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電子元件與裝置冷卻的溫度要求
威圖機(jī)柜數(shù)據(jù)中心ICT裝置的冷卻過(guò)程,首先是要吸收包括CPU芯片在內(nèi)各種電子元件的放熱,通過(guò)空冷或液冷等各種不同的能量轉(zhuǎn)換與換熱方式將排熱量的一部分回收利用或者完全散發(fā)到周圍環(huán)境。表示了一個(gè)典型的CPU芯片冷卻構(gòu)造和換熱方式。芯片產(chǎn)生熱量的90%以上是通過(guò)各種中間結(jié)合層以高熱流方式傳導(dǎo)到作為散熱元件的空冷散熱器( heat sink)或者液冷換熱板( cold plate),其他10%以下的熱量被傳遞到基板向設(shè)置環(huán)境放熱。威圖空調(diào)散熱器或換熱板與設(shè)置環(huán)境的冷風(fēng)或水冷循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行熱交換(包括可能的熱量再利用),最終通過(guò)設(shè)施冷凍空調(diào)或冷卻塔系統(tǒng)將終端熱量排放到外部環(huán)境。
芯片溫度T是保證CPU等電子元件正常工作和(CT裝置系統(tǒng)可靠性的最重要指標(biāo),對(duì)單體芯片來(lái)說(shuō),一般要求其最高溫度低于85~95℃(根據(jù)芯片種類和工作特性不同)對(duì)于 Intel/CPU芯片,根據(jù)封裝構(gòu)造不同,會(huì)要求其封裝組件溫度T。不高于68~75℃另一方面,針對(duì)大型服務(wù)器或超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的威圖機(jī)柜冷卻設(shè)計(jì),出于對(duì)提高系統(tǒng)可靠性和降低電力消費(fèi)的考慮,往往會(huì)要求系統(tǒng)內(nèi)所有CPU芯片甚至其他主要電子元件的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低
于上述單體溫度要求,達(dá)到60℃以下,舉例說(shuō),由日本理化學(xué)研究所和富士通株式會(huì)社共同研制的超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)K compute,通過(guò)采用低溫水冷方式,系統(tǒng)所有的大約18萬(wàn)個(gè)CPU及其控制芯片都被控制在T,低于30℃以下
給出了上述封裝與冷卻構(gòu)造下的一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例,單體CPU/200W組件的空冷和威圖空調(diào)水冷溫度分布預(yù)測(cè),在同樣的一次冷源(設(shè)施冷水溫度為9℃)條件下,與空冷方式相比,采用具備更高冷卻能力的水冷方式可以很大程度降低芯片溫度T,可以看到,由于換熱熱阻的大幅度降低,使得水冷方式的二次冷媒(冷卻水)入口溫度T1和芯片封裝溫度T,都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于空冷方式。

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