专利名称：用于计算机系统的冷却剂脉动的制作方法
用于计算机系统的冷却剂脉动
背景技术：
计算机组件，特别是微处理器，可以生成可观的热量，该热量必须从计算机中去 除，以免(least)其对计算机组件造成破坏、烧伤用户或至少导致用户不适或引燃火灾。大 多数计算机依靠某形式的冷却剂流体(典型地为空气)来去除热量。最常见的是，冷却剂 是由风扇强迫通过计算机系统的空气。该风扇一般(for the most part)提供了一致的冷 却剂流。在一些系统中，可以作为温度(内部温度或内部和外部温度的组合)的函数调节 冷却剂流速(flow rate)。一些系统在内部温度低时关闭风扇并且随着温度的增加而使风 扇加速。尽管风扇被广泛使用，它们在去除热量方面并不总是足够有效的。一些系统利用 液体热交换来补充或取代气流，但是这可能是昂贵的解决方案。所需要的是，更加有效又经 济的热量去除方法。在本文中，描述了相关技术以便于理解本发明。标记为“现有技术”的相关技术是 公认的现有技术；没有标记“现有技术”的相关技术不是公认的现有技术。
附图描绘了本发明的实现方式/实施例而不是发明本身。图1是根据本发明的实施例的、刀片服务器系统的示意性表示和与该系统一起使
用的热量去除方法的流程图的组合。注意到在该图中，风扇被绘制成与它们的实际取向正 、-父。图2是根据本发明的另一个实施例的单计算机系统的示意性图示。
具体实施例方式在本发明的过程中，认识到由冷却风扇产生的层流可能留下盲点并限制热量吸 收。本发明提供沿着通过计算机系统的通道的脉动(pulsed)冷却剂流。换言之，冷却剂流 的速度在相对较低(或没有)速度与相对较高速度之间交替。相对“平静的”子周期便于 热量被空气吸收，而相对“多风的”子周期有助于减少盲点。在后一种情况下，高速的、更加 湍急的冷却剂流可以带走(entrain)(在层流系统中)不太可能被排出的被加热流体。图1描绘了刀片(blade)服务器计算机系统API，其中四个刀片11、12、13和14被 插入到机箱15中。尽管可以存在具有(至少)电源线和网络电缆的标准机架固定服务器， 但是刀片服务器由于空间、电源和其他考虑而去除了许多组件，同时仍然具有被认为是计 算机的所有功能组件。刀片外壳提供多种服务，比如电源、冷却、联网、各种互连和管理-不 过不同的刀片提供商在关于刀片本身中(以及有时总共在外壳中)应当和不应当包含什么 的方面具有不同的原则。本发明提供用于所有这些变型和用于任意数量的刀片以及其他形 式的模块化和非模块化计算机系统的实施例。刀片11-14包括处理器16、介质17(例如，固态的和基于盘的存储器)和通信设备 18 (例如，I/O设备、网络接口卡)，所有这些都生成热量。用于这些刀片的功率是经由机箱15提供的。安装在机箱15中的六个风扇20提供将冷却剂吸到刀片11-14中并将冷却剂从 这些刀片中排出。当然，可以使用其他数量的类型的风扇。管21-24将相应的刀片11-14 耦合到邻近风扇20定位的公共风室(plenUm)27。管和刀片的每个组合定义了冷却剂流通 道31-34，其中流动的冷却剂可以接触计算机组件16-18以从中去除热量。每个管包括可以在打开位置和关闭位置之间切换的仓门阀35-38，该打开位置最 低限度地限制冷却剂流通过相应的通道31-34，而该关闭位置最大限度地限制冷却剂流通 过相应的通道。冷却剂流控制器39控制阀35-38，从而使得它们以交替的交错模式打开和 关闭，如图1中右边的时序图中所示。冷却剂流控制器39可以经由温度计19而对(刀片) 内部的温度作出响应并且经由环境温度计41而对环境温度作出响应。在较冷的温度下， 风扇20可以被关闭且阀35-38被打开。在中等温度下，可以提供恒定的冷却剂流，其中阀 35-38打开。在较高的温度下，可以使用所述交错模式，其中风扇20处于相对较高的速度。然 后，每个信道31-34经受由较长子周期45的相对平静层流分隔的短子周期43的湍急多风 条件。在平静的子周期45的期间，存在足够的机会使热量被冷却剂吸收；在多风的子周期 43的期间，冷却剂被迅速移动(whisk away)，从而带走在相应的之前平静的子周期45期间 包含在相对停滞的容器中的冷却剂。一般地，多风的子周期43应当比平静的子周期更短，其比率为2 3或更极端。在 图1中，该比率为1 4，从而使得一个阀一直关闭，但是通过通道31-34的总冷却剂流基本 恒定。该总冷却剂流每单位时间体积的变化量小于每个通道31-34中冷却剂流的变化量。 因此，冷却剂流控制器39可以在不改变风扇速度的情况下实现脉动流。冷却剂流控制器39可以完全关闭仓门阀35-38以获得最大湍流(turbulence) 或让它们稍稍打开使得只要风扇20转动就一直存在至少最小的冷却剂流。取代使用阀 35-38，冷却剂流控制器39可以控制风扇20的速度以同步脉动所有四个通道。改变风扇速 度以控制冷却剂流具有以下优点它与单个以及多个通道一起工作。冷却剂流控制器39可 以以各种方式脉动风扇速度和阀位置并且甚至使控制的程度和类型交替变化，从而使得生 成不同的湍流模式。因此，如果一种类型的控制使得某些停滞区位于适当位置，则另一种类 型的控制可能能够带走先前停滞的空气。在图1的下半部分中示出本发明的方法MEl的流程图。在方法片段MSl中，使冷 却剂流脉动以创建具有平静的和多风的子周期45和43的循环。典型地，多风子周期43的 占空比为40%或更少。如果存在多个通道，则多风的子周期可以是通道数量的倒数。在相 对较长的平静子周期45期间，在方法片段MS2中相对较慢移动的冷却剂在相应的通道中吸 收来自暴露的计算机组件的热量。在相对较短的多风的子周期43期间，热量与吸收它的冷 却剂来一起排出。本发明提供用于产生脉动冷却剂流的可替代装置。当然，可以使用受控的抽入通 道进口，而不是在排出口处拉吸(pull)。在平静周期期间冷却剂流可以从单个通道转向并 在进入该通道之前被倾倒(dump)。另一种方法是改变通道的横截面或体积，同时保持每时 间恒定体积的冷却剂流。在图2中，计算机系统AP2具有许多对应于计算机系统APl的部分的组件，所以相 同的组件被给予相同的数字。系统AP2避免了系统APl的阀而使用相对的挡板60，所述挡板60以音频亚低音扬声器的方式工作。每个挡板包含框架61、线圈63和挡板膜65。气流 控制器67正弦地驱动这些挡板60以改变风室27中的压力。这使得挡板膜65朝向彼此往 里移动而不是远离彼此向外移动；这又周期性地改变了风室27的有效体积，这进而使得风 室27中的空气压力周期性变化。当风扇速度恒定时，每时间体积中的冷却剂的量保持恒定，因此冷却剂流动的速 度随着通道体积而改变。气流控制器67控制该体积以交替改变服务器刀片11-14内的平 静的和湍急的子循环。这具有以下效果允许热量在平静的子周期期间被吸收并且使得停 滞的被加热冷却剂在湍急的子周期期间被带走以排出。挡板60被同步驱动，从而使得它们 的运动相反，从而最小化了对计算机系统AP2的净运动。脉冲周期或信号频率可以根据计算机系统的拓扑结构、组件的热特性和环境条件 而变化。一般地，足够的平静时间应当被分配以容许吸收热量，但是不应当如此长以致热量 不可接受地累积。足够的时间应当被分配给多风的子周期以允许空气或其他冷却剂的完全 交换，但是不应长得太多，从而使得不会浪费吸收热量的机会。基线流量(例如，在平静子 周期期间的流速)越高，没有热累积的平静子周期可以越长。一般地，所述频率可以是处于 从0. OlHz到IOOHz的任何地方。如从图1和图2的比较中可以发现的，可以使用多种形状。 为了最小化射频噪声的目的，来自正弦波形的噪声容易被过滤。尽管冷却剂可以是空气(特别是对于其中没有包含冷却剂气体的系统)，但是可 以使用其他流体，包括当在计算机系统中热量被吸收时变相的其他气体、液体和流体。被加 热的排出空气可以被倾倒到计算机系统APl周围的环境空气中。然而，这可以加热环境空 气并且降低其冷却能力。可以例如使用空调或热交换来冷却环境空气，从而使得它保持其 冷却效力。可替代地，空气或其他冷却剂气体可以包含在封闭的系统中，其中使用计算机 AP2外部的热交换器来去除热量。在一些多通道的实施例中，比如图1的实施例，通过单独通道的冷却剂流可以显 著变化，即使通过这些通道的总冷却剂流总起来说保持基本恒定。当然，总流仍然可能发生 某种变化。然而，一般地，总体积流量(volume-rate flow)的变化量可以小于单独通道的 体积流量的变化量。平静周期可以涉及正冷却剂流(在与排出相同的方向)、负冷却剂流(例如，通过 相同端口的进入和排出，像呼吸一样)或零冷却剂流。零冷却剂流可以通过关闭进入和/ 或排出开口实现。负冷却剂流可以通过反转风扇方向(或者通过改变风扇刀片的旋转方向 (例如，顺时针相对于逆时针)或通过将风扇旋转180°使得它们朝向相反的方向)来实 现。本发明可以应用于各种类型的刀片系统、其他类型的包括机架固定系统的模块化计算 机系统、自支撑计算机等等。本发明提供了针对所示出的实施例的这些和其他修改以及变 型，本发明的范围由所附的权利要求定义。
权利要求
一种冷却计算机系统的方法，包括重复地使冷却剂脉动通过暴露于热生成计算机组件的第一通道，所述脉动涉及零或相对较低的基线冷却剂流速，其重复漂移到相对较高的排出冷却剂流速。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述基线冷却剂流速为非零。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述脉动涉及控制所述组件和与所述第一通道流体 连通的风扇之间的阀。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述脉动涉及改变与所述通道流体连通的风扇的速度。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述漂移以小于40%的占空比发生。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述漂移以0.01到10秒之间的平均周期重复发生。
7.如权利要求1所述的方法，其中存在多个具有暴露的热生成计算机组件的通道，对 于每一个所述通道，所述脉动涉及零或相对较低的基线冷却剂流速，其重复漂移到相对较 高的排出冷却剂流速，所述脉动在通道上是交错的，从而使得通过所述通道的总冷却剂流 速的变化比通过所述第一通道的冷却剂流更小。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述计算机系统包括多个计算机，每个所述计算机 包括数据处理器、存储器和通信设备，每个所述计算机对应于所述通道的相应一个。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述脉动涉及改变所述第一通道的体积。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述脉动涉及移动相对的隔膜。
11.一种系统，包括结构组件，其定义了与热生成计算机组件接触的多个冷却剂流通道；和用于在所述通道上交错的基础上引导脉动冷却剂流通过所述通道的装置。
12.如权利要求11所述的系统，其中通过所述通道的每一个的总冷却剂流比通过所述 通道的总冷却剂流变化更大。
13.如权利要求11所述的系统，进一步包括用于引导所述冷却剂流的风扇和在相应的 通道中用于脉动所述冷却剂流的阀。
14.如权利要求13所述的系统，其中所述阀以在3秒的数量级内的平均周期在相对打 开与相对关闭的条件之间切换。
15.如权利要求14所述的系统，其中所述阀中的每一个处于相对关闭条件的时间平均 小于40%。
16.如权利要求16所述的系统，其中至少其中一个所述阀处于相对打开条件的时间超 过 60%。
17.如权利要求11所述的系统，其中所述系统包括模块化计算机，每个模块化计算机 定义了至少其中一个所述通道。
18.如权利要求17所述的系统，其中每个所述模块化计算机附接到包含用于引导所述 冷却剂流的风扇的公共机箱。
19.如权利要求16所述的系统，其中所述阀是仓门阀。
20.一种计算机系统，包括热生成计算机组件；流体通道；用于使得冷却剂气体流过所述通道以便去除来自所述热生成组件的热量的装置；以及 用于周期性地改变所述流体通道的体积以便改变以恒定体积率流动的流体流过所述 通道的速度的装置。
全文摘要
本发明提供使冷却剂重复地脉动通过暴露于热生成计算机组件的第一通道。该脉动涉及相对较低的基线冷却剂流速，其重复漂移到相对较高的排出冷却剂流速。
文档编号G06F1/20GK101946223SQ200880126791
公开日2011年1月12日 申请日期2008年2月15日 优先权日2008年2月15日
发明者R·蒂普利 申请人:惠普开发有限公司