热能传递到服务器外壳内的气流。散热器114中可以具有多个散热器管，以允许工作流体将吸收的热能传递至散热器114。散热器管可以将热量传递至沿散热器管形成的多个翅片。多个翅片可以增加散热器114的表面积并且可操作以将热量释放到服务器外壳102内的环境气流。
40.混合冷却系统150的液体冷却装置152还可以包括一个或多个泵126。一个或多个泵126可以在液体冷却装置152内产生压差，从而允许工作流体在液体冷却装置152内移动。一个或多个泵126可以具有入口和出口，出口压力大于入口压力，这导致工作流体在液体冷却装置内移动和/或流动。
41.在至少一种情况下，一个或多个泵126可以是负压头泵(negative head pressure pump)，其允许液体冷却装置152内的工作流体维持低于大气压力。负压头泵的出口压力可以大于入口压力，出口压力和入口压力分别低于大气压力。由于大气和工作流体之间的固有压差，因此液体冷却装置152内的负压头泵126可以防止工作流体泄漏到服务器组件100中。如果发生了泄漏，大气与负头泵126的入口压力和出口压力之间的压差可以允许工作流体返回到散热器114和/或贮存器，从而防止工作流体不受控制地排放到服务器组件100中。如果发生了轻微泄漏，这种布置可以减少对服务器组件100的一个或多个部件的潜在损坏，同时还通过消除监控和/或关闭液体冷却装置152的需要而降低总体复杂性。
42.图6详述了混合冷却系统的混合冷却板。混合冷却板108可以可操作以具有液体冷却装置152和环境空气冷却装置154两者。混合冷却板108因此可以向与其耦接的cpu和/或gpu提供显著增加的热冷却能力。相比于在仅液体或空气冷却系统中通常可用的瓦数而言，增加的热冷却能力可以允许cpu和/或gpu以更高的瓦数操作。
43.混合冷却板108可以由具有高导热率的任何材料形成，其包括但不限于铜、铝和/或这些材料的合金。
44.混合冷却板108可以具有空气冷却部分130，该空气冷却部分可以包括多个翅片132，多个翅片132可操作以增大向服务器组件100内的环境空气的热能传递。多个翅片132
可以增加混合冷却板108的可用表面积，因此增大热能传递。多个翅片132可以以预定图案横跨混合冷却板108的上表面的整个部分和/或主要部分布置。
45.多个翅片132可以通过垂直地延伸到通过服务器组件102的环境气流中。多个翅片132可以以预定图案布置以将最大表面积暴露于环境空气流动而不阻碍气流。具体参考图6，多个翅片132形成多个通道134，环境空气可以流动通过多个通道134。多个通道134可以优选地至少基本上平行于环境气流的方向。在至少一种情况下，通过服务器组件102的环境气流由导致压差的多个风扇112产生。尽管图6详述了呈基本线性布置的多个翅片132，但是以如下任何预定布置来实施多个翅片132都落入本公开的范围内，该预定布置可操作以最大化用于环境气流的热能传递的表面积。
46.混合冷却板108还可以具有液体冷却部分，该液体冷却部分可操作以增大从混合冷却板108到流经其中的工作流体的热能传递。混合冷却板108可以具有可供工作流体通过的液体入口136和液体出口138。液体入口136可以接收来自散热器114的工作流体，而液体出口将具有吸收了热能的工作流体从混合冷却板108排向散热器114。如图6所示，工作流体可以横向穿过混合冷却板108以最大化从混合冷却板108到工作流体的热能传递。
47.图7详述了混合冷却板的歧管装置。混合冷却板108可以具有形成在其中的歧管装置140。歧管装置140可以包括液体入口136和液体出口138以及在液体入口136和液体出口138之间提供流体连通的多个管道142。液体入口136可以是从散热器114到混合冷却板108的歧管装置140的冷却工作流体。工作流体可以朝向液体出口138经过多个管道142，同时吸收来自混合冷却板108的热能。具有吸收的热能的工作流体可以通过液体出口138离开歧管装置140并返回到散热器114。
48.尽管已经针对一个或多个实施例图示和描述了本公开，但是本领域的其他技术人员在阅读和理解本说明书和附图后将想到等效的改变和修改。此外，虽然已经针对若干实施方式中的仅一个公开了本公开的特定特征，但是该特征可以与其他实施方式的一个或多个其他特征组合，如对于任何给定或特定应用可能是期望的和有利的。
49.本文中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本公开。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有清晰指示。此外，如果在详细的说明书和/或权利要求中使用术语“包含”、“含有”、“具有”、“有”、“带有”或其变体，则此类术语旨在以类似于术语“包括”的方式包含。
50.除非另有定义，本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。此外，除非上文另有说明，如本文所使用的关于规定值或性质的术语“约”、“基本上”和“大约”旨在指示在规定值或性质的20％以内。将进一步理解，术语(诸如在常用词典中定义的那些)应被解释为具有与其在相关领域的上下文中的含义一致的含义并且不会以理想化或过于正式的含义被解释，除非本文明确定义。
51.本公开现在转向图8和图9，其图示了示例性网络设备和计算设备，诸如交换机、路由器、客户端设备、端点、服务器等。
52.图8图示了适合于实现本公开的一个或多个方面的示例性网络设备800。网络设备800包括中央处理单元(cpu)804、接口802和连接器810(例如pci总线)。当在适当软件或固件的控制下动作时，cpu 804负责执行包管理、错误检测和/或路由功能。cpu 804优选地在包括操作系统和任何适当应用软件的软件的控制下完成所有这些功能。cpu 804可以包括
一个或多个处理器808，诸如来自intel x86系列微处理器的处理器。在一些实例中下，处理器808可以是专门设计的硬件，以用于控制网络设备800的操作。在一些实例中，存储器806(例如，非易失性ram、rom等)也构成cpu 804的一部分。然而，存在内存可以与系统耦接的许多不同的方式。
53.接口802通常被设置为模块化接口卡(有时称为“线卡”)。通常，它们控制通过网络的数据包的发送和接收，并且有时还支持与网络设备800一起使用的其他外围设备。可以设置的接口包括以太网接口、帧中继接口、电缆接口、dsl接口、令牌环接口等。此外，可以设置各种超高速接口，诸如如快速令牌环接口、无线接口、以太网接口、千兆以太网接口、atm接口、hssi接口、pos接口、fddi接口、wifi接口、3g/4g/5g蜂窝接口、can总线、lora等。通常，这些接口可以包括适合与适当媒介进行通信的端口。在一些实例中，它们还可以包括独立的处理器，并且在一些情况下，还包括易失性ram。独立处理器可以控制诸如分组交换、媒介控制、信号处理、密码处理和管理之类的通信密集型任务。通过为通信密集型任务提供单独的处理器，这些接口允许主微处理器804有效地执行路由计算、网络诊断、安全功能等。
54.尽管图8所示的系统是根据本技术的一些示例的一种特定网络设备，它绝不是可以实现本技术的唯一网络设备架构。例如，经常使用具有对通信以及路由计算等进行处理的单个处理器的架构。此外，其他类型的接口和媒介也可以与网络设备800一起使用。
55.不管网络设备的配置如何，它都可以采用一个或多个存储器或存储器模块(包括存储器806)，其被配置为存储用于通用网络操作的程序指令以及用于本文所述的漫游、路由优化和路由功能的机制。例如，程序指令可以控制操作系统和/或一个或多个应用程序的操作。一个或多个存储器还可以被配置为存储表，诸如移动性绑定表、注册表和关联表。存储器806还可以保有各种软件容器以及虚拟化执行环境和数据。
56.网络设备800还可以包括专用集成电路(asic)812，其可以被配置为执行路由和/或交换操作。例如，asic 812可以经由连接器810与网络设备800中的其他部件通信，以交换数据和信号并协调网络设备800的各种类型的操作，诸如路由、交换和/或数据存储操作。
57.图9图示了计算系统架构900，其中，系统的部件使用诸如总线的连接器905彼此电通信。示例性系统900包括处理单元(cpu或处理器)910和系统连接器905，该系统连接器905将包括系统存储器915(诸如只读存储器(rom)920和随机存取存储器(ram)925)的各种系统部件耦接到处理器910。系统900可以包括高速存储器的高速缓存器，该高速存储器与处理器910直接连接、紧邻处理器910或集成为处理器910的一部分。系统900可以将数据从存储器915和/或存储设备930复制到高速缓存器912，以用于处理器910的快速访问。以此方式，高速缓存器可以提供避免处理器910在等待数据时延迟的性能提升。这些模块和其他模块可以控制或被配置为控制处理器910执行各种动作。也可以使用其他系统存储器915。存储器915可以包括具有不同性能特性的多种不同类型的存储器。处理器910可以包括任何通用处理器和硬件或软件服务器，诸如存储在存储设备930中的服务器1 932、服务器2 934和服务器3 936，它们被配置为控制处理器910和专用处理器，在专用处理器中，软件指令被合并到实际的处理器设计中。处理器910可以是完全独立的计算系统，包含多个核或处理器、总线、存储器控制器、高速缓存器等。多核处理器可以是对称的或非对称的。
58.为了使用户能够与计算设备900交互，输入设备945可以代表任何数量的输入机构，诸如用于语音的麦克风、用于手势或图形输入的触敏屏幕、键盘、鼠标、运动输入、语音
等。输出设备935也可以是本领域技术人员已知的多种输出机构中的一种或多种。在一些情况下，多模式系统可以使用户能够提供多种类型的输入以与计算设备900通信。通信接口940通常可以支配和管理用户输入和系统输出。对在任何特定硬件装置上的操作没有限制，并且因此针对改进的硬件或固件装置，当它们在开发时，可以很容易地替换这里的基本特征。
59.存储设备930是非易失性存储器并且可以是硬盘或其他类型的可以存储计算机可访问的数据的计算机可读介质，诸如磁带、闪存卡、固态存储设备、数字多功能磁盘、盒式磁带、随机存取存储器(ram)925、只读存储器(rom)920及其混合。
60.存储设备930可以包括用于控制处理器910的服务器932、934、936。可以想到其他硬件或软件模块。存储设备930可以连接到系统连接器905。一方面，执行特定功能的硬件模块可以包括存储在计算机可读介质中的与必要的硬件部件(诸如处理器910、连接器905、输出设备935等)相连接的软件部件，以执行该功能。
61.总之，在一个实施例中，混合冷却服务器组件可以具有印刷电路板(pcb)，该印刷电路板上设置有处理器插槽，并且混合冷却板可以与处理器插槽可操作地耦接。散热器可以具有接收在其中的工作流体并且通过一个或多个管状构件而与散热器和混合冷却板流体连通。一个或多个冷却风扇可以靠近散热器。工作流体可以可操作以从冷却板接收热量并在散热器处排出热量，并且一个或多个冷却风扇可以可操作以产生穿过混合冷却板的气流，从而允许混合冷却板将热能传递到气流。
62.为了清楚地解释，在一些情况下，本技术可以被呈现为包括单独的功能块，这些单独的功能块具有这样的功能块，该功能块包括设备、设备部件、以软件呈现在方法中的步骤或例程、或者硬件和软件的组合。
63.在一些实施例中，计算机可读存储设备、媒介和存储器可以包括包含比特流等的无线信号或电缆。然而，当被提及时，非暂时性计算机可读存储介质明确排除诸如能量、载波信号、电磁波和信号本身的介质。
64.实现根据这些公开的技术和计算功能的设备可以包括硬件、固件和/或软件，并且可以采用多种形状因子中的任一种。此类形状因子的一些示例包括膝上型电脑、智能电话、小型形状因子个人计算机、个人数字助理、机架安装设备、独立设备等。举例来说，在不同的芯片或在设备中所执行的不同处理之间，计算功能还可以体现在外围设备或附加卡和电路板中。
65.尽管使用各种示例和其他信息来解释所附权利要求范围内的方面，但不应基于此类示例中的特定特征或装置来暗示对权利要求的限制，这是由于普通技术人员将能够使用这些示例来推导出各种各样的实施方式。此外，尽管一些主题可能已经以特定于结构特征和/或方法步骤的示例的语言进行了描述，但是应当理解，所附权利要求中定义的主题不一定限于这些描述的特征或动作。例如，这样的功能可以在与本文所标识的部件不同的部件中不同地分配或执行。相反，所描述的特征和步骤被公开为所附权利要求范围内的系统和方法的部件的示例。
66.记载
“……
中的至少一者”的声明语言指示该集合的一个构件或该集合的多个构件满足该声明。例如，记载“a和b中的至少一者”的声明语言意味着a、b，或者a和b。