TW202501199A - 用於計算系統中的功率輸送的結構母線 - Google Patents

Abstract

本發明的方面涉及用於計算系統中的功率輸送的結構母線。該計算系統可以包括多個計算瓦塊和在其上定位有多個計算瓦塊的母線。母線可以為所述多個計算瓦塊提供結構支撐，並向所述多個計算瓦塊提供電功率。在一些實施例中，結構母線還可以向每個計算瓦塊提供冷卻劑。在某些實施例中，結構母線可以向任何合適的電子模組提供功率和電氣支援。

Description

用於計算系統中的功率輸送的結構母線

本發明總體上涉及計算系統中的母線，並且更具體地，涉及結構母線中的集成功率輸送。 相關申請的交叉引用

本申請要求2022年9月30日提交的美國臨時專利申請號63/377,998的權益，該申請的名稱為“具有冷卻劑、功率和信號輸送的集成結構計算平面(INTEGRATED STRUCTURAL COMPUTE PLANE WITH COOLANT, POWER AND SIGNAL DELIVERY)”，其公開內容通過引用整體併入本文並用於所有目的。

某些計算系統可以用於和/或專門配置成用於高性能計算和/或計算密集型應用，諸如神經網路訓練、神經網路推理、機器學習、人工智慧、複雜模擬等。在一些應用中，計算系統可以用於執行神經網路訓練。例如，這種神經網路訓練可以為用於車輛(例如，汽車)的自動駕駛系統、其他自助車輛功能或高級駕駛輔助系統(ADAS)功能生成資料。

在高性能計算系統中，高速連接、合期望的功率性能和密集集成通常是合期望的。

權利要求中描述的創新每個都有幾個方面，其中沒有一個單獨負責其合期望的屬性。在不限制權利要求的範圍的情況下，現在將簡要描述本發明的一些突出特徵。

在一個方面，公開了一種計算系統。該計算系統可以包括多個計算瓦塊。所述多個計算瓦塊中的每個計算瓦塊可以包括多個晶粒和與所述多個晶粒集成的冷卻解決方案。該計算系統可以包括在其上定位有多個計算瓦塊的母線。母線可以被配置成為所述多個計算瓦塊提供結構支撐並向所述多個計算瓦塊提供電功率。

在一個實施例中，母線可以包括功率層和接地層。功率層和接地層可以電氣地連接到所述多個計算瓦塊中的每個計算瓦塊。母線可以包括多個絕緣層。該計算系統還可以包括將多個計算瓦塊電氣地耦合到母線的功率層的第一多個連接器。母線可以包括將多個計算瓦塊電氣地耦合到母線的接地層的第二多個連接器。

在一個實施例中，母線可以包括被配置成向所述多個計算瓦塊中的每一個輸送冷卻劑的集成入口歧管和被配置成從所述多個計算瓦塊中的每一個接收冷卻劑的集成出口歧管。集成入口歧管和集成出口歧管可以各自被定位在母線的層之間。

在一個實施例中，母線可以包括臺階狀邊緣，該臺階狀邊緣的尺寸設置成滑入機櫃結構中並與機櫃結構的側軌接合。

在一個實施例中，所述多個計算瓦塊中的每個計算瓦塊包括晶圓上系統(SoW)，晶圓上系統(SoW)包括所述多個晶粒。

在一個實施例中，冷卻方案包括冷板，該冷板包括被配置成接收冷卻劑的入口埠和被配置成排出冷卻劑的出口埠。

在一個實施例中，母線可以包括被配置成將冷卻劑輸送到所述多個計算瓦塊中的每一個的入口埠的集成入口歧管，以及被配置成從所述多個計算瓦塊中的每一個的出口埠接收冷卻劑的集成出口歧管。集成入口歧管和集成出口歧管可以各自定位在母線的層之間。

在一個實施例中，計算系統可以包括入口歧管和出口歧管，入口歧管定位在母線之上並被配置成將冷卻劑輸送到所述多個計算瓦塊中的每一個的入口埠，出口歧管定位在母線之上並被配置成從所述多個計算瓦塊中的每一個的出口埠接收冷卻劑。

在一個實施例中，計算系統可以包括相對於母線豎直定位的第一主機。第一主機可以被配置成向所述多個計算瓦塊提供資料支援。該計算系統可以包括第二多個計算瓦塊和第二母線，所述第二多個計算瓦塊定位在第二母線上。第二母線可以被配置成為第二多個計算瓦塊提供結構支撐，並向所述第二多個計算瓦塊提供電功率。第一主機可以被定位在母線和第二母線之間。該計算系統可以包括相對於第二多個計算瓦塊豎直定位的第二主機。計算系統可以包括機櫃結構，母線、第二母線、第一主機和第二主機可以定位在該機櫃結構中。

在一個方面，公開了一種用於支撐和電氣連接電子模組的母線。母線可以包括功率層、接地層和多個絕緣層。母線可以被配置成為所述多個電子模組提供結構支撐。母線可以被配置成向所述多個電子模組中的每個電子模組提供電功率。

在一個實施例中，所述多個電子模組包括計算瓦塊。每個計算瓦塊可以包括多個晶粒和與所述多個晶粒集成的冷卻解決方案。

在一個實施例中，母線包括被配置成向每個電子模組提供冷卻劑的集成入口歧管和被配置成從每個電子模組接收冷卻劑的集成出口歧管。

在一個實施例中，所述多個絕緣層包括兩個外絕緣層，功率層和接地層兩者都定位在兩個外絕緣層之間，集成入口歧管被定位在兩個外絕緣層之間，並且集成出口歧管被定位在兩個外絕緣層之間。

在一個實施例中，母線的表面包括到集成入口歧管和集成出口歧管兩者的連接。

在一個實施例中，母線的表面還包括到功率層的連接和到接地層的連接。

在一個實施例中，母線包括區域中的開口，當所述多個電子模組連接到功率層和接地層時，所述多個電子模組定位在所述區域之上。

在一個方面，公開了一種組裝計算系統的方法。該方法可以包括提供包括功率層、接地層和多個絕緣層的母線。該方法可以包括將多個計算瓦塊連接到母線的功率層和接地層，使得多個計算瓦塊中的每個計算瓦塊被佈置成從母線接收結構支撐和電功率。多個計算瓦塊中的每個計算瓦塊可以包括多個晶粒和與多個晶粒集成的冷卻解決方案。

在一個實施例中，所述多個計算瓦塊中的每個計算瓦塊包括晶圓上系統(SoW)，所述晶圓上系統(SoW)包括所述多個晶粒。

在一個實施例中，冷卻解決方案為冷板，並且冷板與SoW集成在一起。

在一個實施例中，連接每個計算瓦塊還可以在同一操作中將每個計算瓦塊連接到母線的集成入口歧管和集成出口歧管。

為了概述本發明的目的，本文已經描述了創新的某些方面、優點和新穎特徵。要理解，根據任何特定實施例，不一定可以實現所有這樣的優點。因此，可以以實現或優化如本文教導的一個優點或一組優點而不一定實現如本文可能教導或暗示的其他優點的方式實施或執行創新。

對某些實施例的以下詳細描述呈現了具體實施例的各種描述。然而，本文描述的創新可以以多種不同的方式實施，例如，如權利要求所限定和覆蓋的。在本說明書中，參考了附圖，其中相同的附圖標記和/或術語可以指示相同或功能相似的元件。將理解，圖中所示的元件不一定是按比例繪製的。此外，將理解，某些實施例可以包括比附圖中所示更多的元件和/或附圖中所示元件的子集。此外，一些實施例可以結合來自兩個或更多附圖的特徵的任何合適的組合。

如上文所討論的，某些計算系統可以用於和/或專門配置成用於高性能計算和/或計算密集型應用，諸如神經網路訓練、神經網路推理、機器學習、人工智慧、複雜模擬等。在一些應用中，計算系統可以用於執行神經網路訓練。例如，這種神經網路訓練可以為用於車輛(例如，汽車)的自動駕駛系統、其他自主車輛功能或高級駕駛輔助系統(ADAS)功能生成資料。

某些計算系統可以包括各種層級水準來執行計算任務。例如，計算系統可以包括電子模組、晶片或晶粒、計算瓦塊、系統托盤和電腦櫃，每個計算瓦塊包括封裝在一起並與一個或多個冷卻解決方案集成的多個晶片或晶粒，系統托盤包括在結構母線上連接的計算瓦塊的陣列，每個電腦櫃包括一個或多個系統托盤。

本發明涉及用於計算系統的新型系統托盤。本文公開的系統托盤可以被配置成用於高性能計算應用。本文公開的系統托盤可以提供高速連接、期望的功率和機械及熱性能、以及密集集成。

圖1A圖示了根據實施例的系統托盤100。如圖所示，系統托盤100包括彼此連接並由結構母線104支撐的計算瓦塊102的陣列。儘管在圖1A中圖示了計算瓦塊102，但是任何合適的電子模組都可以被包括在系統托盤100中並且由結構母線104支撐。結構母線104可以提供結構支撐並將功率輸送到定位在其上的計算瓦塊102。在某些實施例中，每個計算瓦塊102包括晶圓上的系統，該系統包括集成有冷卻解決方案(例如，冷板)的晶粒的陣列。在神經網路訓練應用中，計算瓦塊102可以被稱為訓練瓦塊。計算瓦塊(computing tile)102可以被稱為計算瓦塊(compute tile)。任何合適數量的計算瓦塊102可以在系統托盤100上彼此連接。例如，圖1A圖示了彼此連接的六個計算瓦塊102。系統托盤100可以包括托盤內信號輸送電纜108，以便於每個計算瓦塊102和外部連接集線器(未示出)之間的通信。計算瓦塊102彼此靠近定位，使得瓦塊之間的連接(諸如通過托盤內信號輸送電纜108建立的連接)相對地短，以促進高速連接。系統托盤100可以在相對高的功率下操作，同時保持機械完整性並散發足夠的熱量以在合適的溫度下操作。圖示的系統托盤100支援密集集成。例如，系統托盤100可以支撐相當大的品質，同時保持相對小的高度。

如圖1A所示，系統托盤100可以包括沿著系統托盤100的相對側的長度定位的臺階狀邊緣106。臺階狀邊緣106可以便於將系統托盤100滑入和滑出機櫃，諸如參照圖1B描述的電腦櫃150。系統托盤100可以移入和移出機櫃，以便於功率、資料和/或冷卻劑的盲連接。系統托盤100可以包括手柄110，以便於將系統托盤100移入和移出機櫃。

結構母線104可以包括為計算瓦塊102提供結構和電氣支援的多個層。這些層可以包括絕緣層、一個或多個功率層以及一個或多個接地層。在一個實施例中，結構母線104可以包括五層，諸如功率層、內絕緣層和接地層，它們全部都定位在兩個外絕緣層之間。功率層和接地層可以向計算瓦塊102提供功率。例如，功率層和接地層可以由導電材料製成。絕緣層可以由電絕緣材料製成，使得計算瓦塊102、功率層和接地層除了它們被電氣連接用於功率輸送之外的地方通常是電隔離的。諸如參照圖5A和5B討論的瓦塊功率連接器的瓦塊功率連接器可以將每個計算瓦塊102連接到功率層和接地層。

在一些實施例中，結構母線104可以包括用於將冷卻劑分配到計算瓦塊的集成歧管(圖1A中未示出)。這種集成歧管可用於冷卻結構母線104。在一個實施例中，用於分配冷卻劑的歧管被集成到結構母線104的層中。例如，入口歧管可以集成到功率層中，並且出口歧管可以集成到接地層中。用於分配冷卻劑的歧管可以以任何其他合適的方式集成到結構母線中。例如，在結構母線104的其他層中或作為附加層。

圖1B圖示了根據實施例的電腦櫃150。電腦櫃可以包括系統托盤100、主機152、電源156和機櫃結構154。主機152可以向計算瓦塊102和電腦櫃150提供資料支援。例如，主機152可以實施攝取處理。電源156可以便於向電腦櫃150分配功率。例如，基於電腦櫃150的功率規格，電源156可以包括功率轉換器、電壓和/或電流供給等。機櫃結構154可以包括為系統托盤100、主機152和電源156提供結構支撐的側軌158。例如，系統托盤100的臺階狀邊緣106可以接合側軌158，以便於將系統托盤100滑入和滑出機櫃結構154。

如圖1B所示，電腦櫃150包括在第一主機152之上豎直定位的第一系統托盤100和在第二主機152之上豎直定位的第二系統托盤100。如圖所示，第一主機152可以定位在第一系統托盤100和第二系統托盤200之間。電源156可以被包括在電腦櫃150的頂部和底部處，並且相對於系統托盤100和主機152豎直定位。

結構154的機櫃可以包括與完全插入的系統托盤100、主機152和電源156接合的功率、資料和冷卻劑連接器。例如，完全插入的系統托盤100可以盲連接到功率、資料和冷卻劑連接器。連接器可以便於插入的系統托盤100、主機152和電源156之間的電氣和功率連接。

圖2A-2E是根據實施例的示例系統托盤(諸如系統托盤100)的示意圖。圖2A是示例系統托盤200的橫截面示意圖。系統托盤200的特徵不一定按比例圖示。系統托盤200包括計算瓦塊102、功率層202、接地層204、功率連接器206、接地連接器208、冷卻劑入口歧管210、冷卻劑出口歧管212、冷卻劑輸送軟管214和絕緣層216。在系統托盤200中，結構母線包括功率層202、接地層204和絕緣層216。

功率層202和接地層204可以包括導電材料。功率層202和接地層204可以形成電功率電路。例如，當系統托盤200完全插入到電腦櫃中時，電路可以由功率層202和接地層204形成。絕緣層216可以由電絕緣材料製成。除了計算瓦塊102連接到功率層202或接地層204的地方之外，絕緣層216可以電隔離計算瓦塊102、功率層202和接地層204。

功率層202、接地層204、絕緣層216、功率連接器206和接地連接器208可以形成結構母線，諸如圖1A的結構母線104。結構母線可以為計算瓦塊102提供結構支撐和電功率。例如，功率層202、接地層204和絕緣層216可以結合以形成剛性體。功率連接器206可以將計算瓦塊102電氣地耦合到功率層202。接地連接器208可以將計算瓦塊102電氣地耦合到接地層204。功率連接器206和接地連接器208還可以提供物理耦合，以將計算瓦塊102物理地連接到結構母線。這樣，計算瓦塊102可以在單個連接動作中物理地且電氣地耦合到結構母線。

冷卻劑入口歧管210可以將冷卻劑輸送到系統托盤200中，並且冷卻劑出口歧管212可以將冷卻劑運送出系統托盤200。如將參考圖6C更詳細描述的，計算瓦塊102可以包括冷板，該冷板包括用於將冷卻劑接收到冷板中、在整個冷板中分配冷卻劑以冷卻計算瓦塊102、以及從冷板排出冷卻劑的各種部件。冷卻劑輸送軟管214可以將冷卻劑從冷卻劑入口歧管210運輸到計算瓦塊102，並將冷卻劑從計算瓦塊102運輸到冷卻劑出口歧管212。

圖2B是示例系統托盤230的橫截面示意圖。系統托盤230的特徵不一定按比例圖示。除了圖2A的系統托盤200的部件之外，系統托盤230還可以包括本地功率儲存器232。本地功率儲存器232可以是能量存儲裝置，諸如電池、電容器等，或者可以向系統托盤230提供功率的它們的任何合適的組合。例如，本地功率儲存器232可以向計算瓦塊102提供附加的或替代的電源。本地功率儲存器232可以使用功率連接器206和接地連接器208直接連接到計算瓦塊102，和/或可以連接到功率層202和接地層204。

圖2C-2E圖示了根據實施例的系統托盤250的各種視圖，其中冷卻劑歧管定位在結構母線之上。圖2C圖示了系統托盤250的俯視圖。圖2D圖示了系統托盤250的透視圖。圖2E圖示了省略了計算瓦塊102的系統托盤250的透視圖。

如參考圖1A的系統托盤100所述，系統托盤250可以包括計算瓦塊102、結構母線104、臺階狀邊緣106、托盤內信號輸送電纜108和手柄110。系統托盤250還可以包括冷卻劑入口歧管210、冷卻劑出口歧管212、冷卻劑輸送軟管214、系統托盤資料連接器252、系統托盤功率連接器254、托盤間資料埠282、瓦塊功率連接器292和瓦塊資料連接器294。

如參考圖2A所描述的，冷卻劑入口歧管210、冷卻劑出口歧管212和冷卻劑輸送軟管214可以將冷卻劑運送到計算瓦塊102以及從計算瓦塊102運送冷卻劑。冷卻劑入口歧管210可以連接到外部冷卻劑源(諸如通過電腦櫃上的連接器)，以接收冷卻劑。冷卻劑出口歧管212可以從系統托盤250排出冷卻劑。

系統托盤資料連接器252被配置成向系統托盤250傳送資料以及從系統托盤250傳送資料。系統托盤資料連接器252經由托盤內信號輸送電纜108連接到每個計算瓦塊102。系統托盤功率連接器254被配置成向系統托盤輸送功率。系統托盤功率連接器254經由結構母線104連接到每個計算瓦塊102。系統托盤資料連接器252和系統托盤功率連接器254可以連接到外部裝置(諸如參考圖1B所述的主機152和電源156)以接收功率並接收和發送資料信號。

系統托盤資料連接器252、系統托盤功率連接器254、冷卻劑入口歧管210和冷卻劑出口歧管212中的每一者都可以定位在系統托盤250的後端處，使得當系統托盤250被插入到電腦櫃中時，每一者都被連接到電腦櫃上的對應連接器。例如，當系統托盤250完全插入到電腦櫃(諸如參照圖1B描述的電腦櫃150)中時，系統托盤資料連接器252可以連接到機櫃結構154上的資料連接，系統托盤功率連接器254可以連接到機櫃結構154上的功率連接，並且入口歧管210和冷卻劑出口歧管212可以連接到機櫃結構154上的冷卻劑連接。

托盤間資料埠282定位成與系統托盤250上的系統托盤資料連接器252和系統托盤功率連接器254相對。這樣，當系統托盤250被插入到電腦櫃中時，托盤間資料埠282可以是可訪問的。托盤間資料埠282可以經由托盤內信號輸送電纜108連接到計算瓦塊102。托盤間資料埠282可以便於多個系統托盤之間的連接、與其他電腦櫃的連接和/或與其他外部源的連接。

瓦塊資料連接器294可以將計算瓦塊102連接到托盤內信號輸送電纜108，以便於去往和來自計算瓦塊102的資料通信。瓦塊功率連接器292可以將計算瓦塊102連接到結構母線104，以便於向計算瓦塊102輸送功率。瓦塊資料連接器294和瓦塊功率連接器292被定位成使得當計算瓦塊102被添加到系統托盤250時，計算瓦塊102同時連接到瓦塊資料連接器294和瓦塊功率連接器292(例如，在單個機械動作中)。

圖3A是系統托盤300的橫截面示意圖，其中冷卻劑歧管集成到結構母線中。系統托盤300的各種特徵不一定按比例圖示。系統托盤300包括計算瓦塊102、功率層302、接地層304、功率連接器306、接地連接器308、集成冷卻劑入口歧管310、集成冷卻劑出口歧管312、冷卻劑通孔314和絕緣層316。

功率層302和接地層304可以包括導電材料。功率層302和接地層304可以形成電功率電路。例如，當系統托盤300完全插入到電腦櫃中時，電路可以由功率層302和接地層304形成。絕緣層316可以由電絕緣材料製成。絕緣層316可以在計算瓦塊102不連接到功率層302或接地層304的地方電隔離計算瓦塊102、功率層302和接地層304。

集成冷卻劑入口歧管310可以將冷卻劑輸送到系統托盤300中。集成冷卻劑出口歧管312可以將冷卻劑運送出系統托盤300。如將參考圖6C更詳細描述的，計算瓦塊102可以包括冷板，該冷板包括用於將冷卻劑接收到冷板中、將冷卻劑分配到整個冷板以冷卻計算瓦塊102、以及從冷板排出冷卻劑的各種部件。冷卻劑通孔314可以將冷卻劑從冷卻劑入口歧管210運輸到計算瓦塊102。其他冷卻劑通孔34可以將冷卻劑從計算瓦塊運輸到冷卻劑出口歧管212。

功率層302、接地層304、絕緣層316、功率連接器306和接地連接器308可以形成結構母線，諸如參照圖1A描述的結構母線104。結構母線可以為計算瓦塊102提供結構和電功率支援。例如，功率層302、接地層304和絕緣層316可以結合以形成剛性體。功率連接器306可以將計算瓦塊102電氣地耦合到功率層302，並且接地連接器可以將計算瓦塊102電氣地耦合到接地層。功率連接器306和接地連接器308還可以提供物理耦合，以將計算瓦塊102物理地連接到結構母線。這樣，計算瓦塊102可以在單個連接動作中物理地和電氣地耦合到結構母線。

集成冷卻劑入口歧管310、集成冷卻劑出口歧管312和冷卻劑通孔314可以結合到結構母線中。集成冷卻劑入口歧管310可以定位在結構母線的層之間。集成冷卻劑出口歧管312可以定位在結構母線的層之間。因此，圖3A的結構母線可以為計算瓦塊提供結構支撐，為計算瓦塊提供功率輸送，以及為計算瓦塊提供冷卻劑輸送和排出。集成冷卻劑入口歧管310和集成冷卻劑出口歧管312可以向結構母線提供冷卻。在一些實施例中，結構母線可以包括溫度監測網格，用於監測遍及結構母線的溫度分佈。例如，結構母線可以包括一個或多個熱電偶、電阻溫度檢測器(RTD)、熱敏電阻、基於半導體的積體電路等、或者它們的任何合適的組合，它們監測遍及結構母線的溫度分佈。

圖3A圖示了被容納在功率層302中的集成冷卻劑入口歧管310和被容納在接地層304中的集成冷卻劑出口歧管312。在一些實施例中，集成冷卻劑入口歧管310和/或集成冷卻劑出口歧管312被結合到結構母線的其他部分中。例如，集成冷卻劑入口歧管310和集成冷卻劑出口歧管312可以被容納在單層(諸如功率層302)中、絕緣層316中的一個或多個中、或者作為結構母線的附加層。

在一些實施例中，計算瓦塊102包括結合的冷卻劑連接，諸如參照圖6C描述的入口埠612和出口埠614。計算瓦塊102可以通過功率連接器306、接地連接器308和冷卻劑通孔314物理地耦合到結構母線，並且通過功率連接器306、接地連接器308電氣地耦合到結構母線。這樣，計算瓦塊102可以在單個連接動作中物理地且電氣地耦合到結構母線，並且物理地耦合到集成冷卻劑入口歧管310和集成冷卻劑出口歧管312。

圖3B是示例系統托盤330的橫截面示意圖。系統托盤330的特徵不一定按比例圖示。除了圖3A的系統托盤300的部件之外，系統托盤330還可以包括本地功率儲存器332。本地功率儲存器332可以是能量存儲裝置，諸如電池、電容器等，或者可以向系統托盤330提供功率的它們的任何合適的組合。例如，本地功率儲存器332可以向計算瓦塊102提供附加的或替代的電源。本地功率儲存器332可以使用功率連接器306和接地連接器308直接連接到計算瓦塊102，和/或可以連接到功率層302和接地層304。

圖4是根據實施例的說明性結構母線104的俯視圖。結構母線104可以包括臺階狀邊緣106和手柄110，如參照圖1A所討論的。結構母線104還可以包括如參照圖2C-2E描述的瓦塊功率連接器292。

如上所述，結構母線104可以包括為計算瓦塊102提供結構支撐和電功率的多個層。這些層可以包括例如參照圖2A和圖3A討論的各種層。瓦塊功率連接器292可以將每個計算瓦塊102連接到結構母線104的功率層和接地層。在一些實施例中，結構母線104可以包括用於將冷卻劑分配到計算瓦塊的集成歧管，諸如參考圖3A討論的集成冷卻劑入口歧管310和集成冷卻劑出口歧管312。

每個瓦塊功率連接器292包括功率連接器406和接地連接器408。如參考圖2A和圖3A所討論的，功率連接器406可以對應於功率連接器206和/或功率連接器306。類似地，接地連接器408可以對應於接地連接器208和/或接地連接器308，如參考圖2A和圖3A所討論的。儘管圖4圖示了每個瓦塊功率連接器292包括四個功率連接器406和四個接地連接器408，但是可以使用更多或更少的功率連接器406和/或接地連接器408。下面將參照圖5A-5B更詳細地描述瓦塊功率連接器292。

圖5A-5B是根據實施例的瓦塊功率連接器(諸如瓦塊功率連接器292)的示意圖。圖5A是瓦塊功率連接器500的俯視圖的示意圖。圖5B是瓦塊功率連接器500的橫截面示意圖。在圖5A和/或圖5B中，瓦塊功率連接器500的各種特徵不一定按比例圖示。具有瓦塊連接器500的結構母線可以實施集成熔合。功率連接器500包括裝置接地連接器502、裝置功率連接器504、母線接地層510和母線功率層512。例如，裝置接地連接器502和/或裝置接地連接器504可以是引腳。為了說明的目的，瓦塊佔用空間506提供與瓦塊功率連接器500相當的計算瓦塊102的示例佔用空間。

裝置接地連接器502可以是計算瓦塊102的延伸到母線接地層510中的引腳。裝置功率連接器504可以是計算瓦塊102的延伸到母線功率層512中的引腳。當裝置接地連接器502被插入到母線接地層510中並且裝置功率連接器504被插入到母線功率層512中時，電功率電路被建立，並且功率被輸送到計算瓦塊102。

母線功率層512和母線接地層510各自包括較薄導體橫截面的內置部段。較薄的導體橫截面可以限制可輸送到計算瓦塊102的電流，以保護計算瓦塊102免受浪湧電流的影響。瓦塊功率連接器500可以在沒有集成到母線中的電熔斷器的情況下實施。

圖5C是根據實施例的瓦塊功率連接器550(諸如瓦塊功率連接器292)的俯視圖的示意圖。除了圖5B的功率連接器500的部件之外，瓦塊功率連接器550還可以包括電熔斷器552。在一些實施例中，電熔斷器552可以集成到母線中，諸如母線功率層512的一部分。在一些實施例中，一個或多個其他電熔斷器可以在母線外部。在一些實施例中，電熔斷器552可以包括電流感測部件，並且輸出與越過閾值的電流相關聯的一個或多個信號。

圖6A圖示了根據本發明的方面的處理系統10。圖6B圖示了根據本發明的方面的處理系統10的晶圓上系統(SoW)14。在一些實施例中，處理系統10對應於圖1A的計算瓦塊102和/或本文公開的任何其他合適的計算瓦塊。處理系統10可以具有高計算密度，並且消散由處理系統10生成的熱量會顯著影響處理系統10的性能。處理系統10可以用於和/或專門配置成用於高性能計算和/或計算密集型應用，諸如神經網路訓練和/或處理、機器學習、人工智慧等。處理系統10可以實施冗餘。在一些應用中，處理系統10可以用於神經網路訓練，以生成供車輛(例如，汽車)的自動駕駛系統使用的資料，以實施其他自主車輛功能、以實施高級駕駛輔助系統(ADAS)功能等。

處理系統10可以包括散熱結構12、SoW 14、輸入/輸出(I/O)框架15、電壓調節模組(VRM)、冷卻系統18、控制板等。在處理系統10中，熱系統包括散熱結構12和冷卻系統18。處理系統10的每個所示元件都是SoW元件結構。圖6A示出了相對於圖1A所示的系統托盤100倒置的處理系統10。

散熱結構12可以從SoW 14消散熱量。散熱結構12可以包括熱散佈器。這種熱散佈器可以包括金屬板。替代地或附加地，散熱結構12可以包括散熱器。散熱結構12可以包括具有合期望的散熱性質的任何合適材料。熱介面材料可以被包括在散熱結構12和SoW 14之間，以降低和/或最小化傳熱阻力。

在圖6A中，處理系統10包括定位在散熱結構12和冷卻系統18之間的SoW 14。如圖6B所示，SoW 14可以包括積體電路(IC)晶粒22的陣列。IC晶粒22可以嵌入成型材料中。SoW 14可以具有高計算密度。IC晶粒22可以是半導體晶粒，諸如矽晶粒。IC晶粒22的陣列可以包括任何合適數量的IC晶粒22。例如，IC晶粒22的陣列可以包括16個IC晶粒22、25個IC晶粒22、36個IC晶粒22或49個IC晶粒22。例如，SoW 14可以是集成扇出(InFO)晶圓。InFO晶圓可以包括IC晶粒22陣列之上的多個佈線層。例如，在某些應用中，InFO晶圓可以包括4、5、6、8或10個佈線層。InFO晶圓的佈線層可以提供IC晶粒22之間和/或到外部部件的信號連接。SoW 14可以具有相對大的直徑，諸如在從10英寸到15英寸的範圍內的直徑。作為一個示例，SOW 14可以具有12英寸的直徑。

I/O框架15可以有助於處理系統10的結構完整性。I/O框架15可以為VRM提供支撐，並將VRM保持在適當位置。

VRM可以被定位成使得每個VRM與SoW 14的IC晶粒22堆疊在一起。在處理系統10中，存在VRM的高密度封裝。因此，VRMs會消耗大量功率並生成熱量。VRM被配置成接收直流(DC)供電電壓，並向SoW 14的對應IC晶粒22提供較低的輸出電壓。VRM可以連接到結構母線，諸如結構母線104，以向VRM提供供電電壓。

冷卻系統18可以為VRM和SoW 22提供主動冷卻。冷卻系統18可以從冷卻劑入口歧管接收冷卻劑。冷卻系統18可以將冷卻劑排出到冷卻劑輸出歧管。冷卻系統18可以為控制板提供主動冷卻。冷卻系統18可以包括金屬，其具有用於傳熱流體(諸如冷卻劑)流過的流動路徑。在組裝好的處理系統10中，冷卻系統18可以用螺栓固定到散熱結構12。這可以為SoW 14提供結構支撐和/或可以減少SoW 14破裂的機會。在冷卻系統18和控制板之間可以包括熱介面材料，以減小和/或最小化傳熱阻力。

控制板可以包括電子部件。控制板的電子器件可以為VRM提供控制信號。控制板可以包括電子器件來控制SoW 14的操作。

圖6C是圖示根據本發明的方面的處理系統10的一部分600的透視圖。處理系統10的部分600圖示了冷板610、功率連接器引腳606和接地連接器引腳604。例如，冷板610可以實施圖6A的冷卻系統18。

冷板610可以包括各種入口埠(諸如入口埠612)、入口歧管、機械支撐件、流動通道、散熱片、出口歧管和出口埠(諸如出口埠614)。冷板610還可以包括用於穿過連接器的開口(也稱為插座或槽)，所述連接器諸如是功率連接器引腳606和接地連接器引腳604，其通過冷板610提供熱、功率和/或通信連接。在一些實施方式中，冷板可以由已經釺焊的機加工銅部分形成。冷板體可以由任何其他合適的材料形成。冷板體可以包括冷卻元件陣列，諸如散熱片。

冷板610可以便於處理系統10通過冷卻劑的主動冷卻。冷板610可以在到冷板610的入口埠612處從系統托盤的冷卻劑入口歧管接收冷卻劑，通過冷板610的流動通道分配冷卻劑以冷卻處理系統10，以及通過出口埠614將冷卻劑排出到系統托盤的冷卻劑出口歧管。

在一些實施例中，功率連接器引腳606和接地連接器引腳604對應於參考圖5A-5B描述的裝置功率連接器504和裝置接地連接器502。如圖6C所示，功率連接器引腳606、接地連接器引腳604、入口埠612和出口埠614定位在處理系統10的同一側上。這樣，可以在同一連接動作中建立結構、電氣和冷卻劑連接。例如，處理系統10可以在單個連接動作中物理地且電氣地耦合到結構母線，並且物理地耦合到結構母線中的集成冷卻劑入口歧管和集成冷卻劑出口歧管。結構母線可以包括具有功率連接、接地連接和冷卻劑路徑連接的表面，以便於這種連接。

圖7圖示了根據實施例的連接引腳702和連接插座704。連接引腳702可以插入連接插座704中，以在連接引腳702和連接插座704之間建立電氣和物理耦合。在一些實施例中，連接引腳702對應於參考圖5A-5B討論的裝置接地連接器502和裝置功率連接器504。然而，可以使用任何其他合適的部件來代替連接引腳702。在一些實施例中，連接插座704結合在結構母線中，諸如圖4的結構母線104的功率連接器406和接地連接器408。然而，可以使用任何其他合適的部件來代替連接插座704。

在一些實施例中，連接引腳702和/或連接插座704可以包括內置電熔斷器。內置電熔斷器可以幫助調節可以行進通過連接引腳702和/或連接插座704的電流量。

除非上下文另外明確要求，否則在整個說明書和權利要求書中，詞語“包括(comprise)”、“包括(comprising)”、“包含(including)”等應被解釋為包含的意思，而不是排他或窮盡的意思；也就是說，在“包括，但不限於”的意義上。本文通常使用的詞語“耦合”是指兩個或更多個元件可以直接連接，或者通過一個或多個中間元件連接。同樣，如本文通常使用的詞語“連接”是指兩個或多個元件可以直接連接，抑或通過一個或多個中間元件連接。另外，當在本申請中使用時，詞語“本文”、“上文”、“下文”和類似含義的詞語應指本申請的整體，而不是指本申請的任何特定部分。在上下文允許的情況下，以上使用單數或複數的詞語的詳細描述也可以分別包括複數或單數。詞語“或”在涉及兩個或多個項目的列表時，該詞語覆蓋該詞語的所有以下解釋：列表中的任何項目、列表中的所有項目以及清單中專案的任何組合。

此外，在本文中使用的有條件的語言，尤其諸如“可以”、“能夠”、“可能”、“可”、“例如(e.g.)”、“例如(for example)”、“諸如”等，除非另外特別陳述，或者在使用的上下文中另外理解，通常旨在傳達某些實施例包括、而其他實施例不包括某些特徵、元素和/或狀態。因此，這種有條件的語言通常不旨在暗示對於一個或多個實施例以任何方式需要特徵、元素和/或狀態。

已經參考具體實施例描述了前面的描述。然而，上面的說明性討論並不旨在窮舉或將本發明限制於所描述的精確形式。鑒於上述教導，許多修改和變型是可能的。由此，本領域的其他技術人員能夠最好地利用這些技術和具有各種修改的各種實施例，以適合各種用途。

儘管已經參考隨附附圖描述了本發明和示例，但是各種改變和修改對於本領域技術人員來說將變得明顯。這些改變和修改將被理解為被包括在本發明的範圍內。

100:系統托盤 102:計算瓦塊 104:結構母線 106:臺階狀邊緣 108:輸送電纜 110:手柄 150:電腦櫃 152:主機 154:機櫃結構 156:電源 158:側軌 200:系統托盤 202:功率層 204:接地層 206:功率連接器 208:接地連接器 210:冷卻劑入口歧管 212:冷卻劑出口歧管 214:冷卻劑輸送軟管 216:絕緣層 230:系統托盤 232:本地功率儲存器 250:系統托盤 252:系統托盤資料連接器 254:系統托盤功率連接器 282:托盤間數據埠 292:瓦塊功率連接器 294:瓦塊資料連接器 300:系統托盤 302:功率層 304:接地層 306:功率連接器 308:接地連接器 310:集成冷卻劑入口歧管 312:集成冷卻劑出口歧管 314:冷卻劑通孔 316:絕緣層 330:系統托盤 332:本地功率儲存器 406:功率連接器 408:接地連接器 500:瓦塊功率連接器 502:裝置接地連接器 504:裝置功率連接器 506:瓦塊佔用空間 510:母線接地層 512:母線功率層 550:瓦塊功率連接器 552:電熔斷器 600:處理系統的一部分 604:接地連接器引腳 606:功率連接器引腳 610:冷板 612:入口埠 614:出口埠 702:連接引腳 704:連接插座 10:處理系統 12:散熱結構 14:晶圓上系統(SoW) 15:輸入/輸出(I/O)框架 18:冷卻系統 22:積體電路(IC)晶粒 34:冷卻劑通孔

現在將參考以下附圖描述具體實施方式，這些附圖是作為示例來提供的，而非限制。

[圖1A]圖示了根據實施例的系統托盤。

[圖1B]圖示了根據實施例的電腦櫃。

[圖2A]是根據實施例的示例系統托盤的橫截面示意圖。

[圖2B]是根據實施例的示例系統托盤的橫截面示意圖。

[圖2C]圖示了根據實施例的示例系統托盤的俯視圖。

[圖2D]圖示了根據實施例的示例系統托盤的透視圖。

[圖2E]圖示了省略了計算瓦塊的根據實施例的示例系統托盤的透視圖。

[圖3A]是根據實施例的具有集成到結構母線中的冷卻劑歧管的系統托盤的橫截面示意圖。

[圖3B]是根據實施例的具有集成到結構母線中的冷卻劑歧管的系統托盤的橫截面示意圖。

[圖4]是根據實施例的說明性結構母線的俯視圖。

[圖5A和5B]是根據實施例的瓦塊功率連接器的示意圖。

[圖5C]是根據實施例的瓦塊功率連接器的俯視圖的示意圖。

[圖6A]圖示了根據本發明的方面的處理系統。

[圖6B]圖示了根據本發明的方面的晶圓系統。

[圖6C]是圖示根據本發明的方面的圖6A的處理系統的一部分的透視圖。

[圖7]圖示了根據實施例的用於將計算瓦塊連接到結構母線的連接引腳和連接插座。

100:系統托盤

102:計算瓦塊

104:結構母線

106:臺階狀邊緣

108:輸送電纜

110:手柄

Claims (20)

1. 一種計算系統，包括： 多個計算瓦塊，其中，所述多個計算瓦塊中的每個計算瓦塊包括多個晶粒和與所述多個晶粒集成的冷卻解決方案；和 其上定位有所述多個計算瓦塊的母線，所述母線被配置成為所述多個計算瓦塊提供結構支撐並向所述多個計算瓦塊提供電功率。
2. 根據請求項1所述的計算系統，其中 所述母線包括： 功率層； 接地層；其中，所述功率層和所述接地層電氣地連接到所述多個計算瓦塊中的每個計算瓦塊；和 多個絕緣層；並且 所述計算系統還包括： 第一多個連接器，其將所述多個計算瓦塊電氣地耦合到所述母線的功率層；和 第二多個連接器，其將所述多個計算瓦塊電氣地耦合到所述母線的接地層。
3. 根據請求項2所述的計算系統，其中，所述母線進一步包括： 集成入口歧管，其被配置成將冷卻劑輸送到所述多個計算瓦塊中的每一個；和 集成出口歧管，其被配置成從所述多個計算瓦塊中的每一個接收冷卻劑，所述集成入口歧管和所述集成出口歧管各自被定位在所述母線的層之間。
4. 根據請求項1所述的計算系統，其中，所述母線包括臺階狀邊緣，其尺寸被設置成滑入機櫃結構中並與所述機櫃結構的側軌接合。
5. 根據請求項1所述的計算系統，其中，所述多個計算瓦塊中的每個計算瓦塊包括晶圓上系統(SoW)，所述晶圓上系統包括所述多個晶粒。
6. 根據請求項1所述的計算系統，其中，所述冷卻解決方案包括冷板，所述冷板包括被配置成接收冷卻劑的入口埠和被配置成排出冷卻劑的出口埠。
7. 根據請求項6所述的計算系統，其中，所述母線進一步包括： 集成入口歧管，其被配置成將冷卻劑輸送到所述多個計算瓦塊中的每一個的入口埠；和 集成出口歧管，其被配置成從所述多個計算瓦塊中的每一個的出口埠接收冷卻劑，所述集成入口歧管和所述集成出口歧管各自被定位在所述母線的層之間。
8. 根據請求項6所述的計算系統，進一步包括： 入口歧管，其定位在所述母線之上並被配置成將冷卻劑輸送到所述多個計算瓦塊中的每一個的入口埠；和 出口歧管，其定位在所述母線之上並被配置成從所述多個計算瓦塊中的每一個的出口埠接收冷卻劑。
9. 根據請求項1所述的計算系統，進一步包括： 相對於所述母線豎直定位的第一主機，所述第一主機被配置成向所述多個計算瓦塊提供資料支援； 第二多個計算瓦塊； 第二母線，在其上定位有所述第二多個計算瓦塊，所述第二母線被配置成為所述第二多個計算瓦塊提供結構支撐並向所述第二多個計算瓦塊提供電功率，所述第一主機定位在所述母線和所述第二母線之間； 相對於所述第二多個計算瓦塊豎直定位的第二主機；和 機櫃結構，所述母線、所述第二母線、所述第一主機和所述第二主機定位在所述機櫃結構中。
10. 一種用於支撐和電氣連接電子模組的母線，所述母線包括： 功率層； 接地層；和 多個絕緣層； 其中，所述母線被配置成為多個電子模組提供結構支撐，並且其中，所述母線被配置成向所述多個電子模組中的每個電子模組提供電功率。
11. 根據請求項10所述的母線，其中，所述多個電子模組包括計算瓦塊，其中，每個計算瓦塊包括多個晶粒和與所述多個晶粒集成的冷卻解決方案。
12. 根據請求項10所述的母線，進一步包括： 集成入口歧管，其被配置成向每個電子模組提供冷卻劑；和 集成出口歧管，其被配置成從每個電子模組接收冷卻劑。
13. 根據請求項12所述的母線，其中： 所述多個絕緣層包括兩個外絕緣層； 所述功率層和所述接地層兩者均被定位在所述兩層外絕緣層之間； 所述集成入口歧管被定位在所述兩個外絕緣層之間；並且 所述集成出口歧管被定位在所述兩個外絕緣層之間。
14. 根據請求項12所述的母線，其中，所述母線的表面包括到所述集成入口歧管和所述集成出口歧管兩者的連接。
15. 根據請求項14所述的母線，其中，所述母線的表面還包括到所述功率層的連接和到所述接地層的連接。
16. 根據請求項10所述的母線，其中，所述母線包括區域中的開口，當所述多個電子模組連接到所述功率層和所述接地層時，所述多個電子模組定位在所述區域之上。
17. 一種組裝計算系統的方法，所述方法包括： 提供包括功率層、接地層和多個絕緣層的母線；和 將多個計算瓦塊連接到母線的功率層和接地層，使得所述多個計算瓦塊的每個計算瓦塊被佈置成從所述母線接收結構支撐和電功率， 其中，所述多個計算瓦塊中的每個計算瓦塊包括多個晶粒和與所述多個晶粒集成的冷卻解決方案。
18. 根據請求項17所述的方法，其中，所述多個計算瓦塊中的每個計算瓦塊包括晶圓上系統(SoW)，所述晶圓上系統包括所述多個晶粒。
19. 根據請求項18所述的方法，其中，所述冷卻解決方案是冷板，並且冷板與所述SoW集成。
20. 根據請求項17所述的方法，其中，連接每個計算瓦塊還在同一操作中將每個計算瓦塊連接到所述母線的集成入口歧管和集成出口歧管。