[发明专利]双面封闭循环式高效冷却装置

说明书

技术领域

本发明主要涉及到适用于电子设备的冷却装置领域，特指一种适用于计算机的双面封闭循环式冷却装置，尤其适用于高密度组装的大规模高性能计算机。

背景技术

“温度”是影响计算机等电子设备性能与可靠性的重要环境因素，相应地，“冷却技术”则是保证计算机等电子设备性能与可靠性的重要技术。出于可靠性与经济性的考虑，“强迫风冷技术”是目前计算机等电子设备的常规冷却技术，其基本的冷却结构是：设备采用机架式组装，前后通风，机房安装专用集中空调，将冷风送入活动地板；冷空气通过开孔地板或格栅送到机架前面，在设备冷却风机的驱动下流过功率器件实现其散热；气流成为热空气后排到机架后面，热空气从侧面或顶部返回机房空调。

为了提高系统性能，需要不断提高计算机等电子设备的组装密度。以硅基微电子器件为例，正是通过不断减小工艺尺寸，提高器件的集成度而不断提高性能。也正是沿着这条途径，微电子技术才按照摩尔定律飞速发展。对大规模计算机系统而言，提高组装密度，不仅可以减小布线距离，降低信号传输损耗，减小输送电损失，而且可以减少机柜数量，减小占地面积，从而降低系统与场地的构建与运行成本。按功能划分，计算机系统包括计算存储部件、互连通信部件、电源部件和冷却部件等，而提高组装密度就是要在满足功能和可靠性的前提下，在规定的空间内将尽可能多的功能部件组装成一个有机的整体。

可是，随着组装密度的提高，导致功率密度的提高，给器件与系统的散热带来极大挑战。要减小换热热阻、提高换热效率，采用强迫对流冷却方式只能通过增大换热面积、提高气流流动速度、增大传热温差等途径。“增大换热面积”必然导致冷却部件体积的增大，与提高组装密度的要求背道而驰。“提高气流流动速度”，不仅受风机技术的制约，而且会带来严重的噪音问题。“增大传热温差”一方面受到电子器件容许工作温度的限制，另一方面又受到场地不得凝露和空调运行效率的限制。正是受前述多种因素的制约，目前常规的强迫风冷技术只能实现单机柜热功耗不超过30千瓦的计算机系统的冷却。对于需要成千上万个处理器，总功耗上兆瓦的高性能计算机而言，单机柜热功耗在50千瓦以上，强迫风冷技术严重制约了高性能计算机系统组装密度的提高。

同时，“功耗墙”是当前高性能计算机最大的技术瓶颈，即巨型计算机在提供强大的计算能力的同时，也需要消耗巨大的电力。巨大的电力功耗不仅严重推高了系统的运行成本，而且也带来一系列可靠性问题。在计算机系统运行功耗中，相当大一部分就是冷却系统（包括冷却空调和冷却风机）所消耗的电力。常规强迫风冷技术采用开放式气流组织，冷却空气通过开孔地板或格栅送到机柜间形成一个冷通道，供设备冷却使用。无论采用“上回风”还是采用“侧回风”，都无法避免冷空气的旁通。为了弥补旁通气流的损失，提供足够的冷却气流，满足所有设备的冷却需要，就不得不购买和使用更多的机房精密空调，这就增加了系统构建和运行成本。常规开放式前后通风冷却方式，还容易产生局部热气流短路，造成局部设备工作温度偏高。目前常规的应对措施是提高冷却空气的循环风量，保证空调提供的循环风量大大超过设备的冷却风量，其最终结果都将导致机房空调系统能源效率偏低，冷却系统运行功耗增大，加剧了高性能计算机系统的功耗墙问题。

从另外一个角度出发，为了解决高热密度系统的散热问题，液冷技术、相变冷却技术等高效冷却技术又逐渐得到应用。但相对于强迫风冷技术而言，这些冷却技术不仅大大增加了生产成本，而且存在系列可靠性和可维修性问题。

综上所述，如何在不增加生产成本的情况下，利用现有的工艺设备，实现高密度组装的计算机等电子设备的高效率强迫风冷是本领域人员极为关注且亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、冷却功耗低、冷却效果好、适用范围广的双面封闭循环式高效冷却装置。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种双面封闭循环式高效冷却装置，包括用来安放计算机组件的密封腔，所述密封腔内的两个端部分别设有一冷却组件，所述两个冷却组件将计算机组件夹设于两者之间，至少一个冷却组件中设有空调机构；所述计算机组件包括互连中板以及连接于互连中板的正面和背面上的多个计算存储刀片，所述互连中板的正面和背面与密封腔内侧壁之间分别形成独立的冷却通道，所述两个冷却通道的两端分别与冷却组件保持连通并形成环形冷却通道。

作为本发明的进一步改进：

所述计算存储刀片插设于互连中板上，所述位于互连中板同一面上的多块计算存储刀片间隔排列，相邻计算存储刀片之间形成过风通道。