特許 6661735 演算装置における配管配置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6661735

(24)【登録日】2020年2月14日

(45)【発行日】2020年3月11日

(54)【発明の名称】演算装置における配管配置

(51)【国際特許分類】

   G06F 1/20 20060101AFI20200227BHJP

【ＦＩ】

   G06F1/20 C

   G06F1/20 B

【請求項の数】9

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2018-223712(P2018-223712)

(22)【出願日】2018年11月29日

(65)【公開番号】特開2019-204478(P2019-204478A)

(43)【公開日】2019年11月28日

【審査請求日】2018年11月29日

(31)【優先権主張番号】15/989,435

(32)【優先日】2018年5月25日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】508018934

【氏名又は名称】廣達電腦股▲ふん▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】Ｑｕａｎｔａ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｉｎｃ．

(74)【代理人】

【識別番号】100102532

【弁理士】

【氏名又は名称】好宮 幹夫

(74)【代理人】

【識別番号】100194881

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 俊弘

(72)【発明者】

【氏名】陳 朝榮

(72)【発明者】

【氏名】▲黄▼ 玉年

(72)【発明者】

【氏名】徐 榮輝

【審査官】 佐賀野 秀一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−１５７２３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２１３５３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０８７２６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２００２３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２２５５７３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０６Ｆ １／００

Ｇ０６Ｆ １／２０

Ｈ０１Ｆ ２７／０８−２７／２２

Ｈ０２Ｍ ７／００−７／４０

Ｈ０５Ｋ ７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流入空気に対するシャドウアレンジに位置する複数の第１の発熱素子及び複数の第２の発熱素子を有し、前記第１の発熱素子が前記第１の発熱素子に隣接する演算装置の中に位置する演算装置における配管配置において、
一部の前記流入空気が前記第１の発熱素子における後部及び前記第２の発熱素子における前部を流れるようにガイドするための１つ又は複数の第１の配管と、
別の一部の前記流入空気が前記第２の発熱素子における後部を流れ且つ前記第１の発熱素子を流れないように且つ前記第２の発熱素子の前記前部を流れないようにガイドするための１つの第２の配管と、
を含み、
１つ又は複数の前記第１の配管は、複数の配管を含み、前記配管の第１の部分が前記第１の発熱素子の前部をバイパスする、演算装置における配管配置。

【請求項2】

１つ又は複数の前記第１の配管と１つの前記第２の配管は、少なくとも１つの共有壁を共有する請求項１に記載の配管配置。

【請求項3】

前記配管の第２の部分は、前記第２の発熱素子の前記前部と前記第１の発熱素子の前記前部を分離させる１つ又は複数の壁を含み、
前記配管の前記第２の部分は、前記配管の前記第２の部分における空気が前記第１の発熱素子の前記後部へ向かうようにガイドするための少なくとも１つの排気ポートを含む請求項１に記載の配管配置。

【請求項4】

１つの前記第２の配管は、前記配管の前記第１の部分と前記配管の前記第２の部分との間に位置する請求項３に記載の配管配置。

【請求項5】

流入空気に対するシャドウアレンジに位置する複数の第１の発熱素子及び複数の第２の発熱素子を有し、前記第１の発熱素子が前記第１の発熱素子に隣接する演算装置に位置する演算装置における配管配置であって、
一部の前記流入空気が前記第１の発熱素子における後部及び前記第２の発熱素子における前部を流れるようにガイドするための第１の配管と、
別の一部の前記流入空気が前記第２の発熱素子における後部を流れ且つ前記第１の発熱素子を流れないように且つ前記第２の発熱素子の前記前部を流れないようにガイドするための第２の配管と、
また一部の前記流入空気が前記第１の発熱素子における前記後部を流れ且つ前記第１の発熱素子の前部を流れないように且つ前記第２の発熱素子を流れないようにガイドするための第３の配管と、
を含む演算装置における配管配置。

【請求項6】

前記第１の配管と前記第２の配管は、少なくとも１つの共有壁を共有する請求項５に記載の配管配置。

【請求項7】

前記第２の配管と前記第３の配管は、少なくとも１つの共有壁を共有する請求項５に記載の配管配置。

【請求項8】

前記第１の配管は、前記第２の発熱素子の前記前部と前記第１の発熱素子の前記前部を分離させる１つ又は複数の壁を含み、
前記第１の配管は、前記第１の配管における空気が前記第１の発熱素子の前記後部へ向かうようにガイドするための少なくとも１つの排気ポートを含む請求項５に記載の配管配置。

【請求項9】

前記第２の配管は、前記第１の配管と前記第３の配管との間に位置する請求項５に記載の配管配置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の実施例は、冷却を改善するためのシステム及び方法に関し、特に、配管によって下流の素子の冷却を改善するシステム及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

サーバ内の電子装置を動作温度の規格に維持するために、サーバのハウジング内に含まれる電子装置によって生成された熱が原因で温度が上昇した場合、サーバを冷却させる必要がある。一般的に、これらのサーバは、ファン又は空気をサーバに強制的に流す他の装置によって冷却される。

【0003】

ある従来のサーバにおいて、配管設計（ｄｕｃｔｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ）によって、異なる素子を冷却させるための空気の流動を制御する。典型的なサーバ設計において、中央処理装置（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ；ＣＰＵｓ）及び記憶素子は、シャドウアレンジ（ｓｈａｄｏｗ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）及び分離される配管配置によってサーバの中に置かれてよい。つまり、サーバを流れる気流に対し、中央処理装置（ＣＰＵｓ）は、一方が上流にあるが他方が下流にあるように、直列に配置される。類似的に、サーバを流れる気流に対して、記憶素子も、一方が上流にあるが他方が下流にあるように直列に配置されてよい。また、一部の冷却された流入空気が記憶素子のみを通るようにガイドし且つ第２の部分の冷却された流入空気が中央処理装置（ＣＰＵｓ）のみを通るようにガイドするように、配管配置を提供してよい。

【0004】

上流素子が流入空気を予熱したため、このようなタイプの設計に２つの問題が生じる。まず、冷却空気の効率が低下する。つまり、暖かい空気は、比較的に下流の素子を冷却することはできない。次に、余分の電力を使用する。つまり、冷却効率が低下するため、一般的に、冷却効率の低下を克服するように、冷却ファンを加速して気流を増加しなければならない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

相応的に、より多くのエネルギーを著しく使用せずに下流の冷却を改善するように、サーボシステム及び他の演算装置に冷却システムを提供する必要がある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示は、流入空気に対するシャドウアレンジにおける複数の素子配置を含む演算装置に用いられる配管システムにおいて、空気を前記シャドウアレンジにおける後側素子にガイドするための複数の配管を含み、前記シャドウアレンジにおける前側素子がほとんど又は全く前記空気を加熱しない配管システムを提供する。

【0007】

流入空気に対するシャドウアレンジに位置する複数の第１の発熱素子及び複数の第２の発熱素子を有し、前記第１の発熱素子が前記第１の発熱素子に隣接する前記演算装置の中に位置する演算装置における配管配置において、一部の流入空気が第１の発熱素子（例えば、ＣＰＵ）における後部（例えば、リアＣＰＵ４２）及び第２の発熱素子（例えば、メモリ）における前部（例えば、フロントメモリ１４）を流れるようにガイドするための第１の配管と、別の一部の流入空気が第２の発熱素子（例えば、メモリ）における後部（例えば、リアメモリ１６）を流れ且つ第１の発熱素子（例えば、ＣＰＵ）と第２の発熱素子（例えば、メモリ）の前部（例えば、フロントメモリ１４）を流れないようにガイドするための第２の配管と、を含む演算装置における配管配置を提供する。

【0008】

代わりの実施形態において、前記演算装置は、代わりに、一部の流入空気が第１の発熱素子（例えば、ＣＰＵ）における後部（例えば、リアＣＰＵ４２）及び第２の発熱素子（例えば、メモリ）における前部（例えば、フロントメモリ１４）を流れるようにガイドするための第１の配管と、別の一部の流入空気が第２の発熱素子（例えば、メモリ）における後部（例えば、リアメモリ１６）を流れ且つ第１の発熱素子（例えば、ＣＰＵ）と第２の発熱素子（例えば、メモリ）の前部（例えば、フロントメモリ１４）を流れないようにガイドするための第２の配管と、また一部の流入空気が第１の発熱素子（例えば、ＣＰＵ）における後部（例えば、リアＣＰＵ４２）を流れ且つ第１の発熱素子（例えば、ＣＰＵ）の前部（例えば、フロントＣＰＵ４０）と第２の発熱素子（例えば、メモリ）を流れないようにガイドするための第３の配管と、を含む。

【0009】

本発明の上記特徴及びメリットをより分かりやすくするために、下文では、特に、複数の実施例を挙げて、添付の図面に合わせて、下記のように説明する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】従来技術による配管配置を含むサーバを示す側面断面図である。

【図2】本開示による配管配置を含むサーバを示す側面断面図である。

【図3】本開示による配管配置を含むサーバを示す斜視図、部分断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

添付図面を参照して本発明を説明するが、添付図面において同一の数字記号を使用して類似又は等しい素子を指定する。添付図面は、実際的な比例で描かれたものではなく、単に本発明を説明するために提供される。以下、説明用の示例適用を参照して、本発明の複数の態様を説明する。注意すべきなのは、以下、本発明を全面的に理解させるために、数多くの具体的な細部、関係及び方法を述べる。しかしながら、当業者であれば、一つ又は複数の具体的な細部がなくても又は他の方法でも本発明を実施することもできることは容易に見分ける。他の実施例において、本発明を不明確にしないように、既知の構造や操作は詳しく示されていない。ある動作が異なる順序で発生し及び／又は他の動作や事件と同時に発生する場合があるため、本発明は、動作や事件の説明順序により制限されない。また、示された全ての動作や事件の何れも本発明の方法に基づいて実施されるわけでもない。

【0012】

図１（従来技術）に示すように、配管配置は、従来の配管１０を含んでよい。配管１０は、流入空気（ｉｎｃｏｍｉｎｇ ａｉｒ）１２を受けて、サーバ１８の前側１９のフロントメモリ１４及びサーバ１８の後側２２のリアメモリ１６を流れるようにガイドする。特に、配管１０は、まず流入空気１２がフロントメモリ１４を流れるようにガイドする。配管１０は、フロントメモリ１４及び配管１０を流れる他の部分の空気を集めて、冷却空気（ｃｏｏｌｉｎｇ ａｉｒ）２０をリアメモリ１６に提供する。配管１０は、サーバ１８における任意の中央処理装置（ＣＰＵｓ）から離れるように流入空気１２を転向させて、これらの中央処理装置（ＣＰＵｓ）が流入空気１２を加熱することを避ける。隣接する配管（未図示）によって一部の流入空気がフロントメモリ１４及びリアメモリ１６に隣接する中央処理装置（ＣＰＵｓ）を流れるようにガイドしてよい。

【0013】

低電力のストレージ素子と一緒に使用する場合、配管１０は、フロントメモリ１４とリアメモリ１６の効果的な冷却を与えるように、流入空気１２が十分な冷却を維持することを可能にする。しかしながら、新たな高速メモリ技術が電力に対してより高い要求があるため、フロントメモリ１４とリアメモリ１６の各々は、より高い熱を著しく消耗することができる。メモリ電力は、１８ワット（Ｗａｔｔ、Ｗ）となる。これにより、メモリ温度は８５℃（メモリ仕様）よりも高くなる。従って、配管１０に入った流入空気１２は、フロントメモリ１４を流れ且つリアメモリ１６に達する前に、著しく予熱されることができる。配管１０における流入空気１２の予熱により、リアメモリ１６に達する任意の冷却空気２０は、配管１０に入った冷却流入空気１２よりも高い温度を有する。この予熱の流入空気１２は、これにより、リアメモリ１６に達する冷却空気２０の冷却効率を減少させる。次に、この減少した冷却効率は、これにより、リアメモリ１６の温度が操作仕様を超え、且つ更にリアメモリ１６の失効ひいては予想よりも早い故障を引き起こす可能性がある。

【0014】

新たなメモリ技術の従来の冷却配管配置への適用の制限に鑑みて、本開示は、新な配管設計を考え、図２及び図３に示す。図２は、本開示による配管配置を含むサーバを示す側面断面図である。図３は、本開示による配管配置を含むサーバを示す斜視図、部分断面図である。

【0015】

本明細書は、特定タイプの演算装置（即ちサーバ）の実現に対するものであるが、これは理解しやすくするためのものだけである。従って、本開示は、発熱電子装置の任意の演算装置に適用され、発熱電子装置が気流に対してシャドウアレンジの中に設けられる。従って、本開示は、このような演算装置が例えば中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィック処理装置（ｇｒａｐｈｉｃｓ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ；ＧＰＵ）、メモリ及び類似な電子装置等の任意のタイプの素子を含んでよい。

【0016】

図２及び図３に示すように、サーバ１８の配管配置２５は、配管３２、配管３１及び配管３０を含む。それぞれ矢印２６、２７及び２８に示すように、配管３２、配管３１及び配管３０は、流入空気１２を３つの部分に分けることに用いられる。サーバ１８の異なる部分の冷却を与えるように、これらの配管を配置する。

【0017】

まず配管３０を参照されたい。この配管３０は、主にサーバ１８におけるリアＣＰＵの冷却を与えることに用いられる。特に、図３における矢印２８’に示すように、矢印２８で示される部分の流入空気１２は、まず配管３０を流れるようにガイドされ且つ次にリアＣＰＵ４２にガイドされる。配管３０の内面は、気流に必要なガイドを提供するだけでなく、また配管３０を流れる一部の流入空気１２の安定的な流れを促進する。つまり、この部分の流入空気は、まず、フロントＣＰＵ４０（その位置が図３において点線で示される）を流れない径路に従う。このように、フロントＣＰＵ４０を流れないため、この部分の流入空気１２は、少なく予熱され又は全く予熱されない。相応的に、矢印２８’に示すように、次にリアＣＰＵ４２にガイドされる一部の流入空気１２は、冷却後のリアＣＰＵ４２に冷たい空気を提供する。

【0018】

次に配管３２を参照して、この配管は、主にフロントメモリ１４の冷却を与えることに用いられる。また、この配管は、リアＣＰＵ４２の一部冷却を与えることに用いられる。図２及び図３に示すように、矢印２６に示すように、一部の流入空気１２は、まず配管３２を流れるようにガイドされる。フロントメモリ１４を冷却するために、配管３２は、この部分の流入空気１２がフロントメモリ１４を流れるようにガイドすることに用いられる。次に、図３における矢印２６’に示すように、この部分の流入空気１２も排気ポート３３によってリアＣＰＵ４２にガイドされる。配管３２の内面は、配管３２を流れる一部の流入空気１２が安定的に流れるように促進するように配置されてよい。

【0019】

排気ポート３３から排出された空気がフロントメモリ１４によって加熱されてよいが、フロントメモリ１４により加熱される空気の量は、一般的に、フロントＣＰＵ４０により加熱される空気の量よりも小さい。従って、排気ポート３３から排出された空気は、例えばリアＣＰＵ４２のような熱い素子を冷却させるための十分な能力を有してよい。次に、矢印２６’に示すように、排気ポート３３から排出された一部の流入空気１２は、リアＣＰＵ４２の冷却に用いられる。

【0020】

図３に示すように、配管３０の少なくとも１つの部分がフロントＣＰＵ４０に向かう開口部３８を有し、配管３２がこのような開口部（排気ポート３３を除く）を含まず、即ち壁３７を含む。配管３２において、壁３７は、一部の流入空気１２がフロントＣＰＵ４０により加熱されずにフロントメモリ１４を流れるようにガイドされるように設計される。しかしながら、本開示は、ある構造において、配管３２も開口部を有し、又はひいては図３における配管３０のように完全に開くことが考えられる。類似的に、配管３０は、選択的に配管３２と類似するように設計されてよい。つまり、配管３０を流れる一部の流入空気をより冷たく維持するために、壁３６（点線で示される）を提供して配管３０の内部とフロントＣＰＵ４０とを分離させてよい。

【0021】

配管３０及び配管３２に加え、図２及び図３に示すように、配管配置２５は、配管３０と配管３２との間に位置する配管３１を含んでもよい。この配管は、リアメモリ１６の冷却を与えることに用いられる。図２及び図３に示すように、矢印２７に示すように、配置配管３１により、一部の流入空気１２がフロントメモリ１４又は任意のフロントＣＰＵ４０又はリアＣＰＵ４２により予熱されずにリアメモリ１６にガイドされる。従って、リアメモリ１６に達する一部の流入空気１２は、冷却を保持して、リアメモリ１６の効果的な冷却を与える。配管３０及び配管３２のように、配管３１の内面は、空気を安定的にガイドするように配置されてよい。

【0022】

図２及び図３に配管３０、配管３１及び配管３２の特定の配置やサイズを示したが、本開示では、これらの配管の他の配置も制限なく使用してよいことも考えられる。従って、配管の配置やサイズは、冷却しようとする各種の素子のサイズ、サーバ１８における配置、サーバ１８における使用可能空間及び各種の素子の冷却要求に応じて変更しよい。例として、配管３０、配管３１及び配管３２は、図２及び図３において同じ壁を含むように示されるが、他の実施形態において、これらの配管は、異なる壁を含んでよい。他の例において、配管３０、配管３１及び配管３２は、図２及び図３において、実際に平行し且つ互いに隣接する空気径路であるように示されるが、他の実施形態において、これらの配管は、互いに隣接し又は互いに平行する必要がない。

【0023】

ある実施形態において、配管３０、配管３１及び配管３２は、サーバ１８のマザーボード２４に配置される単一のハウジング３５によって定義されてよく、フロントメモリ１４、リアメモリ１６及びリアＣＰＵ４２を支持する。しかしながら、本開示は、配管３０、配管３１及び配管３２が任意の数の素子によって定義されてよいことは考えられる。

【0024】

本明細書に記載の配管の構造の材料は、低熱伝導率材料であってよく、共通の壁（例えば、配管３０と配管３１を分離させる壁３４、及び配管３１と配管３２を分離させる共通の壁３７）の間に介在する任意の熱伝達を最小化する。配管に用いられる適切な材料は、ポリマー及びセラミックを含む。しかしながら、他の実施形態において、２５℃で０．５５ワット／（メートル・度）（Ｗ／（ｍ・Ｋ））又はより低い熱伝導率を有する任意の材料を使用してよい。

【0025】

注意すべきなのは、便利に検討するために、各図面に示す１つ又は複数の素子の表示は既に簡素化される可能性がある。従って、理解すべきなのは、示されるある素子は、個々に示されなく又は表示されない付加部分又は素子を含んでよい。例として、フロントＣＰＵ４０とリアＣＰＵ４２として表示される領域は、実際の処理単位を含んでよいが、又は例えばヒートシンク構造のような他の特徴を含み又はこれに組み込んでよい。従って、本開示については、当業者であれば、本明細書に記載の配管配置によって実作される演算装置が各図面に示され又は表示される素子より多く又はより少ない素子を含んでよいことが認識される。

【0026】

本明細書に使用する用語は、特定の実施例のみを説明するためのものであり、本発明を限定するものではない。本明細書で使用されるように、単数形の「一」（ａ、ａｎ）及び「前記」（ｔｈｅ）は、上下文で別に明確に指示されない限り、複数形も含むことが意図される。また、これらの詳細な説明及び／又は特許請求の範囲において用語「含む」（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ、ｉｎｃｌｕｄｅｓ、ｈａｖｉｎｇ、ｈａｓ、ｗｉｔｈ又はその変形）の範囲が使用され、これらの用語は、類似的な用語「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」を含むことが意図されている。

【0027】

別に定義されない限り、ここに使用される全ての用語（技術用語及び科学用語を含む）は、当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。例えば、辞書に一般的に使用されるような用語は、関連分野の文脈における意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、明確に定義されていない限り、理想化された又は過度に形態的な意味として理解されない。

【符号の説明】

【0028】

１０、３０、３１、３２ 配管
１２ 流入空気
１４ フロントメモリ
１６ リアメモリ
１８ サーバ
１９ 前側
２０ 冷却空気
２２ 後側
２４ マザーボード
２５ 配管配置
２６、２６’、２７、２８、２８’ 矢印
３３ 排気ポート
３４、３６、３７ 壁
３５ 単一のハウジング
３８ 開口部
４０ フロント中央処理装置（ＣＰＵ）
４２ リア中央処理装置（ＣＰＵ）

【図1】

【図2】

【図3】