一种基于水冷散热的多处理器计算机系统结构及实现方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于水冷散热的多处理器计算机系统结构及实现方法包括：计算刀片，用于运行独立的操作系统，该计算单元由多个通用处理器构成，或加速部件构成，或通用处理器与加速部件共同构成，每个该计算刀片与一套独立的水冷散热装置相连接；互连背板，与该计算刀片相连，用于实现多处理器间互连通信、供电控制、复位控制、系统管理；供电模块，该供电模块具有冗余保护机制，且连接于该互连背板、该计算刀片，用于交流‑直流转换，并作为电源输出直流电至该计算刀片与互连背板；水冷散热装置，用于给计算刀片散热。本发明专利技术通过给每个刀片配置独立的散热器，达到最佳散热效果同时节约能源还保证了各刀片和散热系统可以独立维护。

A multi processor computer system structure based on water cooling and its implementation method

The invention relates to a multi processor computer system based on the structure of water cooling and the realization method includes: calculating blade, for operating system running independently, the calculation unit is composed of a plurality of processors, or acceleration components, or general processor and acceleration component form, the calculation of each blade and a set of independent water cooling connected devices; backplane, connected with the calculation of blade, used to implement multi processor interconnect communication, power supply control, reset control, system management; the power supply module, power supply module with redundant protection mechanism, and connected to the backplane, the calculation of the blade, for AC DC converter, and as a power supply output DC to the calculation of the blade and the backplane; water cooling device for cooling blade. The invention provides an independent radiator for each blade, achieves the best heat dissipation effect, saves energy, and ensures that each blade and the heat dissipating system can be independently maintained.

【技术实现步骤摘要】
一种基于水冷散热的多处理器计算机系统结构及实现方法
本专利技术涉及计算机体系结构
，特别是涉及一种基于水冷散热的多处理器计算机系统结构及实现方法的技术。
技术介绍
随着微处理器工艺技术的不断发展，单个处理器内部集成的晶体管数量已经达到数十亿个，工作频率达到几个吉赫兹，由此带来了处理器功耗的显著增加，单个处理器的功耗达到了150～300瓦，而单个处理器的散热表面积仅有几十平方厘米，因此如何解决处理器散热问题是计算机系统设计的一个关键技术。另一方面，对于高性能计算机系统，系统中一般包括多个处理器，需要这些处理器协同工作解决一个大的计算问题，在多处理器系统设计中，设计一个优化的系统整体结构和散热方式是保证系统稳定工作的关键。多核处理器和各种众核加速部件的出现，使得数百、甚至数千量级的并行应用可以在数十个处理器上就可以实现，而这种规模的并行应用可以覆盖大多数高性能计算的需求，因此设计一种限定处理器的数量、面向特定应用的普及型多处理器计算机系统成为一种新的需求。对于这种处理器数量有限、进而功耗有限的系统，如果其噪音和结构设计得好，完全可以成为适合办公室环境工作的多处理器计算机系统，从而促进高性能计算的普及化。与传统的个人计算机(PersonalComputer，PC)相比，该多处理器计算机系统具有更强的计算能力；与传统的服务器机群相比，该多处理器计算机系统具有一体化结构，结构更简单，无需机房环境，噪音更低，可以放在办公室环境下使用，我们称这种计算机系统为个人高性能计算机(PersonalHighPerformanceComputer，PHPC)。
技术实现思路
鉴于以上需求，本专利技术的目的在于提供一种基于水冷散热的多处理器计算机系统结构及实现方法的技术，使用本方法，可以把多个计算刀片、互连背板供电模块、水冷散热系统布局在同一个机箱结构内部，使用水冷模块对计算单元的大功率处理器散热，优化设计的风道为其他器件散热，在保证散热效果的前提下实现了低噪音、一体化多处理器计算机系统。具体来说本专利技术公开了一种基于水冷散热的多处理器计算机系统结构，其中该系统结构包括互连背板、供电模块、多个计算刀片和水冷散热装置，其中：计算刀片，用于运行独立的操作系统，包括计算单元，该计算单元由多个通用处理器构成，或加速部件构成，或通用处理器与加速部件共同构成，每个该计算刀片与一套独立的水冷散热装置相连接；互连背板，与该计算刀片相连，用于实现多处理器间互连通信、供电控制、复位控制、系统管理；供电模块，该供电模块具有冗余保护机制，且连接于该互连背板、该计算刀片，用于交流-直流转换，并作为电源输出直流电至该计算刀片与互连背板；水冷散热装置，用于给计算刀片散热。该多处理器计算机系统结构，其中该计算刀片还包括互连适配板，用于将该计算单元的PCI-E高速总线与互连背板适配相连。该多处理器计算机系统结构，其中该水冷散热装置，用于对该计算单元实现散热作用，该水冷散热装置包括：水冷头、水冷散热器、大直径静音风扇、水箱、水泵以及相应的连接水管和水接头。该多处理器计算机系统结构，其中该计算刀片还具有支撑机械结构，该支撑机械结构包括上下导轨面、前面板、背板连接器、水管连接器，其中：上下导轨面，具有多处开孔，用于使散热风道通畅；前面板封闭，具有开机和复位按钮以及电源和网络指示灯；背板连接器，连接互连背板，用于实现网络、电源和控制信号的连接；水管连接器，用于与该水冷散热装置相连，该水管连接器包括冷水管路和热水管路。该多处理器计算机系统结构，其中该计算刀片还包括水冷散热头，该水冷散热头与该计算单元器直接固定连接，通过水管连接到该水管连接器。该多处理器计算机系统结构，其中该系统结构还包括计算机机箱，该计算机机箱最顶部设有风扇和水冷散热器舱室；在该风扇和水冷散热器舱室下设有计算刀片舱室，且该计算刀片舱室与机箱前面板相贴合；在计算刀片舱室下设有水管舱室；在该水管舱室和该计算刀片舱室左侧或右侧设有散热部件舱室；在该计算刀片舱室后部设有供电模块舱室。该计算机机箱，其中在该计算刀片舱室内顶部设有上导轨、底部设有下导轨，该上导轨和下导轨用于引导该计算刀片的安装，并用于限位该计算刀片，以在多个该计算刀片间形成上下方向的散热风道。该计算机机箱，其中该计算刀片舱室与该散热部件舱室之间设有隔板，该隔板用于隔离该计算刀片舱室与该散热部件舱室，以使该水冷散热装置的散热水路和电气元件相隔离。本专利技术的有益效果为：目前的水冷服务器设计目标是作为机群系统的一个基本单元，因此水冷服务器本身只具备连接发热部件的散热管道，水冷散热刀片上只是安装了处理器或内存的换热模块，连接了对外的水冷管路，刀片的水冷循环依赖于机房的循环和换热装置，单个计算刀片无法实现自身水冷循环冷却。而本专利技术的分布式水冷散热计算刀片具备独立的循环散热结构，多处理器系统内可配置多个水冷散热刀片，各个刀片的散热循环系统独立工作，无交叉水环路，能够达到最佳散热效果，同时隔离了彼此间的影响，方便独立拆装和更换。传统的服务器一般采用前后风道实现散热，需要在服务器前面板和后面板开孔，互连背板也需要开孔、或者缩小互连背板的尺寸从而留出散热风道，这种结构增加了风道长度、减小了风道截面积，因此需要高转速风扇才能达到需要的通风散热效果，因此服务器噪音大不适合放在办公室环境，另外高转速风扇也带来风扇可靠性降低的问题。本专利技术采用水冷散热器和大直径风扇与计算刀片垂直布局结构，即把水冷换热器水平安装在系统的顶部，风扇与散热器直接连接向上吹风。计算刀片的前面板无需开孔，与计算刀片连接的背板也无需开孔，这样，垂直安装的计算刀片就形成了封闭的上下方向的散热风道，风道的长度只是计算刀片内计算板加适配板的长度，与传统的服务器相比，风道短，截面积大，散热效果好；使用大直径风扇可以大大降低风扇转速，进而降低整个系统的噪音，使其能够满足办公室环境下对低噪音的要求。供电模块、水冷管路和计算刀片舱室的分隔布局方法实现了系统中的水、电分离，彻底避免了由于水冷部件泄漏带来的系统故障。水冷散热器放置在整个系统顶部，与散热器连接的水管布局在系统机箱的侧面，水冷散热器管路连接点在计算刀片舱室之外，水冷管路在每个计算刀片的底部引出，通过机箱底部的管路舱室连接到机箱侧面底部的散热泵和水箱舱室，而供电模块、互连背板、计算刀片的布局都在管路舱室和散热泵和水箱舱室之上，因此在空间布局上彻底隔离了散热水循环路径与其他电气部件，保证了在散热水意外泄露情况下也不会对系统中的电气部件产生不良影响。附图说明图1为水冷散热多处理器计算机系统逻辑结构；图2为分布式水冷散热计算刀片示意图；图3为分布式水冷散热多处理器计算机系统的垂直布局结构示意图；图4为供电模块、水冷组件和刀片舱室的分隔布局示意图；图5为供电模块、水冷组件和刀片舱室的分隔布局左侧示意图。具体实施方式本专利技术涉及有关名词解释如下：计算刀片：一个完整的计算机硬件系统的物理实现方式，包括通用处理器(或通用处理器+加速部件)、独立主存、高性能网络接口以及存储硬盘等，可运行独立的操作系统。在结构上，计算刀片具有上下导轨，背部有网络、供电和散热水管连接器，刀片有前面板和必要的指示灯和开关按键；互连背板：互连背板上包括网络交换机、电源分配器、复位控制逻辑等功能部件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于水冷散热的多处理器计算机系统结构，其特征在于，该系统结构包括：互连背板、供电模块、多个计算刀片和水冷散热装置，其中：计算刀片，用于运行独立的操作系统，该计算刀片包括计算单元，该计算单元由多个通用处理器构成，或加速部件构成，或通用处理器与加速部件共同构成，每个该计算刀片与一套独立的水冷散热装置相连接；互连背板，与该计算刀片相连，用于实现多处理器间互连通信、供电控制、复位控制、系统管理；供电模块，该供电模块具有冗余保护机制，且连接于该互连背板、该计算刀片，用于交流‑直流转换，并作为电源输出直流电至该计算刀片与互连背板；水冷散热装置，用于给计算刀片散热。

【技术特征摘要】
1.一种基于水冷散热的多处理器计算机系统结构，其特征在于，该系统结构包括：互连背板、供电模块、多个计算刀片和水冷散热装置，其中：计算刀片，用于运行独立的操作系统，该计算刀片包括计算单元，该计算单元由多个通用处理器构成，或加速部件构成，或通用处理器与加速部件共同构成，每个该计算刀片与一套独立的水冷散热装置相连接；互连背板，与该计算刀片相连，用于实现多处理器间互连通信、供电控制、复位控制、系统管理；供电模块，该供电模块具有冗余保护机制，且连接于该互连背板、该计算刀片，用于交流-直流转换，并作为电源输出直流电至该计算刀片与互连背板；水冷散热装置，用于给计算刀片散热。2.如权利要求1所述的多处理器计算机系统结构，其特征在于，该计算刀片还包括互连适配板，用于将该计算单元的PCI-E高速总线与互连背板适配相连。3.如权利要求1所述的多处理器计算机系统结构，其特征在于，该水冷散热装置，用于对该计算单元实现散热作用，该水冷散热装置包括：水冷头、水冷散热器、大直径静音风扇、水箱、水泵以及相应的连接水管和水接头。4.如权利要求1所述的多处理器计算机系统结构，其特征在于，该计算刀片还具有支撑机械结构，该支撑机械结构包括上下导轨面、前面板、背板连接器、水管连接器，其中：上下导轨面，具有多处开...

【专利技术属性】
技术研发人员：安学军，吴冬冬，孙凝晖，
申请(专利权)人：中国科学院计算技术研究所，中国科学院国有资产经营有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11