[发明专利]易于插拔发热元件的主动制冷型热管理系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于计算机系统的主动制冷型热管理系统，特别涉及一种易于插拔发热元件的主动制冷型热管理系统。

背景技术

近年来由于信息技术的飞速发展，计算机的性能以指数级增长，而价格却大幅下降，使得个人计算机及网络走进了千家万户。为了提供更多的网络支持及数据容量，网络服务器的使用越来越普遍。同时，更高的运算及图形处理能力也使得办公用服务器及个人高性能计算机的数量呈逐渐上升的趋势。为了处理越来越多的网络数据及提供强大的图形处理能力，多核心、高主频、大缓存、多功能的中央处理器正逐步应用于网络服务器中，与其同步发展的还有高性能的显示芯片、大容量的内存储器芯片及多功能的南北桥数据交换芯片。高性能、大容量、多功能而封装紧密的芯片必然会产生高热量，英特尔及AMD目前已将其拥有高达六亿晶体管的四核64位处理器封装到了半张信用卡大小的芯片内，其通常运行功耗就维持在一百瓦以上，而峰值功耗更是到达了将近三百瓦，如此高的热功耗是导致电子元器件失效的重大隐患，如果没有有效的热管理手段，最终必将导致电子元器件的烧毁，使整个计算机系统彻底崩溃。这一问题在一些刀片服务器系统上尤为突出。刀片服务器是设置于狭小空间内的一种高性能计算机，一般都配备有二至四个双核或多核微处理器，如此多的大功率微型芯片放置在一起，如不能解决好其散热问题，后果不堪设想。

目前，刀片服务器机组的散热主要采用了风冷、水冷及结合热管相变(蒸发与凝结)等散热方式，但上述散热方式在使用时都存在各自的缺陷。

风冷式散热就是采用强迫空气对流的方法解决散热问题，最常见的风冷式散热方法就是在刀片服务器中采用风扇进行散热。风冷式散热是现有技术中最为常见的散热方式，但它也存在明显的缺陷，如夏季等空气温度较高的情况，要想提高散热能力，只有通过加快空气流动速度即全力提高风扇转速来实现，但随之而来的问题是风扇运行中会产生极高噪音，因此，目前多数的刀片服务器在运行时都伴随有令人难以忍受的噪音，通常需要防噪隔离设置。而且在气温较高的情况下，此类方法的散热效果也存在疑问。

水冷式散热就是通过液体实现与服务器发热部件之间的热量交换，液体冷却柜(RimatriX5)就是其中的一种实现方式。液体冷却柜(RimatriX5)将冷却柜做成封闭式，通过通入冷却水与空气换热降温，然后将冷空气送往各刀片服务器中，此方案可在低风速下运行，从而减小了噪音。然而风冷最多只能提供10W/cm²的热流密度，因此它必然不能满足越来越高的散热需求。此外，虽然液体冷却所能提供的热流密度比空气大很多，但液体蒸发所导致的器件老化、腐蚀，泄露引起元器件短路等问题是不得不考虑的问题，一旦由于某些故障使水流中断，则失去冷却的芯片温度将迅速攀升，直至烧毁。

相变冷却散热是指利用物质在相变过程中的吸热或放热过程实现服务器的散热。但在现有技术中，对服务器的相变冷却散热多数仍限于热管，而热管内部的相变仅仅是为热流提供了一条低热阻的通道，热量最终仍是靠空气带走，而非真正意义上的相变冷却。因此，散热效率不高。

随着电子封装技术向着多芯片组、三维封装及片上系统级封装的发展，对刀片服务器散热效率的要求也进一步提高。鉴于现有的风冷、水冷及结合热管相变(蒸发与凝结)等散热方式所存在的上述缺陷，需要在刀片服务器上采用其它种类的散热方法。因此在现有技术中，研究人员还提出了采用制冷机对计算机直接进行冷却，如在专利号为ZL03137561.8，名称为《用于计算机芯片散热的微型制冷系统》的中国专利中的相关技术方案。但在该类技术中，制冷系统与刀片服务器机组是相互独立的两个单元，应用中需要将它们进行对接。这种方案最大的一个问题是，由于在将制冷系统与刀片服务器组进行对接时，需采用不锈钢波纹管或塑料管等进行柔性软连接，整套制冷系统与待冷却对象间不易达到良好的密封条件，而一旦由于安装过程不慎，导致管路破损或脱离接口，则内装的高压流体将迅速喷射出来，给机器及人员带来危险。因此，上述技术大规模用于计算机热管理还存在着使用不方便的问题，目前还不易推广到普通用户。

发明内容

本发明的任务是克服现有的散热方式应用在刀片服务器机组中时散热效率不够高、安装使用不便等缺陷，从而提供一种经济、简单、高效、可靠的散热方式。