CN1975629A

CN1975629A - 机械空气改向设备和使用该设备的系统和方法

Info

Publication number: CN1975629A
Application number: CNA2006101393408A
Authority: CN
Inventors: 老吉米·格兰特·福斯特; 迈克尔·肖恩·琼; 艾伯特·文森特·麦克利; 贾森·阿伦·马特森
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2005-11-29
Filing date: 2006-09-26
Publication date: 2007-06-06
Also published as: US20070121286A1

Abstract

公开了一种方法、设备和系统，用于对空气冷却的计算机组件使用机械空气改向装置，使得平均分布气流，以对发热部件(如存储器芯片或存储板)提供平衡冷却。本发明改善了在移走或留着未安装一些存储设备时计算机和存储器系统的热分布和热散逸。

Description

机械空气改向设备和使用该设备的系统和方法

技术领域

本发明涉及计算机系统中的存储设备以及这种设备和系统的热性能。更具体地说，本发明涉及空气冷却的计算机系统领域以及用于分布通过具有发热部件(如存储卡)的计算机组件的气流的机械空气改向设备。

背景技术

因为比如微处理器、存储器和专用集成电路(ASIC)的大功率发热部件产生更高的冷却要求，所以向计算机组件提供足够的冷却变得越来越难。冷却效果受到更高输出的冷却风扇的大小、成本和噪音限制。

通常，现有的气流容量由于风扇大小、成本或噪音限制不能充分地冷却所有的发热部件，导致不得不使用更大更贵或噪音更大的风扇或以不太合乎期望的布局定向发热部件以满足系统的冷却要求。通常，比如微处理器、存储设备、扩展卡、电源、ASIC和存储板等发热部件被平行于气流或沿着气流定向，以提高冷却特性。但是，在有些情况下，为这些部件提供其它定向是优选的。另外，发热部件还可位于印刷电路板(PCB)之上或之下，在其中任一情况下，都产生向这些部件提供充足冷却的需要。

另外，计算机存储系统正在增加信息存储容量、密度以及数据处理速度，而尽管容纳了基本上相同数量的部件，计算机机箱大小却继续下降，所有这些都增大了为发热部件提供充分冷却的挑战性。先前具有多个动态随机访问存储器(DRAM)或双联机存储模块(DIMM)设备的系统不需要超出正常空气循环和对流的很多(如果有的话)直接冷却，但最近的设计在充分冷却存储器系统和其它发热计算机部件的能力上已经不够了。

这个问题目前的解决方案包括用更多风扇或更昂贵的风扇增大气流，限制系统中部件(包括存储设备)的性能或数量。目前的集成电路(IC)设计试图以能使所有安装的设备(包括存储器)以更低温度工作的方式将这个热负荷分布在它们之间，但在没有安装分配用在系统中的一些存储器部件时会发生冷却问题。实际上，这个问题随着安装的存储器部件数量的下降而恶化，即使系统产生的总热量更少。

需要一种能够平均分布气流以提供对发热部件(如动态随机访问存储器DRAM或双联机存储模块DIMM芯片和存储板)的平衡冷却的冷却系统。还需要该冷却问题的一种解决方案，该解决方案能够在需要时移走(或留着不安装(left uninstalled))一些存储设备，能够让发热部件位于印刷电路板(PCB)之上和之下，以及还能够相对于气流以任意方向定向发热部件，同时仍然满足系统的噪音、大小和成本限制。

发明内容

本发明提供一种用于空气冷却计算机组件的使用机械空气改向设备的方法、装置和系统，其能够平均分布气流，以便提供对发热部件(如存储芯片和板)的平衡冷却。本发明改进了移走或留着不安装一些存储设备时计算机和存储系统的热分布和热散逸。这样，本发明还能够使发热部件(如DRAM/DIMM存储器、ASIC和微处理器)位于印刷电路板(PCB)之上和之下，并且能够被相对于气流以任何方向定向，同时仍然以任何期望气流速度、方向和噪声水平提供足够的冷却，同时仍然满足系统大小、噪声和成本限制。

具体地说，本发明通过提供机械气流改向器而解决了上述问题，对于计算机系统中所分配的存储位置(或“插槽”)的不同大小、类型和数量和那些位置中安装(或“板上组装”)的存储部件(包括动态随机访问存储器DRAM或双联机存储模块DIMM芯片和存储板)的不同大小、类型和数量，机械气流改向器可以被优化到具体的大小、类型、配置或者方向。本发明的气流改向器被设计为对气流产生与在该空存储位置上安装了存储模块时所产生效果相似的效果。这个效果最小化了在空位置中通常已经发生的气流损失，以及因此大大增强了安装的存储模块周围的气流。因而，与现有方法相比，实现了冷却效果的大幅提高，即使没有比完全板上组装的存储系统中的更多的总气流来散逸热负荷。

因此，本发明的一个目标是通过为空气冷却计算机组件提供使用机械空气定向设备来平均分布气流以便提供对发热部件的平衡冷却的方法、装置和系统来克服现有技术中的问题。

本发明的另一目标是通过提供使用机械空气改向装置来在移走或留着未安装一些存储设备时改善计算机存储系统的热分布或热散逸的方法、装置和系统来克服现有技术的缺点。

本发明的另一目标是通过提供机械空气改向器来最小化空存储位置的气流损失以及增加安装的存储模块周围的气流来克服现有技术的缺点。

本发明的另一目标是通过提供机械气流改向器来在空存储位置对气流产生与安装的存储模块所产生的效果相似的效果来克服现有技术的缺点。

本发明的另一目标是通过提供机械气流改向器来克服现有技术的问题，其中对于所分配的存储模块位置的每个大小、类型和数量和对于计算机系统中安装的存储部件的每个大小、类型和数量，在大小、类型、配置和方向上对所述机械气流改向器进行优化

本发明的另一目标是通过提供机械气流改向器来克服现有技术的问题，所述改向器使得极大地改善热冷却效果，而不增加总气流以至少散逸与完全板上组装的计算机系统中所经历的相同的热负荷。

本发明的另一目标是通过提供机械气流改向器来克服现有技术的问题，所述改向器允许发热部件位于印刷电路板之上和之下并且相对于气流以任意方向定向。

本发明的另一目标是通过提供机械气流改向器来克服现有技术的问题，所述改向器允许以任何期望气流速率、定向和噪声水平对计算机组件进行充分冷却同时仍然满足系统大小、噪声和成本限制。

在说明书的结束部分中特别指出并且明确主张了被看作本发明的主题。但是，结合附图参考下面的说明可以最好地理解本发明以及它的更多目标和优势。

附图说明

图1是带有气流引导系统的空气冷却的计算机组件的现有技术实施例的透视图；

图2是带有气流引导系统的空气冷却的计算机组件的现有技术实施例的底部透视图，示出了印刷电路板(PCB)组件底部的一部分；

图3A-3D示出了分别板上组装(populate)八(8)、六(6)、四(4)、二(2)个安装的存储模块的八(8)槽存储板；

图4A-4C示出了分别板上组装八(6)、四(4)、二(2)个安装的存储模块的六(6)槽存储板；图4D示出了板上组装二(2)个安装的存储模块的四(4)槽存储板；

图5A和5B示出了分别板上组装六(6)和四(4)个安装的存储模块并使用本发明的气流改向器的一种实施例的八(8)槽存储板；

图6示出了板上组装二(2)个安装的存储模块并使用本发明的气流改向器的另一种实施例的八(8)槽存储板；以及

图7A和7B示出了分别板上组装四(4)和二(2)个安装的存储模块并且使用本发明的气流改向器的其它实施例的六(6)槽存储板。

具体实施方式

图1示出了包括托架结构110的空气冷却的计算机组件100的现有技术实施例的透视图。可选择地，计算机组件安装到“U”型机箱中。可选择地，计算机组件100还包括位于托架结构110的末端的至少一个风扇120，所述风扇用于提供通过机箱的气流。计算机组件100还包括位于托架结构110上的印刷电路板(PCB)组件125。PCB组件125可以包括可选择地位于印刷电路板130之上部和下部的发热部件。

在图1的示例中，PCB组件125的上部包括可由动态随机访问存储器(DRAM)或者双联机存储模块(DIMM)芯片组成的存储板(或“卡”)140。在这个示例中，存储板140与气流150的方向垂直。图1的示例中还包括各自顶部附着有散热片162的专用集成电路(ASIC)160。图2示出了包括位于印刷电路板130之下部的发热部件(比如微处理器200)的计算机组件100的视图。

可以相对于气流的方向，以任何方向(包括，沿着气流方向、跨越气流、平行于气流或垂直于气流)放置图1和图2中所示发热部件。可选择地，计算机组件100还可包括靠近PCB组件125放置的阻气系统，以引导气流150在发热部件之间。在图1的示例中，阻气系统包括一对弯曲的挡板172和一个平坦的挡板174，以引导气流150在发热部件周围和之间。在这个例子中，机箱的背部180被打孔，以允许气流150离开托架组件110。可选择地，仅在托架组件的背部的特定区域中部分打孔，以进一步平衡上部和下部之间的气流或者在组装之后微调气流。

图3A-3D示出了通常如何使用共有八(8)个分配的存储模块位置(或“插槽”)144的存储卡在计算机系统印刷电路板(PCB)组件125(或者“母板”)中组织存储模块142。具体地说，图3A-3D分别示出了板上组装有八(8)、六(6)、四(4)、两(2)个安装的存储模块142(示为阴影对象)的八(8)槽存储板140；分别对应于从8个分配的插槽中没有(0)移走存储模块、移走两(2)个存储模块、移走四(4)个存储模块、移走六(6)个存储模块(图中以带有虚轮廓的空白(blank)对象表示空插槽144的位置)。

图4A-4C与图3A-3D相似，区别是存储卡140只支持总共六(6)个分配的存储模块插槽144，而图4D只支持总共四(4)个分配的存储模块插槽144。图4A-4C示出了分别板上组装有六(6)、四(4)、两(2)个安装的存储模块142的六(6)槽存储板140。图4D示出了板上组装有两(2)个安装的存储模块的四(4)槽存储板。

图3和图4还示出了在相邻插槽(或“通道通道”)中板上组装(或移走(depopulated))的存储模块位置144，这种情况常见于新计算机，总存储容量的一半由存储模块142(或者一组存储模块)携带，这些存储模块142的每一个独立地位于或者安装在不同的通道通道。这种布置常见于具有同步(SDR)或双数据速度(DDR和DDRII)DRAM/DIMM存储器的系统。在每种情况下，随着移走或留着不安装的模块增加，给剩余的存储模块带来的热应力也随之增加，这是由于对于每个存储模块的数据处理活动(产生更多热量)增加和冷却能力下降的组合效应，导致移走更少的发热。

图5A和5B示出了分别板上组装有六(6)个和四(4)个安装的存储模块142的八(8)槽存储板140，每个安装的存储模块使用安装在空闲插槽144中的气流改向器146(图中示为实轮廓的空白对象表示在存储槽位置144存在气流改向器146)。在现有的系统中，这些插槽通常为空闲，并且即使每个模块的热负荷由于处理活动的增加只有少量增加，所产生的空位(void)导致穿过板上组装有存储模块的插槽的气流低于正常情况。不是保留空闲插槽为空(vacant)，而是配置本发明的气流改向器146位于一(1)个或两(2)个槽空位(分别如图5A和5B所示)中，以在空位周围重新分布气流150，以便导引它穿过和经过包含安装的存储模块142的通道通道。

图6示出了板上组装有两(2)个安装的存储模块142并使用被配置用来覆盖空插槽144的另一类型的气流改向器146的八(8)槽存储板140.对最坏情况来说，关键是为两(2)个安装的存储模块142适当地维持气流150，因为处理活动增加和冷却能力下降的组合负效应在这种情况下达到了它的最高点。图6所示气流改向器146的配置不同于前面所示，并且已经为这种特殊情况进行了优化，以便最小化发生在两(2)个空通道内的气流150损失，其中每个空通道具有由单个气流改向器146共同占据的三(3)个相邻的空存储模块插槽144。具体地说，图6的气流改向器设计阻止气流在安装的存储模块142之间流过，而同时通过压迫更多气流在那些安装的存储模块周围而增加它们周围的气流。这是通过为气流改向器146提供一个连续表面而实现的，该连续表面占据安装的存储器模块142之间的总空闲空间至少等于或多于图5所示类型的多于一个单个气流改向器(或其它各个存储器模块)共同占据的空间(如果安装了的话)。

图7A和7B分别示出板上组装有四(4)个和两(2)个安装的存储模块并且使用其它类型的气流改向器的六(6)槽存储板，所述其他类型气流改向器146为总共分配了六(6)个存储模块插槽的系统做了优化，并且被配置位于在此分别所示的一(1)个或两(2)个槽空位中。图7A和7B中所示气流改向器的特征分别与相对图5和图6的气流改向器所说明的那些特征相同。

可以用任何传统机械手段配置图5-7中所示气流改向器来位于任何标准存储模块插槽中，并且可以使其按“从左到右”或“从右到左”的存储插槽方向工作。可以为不同大小的存储器插槽提供不同组的这些气流改向器，并且还可根据特定的存储器硬件类型定制气流改向器设计，以适应特殊的数量、高度、开头和其它配置。本发明同样可以支持使用超过8个分配的存储器模块插槽(这通常会涉及多个各自具有六(6)个或八(8)个分配的插槽的存储卡的使用)的计算机系统。在这些情况下，可用于热散逸的总气流被分布在很多插槽上，使得由更少的板上组装的存储模块所产生的热冷却挑战更严重。

因而，本发明的气流改向器对气流产生了类似于由安装在空通道中的存储器模块所引起的效果的效果。这个效果通常最小化了发生在空通道中的气流损失，并由此大大增加了安装的存储模块周围的气流。因而，与现有方法相比，实现了热冷却的极大改进，即便没有更多总气流来散逸至少与完全板上组装的存储器系统中相同的(或更高的)热负载。

尽管已经通过图示显示了本发明的特定优选特性，但可以在下面的权利要求所体现的本发明的真实精神范围内对其进行很多更改和变化，这些权利要求将在法律允许范围内尽可能宽地被解释，以覆盖本发明的全部范围，包括其所有等价物。

Claims

1.一种机械空气改向设备，被配置为安装在至少一个空存储位置，以在计算机组件内分布气流，使得为该组件中的发热部件提供基本上平衡的冷却。

2.根据权利要求1的机械空气改向设备，被配置为用来在移走或留着未安装一个或多个存储设备时改善计算机存储系统的热分布和热散逸。

3.根据权利要求2的机械空气改向设备，被配置为用来最小化所述空存储位置中的至少一个中的气流损失，以及增加在其它存储位置的一个或多个中安装的存储设备周围的气流。

4.根据权利要求3的机械空气改向设备，被配置为用来基本上平均地分布气流，使得在一个或多个空存储位置中产生与至少一个安装的存储设备对气流所产生效果相同的效果。

5.根据权利要求4的机械空气改向设备，对于分配的存储模块位置中至少一个大小、类型和数量以及对于安装的存储部件的一个或多个大小、方向、类型或数量，对所述机械空气改向设备在大小、类型、配置和方向上进行优化。

6.根据权利要求5的机械空气改向设备，被配置为通过提供一个连续表面而基本上阻止气流在安装的存储设备之间流过，该连续表面占据至少与每个空位置中安装的各个存储设备所占据的一样大的存储设备之间总空闲空间的一部分。

7.根据权利要求6的机械空气改向设备，被配置为安装在具八个分配的存储位置的模块的至少一个空位置中。

8.根据权利要求7的机械空气改向设备，被配置为安装在两个、四个或六个空存储位置之一中。

9.根据权利要求7的机械空气改向设备，被配置为安装在一组两个或三个空存储位置中。

10.根据权利要求6的机械空气改向设备，被配置为安装在具有六个分配的存储位置的模块的至少一个空位置中。

11.根据权利要求10的机械空气改向设备，被配置为安装在两个或四个空存储位置之一中。

12.根据权利要求10的机械空气改向设备，被配置为安装在一组两个空存储位置中。

13.根据权利要求6的机械空气改向设备，被配置为安装在具有四个分配的存储位置的模块中的两个空位置之一中。

14.根据权利要求9的机械空气改向设备，被配置为通过提供一个连续表面而基本上阻止气流在安装的存储设备之间流过，该连续表面占据比每个空位置中安装的各个存储设备所占据的更大的存储设备之间总空闲空间的一部分。

15.根据权利要求12的机械空气改向设备，配置为通过提供一个连续表面而基本上阻止气流在安装的存储设备之间流过，该连续表面占据比每个空位置中安装的各个存储设备所占据的更大的存储设备之间总空闲空间的一部分。

16.一种使用一个或多个机械空气改向设备的计算机系统，所述机械空气改向设备的每一个被配置为安装在至少一个空存储位置中，以在计算机组件内分布气流，使得对该组件中的发热部件提供基本上平衡的冷却。

17.根据权利要求16的计算机系统，其中每个机械空气改向设备被配置为用来在移走或留着未安装一个或多个存储设备时改善计算机存储系统的热分布和热散逸。

18.根据权利要求17的计算机系统，其中每个机械空气改向设备被配置为用来通过散逸与安装有全部存储设备的系统中所经历的相同热负载来改善计算机组件中的热冷却而不增加总气流。

19.根据权利要求16的计算机系统，其中每个机械空气改向设备被配置为安装在具有位于印刷电路板之上和之下并且相对于气流在任何方向上定向的发热部件的计算机组件中。

20.一种使用一个或多个机械空气改向设备的方法，包括以下步骤：配置每个设备以用来安装在计算机系统的至少一个空存储位置中，以分布气流，使得以任意气流速率、方向和噪声水平对发热部件提供基本上平衡的冷却。