CN110244829A - 用于数据中心电子机架的服务器液体冷却的冷板组件的设计 - Google Patents

Abstract

冷却模块组件包括冷板和冷板安装支架，其中，冷板定位为邻近处理器的外表面，以从处理器接收热量辐射，冷板安装支架附接至冷板，以将冷板安装在处理器上。冷板安装支架包括第一组安装插槽，该第一组安装插槽与设置在处理器安装支架上的第二组安装插槽对齐，该处理器安装支架安装处理器。第一组安装插槽和第二组安装插槽的安装插槽中的每个均配置成不对称形状。第一组安装插槽和第二组安装插槽允许安装销以第一角度***穿过，并且允许在***之后从第一角度旋转至第二角度，从而以加载的适当安装压力使冷板与处理器的外表面互锁。

Description

用于数据中心电子机架的服务器液体冷却的冷板组件的设计

技术领域

本发明的实施方式大体涉及数据中心。更具体地，本发明的实施方式涉及用于数据中心中电子机架的液体冷却***的服务器的冷板设计。

背景技术

热量移除是计算机***和数据中心设计中的突出因素。诸如包装在服务器内部的高性能处理器的高性能电子部件的数量稳定地增加，因而在服务器的普通操作期间产生和消散的热量值增加。如果允许服务器的操作环境随着时间推移而升高温度，则数据中心内使用的服务器可靠性降低。保持适当的热环境对于数据中心中的这些服务器的正常操作以及服务器性能和使用寿命至关重要。数据中心需要更有效和有效率的热量移除解决方案，特别是在冷却这些高性能服务器的情况下。

功率密集型处理器实现了诸如深度学习的密集计算的解决方案。具有大功率中央处理单元(CPU)和/或一般用途或图形处理单元(GPU)的那些处理器的电气服务器具有非常高的每体积空间的功率密度，以及因此，对常规的简单空气冷非常具有挑战性。对于那些功率密集型处理器，与仅使用空气冷却的方法相比，直接至芯片的液体冷却提供了较好的冷却性能，并且节约能量消耗。

通常，使用附接至处理器的外表面上的冷板来向处理器提供液体冷却。分配冷却液体穿过冷板，以交换从处理器产生的热量。与散热器相似，可使用热接口材料来填充设备表面和冷板中的间隙。冷板应充分地与处理器接触，以使冷板能够适当地发挥作用。在没有适当接触的情况下，冷板会不能如所设计的那样发挥作用，或冷板可失效。这需要适当的安装压力。然而，如果冷板安装压力过大，则会引起对处理器的潜在损害。一直缺乏用适当的压力将冷板安装在处理器上而不导致对处理器损坏的有效方法。

发明内容

根据本公开的一个方面，提供了一种用于冷却数据中心的电子机架中的数据处理***的处理器的冷却模块组件，该冷却模块组件可包括：冷板，定位为邻近处理器的外表面，以接收从处理器辐射的热量；液体分配通道，在冷板内形成，以分配冷却液体穿过冷板，从而交换由冷板携带的热量；冷板安装支架，附接至冷板，以将冷板安装在处理器的外表面上，其中，冷板安装支架包括与设置在处理器安装支架上的第二组安装插槽对齐的第一组安装插槽，其中，处理器安装支架将处理器安装在数据处理***的母板上，其中，第一组安装插槽和第二组安装插槽中的安装插槽中的每个均配置成不对称的形状。该液体分配通道包括：进入端口，联接至液体供给线，以从外部液体源接收冷却液体；以及排出端口，联接至液体返回线，以使具有交换的热量的冷却液体返回至外部液体源。

第一组安装插槽和第二组安装插槽允许一个或多个安装销以第一角度***穿过，并且允许在***之后从第一角度旋转至第二角度，以使冷板与处理器的外表面互锁。

根据本公开的另一个方面，提供了一种数据中心的电子机架，该电子机架包括：机架液体供给线；机架液体返回线；以及一堆服务器刀片，联接至机架冷却液体供给线和机架冷却液体返回线，每个服务器刀片均代表数据处理***，其中，每个服务器刀片均包括每个均附接至冷却模块组件的一个或多个处理器。

每个冷却模块组件均包括：冷板，定位为邻近处理器的外表面，以接收从处理器辐射的热量；液体分配通道，在冷板内形成，以分配冷却液体穿过冷板，从而交换由冷板携带的热量，其中，液体分配通道包括：进入端口，联接至机架液体供给线，以从外部液体源接收冷却液体；以及排出端口，联接至机架液体返回线，以使具有交换的热量的冷却液体返回至外部液体源；以及冷板安装支架，附接至冷板，以将冷板安装在处理器的外表面上，其中，冷板安装支架包括与设置在处理器安装支架上的第二组安装插槽对齐的第一组安装插槽，其中，处理器安装支架将处理器安装在数据处理***的母板上，其中，第一组安装插槽和第二组安装插槽的安装插槽中的每个均配置成不对称形状；其中，第一组安装插槽和第二组安装插槽允许一个或多个安装销以第一角度***穿过，并且在***之后从第一角度旋转至第二角度，从而使冷板与处理器的外表面互锁。

根据本公开的又一个方面，提供了一种数据中心，该数据中心包括：室内液体供给线，联接至冷却液体源；室内液体返回线，联接至冷却液体源；以及电子机架阵列，电子机架中的每个均包括：机架液体供给线，联接至室内液体供给线；机架液体返回线，联接至室内液体返回线；以及一堆服务器刀片，联接至机架冷却液体供给线和机架冷却液体返回线，每个服务器刀片均代表数据处理***，其中，每个服务器刀片均包括每个均附接至冷却模块组件的一个或多个处理器，其中，每个冷却模块组件均包括：冷板，定位为邻近处理器的外表面，以接收从处理器辐射的热量；液体分配通道，在冷板内形成，以分配冷却液体穿过冷板，从而交换由冷板携带的热量，其中，液体分配通道包括：进入端口，联接至机架液体供给线，以从室内液体供给线接收冷却液体；以及排出端口，联接至机架液体返回线，以使具有交换的热量的冷却液体返回至室内液体返回线；以及冷板安装支架，附接至冷板，以将冷板安装在处理器的外表面上，其中，安装支架包括与设置在处理器安装支架上的第二组安装插槽对齐的第一组安装插槽，其中，处理器安装支架将处理器安装在数据处理***的母板上，其中，第一组安装插槽和第二组安装插槽的安装插槽中的每个均配置成不对称的形状。第一组安装插槽和第二组安装插槽允许一个或多个安装销经由第一角度***穿过，并且允许在***之后从第一角度旋转至第二角度，以使冷板与处理器的外表面互锁。

附图说明

本发明的实施方式通过示例示出，并且并不限于附图中的视图，在附图中，相同的附图标记表示相似的元件。

图1是示出根据一个实施方式的数据中心设备的示例的方框图。

图2是示出根据一个实施方式的电子机架的示例的方框图。

图3是示出根据另一实施方式的电子机架的示例的方框图。

图4示出了根据一个实施方式的冷板配置的分解立体图。

图5A和图5B示出了根据某些实施方式的冷板配置的俯视立体图和仰视立体图。

图6示出了根据一个实施方式的冷板配置的仰视图。

图7A和图7B示出了根据一个实施方式的安装销的示例。

图8示出了根据一个实施方式的组装有多个冷却单元的冷却模块和服务器刀片的示例。

具体实施方式

以下将参照下面讨论的细节来描述本发明的各种实施方式和方面，并且附图会示出各种实施方式。以下描述和附图是对本发明的说明，并且不应被解释为限制本发明。本文描述了许多具体细节，以提供对本发明的各种实施方式的透彻理解。然而，在某些情况下，为了提供对本发明的实施方式的简要讨论，没有描述众所周知的或常规的细节。

说明书中对“一个实施方式”或“实施方式”的引用意味着结合该实施方式描述的具体特征、结构或特性可包括于本发明的至少一个实施方式中。在本说明书中各处出现的短语“在一个实施方式中”并不一定都指相同的实施方式。

根据一些实施方式，在液体冷却中使用用于冷板的创新机械设计。该设计提供在不需要任何工具的情况下，快速、有效且安全地将冷板组装至芯片以及从芯片拆卸冷板的器件。该机构还提供新颖的设计，以确保可将适当的安装压力加载至冷板和加载至芯片/处理器。该目标确保冷板基部表面与处理器充分接触(消除热阻，并同时满足安装压力要求)。当从母板、设备或芯片拆卸冷板时(例如，更换冷板或GPU卡片)，该设计使得能够不需要任何工具的情况下，快速地拆卸冷板。

在一个实施方式中，利用安装销和安装支架将冷板安装在印刷电路板(PCB，printed circuit board)或母板的具***置上。安装支架和安装销的作用是容易地将冷板安装在母板上。这使得冷板能够安装在所有水平方向上。操作员向冷板加载压力，以使得冷板能够与处理器的表面充分接触。仅需操作员从顶部推动冷板。所需安装压力由安装销和相关的弹簧提供。主要的压力由至少两个或4个安装销和相关弹簧提供。一旦安装压力加载至冷板和处理器，则弹簧提供并维持适当压力。可通过释放安装销容易地拆卸冷板，例如，通过将安装销从锁定位置旋转至解锁位置。

根据本发明的一个方面，用于冷却数据处理***的处理器的冷却模块组件(也称为冷板组件)包括冷板(例如，具有水翅片的散热器)，冷板定位为邻近处理器的外表面，以接收来自处理器的热辐射。在冷板内形成的液体分配通道分配冷却液体穿过冷板，以交换由冷板携带的热量。液体分配通道包括进入端口(也称为入口)和排出端口(也称为出口)，其中，进入端口联接液体供给线，以接收来自外部液体源的冷却液体，排出端口联接至液体返回线，以使具有交换热量的冷却液体返回至外部液体源。

在一个实施方式中，冷却模块组件还包括冷板安装支架，冷板安装支架附接至冷板，以将冷板安装在处理器的外表面上。冷板安装支架包括第一组安装插槽，该第一组安装插槽与设置在处理器安装支架上的第二组安装插槽对齐，处理器安装支架将处理器安装在数据处理***的母板上。在第一组安装插槽和第二组安装插槽的安装插槽中的每个均配置成不对称形状。允许一个或多个安装销以第一角度***穿过第一组安装插槽和第二组安装插槽，并且允许在***之后从第一角度旋转至第二角度，以使冷板与处理器的外表面互锁。

在一个实施方式中，每个安装销均配置成***穿过弹簧的中心，以便***穿过相应的第一组安装插槽。当安装销处于锁定位置时，弹簧受压缩，以提供抵靠处理器的外部表面推动冷板的力。弹簧的力系数选择为使得施加至处理器力最佳，以允许热量传递至冷板，而不施加过大的压力，从而免于潜在地损害处理器，同时提供足够的张紧力。基于处理器的设计规格配置弹簧的力系数，使得当安装销处于锁定位置时，由于弹簧的压缩而施加至处理器的力比由设计规格指定的可施加至处理器的最大力小。

在一个实施方式中，每个安装销均包括头部、尖端部和联接头部至尖端部的柄部。尖端部的截面配置成具有与第一组安装插槽和第二组安装插槽的不对称形状一致的截面形状。尖端部的截面的纵向尺寸比每个安装插槽的横向尺寸都大。尖端部的截面的横向尺寸比安装插槽的横向尺寸小。每个安装销均以第一角度***穿过相应的第一组安装插槽和第二组安装插槽，使得安装销的尖端部的截面的纵向轴线与相应的安装插槽的纵向轴线对齐(该位置称为解锁位置)。当每个安装销均从第一角度旋转至第二角度时，安装销的尖端部的截面的纵向轴线不与相应的安装插槽的纵向轴线对齐(该位置称为锁定位置)。

在一个实施方式中，处于锁定位置的每个安装销均允许安装销的尖端部和头部将相应冷板的冷板安装支架与相应处理器的处理器安装支架锁定在一起。每个安装销的至少柄部***穿过弹簧。当安装销***穿过第一组安装插槽和第二组安装插槽时，在头部与冷板安装支架之间压缩弹簧。当安装销处于锁定位置时，安装销的尖端部防止安装销从处理器安装支架的安装插槽缩回或移除。同时，弹簧(在安装销的头部与冷板安装支架之间压缩)抵靠处理器安装支架拉尖端部，以使得彼此互锁。在一个实施方式中，每个安装插槽的不对称的形状均为椭圆形或矩形。

根据本发明的另一方面，在数据中心中使用的电子机架包括机架液体供给线、机架液体返回线以及联接至机架冷却液体供给线和机架冷却液体返回线的一堆服务器刀片。每个服务器刀片均包括一个或多个数据处理***。每个服务器刀片均包括每个均附接至冷却模块组件的一个或多个处理器或其它设备。每个冷却模块组件均可实施为以上描述的冷却模块组件。

根据本发明的另一方面，数据中心包括室内液体供给线、室内液体返回线和电子机架阵列，其中，室内液体供给线和室内液体返回线均联接至冷却液体源。电子机架中的每个均包括机架液体供给线、机架液体返回线和一堆服务器刀片，其中，机架液体供给线联接至室内液体供给线，机架液体返回线联接至室内液体返回线，一堆服务器刀片联接至机架冷却液体供给线和机架冷却液体返回线。每个服务器刀片均包括一个或多个数据处理***。每个服务器刀片均包括附接至冷却模块组件的一个或多个处理器或其它设备。每个冷却模块组件均可实施为以上描述的冷却模块组件。

图1是示出根据一个实施方式的数据中心或数据中心单元的示例的方框图。在该示例中，图1示出了数据中心的至少部分的俯视图。参考图1，根据一个实施方式，数据中心***100包括诸如计算机服务器或计算节点的信息技术(IT)部件、装备或仪器101和信息技术(IT)部件、装备或仪器102的一排排电子机架，其中，计算机服务器或计算节点通过网络(例如，因特网)向各种客户提供数据服务。在该实施方式中，每排均包括诸如电子机架110A至电子机架110N的电子机架阵列。然而，可实施更多或更少的一排排电子机架。通常，排101和排102平行对齐，其中前端面向彼此，以及后端彼此背离，从而在排101与排102之间形成过道103，以允许管理人员在其中行走。然而，也可应用其它配置或布置。

在一个实施方式中，电子机架(例如，电子机架110A至电子机架110N)中的每个均包括外壳，以容纳在其中操作的信息技术部件的多个电子机架。电子机架可包括热量移除液体歧管、多个服务器插槽以及能够从服务器插槽***和移除的多个服务器刀片。每个服务器刀片均代表具有一个或多个处理器、存储器和/或永久存储设备(例如，硬盘)的计算节点。处理器中的至少一个附接至液体冷板(也称为冷板组件)，以接收冷却液体。另外，一个或多个可选冷却风扇与服务器刀片相关联，以向包括在其中的计算节点提供空气冷却。应注意的是，热量移除***120可联接至诸如数据中心***400的多个数据中心***。

在一个实施方式中，热量移除***120包括连接至在建筑物/外壳容器外部的干式冷却器或冷却塔的外部液体回路。热量移除***120可包括但不限于蒸发冷却设计、自由空气设计、对大热量物质的排斥设计和废热回收设计。热量移除***120可包括或联接至提供冷却液体的冷却液体源。

在一个实施方式中，每个服务器刀片均联接至热量移除液体歧管模块，使得可从电子机架移除服务器刀片，而不影响在电子机架上的剩余服务器刀片和热量移除液体歧管的操作。在另一实施方式中，每个服务器刀片均通过快速释放联接组件联接至热量移除液体歧管(也称为冷却液体歧管)，其中，该快速释放联接组件具有联接至挠性软管的第一液体出口连接器和第一液体入口连接器，以将热量移除液体分配至处理器。第一液体入口连接器经由第二液体入口连接器从安装在电子机架的后端上的热量移除液体歧管接收热量移除液体。第一液体出口液体连接器经由第二液体出口连接器将携带从处理器交换的热量的较温或较热液体发送至热量移除液体歧管，以及然后回到在电子机架内的冷却液分配单元(CDU，coolant distribution unit)。

在一个实施方式中，设置在每个电子机架的后端上的热量移除液体歧管联接至液体供给线132，以从热量移除***120接收热量移除液体(也称为冷却液体)。热量移除液体通过附接至冷板组件的液体分配回路进行分配，以从处理器移除热量，其中，处理器安装在冷板组件上。冷板配置成与散热器相似，该散热器具有在其中附接或嵌入的液体分配管状件。产生的携带从处理器交换的热量的较温或较热液体经由液体返回线131传送回热量移除***120。液体供给线132和液体返回线131被称为数据中心或室内液体供给/返回线(例如，全局液体供给/返回线)，该液体供给线132和液体返回线131向排101和排102的全部电子机架供给热量移除液体。液体供给线132和液体返回线131联接至位于电子机架中的每个内的冷却液分配单元的热量交换器，从而形成基本的回路。热量交换器的次要回路联接至电子机架中的服务器刀片中的每个，以将冷却液体传送至处理器的冷板。

在一个实施方式中，数据中心***100还包括可选的气流传递***135，以产生气流，从而使得气流前进通过电子机架的服务器刀片的空气空间，以交换由于计算节点(例如，服务器)的操作而由计算节点产生的热量，以及将交换热量的气流排出至外壳/室内/建筑物外部的外部环境108。例如，空气供应***135产生冷却空气气流/冷空气气流，以从过道103穿过电子机架110A至电子机架110N循环，从而带走交换的热量。冷却气流通过电子机架前端进入电子机架，以及暖/热气流从电子机架后端离开电子机架。具有交换热量的暖/热空气从室内/建筑物排出。因而，冷却***是混合的液体-空气冷却***，其中，由处理器产生的热量的部分经由相应的冷板由冷却液体移除，而由处理器产生的热量的剩余部分由气流冷却移除。

根据一个实施方式，电子机架中的每个均包括联接至冷却液分配单元和电子机架的计算节点(未示出)中的每个的可选机架管理单元(机架管理单元，rack managementunit)。机架管理单元机架管理单元周期地或持续地监控冷却液分配单元、计算节点和冷却风扇的操作状态。操作状态的操作数据可包括实时测量的、每个处理器、冷却液体和气流等的操作温度。基于从各个部件接收的操作数据，机架管理单元机架管理单元使用优化功能执行优化，从而确定冷却液分配单元的液体泵的优化泵速度和冷却风扇的优化风扇速度，使得液体泵和冷却风扇的功率消耗达到最小值，同时液体泵和冷却风扇根据其相应的规格适当地操作(例如，液体泵和冷却风扇的速度在它们相应的预限定范围内)。

即，通过同时优化所涉及的所有组件，在全局水平执行优化，使得：1)处理器的温度低于它们的相应参考温度；2)液体泵和冷却风扇的总功率消耗达到最小值；以及3)液体泵和冷却风扇中的每个均在它们相应的规格内操作。然后，利用优化的泵速度和优化的风扇速度来配置液体泵和冷却风扇。因此，液体泵和冷却风扇的总功率消耗达到最小值，同时计算节点的处理器适当地操作。

图2是示出了根据一个实施方式的电子机架的方框图。电子机架200可代表如图1所示的诸如电子机架110A至电子机架110N的任何电子机架。参考图2，根据一个实施方式，电子机架200包括但不限于冷却液分配单元201、可选的机架管理单元机架管理单元202和一个或多个服务器刀片203A至服务器刀片203E(共同称为服务器刀片203)。服务器刀片203可分别从电子机架200的前端204或后端205***服务器插槽阵列。应注意的是，虽然在这里示出了具有服务器刀片203A至服务器刀片203E的5个服务器刀片，但是电子机架200内可保持更多或更少服务器刀片。还应注意的是，示出的冷却液分配单元201、机架管理单元202和服务器刀片203的具***置仅用于说明目的；也可实施冷却液分配单元201、机架管理单元202和服务器刀片203的其它布置或配置。在一个实施方式中，只要冷却风扇可产生从前端至后端的气流，则电子机架200可通向环境或由机架容器部分地容纳。

另外，对于服务器刀片203中的至少一些，可选风扇模块与服务器刀片相关联。在该实施方式中，共同称为风扇模块231的风扇模块231A至风扇模块231E分别与服务器刀片203A至服务器刀片203E相关联。风扇模块231中的每个均包括一个或多个冷却风扇。风扇模块231可安装在服务器刀片203后端上或安装在电子机架上，从而产生从前端204流动的气流，前进通过服务器刀片203的空气空间，并且在电子机架200的后端205处离开。

在一个实施方式中，冷却液分配单元201主要包括热量交换器211、液体泵212和泵控制器(未示出)、以及诸如液体储蓄器、电力供给部、监控传感器等一些其它部件。热量交换器211可为液体至液体热量交换器。热量交换器211包括具有入口端口和出口端口的第一回路以形成基本回路，其中，入口端口和出口端口具有联接至外部的液体供给线132和液体返回线131的第一对液体连接器。联接至外部液体供给线132和液体返回线131的连接器可设置或安装在电子机架200的后端205上。液体供给线132和液体返回线131也称为室内液体供给线/返回线，如上所述地联接至热量移除***120。另外，热量交换器211还包括具有两个端口的第二回路以形成次要回路，其中，该两个端口具有联接至液体歧管225的第二对液体连接器，该次要回路可包括供给歧管(也称为机架液体供给线)和返回歧管(也称为机架液体返回线)，其中，供给歧管向服务器刀片203供给冷却液体，返回歧管使较温液体返回至冷却液分配单元201。应注意的是，冷却液分配单元201可以是商业上可用或定制的任何种类的冷却液分配单元。因而，冷却液分配单元201的细节未在本文中进行描述。

服务器刀片203中的每个均可包括一个或多个IT部件(例如，中央处理单元或CPU、图形处理单元(GPU)、存储器和/或存储设备)。每个IT部件均可执行数据处理任务，其中，IT部件可包括安装在存储器设备中、加载在存储器中以及由一个或多个处理器执行以执行数据处理任务的软件。服务器刀片203可包括联接至一个或多个计算服务器(也称为诸如中央处理单元服务器和图形处理单元服务器的计算节点)的主体服务器(称为主体节点)。主体服务器(具有一个或多个中央处理单元)通常与客户通过网络(例如，因特网)交流，以接收关于诸如存储服务(例如，诸如备份和/或恢复的基于云的存储服务)、执行应用程序以执行某些操作(例如，图像处理、深度数据学***台的部分)的具体服务的请求。响应于请求，主体服务器将任务分配至由主体服务器管理的一个或多个性能计算节点或计算服务器(具有一个或多个图形处理单元)。性能计算服务器执行实际的任务，这可在操作期间产生热量。

电子机架200还包括可选机架管理单元202，可选机架管理单元202配置成提供和管理供给至服务器203、风扇模块231和冷却液分配单元201的功率。机架管理单元202可联接至功率供给单元(未示出)，从而管理功率供给单元的功率消耗。功率供给单元可包括必要的电路(例如，交流电流(AC)至直流电流(DC)转换器或交流电流至直流电流功率转换器、电池、变压器或调节器等)，以将功率提供至电子机架200的其余部件。

在一个实施方式中，机架管理单元202包括优化模块221和机架管理控制器(RMC，rack management controller)222。机架管理控制器222可包括监视器，以监控在电子机架200内诸如计算节点203、冷却液分配单元201和风扇模块231的各种部件的操作状态。具体地，监视器从各种传感器接收代表电子机架200的操作环境的操作数据。例如，监视器可接收代表处理器、冷却液体和气流的温度的操作数据，这些温度可经由各种温度传感器捕获和收集。监视器还可接收代表由风扇模块231和液体泵212产生的风扇功率和泵功率的数据，这些数据可与风扇模块231和液体泵212的相应速度成比例。这些操作数据称为实时操作数据。应注意的是，监视器可实施为机架管理单元202内的单独模块。

基于操作数据，优化模块221使用预定优化功能或优化模型执行优化，以导出一组对于风扇模块231最优的风扇速度以及对于液体泵212最优的泵速度，以使得液体泵212和风扇模块231的总功率消耗达到最小值，同时与液体泵212和风扇模块231的冷却风扇相关的操作数据在它们相应的设计规格内。一旦已确定优化的泵速度和优化的风扇速度，则机架管理控制器222基于优化的泵速度和风扇速度来配置液体泵212和风扇模块231的冷却风扇。

作为示例，基于优化的泵速度，机架管理控制器222与冷却液分配单元201的泵控制器通信，从而控制液体泵212的速度，液体泵212的速度转而控制待分配至服务器刀片203中的至少一些的、供给至液体歧管225的冷却液体的液体流动速度。同样地，基于优化的风扇速度，机架管理控制器222与风扇模块231中的每个通信，从而控制风扇模块231的每个冷却风扇的速度，风扇模块231的每个冷却风扇的速度转而控制风扇模块231的气流速度。应注意的是，风扇模块231中的每个均可以其具体的优化风扇速度单独地控制，并且不同风扇模块和/或在相同风扇模块内的不同冷却风扇可具有不同的优化风扇速度。

图3是示出了根据一个实施方式的处理器冷板配置的方框图。处理器/冷板结构400可代表如图2所示的服务器刀片203的处理器/冷板结构的任何处理器/冷板结构。参考图3，处理器301插在安装在印刷电路板(PCB)或母板302上的处理器插座上，其中，印刷电路板(PCB)或母板302联接至数据处理***或服务器的其它电气部件或电路。处理器301还包括冷板303，冷板303附接至处理器301，冷板303联接至液体供给线132和液体返回线131。由处理器301产生的热量的部分经由冷板303由冷却液体移除。热量的剩余部分进入下面的空气空间305，该热量的剩余部分通过由冷却风扇304产生的气流移除。

图4示出了根据一个实施方式的冷板配置的俯视立体图。冷板配置400可代表图3中的冷板303和处理器301。参考图4，冷板配置400包括冷板组件401和处理器组件402，其中，冷板组件401可安装至或附接至处理器组件402的外部表面，从而使用在冷板组件401内流动的冷却液体接收和移除从定位在处理器组件402中的处理器产生的热量。冷板组件401包括设置在冷板安装支架404上的冷板403。元件403可称为冷板盖，同时元件404可称为冷板基部，当元件403和元件404放置在一起时，在其中包围冷板。冷板设计可配置成多种配置或设计，本文中不对冷板设计进行详细描述。

散热器是被动热量交换设备，其将由电子设备或机械设备产生的热量传递至通常为空气或液体冷却液的流体介质，热量从设备消散至该流体介质，从而允许将设备的温度调节为最优水平。在计算机中，散热器用于冷却中央处理单元(CPU)或图形处理器(GPU)。散热器将热能量从高温度设备传递至低温度流体介质。流体介质通常是空气，但也可以是水、制冷剂或油。如果流体介质是水或其它类型的热量传递流体，则散热器经常地被称为冷板。通过该应用，出于说明的目的，术语冷板和散热器是可互换的术语。

在一个实施方式中，冷板403在其中包括液体分配通道或管状件(未示出)，以分配冷却液体，从而交换由冷板403携带的热量，其中，热量从处理器组件402的处理器420进行交换。液体分配通道包括进入端口或入口405，进入端口或入口405联接至液体供给线(例如，机架液体供给线)，以从冷却液体源接收冷却液体。液体分配通道还包括排出端口或出口406，排出端口或出口406联接至液体返回线(例如，机架液体返回线)，以使携带交换热量的冷却液体返回至冷却液体源。

另外，根据一个实施方式，冷板安装支架404包括均匀地设置在冷板安装支架404的边缘上的第一组安装插槽(也称为安装孔)。在该示例中，安装插槽417和安装插槽418设置在冷板安装支架404的一个边缘上，同时，如图6所示，诸如安装插槽415和安装插槽416的其它安装插槽设置在冷板安装支架404的相对边缘上。在一个实施方式中，相同的数量的安装插槽设置在冷板安装支架404的每个侧部上。虽然在该示例中示出了4个安装插槽，每个边缘两个，但是还可实施更多或更少的安装插槽。在一个实施方式中，安装插槽中的每个均为诸如椭圆形或矩形的不对称形状。

例如，如图5A的俯视立体图和图5B的仰视立体图所示，当冷板组件401通过使引导销431A和引导销431B与引导销孔432A和引导销孔432B对齐而安装在处理器组件402上时，第一组安装插槽415至第一组安装插槽418与第二组安装插槽421至第二组安装插槽424对齐。一旦第一组安装插槽与第二组安装插槽对齐，则可通过对齐的安装插槽中的每个***安装销。在该示例中，安装销411至安装销414可分别***通过冷板安装支架404的安装插槽415至安装插槽418和处理器安装支架430的安装插槽421至安装插槽424。

根据一个实施方式，每个安装销均在进入相应的安装插槽之前***穿过诸如弹簧441的弹簧中心。弹簧是存储机械能量的弹性体。弹簧通常由弹簧钢制成。在没有刚度变化特征的情况下，当常规弹簧从其静止位置压缩或拉伸时，弹簧施加约与其长度变化成比例(该近似值对于大的变形量突变)的相反力。弹簧的比率或弹簧常数或弹簧系数是它施加的力的变化除以设计用于压缩载荷操作的弹簧的变形的变化，因此当将载荷施加至弹簧时弹簧变短：

F＝-kx

其中，x是位移矢量-弹簧从其均衡长度变形的距离和方向；F是合力矢量-弹簧施加的恢复力的大小和方向；以及k是弹簧的力系数或力常数，是取决于弹簧的材料和结构的常数。

返回参考图4，弹簧的弹簧圈的直径至少比安装插槽的最小的尺寸大，使得防止弹簧进入安装插槽。弹簧圈的直径还比安装销的头部小，使得安装销***安装插槽时防止移除弹簧。当安装销进入安装插槽时，弹簧手压缩以在冷板安装支架404上提供适当的安装压力，从而朝向处理器安装支架430推动冷板。当安装销进入安装插槽时，通过安装销的头部和冷板安装支架压缩安装销的弹簧。图5A、图5B和

图6示出了根据某些实施方式的附接至处理器的冷板的俯视立体图、仰视立体图和俯视图。

图7A和图7B是示出根据一个实施方式的安装销配置的示例的方框图。参考图7A，如第一侧视图701、第二侧视图702和交叉视图或仰视图703中所示，安装销包括头部711、柄部712和尖端部713。头部711和柄部712的截面可以是相对圆形形状。头部711的尺寸或直径设计成使得适合由操作员的手指抓取或握住，以推、拉和旋转安装销。柄部712的尺寸或直径比任何安装插槽的尺寸都小，而头部711的尺寸或直径比任何安装插槽尺寸都大。因此，如图7B所示，柄部712可通过安装插槽，而头部711则被阻挡。

根据一个实施方式，如交叉视图703所示，尖端部713的截面是不对称的形状。具体地，尖端部713的截面的形状是相对地与安装插槽一致的形状。例如，如果安装插槽的形状是椭圆或矩形形状，则尖端部的截面的形状分别是显著的椭圆或矩形形状。因此，安装销可仅以与安装插槽相关联的角度或方向对齐的具体角度或方向***穿过安装插槽。

在一个实施方式中，尖端部713的截面的较长尺寸721(例如，沿着纵向轴线)比安装插槽的较短尺寸(例如，图6的安装插槽422的尺寸602)大，以及比安装插槽的较长尺寸(例如，安装插槽422的尺寸601)小。尖端部713的截面的较短尺寸722(例如，沿着横向轴线)比安装插槽的较短尺寸小。因此，安装销可仅在与安装插槽的形状对齐的第一角度或方向上***通过安装插槽。

如上所述，弹簧715的弹簧圈的直径至少比安装插槽的较短尺寸大。因此，如图7B中所示，当安装销经由第一角度***穿过安装插槽时，例如通过按操作员的手指按压并向下推动，弹簧715在头部711与冷板安装支架404之间压缩。应注意的是，当尖端部713的纵向轴线与安装插槽的纵向轴线对齐时，尖端部713才可通过安装插槽。一旦尖端部713通过安装插槽穿过冷板安装支架404和处理器安装支架430二者，则尖端部713可从第一角度水平地转动至第二角度，以将冷板安装支架404和处理器安装支架430互锁在一起。在一个实施方式中，第一角度与第二角度之间的差值是约90度。例如，操作员可简单地使用握住头部711的手指来将安装销从第一角度转动至第二角度而不需要任何工具。替代地，操作员可使用螺丝起子将安装销转动至不同角度或方向。

当尖端部713沿着第二角度放置时，安装销称为处于锁定放置。如图5B和图7B中所示，当安装销处于锁定位置时，尖端部713的截面的纵向轴线不再与安装插槽的纵向轴线对齐。同时，由于尖端部713的锁定位置而由头部711和冷板安装支架404压缩的弹簧715继续施加压力，从而朝向彼此推动冷板安装支架404和处理器安装支架430。因此，防止尖端部713通过安装插槽缩回，这保持冷板安装支架404和处理器安装支架430互锁在一起。

根据一个实施方式，弹簧715设计为具有力系数(也称为力常数或弹簧常数)，使得弹簧715提供适当的压力范围，该压力范围比设计为提供足够压力的第一预定阈值大，从而使得冷板安装支架404与处理器的表面处于良好接触，以用于传递热量。另外，压力比第二预定阈值小，第二预定阈值对应于处理器允许而不损坏处理器的最高压力。同样地，当需要拆卸包装时，可简单地将安装销从第二角度转动回至第一角度，以及可通过安装插槽缩回和移除安装销。此后，冷板组件可从处理器组件分离。应注意的是，如图8中所示，单个服务器刀片可包括与多个处理器组件附接的多个冷板组件，并且多个冷板组件中的一些可通过使它们的相应液体分配通道菊花式链接，而级联在一起。

在前述说明书中，已参照本发明的具体示例性实施方式描述了本发明的实施方式。显而易见的是，可在不背离权利要求阐述的本发明的更宽泛的精神和范围的情况下，对本发明进行各种修改。因此，说明书和附图被认为具有说明性意义而不是限制性意义。

Claims (20)

1.一种用于冷却数据中心的电子机架中的数据处理***的处理器的冷却模块组件，所述冷却模块组件包括：

冷板，定位为邻近处理器的外表面，以接收从所述处理器辐射的热量；

液体分配通道，在所述冷板内形成，以分配冷却液体穿过所述冷板，从而交换由所述冷板携带的热量，其中，所述液体分配通道包括：

进入端口，联接至液体供给线，以从外部液体源接收所述冷却液体；以及

排出端口，联接至液体返回线，以使具有交换的热量的所述冷却液体返回至所述外部液体源；以及

冷板安装支架，附接至所述冷板，以将所述冷板安装在所述处理器的外表面上，其中，所述冷板安装支架包括与设置在处理器安装支架上的第二组安装插槽对齐的第一组安装插槽，其中，所述处理器安装支架将所述处理器安装在所述数据处理***的母板上，其中，所述第一组安装插槽和所述第二组安装插槽中的安装插槽中的每个均配置成不对称的形状；

其中，所述第一组安装插槽和所述第二组安装插槽允许一个或多个安装销以第一角度***穿过，并且允许在***之后从所述第一角度旋转至第二角度，以使所述冷板与所述处理器的外表面互锁。

2.如权利要求1所述的冷却模块组件，其中，每个安装销均配置成***穿过弹簧的中心，以便***穿过所述第一组安装插槽的相应安装插槽。

3.如权利要求2所述的冷却模块组件，其中，当所述安装销处于锁定位置时，所述弹簧受压缩，以提供力来推动所述冷板抵靠所述处理器的外表面。

4.如权利要求3所述的冷却模块组件，其中，所述弹簧的力系数选择为使得施加至所述处理器的力是优化的，从而允许热量传递至所述冷板，而不施加过大压力而潜在地损坏所述处理器。

5.如权利要求4所述冷却模块组件，其中，基于所述处理器的设计规格配置所述弹簧的力系数，使得当所述安装销处于锁定位置时，由于所述弹簧的压缩而施加至所述处理器的力比由所述设计规格指定的可施加至所述处理器的最大力小。

6.如权利要求2所述的冷却模块组件，其中，每个安装销均包括：

头部；

尖端部；以及

柄部，将所述头部联接至所述尖端部，其中，所述尖端部的截面配置成具有与所述第一组安装插槽和所述第二组安装插槽的安装插槽的不对称形状一致的截面形状。

7.如权利要求6所述的冷却模块组件，其中，所述尖端部的纵向尺寸比每个安装插槽的横向尺寸大，以及其中，所述尖端部的横向尺寸比所述安装插槽的横向尺寸小。

8.如权利要求7所述的冷却模块组件，其中，每个安装销均以第一角度***穿过所述第一组安装插槽和所述第二组安装插槽的相应的安装插槽，使得所述安装销的纵向轴线与所述相应的安装插槽的纵向轴线对齐，以及其中，当安装销从所述第一角度旋转至所述第二角度时，所述安装销的纵向轴线不与所述相应的安装插槽的纵向轴线对齐。

9.如权利要求8所述的冷却模块组件，其中，处于锁定位置的每个安装销均允许所述安装销的所述尖端部和所述头部将相应冷板的冷板安装支架与相应处理器的处理器安装支架锁定在一起。

10.如权利要求6所述的冷却模块组件，其中，每个安装销的至少柄部***穿过所述弹簧，以及其中，当所述安装销***穿过所述第一组安装插槽和所述第二组安装插槽的安装插槽时，在所述头部与所述冷板安装支架之间压缩所述弹簧。

11.如权利要求10所述的冷却模块组件，其中，当所述安装销处于所述锁定位置时，所述安装销的所述尖端部防止所述安装销从所述处理器安装支架的安装插槽缩回，同时所述弹簧拉动所述尖端部抵靠所述处理器安装支架以彼此互锁。

12.如权利要求1所述的冷却模块组件，其中，每个安装插槽的所述不对称形状均为椭圆形或矩形。

13.一种数据中心的电子机架，包括：

机架液体供给线；

机架液体返回线；以及

一堆服务器刀片，联接至所述机架冷却液体供给线和所述机架冷却液体返回线，每个服务器刀片均代表数据处理***，其中，每个服务器刀片均包括每个均附接至冷却模块组件的一个或多个处理器，其中，每个冷却模块组件均包括：

冷板，定位为邻近处理器的外表面，以接收从所述处理器辐射的热量；

液体分配通道，在所述冷板内形成，以分配冷却液体穿过所述冷板，从而交换由所述冷板携带的热量，其中，所述液体分配通道包括：

进入端口，联接至所述机架液体供给线，以从外部液体源接收所述冷却液体；以及

排出端口，联接至所述机架液体返回线，以使具有交换的热量的所述冷却液体返回至所述外部液体源；以及

冷板安装支架，附接至所述冷板，以将所述冷板安装在所述处理器的外表面上，其中，所述冷板安装支架包括与设置在处理器安装支架上的第二组安装插槽对齐的第一组安装插槽，其中，所述处理器安装支架将所述处理器安装在所述数据处理***的母板上，其中，所述第一组安装插槽和所述第二组安装插槽的安装插槽中的每个均配置成不对称形状；

其中，所述第一组安装插槽和所述第二组安装插槽允许一个或多个安装销以第一角度***穿过，并且在***之后从所述第一角度旋转至第二角度，从而使所述冷板与所述处理器的外表面互锁。

14.如权利要求13所述的电子机架，其中，每个安装销均配置成***穿过弹簧的中心，以便***穿过所述第一组安装插槽的相应安装插槽。

15.如权利要求14所述的电子机架，其中，当所述安装销处于锁定位置时，所述弹簧受压缩，以提供力来推动所述冷板抵靠所述处理器的外表面。

16.如权利要求15所述的电子机架，其中，所述弹簧的力系数选择为使得施加至所述处理器的力是优化的，以允许将热量传递至所述冷板，而不施加过大压力而潜在地损坏所述处理器。

17.一种数据中心，包括：

室内液体供给线，联接至冷却液体源；

室内液体返回线，联接至所述冷却液体源；以及

电子机架阵列，所述电子机架中的每个均包括：

机架液体供给线，联接至所述室内液体供给线；

机架液体返回线，联接至所述室内液体返回线；以及

一堆服务器刀片，联接至所述机架冷却液体供给线和所述机架冷却液体返回线，每个服务器刀片均代表数据处理***，其中，每个服务器刀片均包括每个均附接至冷却模块组件的一个或多个处理器，其中，每个冷却模块组件均包括：

冷板，定位为邻近处理器的外表面，以接收从所述处理器辐射的热量；

液体分配通道，在所述冷板内形成，以分配冷却液体穿过所述冷板，从而交换由所述冷板携带的热量，其中，

所述液体分配通道包括：

进入端口，联接至所述机架液体供给线，以从所述室内液体供给线接收所述冷却液体；以及

排出端口，联接至所述机架液体返回线，以使具有交换的热量的所述冷却液体返回至所述室内液体返回线；以及

冷板安装支架，附接至所述冷板，以将所述冷板安装在所述处理器的外表面上，其中，所述安装支架包括与设置在处理器安装支架上的第二组安装插槽对齐的第一组安装插槽，其中，所述处理器安装支架将所述处理器安装在所述数据处理***的母板上，其中，所述第一组安装插槽和所述第二组安装插槽的安装插槽中的每个均配置成不对称的形状，

其中，所述第一组安装插槽和所述第二组安装插槽允许一个或多个安装销经由第一角度***穿过，并且允许在***之后从所述第一角度旋转至第二角度，以使所述冷板与所述处理器的外表面互锁。

18.如权利要求17所述的数据中心，其中，每个安装销均配置成***穿过弹簧的中心，以便***穿过所述第一组安装插槽的相应安装插槽。

19.如权利要求18所述的数据中心，其中，当所述安装销处于锁定位置时，所述弹簧受压缩，以提供力来推动所述冷板抵靠所述处理器的外表面。

20.如权利要求19所述的数据中心，其中，所述弹簧的力系数选择为使得施加至所述处理器的力是优化的，以允许将热量传递至所述冷板，而不施加过大压力而潜在地损坏所述处理器。