TWI879071B

TWI879071B - 液冷伺服器

Info

Publication number: TWI879071B
Application number: TW112134062A
Authority: TW
Inventors: 吳國平; 項品義; 張連飛
Original assignee: 英業達股份有限公司
Priority date: 2023-09-07
Filing date: 2023-09-07
Publication date: 2025-04-01
Also published as: TW202512855A

Abstract

液冷伺服器包含機殼、運算元件及冷卻模組。所述機殼具有一出風口。所述運算元件設置於所述機殼中。所述冷卻模組包含冷板、液冷管路、幫浦、散熱器及風扇。所述冷板熱接觸於運算元件，用於對所述運算元件進行熱交換。所述液冷管路連接於冷板，用於輸送一導熱流體。所述幫浦連接於液冷管路，用於泵送所述導熱流體。所述散熱器連接於液冷管路，用於對導熱流體進行熱交換。所述風扇對應設置於所述散熱器，用於向散熱器及所述出風口產生氣流。所述運算元件非設置於所述散熱器與出風口之間。

Description

液冷伺服器

本發明係關於一種液冷伺服器。

隨著伺服器的內部元件的功耗的不斷的增高，傳統式的風冷散熱解決方案逐漸到達面臨到散熱的瓶頸，各家伺服器廠商都在研究和開發新型的伺服器液冷散熱解決方案。因此，液冷逐漸作為一個有效方案開始逐漸推廣開來。

目前主流的單相液冷解決方案主要分為：冷板式液冷、浸沒式液冷和封閉式迴路(closed loop)液冷。搭載封閉式迴路液冷的系統可以將運算元件的產熱透過導熱流體傳送至熱交換器，再透過熱交換器將餘熱簡單地釋出到外圍的風冷機房，因此不需要對於系統和機房做較大的改變。此外，封閉式迴路液冷具有較大的對流熱交換係數，在搭配相同高熱設計功耗(thermal design power，TDP)的滿載測試時，可以將處理器降低到較低的溫度。然而，由於封閉式液冷的熱交換器是設置在伺服器機殼內部，可能在散熱過程中對其他元件產生熱影響。

鑒於上述，本發明提供一種液冷伺服器。

依據本發明一實施例的液冷伺服器包含機殼、運算元件及冷卻模組。所述機殼具有一出風口。所述運算元件設置於所述機殼中。所述冷卻模組包含冷板、液冷管路、幫浦、散熱器及風扇。所述冷板熱接觸於運算元件，用於對所述運算元件進行熱交換。所述液冷管路連接於冷板，用於輸送一導熱流體。所述幫浦連接於液冷管路，用於泵送所述導熱流體。所述散熱器連接於液冷管路，用於對導熱流體進行熱交換。所述風扇對應設置於所述散熱器，用於向散熱器及所述出風口產生氣流。所述運算元件非設置於所述散熱器與出風口之間。

藉由上述結構，本案所揭示的液冷伺服器相較於傳統的全空冷散熱，例如大容量空冷(Extended Volume Air Cooling，EVAC)，具有較高的散熱效率(約提升了20%)。相較於開放式液冷或浸沒式液冷而言，結構較為簡單。另外，透過將運算元件非設置於散熱器與出風口的之間，可避免散熱器的餘熱對運算元件產生熱影響，以提升液冷伺服器整體的散熱效率。

以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

100:液冷伺服器

1:機殼

11:長邊側壁

12:短邊側壁

13:出風口

21,22:運算元件

3:冷卻模組

31,32:冷板

33:液冷管路

34,35:幫浦

36:散熱器

37:風扇

41,42,43:雙列直插式記憶體模組

44,45:網路介面控制器

C1~C4:資料

圖1係依據本發明一實施例所繪示的液冷伺服器的方塊示意圖。

圖2係依據本發明一實施例所繪示的液冷伺服器的降溫效果圖表。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。

請參考圖1，圖1係依據本發明一實施例所繪示的液冷伺服器的方塊示意圖。如圖1所示，液冷伺服器100包含機殼1、兩運算元件21及22以及冷卻模組3。機殼1具有兩長邊側壁11、兩短邊側壁12及一出風口。兩運算元件21及22設置於機殼1中。冷卻模組3包含兩冷板31及32、液冷管路33、兩幫浦34及35、散熱器36及風扇37。兩冷板31及32分別熱接觸於兩運算元件21及22，用於分別對兩運算元件21及22進行熱交換。液冷管路33連接於兩冷板31及32，用於輸送一導熱流體。兩幫浦34及35連接於液冷管路33，用於泵送所述導熱流體。散熱器36連接於液冷管路33，用於對導熱流體進行熱交換。風扇37對應設置於散熱器36，用於向散熱器36及出風口13產生氣流。需要注意的是，兩運算元件21及22非設置於散熱器36與出風口13之間。

在本例中，機殼1為一長方體，其具有對應於長邊側壁11的一長度，對應於短邊側壁12的一寬度，以及一高度，其中長度大於寬度且寬度大於高度。機殼1在兩短邊側壁12的其中一者上形成一出風口13，且較佳的在兩短邊側壁12的另一者形成一入風口而讓空氣進行對流。或者，入風口也可形成在長邊側壁11或機殼1的上蓋處，本案不予以限制。在機殼1中設置有兩運算元件21及22、冷卻模組3及多個功率元件，所述多個功率元件包含多個雙列直插式記憶體模組(Dual In-line Memory Module，DIMM)41、42及43以及多個網路介面控制器(Network Interface Controller，NIC)44及45。運算元件21及22可為處理器(CPU)、微控制器(MCU)、可程式化邏輯控制器(PLC)等。

冷卻模組3用於對運算元件21及22進行散熱，具體係透過導熱流體經過冷板31及32對運算元件21及22進行熱交換後，受到幫浦34及35泵送沿著液冷管路33至散熱器36與周遭空氣進行熱交換，其中風扇37用於向散熱器36提供氣流，且用於熱交換的氣體從出風口13排出機殼1。需要注意的是，雖然本例的運算元件的數量以兩個為例，然本案的液冷伺服器中的運算元件的數量不限於此，例如可為一個。同理，本案對於冷卻模組中的冷板、幫浦、液冷管路的數量也可至少為一個，本案不予以限制。在具有多個運算元件及冷板的實施例中，多個冷板之間可透過液冷管路彼此連接，且與散熱器形成一液冷迴路。

在本例中，風扇37可包含多個風扇單元，且多個風扇單元可沿著一長軸排列。風扇37係設置於運算元件21、22與散熱器36之間，且較鄰近於散熱器36，使得風扇37可在靠近散熱器36的條件下直接對散熱器36提供氣流，有助於提升散熱器的散熱效率。並且，散熱器36係設置於出風口13與風扇37之間。也就是說，風扇37的長軸係沿著機殼1的短邊側壁12的方向延伸，且用於直接向散熱器36及出風口13的方向提供氣流。舉例而言，風扇37可貼合設置於散熱器36的表面，且散熱器36與出風口13之間不設置有運算元件。透過上述配置，當風扇37提供氣流給散熱器36時，可避免經散熱器36加熱的空氣流經運算元件21及22而導致散熱效果變差，且可將用於熱交換的空氣直接由出風口13排出。

本例的液冷伺服器100還包含多個功率元件，包含雙列直插式記憶體模組(DIMM)41、42及43以及多個網路介面控制器(NIC)44及45，且所述多個功率元件非設置於散熱器36與出風口13之間。透過此配置，經散熱器36加熱的氣流不會對雙列直插式記憶體模組41、42及43及網路介面控制器44及45產生熱影響。進一步，第一運算元件21係設置於雙列直插式記憶體模組41及42之間，且第二運算元件22係設置於雙列直插式記憶體模組42及43之間。

如圖1所示，散熱器36係設置於液冷伺服器100的後側，而網路介面控制器44及45係設置於液冷伺服器100的前側，也就是說，第一運算元件21及第二運算元件22係設置於網路介面控制器44及45與散熱器36之間。另外，散熱器36可抵靠兩長邊側壁11的內壁，藉此增加散熱器36與空氣的接觸面積，增加散熱效率。本例的液冷伺服器100係基於一K880G6伺服器的架構來實現，然於本案亦於其他實施例中亦可應用到其他現有的伺服器架構。

請參照圖2，圖2係依據本發明一實施例所繪示的液冷伺服器的降溫效果圖表。如圖2所示，資料C1為伺服器在傳統風冷架構中，第一運算元件之工作溫度與散熱風扇之工作週期(duty cycle)的關係；資料C2為伺服器在傳統風冷架構中，第二運算元件之工作溫度與散熱風扇之工作週期的關係；資料C3為伺服器在本案液冷架構中，第一運算元件之工作溫度與散熱風扇之工作週期的關係；資料C4為伺服器在本案液冷架構中，第二運算元件之工作溫度與散熱風扇之工作週期的關係。

從圖2中圖表可以看出，在本案的液冷架構下，伺服器中的運算元件可保持在較低的工作溫度。具體而言，採用本案液冷架構對運算元件的散熱效率比採用傳統風冷架構對運算元件的散熱效率高出20%以上。且無論風扇之工作週期為何，本案液冷架構對運算元件的散熱效率皆較佳。

藉由上述結構，本案所揭示的液冷伺服器相較於傳統的全空冷散熱，例如大容量空冷(Extended Volume Air Cooling，EVAC)，具有較高的散熱效率(約提升了20%)。相較於開放式液冷或浸沒式液冷而言，結構較為簡單。另外，透過將運算元件非設置於散熱器與出風口之間，可避免散熱器的餘熱對運算元件及機殼中的其他功率元件如記憶體、網路卡等產生熱影響，以提升液冷伺服器整體的散熱效率同時避免影響其他功率元件。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。