(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-07-22
(54)【発明の名称】コールドプレート
(51)【国際特許分類】
G06F 1/20 20060101AFI20220714BHJP
G06F 1/16 20060101ALI20220714BHJP
H05K 7/20 20060101ALI20220714BHJP
H01L 23/473 20060101ALI20220714BHJP
【ＦＩ】
G06F1/20 C
G06F1/20 A
G06F1/16 312B
G06F1/16 313
G06F1/16 313Z
H05K7/20 N
H01L23/46 Z
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021569196
(86)(22)【出願日】2020-05-21
(85)【翻訳文提出日】2022-01-14
(86)【国際出願番号】 GB2020051244
(87)【国際公開番号】W WO2020234599
(87)【国際公開日】2020-11-26
(31)【優先権主張番号】1907179.4
(32)【優先日】2019-05-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】520018266
【氏名又は名称】アイスオトープ・グループ・リミテッド
【氏名又は名称原語表記】ＩＣＥＯＴＯＰＥ ＧＲＯＵＰ ＬＩＭＩＴＥＤ
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】エドマンズ，ニール
(72)【発明者】
【氏名】カッシェン，アレクサンダー
(72)【発明者】
【氏名】カディム，ムスタファ
【テーマコード（参考）】
5E322
5F136
【Ｆターム（参考）】
5E322AA01
5E322AA05
5E322DA01
5E322EA07
5E322FA01
5F136CB07
5F136CB08
(57)【要約】
コールドプレートであって、電子デバイスを冷却するための熱インターフェースを提供する表面を有するハウジングと、熱インターフェースによって受け取られた熱が液体冷却剤に伝達されるように、液体冷却剤がチャネルを通って流れるための、表面に近接したハウジング内のチャネルと、ハウジングの外側に延在し、液体冷却剤をチャネルにおよび／またはチャネルから移送するための冷却剤ポートと、を備える、コールドプレート。冷却剤ポートからチャネルへの出口の断面積は、出口におけるチャネルの断面積以下であってもよい。ピンおよび／またはフィンは、冷却剤ポートに隣接するチャネル内に配置されてもよい。冷却剤ポートは、液体冷却剤を表面に垂直な方向にチャネルに出入りさせることができる。冷却剤ポートは、独立した回転流体コネクタを備えることができ、それによって冷却剤ポートに結合されたパイプの方向の調整が可能になる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
コールドプレートであって、ハウジングであって、前記ハウジングの表面は、前記ハウジングに熱的に結合された電子デバイスを冷却するための熱インターフェースを提供するように配置されている、ハウジングと、
前記ハウジング内の、前記表面に近接する少なくとも１つのチャネルであって、前記熱インターフェースによって受け取られた熱が液体冷却剤に伝達されるように前記液体冷却剤が前記チャネルを通って流れるように構成されている、少なくとも１つのチャネルと、
前記ハウジングの外側に延在し、液体冷却剤を前記少なくとも１つのチャネルにおよび／または前記少なくとも１つのチャネルから移送するための冷却剤ポートと、を備え、
（ａ）前記冷却剤ポートから前記少なくとも１つのチャネルへの出口の断面積は、前記出口における前記少なくとも１つのチャネルの断面積以下である、（ｂ）ピンおよび／またはフィンは、前記冷却剤ポートに隣接する前記少なくとも１つのチャネル内に配置されて、前記少なくとも１つのチャネルに入る液体冷却剤が前記表面に平行な平面内の全ての方向に流れるようにする、（ｃ）前記冷却剤ポートは、液体冷却剤を前記表面に垂直な方向に前記少なくとも１つのチャネルに出入りさせるように構成されている、の１つまたは複数である、コールドプレート。
【請求項2】
コールドプレートであって、ハウジングであって、前記ハウジングの表面は、前記ハウジングに熱的に結合された電子デバイスを冷却するための熱インターフェースを提供するように配置されている、ハウジングと、
前記ハウジング内の、前記表面に近接する少なくとも１つのチャネルであって、前記熱インターフェースによって受け取られた熱が液体冷却剤に伝達されるように前記液体冷却剤が前記チャネルを通って流れるように構成されている、少なくとも１つのチャネルと、
前記ハウジングの外側に延在し、液体冷却剤を前記少なくとも１つのチャネルにおよび／または前記少なくとも１つのチャネルから移送するための冷却剤ポートであって、独立した回転流体コネクタを備え、それによって前記冷却剤ポートに結合されたパイプの方向の調整が可能になる、冷却剤ポートと、を備える、コールドプレート。
【請求項3】
前記熱インターフェースを提供するように配置された前記表面が、前記ハウジングの底面であり、前記冷却剤ポートは、前記底面の反対側の前記ハウジングの上面に設けられている、請求項２に記載のコールドプレート。
【請求項4】
前記冷却剤ポートは、前記ハウジングの前記上面に垂直な方向に延在する、請求項３に記載のコールドプレート。
【請求項5】
前記独立した回転流体コネクタは、前記パイプの前記方向を前記ハウジングの前記上面に垂直な軸の周りで最大３６０度まで調整することを可能にする、請求項３または４に記載のコールドプレート。
【請求項6】
前記ハウジングの前記上面は、前記ハウジングの前記上面の他の部分の高さおよび／または形状と異なる高さおよび／または形状を有し、それによって前記冷却剤ポートに結合されたパイプの前記方向の調整が可能になる、請求項３から５のいずれか１項に記載のコールドプレート。
【請求項7】
ピンおよび／またはフィンは前記少なくとも１つのチャネル内に配置される、請求項２から６のいずれか１項に記載のコールドプレート。
【請求項8】
前記冷却剤ポートは、液体冷却剤の全方向性または半径方向の噴射流を促進するように前記ピンおよび／またはフィンに対して配置される、請求項７に記載のコールドプレート。
【請求項9】
（ａ）前記冷却剤ポートは、液体冷却剤を前記表面に垂直な方向に前記少なくとも１つのチャネルに出入りさせるように構成される、（ｂ）前記冷却剤ポートから前記少なくとも１つのチャネルへの出口の断面積は、前記出口における前記少なくとも１つのチャネルの断面積以下である、（ｃ）ピンおよび／またはフィンは、前記冷却剤ポートに隣接する少なくとも１つのチャネル内に配置され、前記少なくとも１つのチャネルに入る液体冷却剤が前記表面に平行な平面内の全ての方向に流れるようにする、の１つまたは複数である、請求項２から８のいずれか１項に記載のコールドプレート。
【請求項10】
前記ピンおよび／またはフィンは、前記熱インターフェースを提供するように構成された前記ハウジングの前記表面に近接する前記少なくとも１つのチャネルの底面から、前記熱インターフェースを提供するように構成された前記ハウジングの前記表面の遠位にある前記少なくとも１つのチャネルの上面まで延在するように構成されている、請求項１または７から９のいずれか１項に記載のコールドプレート。
【請求項11】
前記冷却剤ポートは、液体冷却剤を前記少なくとも１つのチャネルに移送するための第１の冷却剤ポートであり、前記コールドプレートは、前記少なくとも１つのチャネルから液体冷却剤を移送するための第２の冷却剤ポートを備え、ピンおよび／またはフィンは、前記第１の冷却剤ポートおよび／または前記第２の冷却剤ポートに少なくとも隣接する前記少なくとも１つのチャネル内に配置される、請求項１または７から１０のいずれか１項に記載のコールドプレート。
【請求項12】
前記ピンおよび／またはフィンは、前記第１および／または前記第２の冷却剤ポートに隣接する前記少なくとも１つのチャネル内に、規則的で均一に分布したパターンで、および／または前記冷却剤ポートと前記第２の冷却剤ポートとの間の液体冷却剤の妨げられない流れを防止するように配置される、請求項１１に記載のコールドプレート。
【請求項13】
前記ピンおよび／またはフィンは、前記少なくとも１つのチャネル全体にわたって規則的で均一に分布したパターンで配置される、請求項１２に記載のコールドプレート。
【請求項14】
前記ピンおよび／またはフィンは、前記第１および／または第２の冷却剤ポートに隣接する前記少なくとも１つのチャネルの第１の部分に第１のパターンで、および前記第１および／または第２の冷却剤ポートから離間して、前記少なくとも１つのチャネルの第２の部分に第２の異なるパターンで配置される、請求項１２に記載のコールドプレート。
【請求項15】
前記第１の部分の前記少なくとも１つのチャネルの幅は、前記第２の部分の前記少なくとも１つのチャネルの幅よりも大きい、請求項１４に記載のコールドプレート。
【請求項16】
前記第１のパターンは、前記第１の冷却剤ポートと前記第２の冷却剤ポートとの間の液体冷却剤の妨げられない流れを防止するように構成され、前記第２のパターンは、前記第１の冷却剤ポートと前記第２の冷却剤ポートとの間の液体冷却剤の妨げられない流れを可能にするように構成される、請求項１４または１５に記載のコールドプレート。
【請求項17】
前記少なくとも１つのチャネルの前記第１の部分は前記第１の冷却剤ポートに隣接し、前記ピンおよび／またはフィンは、前記第２の冷却剤ポートに隣接する前記少なくとも１つのチャネルの第３の部分に前記第１のパターンで配置され、前記少なくとも１つのチャネルの前記第２の部分は、前記第１の部分と前記第３の部分との間にある、請求項１４から１６のいずれか１項に記載のコールドプレート。
【請求項18】
前記ピンおよび／またはフィンは、ピンの直径またはフィンの幅の少なくとも２倍だけ離間している、請求項１または７から１７のいずれか１項に記載のコールドプレート。
【請求項19】
前記冷却剤ポートは、液体冷却剤を前記少なくとも１つのチャネルに移送するための第１の冷却剤ポートであり、前記コールドプレートは、前記少なくとも１つのチャネルから液体冷却剤を移送するための第２の冷却剤ポートを備え、前記第２の冷却剤ポートは、独立した回転流体コネクタを備え、それによって、前記第２の冷却剤ポートに結合されたパイプの方向の調整が可能になる、先行する請求項のいずれか１項に記載のコールドプレート。
【請求項20】
前記冷却剤ポートは、液体冷却剤を前記少なくとも１つのチャネルに移送するための第１の冷却剤ポートであり、前記コールドプレートは、前記少なくとも１つのチャネルから液体冷却剤を移送するための第２の冷却剤ポートを備え、前記ハウジングは細長く、前記第１および第２の冷却剤ポートは、細長い方向に沿って前記ハウジングの両端に配置される、先行する請求項のいずれか１項に記載のコールドプレート。
【請求項21】
熱インターフェースを提供するように配置された前記表面と前記少なくとも１つのチャネルとの間の前記ハウジング内にヒートパイプまたは蒸気チャンバをさらに備える、先行する請求項のいずれか１項に記載のコールドプレート。
【請求項22】
前記少なくとも１つのチャネルは、複数の平行なチャネルを備え、前記平行なチャネルの各々は、前記冷却剤ポートから延在する、先行する請求項のいずれか１項に記載のコールドプレート。
【請求項23】
前記コールドプレートは、前記液体冷却剤が実質的に液体状態のままであるように構成される、先行する請求項のいずれか１項に記載のコールドプレート。
【請求項24】
液体冷却剤を前記冷却剤ポートにおよび／または前記冷却剤ポートから移送するために、前記冷却剤ポートに結合された可撓性パイプをさらに備える、先行する請求項のいずれか１項に記載のコールドプレート。
【請求項25】
電子機器モジュールであって、モジュールハウジングと、
前記モジュールハウジング内に取り付けられた電子デバイスと、
前記電子デバイスによって生成された熱が前記コールドプレートの前記熱インターフェースを通って伝達されるように、前記電子デバイスに取り付けられた先行する請求項のいずれか１項に記載のコールドプレートと、を備える、電子機器モジュール。
【請求項26】
前記冷却剤ポートにおよび／または前記冷却剤ポートから液体冷却剤を移送するために、前記冷却剤ポートに結合されたパイプをさらに備え、前記モジュールハウジングは開口部を備え、前記パイプは、液体冷却剤が前記モジュールハウジングの外部を流れるように前記開口部を通過する、請求項２５に記載の電子機器モジュール。
【請求項27】
前記モジュールハウジングは、実質的に平面であり、前記ハウジングの前記平面に垂直な高さ寸法を画定し、前記高さ寸法における前記電子デバイスとコールドプレートとを組み合わせたサイズは、前記高さ寸法における前記モジュールハウジングのサイズの少なくとも８０％である、請求項２５または２６に記載の電子機器モジュール。
【請求項28】
前記高さ寸法における前記モジュールハウジングの前記サイズは１ラックユニットである、請求項２７に記載の電子機器モジュール。
【請求項29】
前記電子機器は第１の電子デバイスであり、前記コールドプレートは第１のコールドプレートであり、前記電子機器モジュールは、前記モジュールハウジング内に取り付けられた第２の電子デバイスと、
前記第２の電子デバイスによって生成された熱が前記第２のコールドプレートの前記熱インターフェースを通って伝達されるように、前記第２の電子デバイスに取り付けられた、請求項１から２４のいずれか１項に記載の第２のコールドプレートと、をさらに備える、請求項２５から２８のいずれか１項に記載の電子機器モジュール。
【請求項30】
前記第１のコールドプレートの前記冷却剤ポートおよび前記第２のコールドプレートの前記冷却剤ポートに結合された、前記第１のコールドプレートとの間および前記第２のコールドプレートとの間で液体冷却剤を移送するための配管装置をさらに備え、前記配管装置は、前記第１のコールドプレートとの間および前記第２のコールドプレートとの間で液体冷却剤を直列または並列に移送するように構成される、請求項２９に記載の電子機器モジュール。
【請求項31】
前記電子デバイスは、前記電子機器モジュールがコンピュータサーバモジュールであるように、コンピュータサーバの少なくとも一部である、請求項２５から３０のいずれか１項に記載の電子機器モジュール。
【請求項32】
電子機器システムであって、各々が請求項２５から３１のいずれか１項に記載の複数の電子機器モジュールと、
前記電子機器モジュールの各々との間で液体冷却剤を移送するように構成された配管ネットワークと、
前記配管ネットワークを介して前記電子機器モジュールの各々から液体冷却剤を受け取り、前記受け取った液体冷却剤からの熱を少なくとも１つのヒートシンクに伝達し、それによって前記液体冷却剤を冷却し、前記冷却された液体冷却剤を前記複数の電子機器モジュールに導くように構成された熱交換器装置と、を備える、電子機器システム。
【請求項33】
前記配管ネットワークは、前記複数の電子機器モジュールとの間で直列または並列で液体冷却剤を移送するように構成される、請求項３２に記載の電子機器システム。
【請求項34】
前記複数の電子機器モジュールは複数のラックに配置され、前記電子機器システムは、前記配管ネットワーク内の全ての液体冷却剤を圧送するように構成された単一のポンプをさらに備える、請求項３２または３３に記載の電子機器システム。
【請求項35】
前記電子機器モジュールの数は少なくとも４３である、請求項３４に記載の電子機器システム。
【請求項36】
前記液体冷却剤は、本質的に水を含む、請求項３２から３５のいずれか１項に記載の電子機器システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、コールドプレート、少なくとも１つのコールドプレートを備える電子機器モジュール、および複数のそのような電子機器モジュールを備える電子機器システムに関する。
【背景技術】
【0002】
コンピュータ、サーバ、およびデータ処理（情報技術またはＩＴと呼ばれる）に使用される他の装置内には、プリント回路基板（ＰＣＢ）がある。これらのＰＣＢ上には、中央処理装置（ＣＰＵ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、グラフィカル処理装置（ＧＰＵ）などを含むことができる集積回路（ＩＣ）と呼ばれる小型デバイスがある。これらは全て、一般にチップと呼ぶことができる。
【0003】
ＩＴは、通常、ケース、エンクロージャ、またはハウジング内に収容される。例えば、サーバでは、このエンクロージャは、サーバシャーシと呼ばれることがある。サーバシャーシは、通常、１ＲＵ（１ラックユニット）または１ＯＵ（１オープンユニット）と呼ばれ、１Ｕまたは１ＯＵとも略される、各シャーシの高さを指定するいくつかの業界規格に準拠している。２つの主な規格のうち小さい方が１ＲＵ／１Ｕであり、これは高さが４４．４５ｍｍまたは１．７５インチである。このようなユニットは、ブレードサーバと呼ばれることがある。
【0004】
異なるサーバ製品は、シャーシに対して一度に２つ以上のＲＵ／ＯＵを利用することができ、例えば、２Ｕシャーシは２つのラックユニットを使用する。各サーバシャーシのサイズは、通常、サーバラック当たりの計算能力の量を最大にするために最小に保たれる（サーバラックは、サーバシャーシが追加される主ハウジングである）。
【0005】
通常、ＩＴ上またはＩＴ内で使用されるチップは、空気を使用して冷却される。これは、通常、フィンまたは同様のものがチップ表面と直接、または２つの構成要素間のＴＩＭ（熱インターフェース材料）と接触して配置された、ある種のヒートシンクを含む。ヒートシンクに加えて、各エンクロージャは、一連のファンを使用してエンクロージャを通して空気を引き込み、ヒートシンクから熱を除去し、ヒートシンクをシャーシから放出する。
【0006】
近年、空気による機器の冷却の限界から、発熱チップのピーク性能は抑制されている。技術が数年ごとに同じ性能に対するサイズを半分にするので（ムーアの法則）、チップによって生成される熱は、部品の設置面積が減少するにつれて増加している。このことはまた、ヒートシンクのサイズおよび複雑さの増大を招いている。これは通常、サーバシャーシサイズの増加を意味し、したがって単一ラック内の計算能力を低下させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
したがって、大きな空冷ヒートシンクと比較して、これらの発熱部品を冷却するより効果的な方法が求められることになった。検討された様々な方法は、冷却剤として液体を使用することを含む。これらの液体には、数例を挙げると、誘電流体、鉱油および水が含まれる。液体冷却を使用するいくつかの既存の手法が知られている。例えば、本開示の同一出願人による国際公開第２０１８／０９６３６２号明細書は、浸漬液体冷却手法を記載している。このような手法の性能および効率は高いが、液体冷却剤を保持するために特別なサーバシャーシが必要である。高い性能および効率を有する非浸漬液体冷却剤ベースのシステムを提供することが望ましいであろう。
【課題を解決するための手段】
【0008】
発明の概要
この背景に対して、請求項１または請求項２に記載のコールドプレート、請求項２５に記載の電子機器モジュール、および請求項３２に記載の電子機器システムが提供される。
この背景に対して、請求項１または請求項２に記載のコールドプレート、請求項２５に記載の電子機器モジュール、および請求項３２に記載の電子機器システムが提供される。
【0009】
実施形態では、ハウジング（外側ハウジング）を有するコールドプレートが提供され、その表面は、電子デバイス（チップまたはＩＣなど）を冷却するための熱インターフェースを提供する。この表面は、典型的には、ハウジングの底面である。ハウジング内に表面に近接して少なくとも１つのチャネルが設けられ、液体冷却剤はチャネル（複数可、直列であっても並列であってもよい）を通って流れ、熱インターフェースを通して熱を受け取ることができる。液体冷却剤（水または水ベースであってもよい）は、１つまたは複数の冷却剤ポートを通ってチャネル（複数可）に出入りする。冷却剤ポート（複数可）は、ハウジングの外側に、例えば上面に垂直に延在する。有益なことに、コールドプレートは、動作中に冷却剤が本質的に液体のままであるように、単相用に設計されている。
【0010】
一主要態様では、冷却剤ポートは、スイベルジョイント（スイベルエルボコネクタであってもよく、これらの用語は全て本明細書で同義的に使用される）などの独立した回転流体コネクタを備え、それによって冷却剤ポートに結合されたパイプの方向の調整が可能になる。１つまたは複数の冷却剤ポートは、有益には、ハウジングの上面にある。ハウジングの上面は、例えば、冷却剤ポートから離れるよりも冷却剤ポートの周りで小さい高さを有することによって、冷却剤ポートに結合されたパイプの方向の調整を可能にするように（特にその高さおよび／または形状に関して）構成することができる。冷却剤ポートが（第１の部分が上面にほぼ垂直な方向に延在し、第２の部分が上面にほぼ平行な方向に延在するように）エルボ形状を有する場合、高さの差はエルボ形状の底部（すなわち、第１の部分から第２の部分への移行が開始される場所）にほぼ等しくてもよい。好ましくは、２つの冷却剤ポートが設けられ、１つ（入口冷却剤ポート）は、コールドプレートの外側から（外部パイプなどから）冷却剤を受け取り、それをチャネルに提供するためのものであり、１つ（出口または排出冷却剤ポート）は、チャネル（複数可）から冷却剤を受け取り、外部パイプに移送するためのものである。本明細書の冷却剤ポートを参照して説明される任意の特徴は、両方の冷却剤ポートに適用されてもよい。２つの冷却剤ポートは、好ましくは、細長くてもよいハウジングの両端に設けられる。パイプ、チューブまたはホース（好ましくは可撓性）は、動作中に１つまたは複数の冷却剤ポートに有利に結合される。
【0011】
有利には、スイベルジョイントは、配置における著しい柔軟性、したがってコールドプレートの効率性を可能にする。スイベルジョイントを使用することにより、コールドプレートをエンクロージャ（サーバシャーシなど）内の様々な位置に様々な向きで配置することができる。このようにして、固定冷却剤ポート（複数可）で可能であるよりも、より最適なコールドプレートの配置を提供することができる。好ましくは、スイベルジョイントは、パイプの方向をハウジングの上面に垂直な軸の周りで調整することを可能にし、および／または３６０度の回転自由度を可能にする。特に、コールドプレートは、柔軟な方法で既存のハードウェアの部品上に／その中に設置することができる。接続部を回転させることにより、設置業者は、パイプ、チューブまたはホースがサーバシャーシに出入りするための最も効率的な経路を選択することができる。ノズルまたはコネクタの回転は、既存の構成要素の周りにチューブまたはホースを方向付けるのに役立ち得る。コールドプレートに接続するチューブまたはホースは、既存の構成要素間に方向付けることができるが、コネクタ上の回転は、チューブ上の曲げ半径が過度にきつくなるのを防ぐのにも役立つ。したがって、これらの利点は、性能および効率を向上させる。様々なサイズのコールドプレートは、これを使用して様々な異なるチップまたは発熱部品を冷却することができ、また様々な固定点に機械的に取り付けることができる。
【0012】
別の主要な態様（他の主要な態様または任意の他の態様と組み合わせることができる）では、圧力降下を小さくし、および／またはコールドプレートの外部の配管とコールドプレート内の配管との間に小さい（好ましくは最小の）圧力降下を提供することができる１つまたは複数の特徴が提供される。
【0013】
特に、１つまたは複数の特徴は、以下のうちの１つまたは複数を含む。（ａ）液体冷却剤は、熱インターフェース表面（および／またはチャネルの底面、典型的にはハウジングの熱インターフェース面に近接する底面）に垂直な方向にチャネルに出入りする。（ｂ）冷却剤ポートからチャネルへの出口の断面積は、出口におけるチャネルの断面積以下である（言い換えれば、チャネルの流れ容量は、少なくとも、チャネルへの冷却剤ポート出口の流れ容量と同じ大きさである）。（ｃ）ピンおよび／またはフィンが冷却剤ポート（具体的にはその出口）に隣接するチャネル内に配置されて、少なくとも１つのチャネルに入る液体冷却剤が表面（および／またはチャネルの底面）に平行な平面内の全ての方向に流れるようにする。（ｃ）に関し、冷却剤ポートは、例えば、液体冷却剤の全方向性または半径方向の噴射流を促進するようにピンおよび／またはフィンに対して配置される。これらの各々は、チャネル（複数可）内の、特に第２の冷却剤ポート（コールドプレートの外部出口として機能する）に向かう冷却剤の流れを促進することができる。このようにして、圧力降下を小さくまたは最小化することができる。
【0014】
全ての態様は、現在の空冷ヒートシンクと同じまたは同様の方法で、発熱チップまたは構成要素（電子デバイス）にコールドプレートを取り付けることができる。コールドプレートを同じ取り付け点に後付けすることによって、既存のハードウェアへの製品の採用を容易にすることができる。
【0015】
任意の態様では、ピンおよび／またはフィンは、１つまたは複数のチャネル内に有利に配置される（実際、いくつかの実施形態では、複数のチャネルを画定することができる）。ピンおよび／またはフィンは、チャネルの底面から延在してもよく、より好ましくはチャネルの上面（底面の反対側）まで延在してもよい。ピンおよび／またはフィンは、チャネルの一部または全部内、特に冷却剤ポート（複数可）の周りに配置されてもよい。
【0016】
好ましい実施形態では、ピンおよび／またはフィンは、規則的で均一に分布したパターンで、および／または冷却剤入口として作用する冷却剤ポートと冷却剤出口として作用する冷却剤ポートとの間の液体冷却剤の妨げられない流れを防止するように配置される。そのような構成（複数可）は、チャネル全体にわたって設けられてもよく、またはそのような構成は変化してもよく、そのような構成は、冷却剤ポート（複数可）の周りに設けられ、ピンおよび／またはフィンの異なる構成は、チャネルの中間部分に設けられる（例えば、チャネルの中間部分は、例えばフィンのみを使用して、入口ポートと出口ポートとの間の妨げられない流れを可能にするフィンを有する）。チャネルのこの中間部分のチャネル幅は、ポートの周囲よりも小さくてもよい。
【0017】
いくつかの実施形態では、ピンおよび／またはフィンは、（ピン中心からピン中心まで測定して）少なくとも１ｍｍ～８ｍｍ、より好ましくは３ｍｍ～５ｍｍ、最も好ましくは３．５ｍｍ～４．５ｍｍだけ離間している。実施形態では、ピンおよび／またはフィンは、（ここでもピン中心からピン中心まで測定して）ピン直径（またはフィンの幅）の１．５倍（または２倍）から３倍、より好ましくはピン直径の２倍から２．５倍だけ離間している。ピンの直径またはフィンの幅は、１ｍｍ～３ｍｍ、より好ましくは約２ｍｍであってもよい。そのような構成は、コールドプレート全体で低い（または小さくされた）圧力降下を提供し、および／または液体ベースの汚染物質および成長による汚染のリスクを軽減することができる。
【0018】
実施形態では、熱インターフェース面とチャネルとの間のコールドプレートのハウジング内にヒートパイプまたは蒸気チャンバが設けられてもよい。これは、所与のチップまたはＩＣの中央熱流束領域から入口および出口（排出）領域への有効な伝導または拡散を増加（または最大化）させることができる。
【0019】
コールドプレートは、モジュールハウジング（サーバシャーシなど）を備えることができるコンピュータシステムまたはサーバなどの電子機器モジュールの一部を形成することができ、モジュールハウジング内には電子デバイスが取り付けられている。電子デバイスは、例えばＰＣＢ上に実装された１つまたは複数のチップまたはＩＣを備えることができる（実際、電子デバイスは、ＰＣＢの一部または全体を含んでもよい）。コールドプレートは、電子デバイスによって生成された熱がコールドプレートの熱インターフェースを通って伝達されるように、電子デバイスに取り付けられる。モジュールハウジングは開口部を有することができ、それによりコールドプレートの冷却剤ポートに結合された１つまたは複数のパイプが開口部を通過することができ、液体冷却剤がモジュールハウジングの内部と外部との間を流れることを可能にする。
【0020】
モジュールハウジングは、典型的には実質的に平面であり（例えば、細長い直方体形状を有する）、ハウジングの平面に垂直な高さ寸法（Ｚ）を画定することができる（一般に１ラックユニットまたは約４４ｍｍ～４５ｍｍ）。高さ寸法における電子デバイスとコールドプレートとを合わせたサイズは、通常、ハウジングを満たし、一般に、高さ寸法におけるモジュールハウジングのサイズの少なくとも８０％、８５％、９０％または９５％である。言い換えれば、コールドプレートのアセンブリのＺ高さは、発熱構成要素に取り付けられたときに１Ｕのサーバシャーシ内に収まる（ただし、場合によっては１Ｕより大きいサーバシャーシを使用してもよい）。記載されたコールドプレートは、その全体的なサイズが変化し得る。これは、取り付けられるソケットタイプ（固定点）、およびコールドプレートに必要な熱冷却能力に依存し得る。コールドプレートは、空冷ヒートシンクと同じように機能することができるが、通常は、コールドプレートが取って代わる空冷ヒートシンクの減少したＺ高さを超えない。
【0021】
モジュールハウジングの内部には、複数の電子デバイスが設けられてもよい（例えば、同じＰＣＢ上または異なるＰＣＢ上の複数のチップまたはＩＣ）。次いで、複数のデバイスを冷却するために２つ以上のコールドプレートを使用することができ、各コールドプレートは少なくとも１つの電子デバイスに熱的に結合される。
【0022】
配管装置は、好適には、それぞれのコールドプレートとの間で液体冷却剤を移送するために、各コールドプレートの冷却剤ポートに結合される。配管装置は、冷却プレートとの間で液体冷却剤を直列または並列に移送するように構成されることが好ましい。いくつかのコールドプレートを直列に接続し、他のコールドプレートを異なる配置（例えば、直列結合と並列結合との組み合わせ）で並列に接続することが可能である。これは、（スイベルジョイントを使用して）冷却剤ポートを回転させることによってより容易にすることができる。
【0023】
各々が本明細書に記載の一実施形態による複数の電子機器モジュール（例えば、サーバ）を備える電子機器またはサーバシステムも提供することができる。配管ネットワークは、電子機器モジュールの各々との間で液体冷却剤を移送するように構成されてもよい。次いで、熱交換器装置を使用して、配管ネットワークを介して各電子機器モジュールから液体冷却剤を受け取り、受け取った液体冷却剤から少なくとも１つのヒートシンク（例えば、空気または液体であってもよい）に熱を伝達することができる。これにより、熱交換器は、液体冷却剤を冷却することができる。次いで、冷却された液体冷却剤は、複数の電子機器モジュールに（例えば、閉ループ方式で）導かれてもよい。配管ネットワークは、複数の電子機器モジュールとの間で直列または並列で（または直列および並列結合の組み合わせで）液体冷却剤を移送することができる。
【0024】
電子機器モジュール（特に、各々がサーバである場合、例えばブレードサーバ）は、１つまたは複数のラック、好ましくは複数のラックに配置することができる。各ラックは、４２個のそのようなモジュールを保持することができる。次いで、単一のポンプは、配管ネットワーク内の全ての液体冷却剤を全てのモジュールに圧送することができる（これにより、少なくとも４３個のモジュールが提供されるように、複数のラックがいっぱいになることがある）。各モジュールは、液体冷却剤を受け取る少なくとも１つのコールドプレート（および好ましくは複数のコールドプレート）を有することができる。
【0025】
図面の簡単な説明
本開示は、いくつかの方法で実施することができ、ここで、添付の図面を参照して、単なる例として好ましい実施形態を説明する。
本開示は、いくつかの方法で実施することができ、ここで、添付の図面を参照して、単なる例として好ましい実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【図1】本開示によるコールドプレートの一実施形態を概略的に示す図である。
【図5】コールドプレートが内部に取り付けられた例示的なブレードサーバの斜視図である。
【図8A】本開示の一実施形態によるコールドプレートの上面内部図である。
【図11A】第１のさらなる実施形態によるコールドプレートの内部断面図である。
【図12A】第２のさらなる実施形態によるコールドプレートの内部断面図である。
【図13A】既存の単一ラックサーバ冷却システムの概略図である。
【図13B】本開示による単一ラックサーバ冷却システムの概略図である。
【図14】本開示によるマルチサーバ冷却システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0027】
最初に図１を参照すると、本開示によるコールドプレート（またはコールドプレートアセンブリ）の一実施形態が概略的に示されている。これは、後述するように、サーバブレード（または同様のモジュール）での使用に有利である。コールドプレートアセンブリは、コールドプレート２１０（好ましくは一体的に作製される）、スイベルエルボ接続部２００、および入口／出口チューブ２０５を備える。コールドプレート２１０上の固定点２１５も示されている。これらの固定点は、有利には、コールドプレートが取って代わることができる空冷ヒートシンクに見られるものを複製する。スイベルエルボ接続部（またはスイベルジョイント）２００は、以下に説明するように、動作のためにコールドプレートアセンブリを構成する際に特に有用である。
【0028】
コールドプレート２１０の上面は、スイベルエルボ接続部２００の周りで陥凹しており、それにより、陥凹領域におけるコールドプレート２１０の高さは、上面の中央部分よりも低い。これにより、スイベルジョイント２００の回転の自由度がさらに可能になる。
【0029】
図２Ａを参照すると、第１の構成の図１の実施形態の上面図が示されている。スイベルエルボ接続部２００の回転は、特に上面の陥凹部分に関して見ることができ、平面図ではほぼ六角形の形状を有する。この例では、入口および出口ホース／チューブ２０５は、干渉することなくコールドプレートの本体を横切ることができることに留意されたい。
【0030】
図２Ｂを参照すると、第２の構成の図１の実施形態の上面図が示されている。この図では、入口および出口ホース／チューブ２０５は、任意の方向でコールドプレート本体２１０から外方を向いている。やはり、これは、上面の陥凹部分ならびにスイベルエルボコネクタ２００によって可能にされる。
【0031】
したがって、一般的に言えば、ハウジング（一体的に形成されてもよい）を備えるコールドプレートと考えることができ、ハウジングの表面（典型的には平面状）は、熱的に結合された電子デバイスを冷却するための熱インターフェース（伝導面と呼ばれてもよい）を提供するように配置されている。コールドプレートは、ハウジング内で表面に近接する少なくとも１つのチャネルをさらに備える。１つまたは複数のチャネルは、内部チャンバ（複数可）、液体冷却剤（例えば、水、水ベースの冷却剤、水を本質的に含む冷却剤、または高比熱容量液体代替物）を収容するための容積または他の空間で形成されてもよい。１つまたは複数のチャネルは、熱インターフェースによって受け取られた熱が液体冷却剤に伝達されるように、液体冷却剤がチャネルを通って流れるように配置される。任意選択的に、各々が冷却剤ポートから延在する複数の並列チャネルを設けることができる。以下でさらに説明するように、ピンおよび／またはフィンは、好ましくは、少なくとも１つのチャネル内に配置される。
【0032】
コールドプレートはまた、液体冷却剤を少なくとも１つのチャネルにおよび／または少なくとも１つのチャネルから移送するために、ハウジングの外側に延在する冷却剤ポートを備える。冷却剤ポートは、コネクタ、カップリング、ジョイント、または他の同様の構造であってもよい。液体冷却剤を冷却剤ポートにおよび／または冷却剤ポートから移送するために、少なくとも１つのパイプ、ホース、またはチューブ（好ましくは可撓性）を冷却剤ポートに結合することができる。有利には、コールドプレートは、液体冷却剤が実質的に液体状態（すなわち、単相液冷）のままであるように構成される。
【0033】
本開示の一態様では、冷却剤ポートは、スイベルジョイント（またはスイベルエルボコネクタ、これらの用語は全て、本明細書では同義的に使用される）の形態の独立した回転流体コネクタを備え、それによって冷却剤ポートに結合されたパイプの方向の調整が可能になる。独立した回転流体コネクタまたはスイベルジョイントは、コールドプレートの配置の柔軟性を高めることができる。これにより、ユニットまたはシステムに他の変更を加える必要なく、サーバまたは他のコンピュータシステムなどの既存の電子ユニットにコールドプレートを後付けすることができる。コールドプレートは、例えば、空冷ヒートシンクの代わりに収まるように構成されてもよい。
【0034】
好ましくは、熱インターフェースを提供するように配置された表面は、ハウジングの底面である。次いで、冷却剤ポートは、有利には、底面の反対側のハウジングの上面に設けられる。好ましい実施形態では、冷却剤ポートは、ハウジングの上面に垂直な方向（例えば、第１の部分）に延在する。次いで、スイベルジョイントは、冷却剤ポートを異なる方向（例えば、第２の部分）に、典型的にはハウジングの上面に対してより平行またはほぼ平行に延ばすことができる。これは、例えば、第１の部分と第２の部分との間に湾曲した部分を有するエルボ形状と呼ぶことができる。好ましくは、スイベルジョイントは、パイプの方向をハウジングの上面に垂直な軸の周りで調整することを可能にする。特に、スイベルジョイントは、パイプの方向を、特にハウジングの上面に垂直な軸の周りで、少なくとも９０度、１８０度、２７０度、好ましくは３６０度まで（およびそれを含む）調整することを可能にすることができる。したがって、スイベルコネクタは、冷却剤ポートの完全な回転自由度を可能にすることができる。
【0035】
ハウジングの上面は、冷却剤ポートに結合されたパイプの方向の調整を可能にするように（例えば、その高さおよび／または形状に関して）構成されてもよい。特に、上面の高さおよび／または形状は、ハウジングの上面の他の部分（特に２つの冷却剤ポートの場合、上部冷却剤ポート間の上面の中央部分）の高さおよび／または形状と異なっていてもよく、それによって冷却剤ポートに結合されたパイプの方向の調整が可能になる。これに関連して、高さという用語は、（典型的には平面である底面に垂直な方向における）底面と上面との間の距離を指すことができる。高さの差は、例えば以下に説明するように、冷却剤ポートの形状および寸法を反映することができる。
【0036】
好ましい実施形態は、冷却剤ポートから離れた部分よりも冷却剤ポートの周りの部分の高さが低い上面を有する。上述したように、冷却剤ポートが（第１の部分が上面にほぼ垂直な方向に延在し、第２の部分が上面にほぼ平行な方向に延在するように）エルボ形状を有する場合、高さの差は、冷却剤ポートの、コールドプレートハウジングの上面からエルボ形状の基部または底部まで延在する部分のほぼ長さであり得る。
【0037】
原則として、単一の冷却剤ポートは、チャネルへの液体冷却剤の入口とチャネルからの液体冷却剤の出口の両方を提供することができる。好ましい実施形態では、複数の冷却剤ポートが使用される。次いで、冷却剤ポートは、液体冷却剤を少なくとも１つのチャネルに移送するための第１の冷却剤ポートである。コールドプレートは、少なくとも１つのチャネルから液体冷却剤を移送するための第２の冷却剤ポートを備えてもよい。本明細書の単一の冷却剤ポートに関して説明される任意の特徴は、複数の冷却剤ポートのいずれにも適用し得る。実施形態では、ハウジングは細長く、第１および第２の冷却剤ポートは、細長い方向に沿ってハウジングの両端に配置され、これにより、熱インターフェース面を横切る液体冷却剤の流れを促進し、および／またはコールドプレートの柔軟な配置を助けることができる。追加的または代替的に、第２の冷却剤ポートは、（第１の冷却剤ポートと同様に）スイベルジョイントを備えることができ、これにより、第２の冷却剤ポートに結合されたパイプの方向の調整が可能になる。各々がスイベルジョイントを有する２つの冷却剤ポートを設けることにより、コールドプレートを互いに結合する可能性を含む、コールドプレートを結合する改善された方法を可能にすることができる。
【0038】
この構造の別の重要な利点は、複数のそのようなコールドプレートを一緒に使用する能力である。図３Ａを参照すると、第１の直列構成の図１の実施形態による２つの結合されたコールドプレートの上面図が示されている。ここで、コールドプレートは互いに水平に配置され、スイベルエルボ接続部２００はそれに応じて調整され、チューブ／ホース２０５が両者を接続する。図３Ｂを参照すると、第２の直列構成の図１の実施形態による２つの結合されたコールドプレートの上面図が示されている。コールドプレートは、互いに垂直に配置される。スイベルエルボ接続部２００は、チューブ／ホース２０５が別のスイベルコネクタの周りを途中で湾曲することを可能にする。図３Ｃを参照すると、第３の直列構成の図１の実施形態による２つの結合されたコールドプレートの上面図が示されている。ここでは、コールドプレートは、互いに斜めに配置される。スイベルエルボコネクタ２００は、チューブ／ホース２０５が両者を接続した状態で互いに４５度の角度を成している。
【0039】
次に、図４Ａを参照すると、図４Ａは、並列構成または並列供給の図１の実施形態による２つの結合されたコールドプレートの上面図を示す。コールドプレートの入口２２０ａは、コールドプレートに並列に供給するように分割されている。出口２２０ｂは、分割された後に合流して、コールドプレートに並列に供給する。
【0040】
本明細書で使用される一般的な用語を参照すると、電子デバイスは第１の電子デバイスであってもよく、コールドプレートは第１のコールドプレートであってもよい。ここで、第２の電子デバイスが設けられてもよい。その場合、第２の電子デバイスによって生成された熱が第２のコールドプレートの熱インターフェースを通って伝達されるように、本明細書で開示される（任意のタイプの）第２のコールドプレートを第２の電子デバイスに取り付けることができる。次いで、第１のコールドプレートの冷却剤ポートおよび第２のコールドプレートの冷却剤ポートに、第１のコールドプレートとの間および第２のコールドプレートとの間で液体冷却剤を移送するための配管装置が有利に結合される。好ましい実施形態では、配管装置は、第１のコールドプレートとの間および第２のコールドプレートとの間で液体冷却剤を直列または並列に移送するように構成される。
【0041】
コールドプレートのサイズは、冷却される構成要素または装置のサイズに一致することができる。次に図４Ｂを参照すると、図１の実施形態の第１の変形例によるコールドプレートの上面図が示されている。これは、より小さな構成要素を冷却するためのより小さなコールドプレートである。図４Ｃを参照すると、図１の実施形態の第２の変形例によるコールドプレートの上面図が示されている。これは、より大きなサイズの構成要素を冷却するためのより大きなサイズのコールドプレートである。
【0042】
ここで、コールドプレートが取り付けられた例示的なブレードサーバの斜視図を示す図５を参照する。他の図面に示されているものと同じ特徴を示す場合、同じ参照番号が使用されている。この例では、１ＲＵサーバシャーシ２４５が示されており、１ＲＵサーバシャーシ２４５内のＰＣＢ２４０（マザーボード）上に２つのコールドプレート２１０のセットがある。ＰＣＢ２４０上には、ＲＡＭスティック２２５（ここでは一列に示されている）、コンデンサ２３５（同じく一列に示されている）、およびＩ／Ｏコネクタ（図示せず）などの他の構成要素がある。既存のそのようなユニットでは通常のように、シャーシ２４５から熱を除去するファン２３０がサーバシャーシ２４５の背面に設けられている。Ｉ／Ｏ ２５０は、基板の前面に設けられている。これらの構成要素は、ＵＳＢ、ＱＳＦＰ、イーサネットポートなどであり得る。
【0043】
図から分かるように、コールドプレート２１０上のスイベルノズル２００を回転させて、チューブ／ホースをＲＡＭ２２５およびコンデンサ２３５などの既存の構成要素の周りに最適に向けることができる。２２０ａおよび２２０ｂに示されているような入口チューブおよび出口チューブは、サーバシャーシ２４５の既存の開口部、例えば、示されているようなＰＣＩＥカードスロットを通過する。
【0044】
ここで図６を参照すると、図５の実施形態の側面図が示されている。コールドプレートは、発熱チップの上部のＰＣＢ（例えば、マザーボード）２４０に取り付けられている。また、コールドプレートが１ＲＵサーバの高さ内に収まることも示されている。シャーシ２４５の基部２６５は、その上にＰＣＢ２４０が取り付けられた状態で示されている。コールドプレート２１０が冷却している発熱チップ２５５はＰＣＢ２４０上にあり、発熱チップ２５５とコールドプレート２１０との間には、ギャップパッドまたは熱ペーストなどの熱インターフェース材料（ＴＩＭ）２７０がある。シャーシ蓋２６０とシャーシ基部２６５との間の距離は、１ＲＵとして示されている。
【0045】
ここで図７を参照すると、図６の拡大部分（具体的にはその左側）が示されており、コールドプレートの内部詳細が断面で概略的に示されている。この例では、スイベルノズル２００は、アセンブリが１ＲＵサーバシャーシ内に収まるように、下部セクションでコールドプレートに取り付けられている。ノズル２００は、説明を容易にするために、コールドプレートの上を向いている。ピン２７５はコールドプレートの内側に設けられ、ピン２７５は２つの異なる高さ部分を有する。ピン２７５は、熱伝達を促進する。コールドプレートモジュールの端部に入口ポートおよび排出ポートを配置すると、ピン２７５の高さが減少する可能性がある。
【0046】
したがって、本開示の別の一般化された態様は、電子機器モジュール（例えば、コンピュータおよび／またはサーバモジュールあるいはユニット、例えば、サーバブレード）を考慮することができる。電子機器モジュールは、モジュールハウジング（サーバシャーシなど）、モジュールハウジング内に取り付けられた電子デバイス（例えばコンピュータサーバの一部などのＰＣＢ上に実装された１つまたは複数のチップまたはＩＣを備えることができる）、および電子デバイスに取り付けられた本明細書に開示されているようなコールドプレートを備える。このようにして、電子デバイスによって生成された熱は、コールドプレートの熱インターフェースを通って伝達され得る。電子デバイスがＰＣＢ上に取り付けられる場合、コールドプレートはまた、コールドプレートの熱インターフェース面と電子デバイスの放熱面との間の構造的および／または熱的接続のために、（例えば、ねじ、ボルトまたは同様の固定具を使用して）ＰＣＢに取り付けられてもよい。
【0047】
好ましくは、冷却剤ポートにおよび／または冷却剤ポートから液体冷却剤を移送するために、パイプ（またはチューブまたはホース）がコールドプレートの冷却剤ポートに結合される。好ましい実施形態では、モジュールハウジングは（例えば、ドーターカードスロットまたは周辺接続開口部などの電子デバイスまたは補助構成要素とのインターフェースまたはワイヤベースの通信を可能にするための）開口部を備える。次いで、パイプは、液体冷却剤がモジュールハウジングの外部ならびにモジュールハウジングの内部（ただし、典型的にはパイプおよびコールドプレート内のみ）を流れるように、開口部を通過することができる。
【0048】
コールドプレートは、典型的には、標準的なモジュールハウジング、特にそのようなサーバシャーシ内に収まる。モジュールハウジングは、実質的に平面であってもよい（例えば、サーバブレードの場合）。その場合、モジュールハウジングは、ハウジングの平面に垂直な高さ寸法、例えば１ラックユニット（４４ｍｍ～４５ｍｍ、より具体的には約４４．４５ｍｍまたは１．７５インチ）を画定することができる。高さ寸法における電子デバイスとコールドプレートとを合わせたサイズは、有利には、高さ寸法におけるモジュールハウジングのサイズの少なくとも８０％（または８５％、９０％または９５）である。
【0049】
好ましい実施形態では、第２の電子デバイスによって生成された熱が第２のコールドプレートの熱インターフェースを通って伝達されるように、第２の電子デバイスがモジュールハウジング内に取り付けられ、（本明細書に開示される任意のタイプの）第２のコールドプレートが第２の電子デバイスに取り付けられる。
【0050】
次に、本開示によるコールドプレートの他の態様について説明する。特に、コールドプレートが低い背圧をもたらす態様が考慮される。図８Ａを参照すると、本開示の一実施形態による例示的なコールドプレートの上面内部（平面）図が示されている。この図では、明確にするために蓋およびノズルが取り外されている。背圧を低減するために特定された第１の特徴は、その底面および／または上面に垂直な入口および排出ポートをコールドプレートに設けることである。これは、コールドプレートの内部容積（チャネル）の入口領域および排出領域における全方向性の流れを増加させる（そして潜在的に最大化する）ことが分かっている。
【0051】
図８Ａには、冷却剤入口ポート１０４、液体冷却剤出口または排出ポート１０５、冷却剤流れチャネル１０６、およびピン１０９が示されている。この構成は、冷却剤流れ１０６を全方向に分配し、冷却剤がコールドプレートにわたって均一に広がることを可能にする。既存のコールドプレートでは、冷却剤がチャネルおよびバッフルを通って分配され、圧力降下が増大する。
【0052】
背圧を低減する第２の特徴は、内部ピン／フィン装置１０９上の入口ポート１０４および排出ポート１０５を位置合わせすることである。これはまた、コールドプレートモジュール内の流体入口および出口排出点で全方向性または半径方向の噴出流１０６を促進することができる。
【0053】
図８Ｂを参照すると、ノズル１０８、コールドプレート基部１１１、およびコールドプレート蓋１１２を含む、図８Ａの実施形態の側面（断面）図が示されている。これは、ノズル１０８の出口とコールドプレート基部１１１との間の断面積１０７がノズル１０８およびホースの断面積以上である実施形態の第３の有利な特徴を示している。この効果は、圧力降下を小さく（または最小化）するために有効断面積を最大化することである。
【0054】
ピン１０９が基部１１１および蓋１１２に接続されている第４の有利な特徴も示されている。これにより、流れ１０６がピン１０９をショートカットまたは迂回することがないようにすることができる。このようにして、ピン１０９は、以下に説明するように、コールドプレート内の冷却剤流れ１０６を導くことができる。
【0055】
ここで図９を参照すると、さらなる詳細と共に、図８Ａの拡大部分が示されている。これは、ピン（および／またはフィン）１０９が無方向性であり、垂直な入口および排出ポートからの自然な半径方向の流れを可能にする第５の有利な特徴を示す。また、流れ線１１０によって示されるように、ピンを通る視線がない第６の有利な特徴も示している。これは、非線形の流れを促進し、および／または半径方向の流れを促進することができる。これにより、圧力降下も小さくし得る。例えば、ピンは、オフセットされた列またはモザイク状の三角形の間隔で形成されてもよい。このような構成では、隣接する３つのピン（介在する列において、１つの行の２つおよび隣接する平行な行の３番目）の中心間に形成される三角形の角度はそれぞれ６０度であってもよい。
【0056】
第７の有利な特徴もまたこの図面から推測され、具体的には、ピンおよび／またはフィン１０９の間の間隔は、冷却剤の流れを促進し、液体側の汚染物質による汚染および成長のリスクを軽減するように設定され得る。そのような隙間または間隔は、それにより、コールドプレートにわたる圧力降下を小さく（または最小化）しながら、依然として半径方向の流れを促進し、低い熱抵抗を提供する（それによる熱伝達を促進する）。ピンまたはフィンの直径の１．５倍（または１．７５倍）から３倍、より好ましくはピン直径の２倍から２．５倍の間隔（ピンまたはフィンの中心間で測定）が有利であることが分かっている。実施形態では、１．５ｍｍ～３ｍｍ（より典型的には約２ｍｍ）のピンまたはフィン直径が使用されている。実際には、ピン間の隙間（ピン縁部または平坦部から隣接するピン縁部または平坦部まで測定して）は、特に２ｍｍ～２．３ｍｍの直径を有するピンの場合、１ｍｍ～４ｍｍ、またはより好ましくは１．７５ｍｍまたは２ｍｍ～３ｍｍであってもよい。ピンは断面が円形でなくてもよいことに留意されたい。例えば、それらは六角形の断面を有することができる。
【0057】
７つの有利な特徴および相乗的な利点は、これらの有利な特徴のうちの複数のものの組み合わせを通して見ることができるが、それらは個別にまたは任意の組み合わせで使用することができる。
【0058】
したがって、本開示のさらなる一般化された態様は、小さい圧力降下を提供する構成を有する、本明細書に開示された任意のタイプのコールドプレートを考慮することができる。実施形態では、冷却剤ポートは、液体冷却剤を表面に垂直な方向に少なくとも１つのチャネルに出入りさせるように構成されるか、または冷却剤ポートは、液体冷却剤の全方向性または半径方向の噴射流を促進するようにピンおよび／またはフィンに対して配置される。
【0059】
実施形態は、冷却剤ポートから少なくとも１つのチャネルへの出口の断面積が、出口における少なくとも１つのチャネルの断面積以下であることを定義することができる。
【0060】
いくつかの実施形態は、ピンおよび／またはフィンが冷却剤ポートに隣接する少なくとも１つのチャネル内に配置され、少なくとも１つのチャネルに入る液体冷却剤が表面に平行な平面内の全ての方向に流れるようにすることを含むことができる。
【0061】
実施形態では、ピンおよび／またはフィンは、熱インターフェースを提供するように構成されたハウジングの表面に近接する少なくとも１つのチャネルの底面から延在するように構成される。好ましくは、ピンおよび／またはフィンは、熱インターフェースを提供するように構成されたハウジングの表面の遠位にある少なくとも１つのチャネルの上面まで延在するように構成される。
【0062】
複数の冷却剤ポートが設けられる場合、ピンおよび／またはフィンは、第１の冷却剤ポートおよび／または第２の冷却剤ポートに少なくとも隣接する、少なくとも１つのチャネル内に有利に配置される。そのような領域では、ピンおよび／またはフィンは、規則的で均一に分布したパターンで、および／または冷却剤ポートと第２の冷却剤ポートとの間の液体冷却剤の妨げられない流れを防止するように配置されてもよい。例えば、オフセットされ、均一に離隔されたピンの列が設けられてもよい。
【0063】
特定の実施形態では、ピンおよび／またはフィンは、少なくとも１つのチャネル全体にわたって規則的で均一に分布したパターンで配置される。あるいは、ピンおよび／またはフィンは、第１および／または第２の冷却剤ポートに隣接する、少なくとも１つのチャネルの第１の部分に第１のパターンで配置されてもよい。次いで、ピンおよび／またはフィンは、第１および／または第２の冷却剤ポートから離間して、少なくとも１つのチャネルの第２の部分に第２の異なるパターンで配置されてもよい。例えば、第１のパターンはピンから構成されてもよく、第２のパターンはフィンから構成されてもよい。チャネル（ピンまたはフィンを考慮せずに、内部容積によって画定されてもよい）は、第２の部分におけるよりも第１の部分における方が広くてもよい。任意選択的に、第１のパターンは、第１の冷却剤ポートと第２の冷却剤ポートとの間の液体冷却剤の妨げられない流れを防止するように構成され、第２のパターンは、第１の冷却剤ポートと第２の冷却剤ポートとの間の液体冷却剤の妨げられない流れを可能にするように構成される（例えば、直線的に構成されたまたは直線状のフィンを使用することによって）。少なくとも１つのチャネルの第１の部分は、第１の冷却剤ポートに隣接してもよく、ピンおよび／またはフィンはまた、第２の冷却剤ポートに隣接する少なくとも１つのチャネルの第３の部分に第１のパターン（または同様の効果を有するパターン）で配置されてもよい。少なくとも１つのチャネルの第２の部分は、第１の部分と第３の部分との間にあってもよい。
【0064】
特定の実施形態は、（ピンまたはフィンの中心から隣接するピンまたはフィンの中心まで測定して）ピンの直径またはフィンの幅の少なくとも１．７５または２倍、およびピンの直径またはフィンの幅の最大２．５または３倍だけ離間したピンおよび／またはフィンを提供することができる。例えば、ピン間の隙間（ピン縁部から隣接するピン縁部まで測定して）は、２ｍｍの直径を有するピンの場合、１．５ｍｍ～４ｍｍ、またはより好ましくは２ｍｍ～３ｍｍであってもよい。このような間隔は、冷却剤の流れを促進し、液体側の汚染物質からの汚染および成長のリスクを軽減することができる。
【0065】
図１０Ａを参照すると、冷却剤の流れに関するさらなる詳細を有する図８Ａの（平面）上面内部図が示されている。図から分かるように、入口ポートおよび排出ポートの領域のコールドプレートモジュール内のピン／フィン配置は、流れが半径方向に排出することを可能にする（すなわち、全方向性の流れを提供する）１０６。これは、上述したように、規則的なオフセットピン配置に起因し得る。しかしながら、より直線的で平行な流れ領域１１３が、コールドプレートモジュール内のより中央の領域に見られる。
【0066】
中央領域内の流れはより直線的であるため、性能を損なうことなくこの領域内の配置の変形を提供することができる。図１０Ｂを参照すると、冷却剤の流れに関するさらなる詳細を有する図８Ａの実施形態の変形例の上面内部図が示されている。ここで、フィン１１４は、より中央の、線形および／または平行な流れ領域に設けられる。
【0067】
コールドプレートの基部は、熱伝達を促進し、かつ性能を向上させるために強化されてもよい。図１１Ａを参照すると、第１のさらなる実施形態によるコールドプレートの内部断面図が示されており、図１１Ｂを参照すると図１１Ａの実施形態の底部の斜視（等角）図が示されており、図１１Ｃを参照すると、図１１Ａの実施形態の底面（基部）図が示されている。この設計では、埋め込み蒸気チャンバ１１５が示されており、所与のチップの中央熱流束領域から入口領域および排出領域への有効な伝導または拡散を増加させる。
【0068】
図１２Ａを参照すると、第２のさらなる実施形態によるコールドプレートの内部断面図が示されており、図１２Ｂを参照すると図１２Ａの実施形態の底部の斜視（等角）図が示されており、図１２Ｃを参照すると、図１２Ａの実施形態の底面（基部）図が示されている。ここでは、所与のチップの中央熱流束領域から入口領域および排出領域への有効な伝導または拡散を増加させる代替方法として、埋め込みヒートパイプ１１６が示されている。
【0069】
一般的に言えば、コールドプレートは、熱インターフェースを提供するように配置された表面と少なくとも１つのチャネルとの間にヒートパイプまたは蒸気チャンバ（有利にはハウジング内にある）を任意選択的にさらに備えると考えることができる。これにより、熱インターフェースを横切る熱伝達が促進され得る。
【0070】
ここで、既存の単１のラックサーバ冷却システムの概略図が示されている図１３Ａを参照して、小さい圧力降下の利点をより詳細に検討する。このシステムは、サーバシャーシ３００、コールドプレート３２０、水ベースの冷却ループ３３０、マニホールド３４０、冷却分配ユニット（ＣＤＵ）３５０、ヒートシンク３８０を備える。サーバシャーシはラック３１０内に取り付けられてもよく、マニホールド３４０は、他のサーバ（図示せず）との間で冷却剤を導くために使用される。そのような既存の設計では、複数のポンプが設けられる。冷却剤の分配を助けることができる個別のポンプ（すなわち、コールドプレート３２０の高さにあるポンプ）がコールドプレート３２０内に設けられる。マニホールドレベルポンプ３３５もまた、多くのそのような設計で提供される。さらに、設備レベルポンプ３７０が使用される。必要な局所ポンプの使用は、各コールドプレート内の大きい圧力降下に起因して冷却剤を分配するために必要とされる。設備レベルポンプ３７０がＣＤＵ３５０内にあるそのような設計は、ラックレベルＣＤＵとして説明することもできる。ＣＤＵ３５０は、ヒートシンク３８０に熱を伝達するための熱交換器３６０を備える。ヒートシンク３８０は、熱除去ユニットを備えるさらなる冷却剤ループなど、設備に応じて液体ベースまたは空気ベースであってもよい。
【0071】
このように複数のポンプを使用することには様々な欠点がある。これらには以下が含まれる。複数のポンプはコストを増加させる（いくつかの例では、サーバシャーシごとに４つの統合されたコールドプレートポンプが存在する可能性がある）。各ポンプは潜在的な故障点である。各ポンプは電力消費を有し、総電力消費を増加させる。各ポンプは、システム全体で流量のバランスをとるために通信する必要があり、これにより複雑さが増す。設備レベルポンプ３７０は、設備冷却剤を循環させるために依然として必要とされる。ポンプ冗長性は、マニホールドレベルのポンプ３３５またはコールドプレート３２０のレベルでのみ追加することができる。
【0072】
各コールドプレートでの圧力降下を低減することにより、関連する利点を伴ってポンプの数を大幅に減らすことができる。図１３Ｂを参照すると、本開示による単一ラックサーバ冷却システムの概略図が示されている。図１３Ａと同じ特徴が示されている場合、同じ参照番号が使用される。本開示によれば、より小さい圧力降下を有するコールドプレート３９０が提供される。この場合、ラック３１０内の全てのコールドプレート３９０に冷却剤を分配するために、設備レベルポンプ３７０のみが使用される。利点には以下が含まれる。通常の動作に追加のポンプを必要とせずに、冷却剤の全てが、典型的にはＣＤＵ３５０内の単一の設備レベルのポンプによって循環される（ただし、これは必須ではない）。冷却剤の流量は、マニホールド３４０の設計を通じてバランスをとることができる。設備冷却ループにポンプの冗長性を追加するには、１つの追加のポンプのみが必要であり、通常の使用中に動作する必要はない。さらなる利点は、上記の考慮事項を考慮して理解されるであろう。
【0073】
図１４は、本開示によるマルチサーバ冷却システムの概略図である。これは、各ラック４１０について示されているサーバシャーシ４００を示しており、複数のそのようなラック４１０が設けられており、その各々は最大４２個のサーバシャーシ４００を収容することができる。水ベースの冷却ループ４３０は、単一のＣＤＵ４５０を使用して、全てのラックにわたって設けられる。ＣＤＵ４５０は、熱交換器４６０および設備レベルポンプ４７０を含み、ヒートシンク４８０に熱が伝達される。したがって、単一のポンプ４７０を、数百のサーバシャーシ４００を有するシステムで使用することができる。
【0074】
要約すると、一連の利益が、本開示による実施形態によって提供される。これらは、高密度用途（例えば、複数のラック内の１Ｕサイズのサーバ）および超高密度用途における電子機器冷却のためのコールドプレートにおいて特に有利である。コールドプレートモジュールに対して垂直な入口ポートおよび排出ポートを有することにより、入口領域および排出領域における全方向性の流れを最大化することができる。コールドプレートモジュールの端部に入口ポートおよび排出ポートを配置することにより、必要なピンまたはフィンの高さを減らすことができる。ピン／フィン配置の上に入口ポートおよび排出ポートを位置合わせすることにより、コールドプレートモジュール内の流体入口および出口排出点での全方向性または半径方向の噴射流を促進することができる（有効断面積を増大または最大化し、および／または入口および排出の排出圧力降下を低減する）。コールドプレート内の入口領域および排出領域にピン／フィン構成を設けることにより、冷却剤の流れをコールドプレートの中心に向かって直線的かつ平行な流れ領域に半径方向に排出することができる。大きなピン／フィン有効間隙または間隔を設けることにより、液体側の汚染物質からの汚染および成長のリスクを軽減することができる。ヒートパイプまたは蒸気チャンバが埋め込まれたコールドプレート用の強化された基部を使用すると、所与のチップの中央熱流束領域から入口領域および排出領域への有効な伝導または拡散を増加（または最大化）させる。
【0075】
本開示のまたさらなる態様では、１つまたは複数の電子機器モジュール（ブレードサーバまたは他のコンピューティングユニットなど）、好ましくはその各々は本開示によるものである複数の電子機器モジュールを備える電子機器システムが考慮されてもよい。好ましい実施形態では、複数の電子機器モジュールは複数のラックに配置され、各ラックは任意選択的に最大４２個の電子機器モジュールを保持することができる。配管ネットワークは、電子機器モジュールの各々との間で液体冷却剤を移送するように構成されてもよい。次に、熱交換器装置は、配管ネットワークを介して各電子機器モジュールから液体冷却剤を受け取り、受け取った液体冷却剤から少なくとも１つのヒートシンクに熱を伝達するように有利に構成される。これにより、液体冷却剤を冷却することができる。次いで、冷却された液体冷却剤は、複数の電子機器モジュールに導かれ（戻され）てもよい。言い換えれば、複数のコールドプレートにわたる液体冷却剤のために閉ループを設けることができる。配管ネットワークは、複数の電子機器モジュールとの間で直列または（より好ましくは）並列で液体冷却剤を移送するように構成されてもよい。有利には、単一のポンプは、配管ネットワーク内の全ての液体冷却剤を圧送するように構成されてもよい（通常の動作に必要ではないが、冗長性が提供されてもよい）。このポンプは、多数の電子機器モジュール、例えば、少なくとも２０、４０、４３（すなわち、そのうちの少なくとも１つが満杯である２つのラック）、５０、１００、１５０、２００またはそれ以上に、（システム内の他のポンプなしで）液体冷却剤を供給することができる。そのような利点は、本開示によるコールドプレートの使用によって可能であり得る。
【0076】
本開示の追加の態様は、（すでに機能している）電子機器モジュール（サーバなど）に本開示によるコールドプレートを設置する方法を含むことができる。例えば、方法は、電子機器モジュール内の１つまたは複数の電子機器にコールドプレートを固定するステップを含むことができる。一実施形態では、これは、空冷ヒートシンクの代わりにコールドプレートを固定するステップ、または空冷ヒートシンクをコールドプレートで置き換えるステップを含むことができる。さらなる追加の態様では、各々が少なくとも１つのコールドプレートを有する複数の電子機器モジュールを備える電子機器システムを動作させる方法を提供することができる。方法は、各電子機器モジュール内の１つまたは複数の電子機器を冷却するために、（同じおよび／または異なる電子機器モジュール内の）複数のコールドプレートを通して液体冷却剤を圧送するステップを含むことができる。本明細書に開示される任意の装置または構造的特徴に対応する（提供ステップ、設置ステップ、構成ステップ、配置ステップ、使用ステップ、操作ステップ、または同様のステップに関する）方法ステップも考慮され得る。
【0077】
ここでは特定の実施形態を説明してきたが、当業者であれば、様々な修正および変更が可能であることを理解するであろう。例えば、コールドプレートの構造および／または設計は、図示のものとは異なっていてもよい。他の形状および用途も可能である。例えば、（複数の平行な平面を有する）段付き底部（熱インターフェース）表面を使用することができるが、平面が好ましい。
【0078】
本明細書に開示される特徴の全ては、そのような特徴および／またはステップの少なくともいくつかが相互に排他的である組み合わせを除いて、任意の組み合わせで組み合わせることができる。特に、本発明の好ましい特徴は、本発明の全ての態様に適用可能であり、任意の組み合わせで使用することができる。同様に、必須ではない組み合わせで記載された特徴は、別々に（組み合わせではなく）使用されてもよい。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図12A】
【図12B】
【図12C】
【図13A】
【図13B】
【図14】
【国際調査報告】