專利名稱：用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的冷卻劑脈動(dòng)的制作方法
用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的冷卻劑脈動(dòng)
背景技術(shù)：
計(jì)算機(jī)組件，特別是微處理器，可以生成可觀的熱量，該熱量必須從計(jì)算機(jī)中去 除，以免(least)其對(duì)計(jì)算機(jī)組件造成破壞、燒傷用戶或至少導(dǎo)致用戶不適或引燃火災(zāi)。大 多數(shù)計(jì)算機(jī)依靠某形式的冷卻劑流體(典型地為空氣)來去除熱量。最常見的是，冷卻劑 是由風(fēng)扇強(qiáng)迫通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的空氣。該風(fēng)扇一般(for the most part)提供了一致的冷 卻劑流。在一些系統(tǒng)中，可以作為溫度(內(nèi)部溫度或內(nèi)部和外部溫度的組合)的函數(shù)調(diào)節(jié) 冷卻劑流速(flow rate)。一些系統(tǒng)在內(nèi)部溫度低時(shí)關(guān)閉風(fēng)扇并且隨著溫度的增加而使風(fēng) 扇加速。盡管風(fēng)扇被廣泛使用，它們?cè)谌コ裏崃糠矫娌⒉豢偸亲銐蛴行У?。一些系統(tǒng)利用 液體熱交換來補(bǔ)充或取代氣流，但是這可能是昂貴的解決方案。所需要的是，更加有效又經(jīng) 濟(jì)的熱量去除方法。在本文中，描述了相關(guān)技術(shù)以便于理解本發(fā)明。標(biāo)記為“現(xiàn)有技術(shù)”的相關(guān)技術(shù)是 公認(rèn)的現(xiàn)有技術(shù)；沒有標(biāo)記“現(xiàn)有技術(shù)”的相關(guān)技術(shù)不是公認(rèn)的現(xiàn)有技術(shù)。


附圖描繪了本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方式/實(shí)施例而不是發(fā)明本身。圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、刀片服務(wù)器系統(tǒng)的示意性表示和與該系統(tǒng)一起使
用的熱量去除方法的流程圖的組合。注意到在該圖中，風(fēng)扇被繪制成與它們的實(shí)際取向正 、-父。圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的單計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的示意性圖示。
具體實(shí)施例方式在本發(fā)明的過程中，認(rèn)識(shí)到由冷卻風(fēng)扇產(chǎn)生的層流可能留下盲點(diǎn)并限制熱量吸 收。本發(fā)明提供沿著通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的通道的脈動(dòng)(pulsed)冷卻劑流。換言之，冷卻劑流 的速度在相對(duì)較低(或沒有)速度與相對(duì)較高速度之間交替。相對(duì)“平靜的”子周期便于 熱量被空氣吸收，而相對(duì)“多風(fēng)的”子周期有助于減少盲點(diǎn)。在后一種情況下，高速的、更加 湍急的冷卻劑流可以帶走(entrain)(在層流系統(tǒng)中)不太可能被排出的被加熱流體。圖1描繪了刀片(blade)服務(wù)器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)API，其中四個(gè)刀片11、12、13和14被 插入到機(jī)箱15中。盡管可以存在具有(至少)電源線和網(wǎng)絡(luò)電纜的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架固定服務(wù)器， 但是刀片服務(wù)器由于空間、電源和其他考慮而去除了許多組件，同時(shí)仍然具有被認(rèn)為是計(jì) 算機(jī)的所有功能組件。刀片外殼提供多種服務(wù)，比如電源、冷卻、聯(lián)網(wǎng)、各種互連和管理-不 過不同的刀片提供商在關(guān)于刀片本身中(以及有時(shí)總共在外殼中)應(yīng)當(dāng)和不應(yīng)當(dāng)包含什么 的方面具有不同的原則。本發(fā)明提供用于所有這些變型和用于任意數(shù)量的刀片以及其他形 式的模塊化和非模塊化計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的實(shí)施例。刀片11-14包括處理器16、介質(zhì)17(例如，固態(tài)的和基于盤的存儲(chǔ)器)和通信設(shè)備 18 (例如，I/O設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)接口卡)，所有這些都生成熱量。用于這些刀片的功率是經(jīng)由機(jī)箱15提供的。安裝在機(jī)箱15中的六個(gè)風(fēng)扇20提供將冷卻劑吸到刀片11-14中并將冷卻劑從 這些刀片中排出。當(dāng)然，可以使用其他數(shù)量的類型的風(fēng)扇。管21-24將相應(yīng)的刀片11-14 耦合到鄰近風(fēng)扇20定位的公共風(fēng)室(plenUm)27。管和刀片的每個(gè)組合定義了冷卻劑流通 道31-34，其中流動(dòng)的冷卻劑可以接觸計(jì)算機(jī)組件16-18以從中去除熱量。每個(gè)管包括可以在打開位置和關(guān)閉位置之間切換的倉門閥35-38，該打開位置最 低限度地限制冷卻劑流通過相應(yīng)的通道31-34，而該關(guān)閉位置最大限度地限制冷卻劑流通 過相應(yīng)的通道。冷卻劑流控制器39控制閥35-38，從而使得它們以交替的交錯(cuò)模式打開和 關(guān)閉，如圖1中右邊的時(shí)序圖中所示。冷卻劑流控制器39可以經(jīng)由溫度計(jì)19而對(duì)(刀片) 內(nèi)部的溫度作出響應(yīng)并且經(jīng)由環(huán)境溫度計(jì)41而對(duì)環(huán)境溫度作出響應(yīng)。在較冷的溫度下， 風(fēng)扇20可以被關(guān)閉且閥35-38被打開。在中等溫度下，可以提供恒定的冷卻劑流，其中閥 35-38打開。在較高的溫度下，可以使用所述交錯(cuò)模式，其中風(fēng)扇20處于相對(duì)較高的速度。然 后，每個(gè)信道31-34經(jīng)受由較長子周期45的相對(duì)平靜層流分隔的短子周期43的湍急多風(fēng) 條件。在平靜的子周期45的期間，存在足夠的機(jī)會(huì)使熱量被冷卻劑吸收；在多風(fēng)的子周期 43的期間，冷卻劑被迅速移動(dòng)(whisk away)，從而帶走在相應(yīng)的之前平靜的子周期45期間 包含在相對(duì)停滯的容器中的冷卻劑。一般地，多風(fēng)的子周期43應(yīng)當(dāng)比平靜的子周期更短，其比率為2 3或更極端。在 圖1中，該比率為1 4，從而使得一個(gè)閥一直關(guān)閉，但是通過通道31-34的總冷卻劑流基本 恒定。該總冷卻劑流每單位時(shí)間體積的變化量小于每個(gè)通道31-34中冷卻劑流的變化量。 因此，冷卻劑流控制器39可以在不改變風(fēng)扇速度的情況下實(shí)現(xiàn)脈動(dòng)流。冷卻劑流控制器39可以完全關(guān)閉倉門閥35-38以獲得最大湍流(turbulence) 或讓它們稍稍打開使得只要風(fēng)扇20轉(zhuǎn)動(dòng)就一直存在至少最小的冷卻劑流。取代使用閥 35-38，冷卻劑流控制器39可以控制風(fēng)扇20的速度以同步脈動(dòng)所有四個(gè)通道。改變風(fēng)扇速 度以控制冷卻劑流具有以下優(yōu)點(diǎn)它與單個(gè)以及多個(gè)通道一起工作。冷卻劑流控制器39可 以以各種方式脈動(dòng)風(fēng)扇速度和閥位置并且甚至使控制的程度和類型交替變化，從而使得生 成不同的湍流模式。因此，如果一種類型的控制使得某些停滯區(qū)位于適當(dāng)位置，則另一種類 型的控制可能能夠帶走先前停滯的空氣。在圖1的下半部分中示出本發(fā)明的方法MEl的流程圖。在方法片段MSl中，使冷 卻劑流脈動(dòng)以創(chuàng)建具有平靜的和多風(fēng)的子周期45和43的循環(huán)。典型地，多風(fēng)子周期43的 占空比為40%或更少。如果存在多個(gè)通道，則多風(fēng)的子周期可以是通道數(shù)量的倒數(shù)。在相 對(duì)較長的平靜子周期45期間，在方法片段MS2中相對(duì)較慢移動(dòng)的冷卻劑在相應(yīng)的通道中吸 收來自暴露的計(jì)算機(jī)組件的熱量。在相對(duì)較短的多風(fēng)的子周期43期間，熱量與吸收它的冷 卻劑來一起排出。本發(fā)明提供用于產(chǎn)生脈動(dòng)冷卻劑流的可替代裝置。當(dāng)然，可以使用受控的抽入通 道進(jìn)口，而不是在排出口處拉吸(pull)。在平靜周期期間冷卻劑流可以從單個(gè)通道轉(zhuǎn)向并 在進(jìn)入該通道之前被傾倒(dump)。另一種方法是改變通道的橫截面或體積，同時(shí)保持每時(shí) 間恒定體積的冷卻劑流。在圖2中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)AP2具有許多對(duì)應(yīng)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)APl的部分的組件，所以相 同的組件被給予相同的數(shù)字。系統(tǒng)AP2避免了系統(tǒng)APl的閥而使用相對(duì)的擋板60，所述擋板60以音頻亞低音揚(yáng)聲器的方式工作。每個(gè)擋板包含框架61、線圈63和擋板膜65。氣流 控制器67正弦地驅(qū)動(dòng)這些擋板60以改變風(fēng)室27中的壓力。這使得擋板膜65朝向彼此往 里移動(dòng)而不是遠(yuǎn)離彼此向外移動(dòng)；這又周期性地改變了風(fēng)室27的有效體積，這進(jìn)而使得風(fēng) 室27中的空氣壓力周期性變化。當(dāng)風(fēng)扇速度恒定時(shí)，每時(shí)間體積中的冷卻劑的量保持恒定，因此冷卻劑流動(dòng)的速 度隨著通道體積而改變。氣流控制器67控制該體積以交替改變服務(wù)器刀片11-14內(nèi)的平 靜的和湍急的子循環(huán)。這具有以下效果允許熱量在平靜的子周期期間被吸收并且使得停 滯的被加熱冷卻劑在湍急的子周期期間被帶走以排出。擋板60被同步驅(qū)動(dòng)，從而使得它們 的運(yùn)動(dòng)相反，從而最小化了對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)AP2的凈運(yùn)動(dòng)。脈沖周期或信號(hào)頻率可以根據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、組件的熱特性和環(huán)境條件 而變化。一般地，足夠的平靜時(shí)間應(yīng)當(dāng)被分配以容許吸收熱量，但是不應(yīng)當(dāng)如此長以致熱量 不可接受地累積。足夠的時(shí)間應(yīng)當(dāng)被分配給多風(fēng)的子周期以允許空氣或其他冷卻劑的完全 交換，但是不應(yīng)長得太多，從而使得不會(huì)浪費(fèi)吸收熱量的機(jī)會(huì)。基線流量(例如，在平靜子 周期期間的流速)越高，沒有熱累積的平靜子周期可以越長。一般地，所述頻率可以是處于 從0. OlHz到IOOHz的任何地方。如從圖1和圖2的比較中可以發(fā)現(xiàn)的，可以使用多種形狀。 為了最小化射頻噪聲的目的，來自正弦波形的噪聲容易被過濾。盡管冷卻劑可以是空氣(特別是對(duì)于其中沒有包含冷卻劑氣體的系統(tǒng))，但是可 以使用其他流體，包括當(dāng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中熱量被吸收時(shí)變相的其他氣體、液體和流體。被加 熱的排出空氣可以被傾倒到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)APl周圍的環(huán)境空氣中。然而，這可以加熱環(huán)境空 氣并且降低其冷卻能力?？梢岳缡褂每照{(diào)或熱交換來冷卻環(huán)境空氣，從而使得它保持其 冷卻效力?？商娲?，空氣或其他冷卻劑氣體可以包含在封閉的系統(tǒng)中，其中使用計(jì)算機(jī) AP2外部的熱交換器來去除熱量。在一些多通道的實(shí)施例中，比如圖1的實(shí)施例，通過單獨(dú)通道的冷卻劑流可以顯 著變化，即使通過這些通道的總冷卻劑流總起來說保持基本恒定。當(dāng)然，總流仍然可能發(fā)生 某種變化。然而，一般地，總體積流量(volume-rate flow)的變化量可以小于單獨(dú)通道的 體積流量的變化量。平靜周期可以涉及正冷卻劑流(在與排出相同的方向)、負(fù)冷卻劑流(例如，通過 相同端口的進(jìn)入和排出，像呼吸一樣)或零冷卻劑流。零冷卻劑流可以通過關(guān)閉進(jìn)入和/ 或排出開口實(shí)現(xiàn)。負(fù)冷卻劑流可以通過反轉(zhuǎn)風(fēng)扇方向(或者通過改變風(fēng)扇刀片的旋轉(zhuǎn)方向 (例如，順時(shí)針相對(duì)于逆時(shí)針)或通過將風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)180°使得它們朝向相反的方向)來實(shí) 現(xiàn)。本發(fā)明可以應(yīng)用于各種類型的刀片系統(tǒng)、其他類型的包括機(jī)架固定系統(tǒng)的模塊化計(jì)算 機(jī)系統(tǒng)、自支撐計(jì)算機(jī)等等。本發(fā)明提供了針對(duì)所示出的實(shí)施例的這些和其他修改以及變 型，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求定義。
權(quán)利要求
一種冷卻計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的方法，包括重復(fù)地使冷卻劑脈動(dòng)通過暴露于熱生成計(jì)算機(jī)組件的第一通道，所述脈動(dòng)涉及零或相對(duì)較低的基線冷卻劑流速，其重復(fù)漂移到相對(duì)較高的排出冷卻劑流速。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述基線冷卻劑流速為非零。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述脈動(dòng)涉及控制所述組件和與所述第一通道流體 連通的風(fēng)扇之間的閥。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述脈動(dòng)涉及改變與所述通道流體連通的風(fēng)扇的速度。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述漂移以小于40%的占空比發(fā)生。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述漂移以0.01到10秒之間的平均周期重復(fù)發(fā)生。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中存在多個(gè)具有暴露的熱生成計(jì)算機(jī)組件的通道，對(duì) 于每一個(gè)所述通道，所述脈動(dòng)涉及零或相對(duì)較低的基線冷卻劑流速，其重復(fù)漂移到相對(duì)較 高的排出冷卻劑流速，所述脈動(dòng)在通道上是交錯(cuò)的，從而使得通過所述通道的總冷卻劑流 速的變化比通過所述第一通道的冷卻劑流更小。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括多個(gè)計(jì)算機(jī)，每個(gè)所述計(jì)算機(jī) 包括數(shù)據(jù)處理器、存儲(chǔ)器和通信設(shè)備，每個(gè)所述計(jì)算機(jī)對(duì)應(yīng)于所述通道的相應(yīng)一個(gè)。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述脈動(dòng)涉及改變所述第一通道的體積。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述脈動(dòng)涉及移動(dòng)相對(duì)的隔膜。
11.一種系統(tǒng)，包括結(jié)構(gòu)組件，其定義了與熱生成計(jì)算機(jī)組件接觸的多個(gè)冷卻劑流通道；和用于在所述通道上交錯(cuò)的基礎(chǔ)上引導(dǎo)脈動(dòng)冷卻劑流通過所述通道的裝置。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中通過所述通道的每一個(gè)的總冷卻劑流比通過所述 通道的總冷卻劑流變化更大。
13.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于引導(dǎo)所述冷卻劑流的風(fēng)扇和在相應(yīng)的 通道中用于脈動(dòng)所述冷卻劑流的閥。
14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述閥以在3秒的數(shù)量級(jí)內(nèi)的平均周期在相對(duì)打 開與相對(duì)關(guān)閉的條件之間切換。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述閥中的每一個(gè)處于相對(duì)關(guān)閉條件的時(shí)間平均 小于40%。
16.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中至少其中一個(gè)所述閥處于相對(duì)打開條件的時(shí)間超 過 60%。
17.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包括模塊化計(jì)算機(jī)，每個(gè)模塊化計(jì)算機(jī) 定義了至少其中一個(gè)所述通道。
18.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中每個(gè)所述模塊化計(jì)算機(jī)附接到包含用于引導(dǎo)所述 冷卻劑流的風(fēng)扇的公共機(jī)箱。
19.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述閥是倉門閥。
20.一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，包括熱生成計(jì)算機(jī)組件；流體通道；用于使得冷卻劑氣體流過所述通道以便去除來自所述熱生成組件的熱量的裝置；以及 用于周期性地改變所述流體通道的體積以便改變以恒定體積率流動(dòng)的流體流過所述 通道的速度的裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供使冷卻劑重復(fù)地脈動(dòng)通過暴露于熱生成計(jì)算機(jī)組件的第一通道。該脈動(dòng)涉及相對(duì)較低的基線冷卻劑流速，其重復(fù)漂移到相對(duì)較高的排出冷卻劑流速。
文檔編號(hào)G06F1/20GK101946223SQ200880126791
公開日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2008年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月15日
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