混合液体冷却制造技术

本发明专利技术涉及混合液体冷却。提供了用于对浸入开放式浴浸没槽中的集成电路组件进行冷却的两种液体冷却机制。在第一种机制中，由高热设计功率(TDP)组件生成的热量通过耦合至高TDP组件的冷却板的工作流体被吸收。冷却板是直接流体冷却回路的、被附接到流体地连接至冷却分配单元的供应歧管和回流歧管的一部分。在第二种机制中，不耦合至直接流体冷却回路中任一者的集成电路组件将热量直接地耗散到浸没流体。在一些实施例中，槽是封闭式浴浸没槽，并且由工作流体捕获的热量被回收并转化为电力。工作流体流速可以基于集成电路组件功耗水平来进行调节，以在其进入能量回收单元时达到所需的工作流体温度。需的工作流体温度。需的工作流体温度。

【技术实现步骤摘要】
混合液体冷却

技术介绍

[0001]在基于浸没浴的液体冷却系统中，集成电路组件被浸入用介电浸没流体填充的浸没槽中。集成电路组件通过将由组件生成的热量耗散到浸没流体中来进行冷却。在液体浸没冷却系统中可以使用两种类型的浸没槽—开放式浴和封闭式浴。在开放式浴系统中，浸没槽可以被覆盖或不被覆盖，并且在大气压力下操作。在封闭式浴系统中，浸没槽是密封的，并且因此浸没流体与环境隔绝。热交换器对浸没流体进行冷却。
[0002]在直接液体冷却系统中，集成电路组件由工作流体进行冷却，工作流体流经耦合至集成电路组件的冷却板。泵使工作流体循环通过包括冷却板的直接液体冷却回路。由集成电路组件加热的工作流体由热交换器冷却。
附图说明
[0003]图1是将各种液体冷却解决方案的特性进行比较的表格。
[0004]图2A图示出用于对位于开放式浴浸没槽内的多个系统板进行冷却的混合液体冷却系统。
[0005]图2B图示出图2A中的系统板中的一个系统板的前视图。
[0006]图3是包括能量回收单元的示例混合液体冷却系统。
[0007]图4是示例混合液体冷却方法的流程图。
[0008]图5是可由混合液体冷却系统冷却、或可在混合液体计算系统中提供工作流体流速控制或气压控制的示例计算系统的框图。
[0009]图6是可以执行作为实现本文中所描述的技术的部分的指令的示例性处理器单元的框图。
具体实施方式
[0010]各种类型的处理器单元(诸如XPU(例如，中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU))、插入式卡和存储器的功耗正在代代增加。液体浸没冷却由于其高热捕获率，并且能实现低功率使用效率(PUE)、在腐蚀性的大气状况下的高组件可靠性、以及模块化和可扩展设计而正在成为用于高性能计算系统(诸如数据中心服务器)冷却的有吸引力的选项。边缘计算和5G蜂窝网络技术的出现进一步加速了液体浸没冷却的采用。
[0011]液体浸没冷却(或浸没冷却)可被划分为两种一般方法——单相浸没冷却和两相浸没冷却。在这两种方法中，集成电路组件被浸入处于液态的浸没流体中之后，浸没流体被所浸入的组件加热。在单相浸没冷却中，浸没流体在预期的操作条件下被加热时保持其液态。在两相浸没冷却中，在浸没流体在预期的操作条件下被加热时，浸没流体的部分经历从液体到气体的相变。单相浸没冷却实现方式可以利用开放式浴浸没槽或封闭式浴浸没槽，并且两相浸没冷却实现方式利用封闭式浴浸没槽。
[0012]如本文所用，短语“单相浸没流体”和“单相工作流体”分别指其在预期的操作条件下被加热时保持其液态的浸没流体和工作流体。如本文所用，短语“两相浸没流体”和“两相
工作流体”分别指其部分在预期的操作条件下预计会经历从液体到气体的相变的浸没流体和工作流体。
[0013]如本文中所使用，术语“操作”、“执行”或“运行”在其涉及与系统、设备、平台或资源有关的软件或固件时可互换地使用，并且可以指代存储在可由系统、设备、平台或资源访问的一种或多种计算机可读存储介质中的软件或固件，即使该软件或固件中所包含的指令并非正在被系统、设备、平台或资源活跃地执行。
[0014]如本文所使用，术语“集成电路组件”是指经封装的或未经封装的集成电路产品。经封装的集成电路组件包括被安装在封装衬底上的一个或多个集成电路。在一个示例中，经封装的集成电路组件包含被安装在衬底上、包括焊料球栅阵列(BGA)的衬底外部侧上的一个或多个处理器单元。在未经封装的集成电路组件的一个示例中，单个单片集成电路管芯包括被附接到管芯上的触点的焊料凸块。焊料凸块允许管芯直接地附接到印刷电路板。集成电路组件可以包括本文所描述或所引用的任何计算系统组件中的一个或多个计算系统组件，任何计算系统组件诸如处理器单元(例如，芯片上系统(SoC)、处理器核、图形处理器单元(GPU)、加速器)、I/O控制器、芯片组处理器、存储器或网络接口控制器。
[0015]虽然两相浸没冷却提供了良好的冷却性能，但两相浸没流体的高成本以及与在操作期间由于蒸汽损失而损失浸没流体相关联的成本限制了两相浸没冷却的采用。虽然单相浸没冷却可以避免浸没流体随时间的损失，但由于单相浸没流体具有较低的比热、较高的密度和较高的粘度，其冷却能力一般低于两相浸没冷却的冷却能力。
[0016]在选择在浸没冷却实现方式中使用哪种浸没流体时可以考虑的浸没流体的两个参数是其可燃性和全球变暖潜势(GWP)数，其中较低的GWP数指示材料对全球变暖的贡献较小。一些合成的单相浸没流体(例如Novec液)具有良好的热性能，但也具有较高的GWP。由于全世界都在努力淘汰诸如氢氟碳化物之类的温室气体的使用，因此人们对尽可能使用非GWP或低GWP的材料(例如，具有GWP<1的材料)感兴趣。本文所公开的混合液体冷却技术可以使用不易燃和/或非GWP或低GWP流体为包括高性能集成电路组件的机架提供液体冷却。此类技术的使用可以帮助大型云服务提供商(CSP)、高性能计算(HPC)系统供应商、和可能开始越来越多地在其数据中心内依赖于浸没冷却以实现其宣称的环境可持续性(例如，碳中和、碳负值)目标的其他实体。
[0017]存在各种液体浸没冷却方法，但它们可能遭受各种缺点。在第一种现有方法中，单相浸没流体被用来对被浸入开放式浴浸没槽中的集成电路组件进行冷却。被附接到集成电路组件的空气冷却散热器可以帮助将由集成电路组件生成的热量耗散到浸没流体中，该浸没流体是合成油，但是由于合成油的有限的热性能，此类系统可能无法充分地移除由高热设计功率(TDP)集成电路组件生成的大量的热量。
[0018]在第二种现有方法中，单相浸没流体在封闭式机箱计算系统中被使用。单相浸没流体(其是矿物油或合成油)流入耦合至集成电路组件的冷却板，并溢出或从冷却板(例如，开放式销鳍片冷却板)上溢出，从而为系统板上的其他集成电路组件提供冷却。该第二种方法的缺点可能包括：使用低热性能浸没流体(矿物油或合成油)、需要封闭式机箱以防止浸没流体泄漏到机箱外部、需要机架拥有足够的机械强度以支撑填充流体的计算系统的附加重量、以及由封闭式机箱计算系统带来的可维修性和更换限制。
[0019]在第三种现有方法中，封闭式机箱计算系统中的单相浸没流体通过以单独的直接
液体冷却回路来对高TDP集成电路组件进行冷却，从而冷却集成电路组件。该封闭式机箱系统包括专用泵和专用热交换器，以对浸没流体和直接液体冷却回路工作流体进行循环和冷却。直接液体冷却回路工作流体可以是单相工作流体，诸如水。该第三种解决方案的缺点可能包括第二种现有解决方案的缺点加上与为单个机箱配备专用泵和专用热交换器相关联的额外成本(例如，泵和热交换器的成本、支撑附加泵和热交换器重量的更坚固的机架的成本)。
[0020]在第四种现有方法中，在封闭式浴浸没槽中使用两相浸没流体。该第四种方法的缺点可能包括：可能使用高GWP浸没流体；需要密封的机箱、浸没槽或机架以防止浸没流体蒸汽泄漏；如果使用易燃的两相浸没流体，则需要监管部门批准以及灭火能力的额外成本；由本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种设备，包括：开放式浴浸没槽；供应歧管，所述供应歧管连接至多个直接液体冷却回路；回流歧管，所述回流歧管连接至所述直接液体冷却回路；多个系统板，所述多个系统板位于所述开放式浴浸没槽内，所述系统板中的各个系统板包括：一个或多个第一集成电路组件，所述一个或多个第一集成电路组件物理地耦合且热耦合至所述直接液体冷却回路中的一者；以及一个或多个第二集成电路组件，所述一个或多个第二集成电路组件不物理地耦合且不热耦合至所述直接液体冷却回路中的任一者；以及热交换器，所述热交换器位于所述开放式浴浸没槽内。2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述直接液体冷却回路中的各个直接液体冷却回路包括一个或多个冷却板，并且对于所述系统板中的各个系统板，所述第一集成电路组件热耦合至所述直接液体冷却回路中的一者的冷却板。3.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述开放式浴浸没槽至少部分地填充有浸没流体，并且所述系统板中的各个系统板的所述一个或多个第一集成电路组件和所述一个或多个第二集成电路组件被浸入所述浸没流体中。4.如权利要求1或2所述的设备，进一步包括位于所述开放式浴浸没槽内的单个泵。5.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述直接液体冷却回路经由快速断开配件连接到所述供应歧管和所述回流歧管。6.如权利要求1或2所述的设备，进一步包括位于所述开放式浴浸没槽内的附加系统板，所述附加系统板包括第三多个集成电路组件，所述第三多个集成电路组件包括附接到所述附加系统板的所有集成电路组件，其中所述第三多个集成电路组件中的任一集成电路组件都不热耦合且不物理地耦合至所述直接液体冷却回路中的任一者。7.一种系统，包括：浸没槽；供应歧管，所述供应歧管连接至多个直接液体冷却回路；回流歧管，所述回流歧管连接至所述直接液体冷却回路；多个系统板，所述多个系统板位于所述浸没槽内，所述系统板中的各个系统板包括：一个或多个第一集成电路组件，所述一个或多个第一集成电路组件物理地耦合且热耦合至所述直接液体冷却回路中的一者；以及一个或多个第二集成电路组件，所述一个或多个第二集成电路组件不物理地耦合且不热耦合至所述直接液体冷却回路中的任一者；热交换器，所述热交换器位于所述浸没槽内；以及冷却分配单元，所述冷却分配单元流体地耦合至所述供应歧管以将工作流体提供给所述直接液体冷却回路。8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述直接液体冷却回路中的各个直接液体冷却回路包括一个或多个冷却板，并且对于所述系统板中的各个系统板，所述第一集成电路组件热耦合至所述直接液体冷却回路中的一者的冷却板。
9.如权利要求7或8所述的系统，其特征在于，所述浸没槽是开放式浴浸没槽。10.如权利要求7或8所述的系统，其特征在于，被提供给所述直接液体冷却回路的所述工作流体是第一工作流体，并且所述冷却分配单元流体地耦合至所述热交换器以将第二工作流体提供给所述热交换器。11.如权利要求7或8所述的系统，其特征在于，被提供给所述直接液体冷却回路的所述工作流体是第一工作流体，并且其中所述热交换器从除所述冷却分配单元之外的源接收第二工作流体。12.如权利要求7或8所述的系统，其特征在于，所述工作流体是单相工作流体。13.如权利要求7或8所述的系统，其特征在于，所述工作流体是两相工作流体。14.如权利要求7或8所述的系统，其特征在于，所述浸没槽至少部分地填充有浸没流体。15.如权利要求14所述的系统，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：