[发明专利]超级计算机表贴式蒸发冷却装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种超级计算机系统冷却系统。

背景技术

近年来，超级计算机的研发飞速发展，并已在各领域得到了广泛的应用。然而超级计算 机在集成度、数据处理能力和计算速度不断提高的同时，其能耗也不断增加，芯片及整机的 发热愈来愈严重，超级计算机的冷却成为迫在眉睫并亟需解决的瓶颈问题。

当前超级计算机主要是采用传统的空气冷却方式，虽然系统安全可靠，操作简单，维护 方便，但冷却效率低。而且随着集成度的提高，单元空间中布置的部件很多，加上散热设备， 使得气流很难均匀分布，致使很难保证主板上各被冷却体的温度保持相对均匀，很难防止局 部过热，不能从根本上解决冷却问题。而且使用高压风机往往带来巨大的噪音，并大大增加 冷却系统本身的能耗。

蒸发冷却技术利用低沸点介质的汽化潜热实现与被冷却对象间的热量交换，其单位质量 冷却介质的吸热能力远大于传统的比热换热方式(如空冷、氢冷、水冷和油冷方式)。蒸发冷 却介质具有良好的物理化学稳定性和绝缘性能，以及蒸发冷却系统可以实现无泵自循环并使 冷却系统始终运行在零压附近，并可根据发热体的不同工况实现自适应调节，切实保证冷却 系统的安全可靠运行。

中国专利200320129492.1公开了一种大功率电力电子器件蒸发冷却装置，这种装置采用 自循环方式，不需要泵，体积小，冷却液具有绝缘性，运行安全可靠。该装置包含一个蒸发 冷却箱，各个功率模块集中安装在上述蒸发冷却箱的外侧板表面。由于只有一个蒸发冷却箱， 所有的功率模块安装在蒸发冷却箱的外侧板表面上，所以模块的安放位置只能去适应这个冷 却箱的结构。这对于某些有明确行业规范，结构位置不能有变动的装置就不适用，尤其不能 适用于分布式热源，结构位置相对固定，同时又要求计算单元集成度高的超级计算机领域。

发明内容

本发明的目的是提供一种超级计算机系统的表贴式蒸发冷却装置，用于冷却上述超级计 算机的N(1≤N≤10)个刀片计算单元上主要的发热元件(包括CPU，内存组，南北桥管理 芯片等)。超级计算机系统的表贴式蒸发冷却装置包括N个冷却液盒，一根集汽总管，一根 集液总管，一根回液管，一根出汽管和一个冷凝器。每个冷却液盒上包含一根液体导入管和 一根汽体导出管，所述超级计算机系统的表贴式蒸发冷却装置中注入蒸发冷却介质。

本发明所述表贴式蒸发冷却装置是安装在超级计算机的机柜中。其中冷凝器置于上述计 算机机柜的顶部，集液总管位于上述蒸发冷却装置的最下方，冷却液盒位于集液总管和集汽 总管之间，出汽管位于集汽总管上方、冷凝器的下方，集汽总管通过出汽管与冷凝器相连， 冷凝器通过回液管与集液总管相连。冷却液盒与计算单元上主要的发热元件紧密接触，N个 冷却液盒上包含的N根液体导入管都与集液总管连通，N个冷却液盒上包含的N根汽体导 出管都与集汽总管连通，从而形成一个密闭的循环冷却回路。冷却介质注入冷却液盒中，其 液面高度与位于上述冷却液盒的汽体导出管中心线等高。

本发明液体导入管与集液总管通过装有阀门的接头管连通，汽体导出管与集汽总管通过 装有阀门的接头管连通。液体导入管和汽体导出管上分别设有类似航空插头的密封机构，当 关闭接头管上的阀门，拔出计算单元时，液体导入管和汽体导出管自动密封，蒸发冷却介质 不会漏出。

上述刀片计算单元的发热元件工作时所散发的热量，通过冷却液盒的金属表面将热量传 递给冷却液盒中的冷却介质，冷却介质吸热升温，当温度达到压力对应的饱和温度时就会沸 腾汽化，吸收大量的热，从而冷却发热元件。产生的汽态介质在浮力的作用和回液管液柱静 压头的共同作用下，沿着汽体导出管进入到集汽总管，再通过出汽管进入到冷凝器被冷凝成 液体经由回液管进入到集液总管，再经液体导入管进入到冷却液盒当中，进行下一轮的冷却。 如此周而复始的形成了一个自循环的封闭式蒸发冷却装置。

本发明表贴式蒸发冷却装置与超级计算机系统的空冷系统配和使用，一些发热问题不突 出的器件仍然使用强迫通风冷却，故上述表贴式蒸发冷却装置中的冷却液盒高度要合理设 计，要给强迫风冷留有充足的冷却风道。

本发明表贴式蒸发冷却装置的使用可以使计算机核心处理单元的温度控制在最佳工作 点，使被冷却部件的温度分布均匀。同时可以减少超级计算机配置的风扇数量，能够降低风 摩损耗和风扇噪音。