用封闭循环高压冷气对GPU芯片等降温的节能方法技术

本发明专利技术用封闭循环高压冷气对GPU芯片等降温的节能方法，在循环的气体密封回路中，对GPU芯片和散热器散热的冷却气体变成已吸热气体，已吸热气体用热泵分为高低温两种气体排出，该高温气体被降温装置降温后与低温气体混合成散热用的冷却气体被重复使用于散热。优点：冷却气体可以能量回收，降低冷却气体的温度而不增加耗能，GPU能工作在更佳温度环境：惰性气体密封循环解决污染和氧化问题，提高温差节约水淋降温能源消耗、GPU工作在更佳状态，保护GPU芯片等不受雾露影响，节能降噪又运算效率提高。高。高。

【技术实现步骤摘要】
用封闭循环高压冷气对GPU芯片等降温的节能方法


[0001]本专利技术涉及计算机服务器散热
，特别是涉及一种用封闭循环的高压冷气流对GPU高效降温，可回收制冷能量，可减少用风扇或不用风扇降噪音的节能散热方法。

技术介绍

[0002]现在对电脑服务器的GPU [或CPU、主板、电路板等] 的散热方法主要有风冷和液冷这两种。
[0003]关于风冷方法，风扇抽风是连续性抽取机箱外面的机房机柜以外环境中的室内冷气体对40℃以上的GPU的散热，缺点是对室内冷气体的制冷能源利用效率低、成本高、风扇噪声大；原因：一是如机房环境10℃气温则机房内大量空间无意义的制冷大量耗能，而且在房机的操作员进出机房的温差大而易生病，二是如机房环境35℃气温则对GPU的散热的效果很差，很易出现超温停机，甚至损坏GPU和其它发热部件；三是如常用机房环境25℃气温对GPU的散热，冷气25℃与GPU40℃之间的温差小，风扇要大功能运转产生快速气流，而使机房噪声大，影响操作人员和振动损坏服务器。
[0004]但是，现有的风冷装置在对芯片进行制冷散热处理时，空气中的灰尘会进入到装置的内部对芯片造成腐蚀，导致芯片的使用寿命降低，此外，由于长期的放置会导致部分灰尘积留在散热口的内部，如果不及时处理会使灰尘进入到装置的内部从而使芯片受到污染影响芯片的使用。
[0005]液冷方法能解决风扇噪声大、空气腐蚀芯片和主板的问题，但下述的液冷方法又有不同的缺陷：四川澄观节能环保科技有限公司202020343248.9《服务器芯片重力型热管和热管背板结合的服务器散热系统及装置》涉及一种服务器芯片重力型热管和热管背板结合的服务器散热系统及装置，通过在数据中心内设置重力型热管芯片散热器，实现服务器芯片级散热；通过热管背板散热单元进行辅助散热，有效提高数据中心的空间利用效率，可布置更多的服务器，提高经济效益并达到节能的目的；该系统具有换热效率高、热阻低、低能耗、换热响应速度快、可靠性高、低噪音、寿命长等特点；通过芯片级冷却技术与室外冷却单元结合，直接对服务器芯片进行更合理、高效的散热，通过热管背板冷却技术与室外冷冻单元结合，直接对服务器芯片以外的其它热源进行更合理、高效的散热。该专利技术特点是在芯片上或服务器机壳上设置封闭装有液态冷媒的蒸发器，由于液态冷媒吸热后变为气态冷媒，液态冷媒被吸出进入制冷设置再变为液态冷媒。该技术缺点是，液态冷媒或气态冷媒是被密封在盒体之中，用盒体直接接触芯片或服务器机壳，一但盒体或管道有孔缝隙漏液态冷媒或气态冷媒将对芯片和服务器损坏，并造成数据中心停止工作，这是不但承受的风险。这种设备复杂，成本高，如发生冷却液泄漏，冷却液将对GPU和电路板造成损坏。
[0006]浪潮电子信息产业股份有限公司的中国专利201610058267.5《一种新型集成高密度GPU的散热方法本专利技术公开了一种新型集成高密度GPU的散热方法，其具体实现过程为：首先将服务器系统通过板卡分成上下两层独立散热空间，上层空间内放置GPU显卡，下层空
间内放置交换芯片，两独立空间均通过设置在服务器机箱后部的散热风扇散热；对上层的GPU显卡进行隔断式散热，将前排GPU显卡之间的空隙通过导风罩连接到对应的后排GPU显卡之间的空隙。该一种新型集成高密度GPU的散热方法与现有技术相比，通过分层式架构和隔离式的散热设计，解决了后部GPU显卡的散热，同时能保证交换芯片的散热，进而保证整个服务器系统散热最优；利用独立导风罩，能够高度集成显卡，适用范围广泛，可应用于所有电子产品的散热设计中。该专利解决了一个机壳中不同位置的多个GPU显卡的均匀散热的问题，但用于散热的风冷气体仍然是机房气体，一般C级机房气体温度许可范围在10～35℃，温度越低，如机房环境10℃则大量空间无意义的大量耗能，如机房环境35℃则对GPU的散热的效果很差，很易出现超温停机，甚至损坏GPU芯片和其它发热部件。
[0007]浪潮电子信息产业股份有限公司201510901883.8《一种高密度集成显卡的新型服务器散热设计方法本专利技术公开了一种高密度集成显卡的新型服务器散热设计方法，属于服务器散热设计方法，本专利技术要解决的技术问题为如何能够满足高功耗GPU 卡的散热，同时又要保证高功耗交换芯片的散热。技术方案为 ：包括如下步骤 ：1显卡的位置 ：系统中放置高功率的显卡，前排放置一半，后排放置另一半 ；前后两排的显卡在同一高度上，前后两排的显卡错开摆放 ； 2散热通道 ：包含通道 A 和通道 B 两个独立的风道 ； 3服务器机箱系统的 1U 空间放置交换模块 ：与上部 3U 空间隙离。
[0008]总之冷却液浸泡式降温方法，用的冷却液昂贵，设备复杂，从浸泡液中取出修理很不方便，成本更高。如发生冷却液泄漏，冷却液将对GPU和电路板造成损坏。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是提供循环的气态冷媒即冷气直接接触芯片，冷气是被密封在循环系统中重复制冷和吸热，未使用的制冷能量不损失而节约用电，则对制冷的能源高效利用、机房噪声低、GPU芯片等保持清洁、GPU芯片等工作温度更低、GPU芯片等实际运算能力更强的GPU芯片等密封气体循环降温方法。
[0010]本
技术实现思路
中的所述的气态冷媒即冷气，是指空气，最好是用惰性气体，如氮气或氧化碳气体。
[0011]本专利技术所述的GPU芯片等指GPU芯片、CPU芯片、芯片上的散热器，为叙述简便用GPU芯片简单文字代替。
[0012]GPU指GPU芯片或CPU芯片这些要发热的运算器，为叙述简便用GPU简单文字代替。
[0013]GPU盒4指装有GPU芯片或CPU芯片的盒体或柜体，有进气口和出气口。
[0014]气压泵指空压机、空气压缩机，是相同意思。
[0015]高压冷气指：高压冷气与高压冷气体、高压冷却气、高压冷却气体是指相同概念，仅因在不同地用语方便而用不同的词。高压冷气的高压是大于一个大气压到到比普通家用高压锅的气压稍小的气压，使其吹出气体对GPU芯片等的气体流速5米/秒—40米/秒，因受储高压冷气箱到GPU芯片等的气体管道大小、长短和气管实物安装产生的弯曲等影响采用不同的气压值，所以高压的具体含义建议是压力为105KPa—150KPa范围的变化式气压。冷气是制冷设备输出的低于环境常温的建议温度10℃—17℃制冷气体。与现在风扇的抽风负压相比，本专利技术高压冷气的高压意思是，具有正向气压的制冷气体。现有风扇负压抽气散热技术，因为噪声和振动问题使GPU盒和机箱的风扇功率不能太大，风扇功率受限止，而本发
明用正向气压直接吹GPU，则生正向气压的气压泵等发声发振动的设置可以放在机房外，气压泵功率不会因为发声和振动受限止，正向气压大小就可以大于风扇产生的负气压大小，可以提供比风扇的气压更大，气流速度更快的高气压对GPU快速散热。用气压泵产生高气压快速气流替代现有GPU盒和机箱的风扇低气压慢速气流。
[0016]封闭循环指：封闭的GPU散热系统和封闭的气体冷却系统组成的散热和冷却合并相通的系统；即气体制冷能量封闭在系统被循环利用的节本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用封闭循环高压冷气对GPU芯片等降温的节能方法，包括气压泵（1），储高压冷气箱（2），GPU芯片和散热器（3），芯片温度传感器（16）和自动控制器（13）；芯片温度传感器（16）和GPU芯片和散热器（3）都设置在GPU盒（4）内，GPU盒（4）上设有进气孔（5）和出气孔（6），气压泵（1）上设有气泵电源开关（11），其特征在于：还包括热泵（40）和降温装置（41）；用管道按顺序将压泵（1）、储高压冷气箱（2）、GPU芯片和散热器（3）、热泵（40）、降温装置（41）和压泵（1）连通成气体循环密封回路通道；在循环的气体密封回路中，储高压冷气箱（2）排出的高压冷却气体对GPU芯片和散热器（3）散热，高压冷却气体变成为已吸热气体从GPU盒（4）排出，已吸热气体用热泵（40）分为高低温两种气体排出，该高温气体被降温装置（41）降温后与低温气体混合成散热用的冷却气体，该冷却气体被气压泵（1）又加压成高压冷却气体，该高压冷却气体又被储高压冷气箱（2）重复使用于GPU芯片和散热器（3）散热，将GPU芯片和散热器（3）控制在设定的温度变化范围内；具体过程如下：用储高压冷气箱（2）中的高压冷却气体吹入GPU盒（4）内对GPU芯片和散热器（3）散热，使高压冷却气体变成为已吸热气体，已吸热气体被热泵（40）吸入后，热泵（40）将已吸热气体分为高低温两种气体排出，即分为高温气体和低温气体两种气体排出，其中的高温气体在高温气体管道中进入降温装置（41），降温装置（41）把高温气体降温成常温气体后，低温气体和常温气体这两种气体都进入两气合并管（47）混合成为冷却气体，冷却气体再被气压泵（1）加压成高压冷却气体储存于储高压冷却气体箱（2）中备用，作为降低GPU芯片和散热器（3）温度的备用高压冷却气体；当GPU芯片和散热器（3）的温度达到或超过规定高温度时，芯片温度传感器（16）和自动控制器（13）的信号使储高压冷却气体箱（2）的储气箱出气管（8）上的气管气压阀（15）打开，高压冷却气体被再次吹入GPU盒（4）内对GPU芯片和散热器（3）散热；当GPU芯片和散热器（3）的温度降到或超过规定低温度时，芯片温度传感器（16）和自动控制器（13）的信号使储高压冷却气体箱（2）的储气箱出气管（8）上的气管气压阀（15）关闭或微量开启；同时，自动控制器（13）使热泵（40）吸入GPU盒（4）内的已吸热气体，已吸热气体被热泵（40）分为高低温两种气体排出，该高温气体被降温装置（41）降温后成为常温气体，常温气体与低温气体混合成再被GPU芯片和散热器（3）散热用的冷却气体，冷却气体又被压泵（1）加压成高压冷却气体存放在储高压冷气箱（2）中备重复使用；根据GPU芯片和散热器（3）不同时间的温度变化，用间断方式排放高压冷却气体实现节能是：温度传感器（16）通过自动控制器（13）去控制气管电磁阀（15）的打开、微量开放或关闭，来控制储高压冷气箱（2）中的高压冷却气体对GPU芯片和散热器（3）的输出量和输出时间，产生以间隙方式排除的高压冷却气体对GPU芯片和散热器（3）散热；GPU芯片和散热器（3）连续不断产生热量，高压冷却气体在密封的循环中不断的依次从复进行高压冷却气体、已吸热气体、高温气体和低温气体、高温气体变为常温气体、低温气体和常温气体混合成冷却气体、冷却气体变为高压冷却气体，循环不断的对GPU芯片和散热器（3）进行散热降温。2.根据权利要求1所述的用封闭循环高压冷气对GPU芯片等降温的节能方法，其特征在于：所述储高压冷却气体箱（2）放出的高压冷却气体的温度为10℃—17℃。3.根据权利要求2所述的用封闭循环高压冷气对GPU芯片等降温的节能方法，其特征在于：所述储高压冷却气体箱（2）放出的高压冷却气体的气压为105KPa—150KPa。
4.根据权利要求3所述的用封闭循环高压冷气对GPU芯片等降温的节能方法，其特征在于：当GPU芯片和散热器（3）附近的芯片温度传感器（16）的温度达到自动控制器（13）设置的额定高温设定值后，储高压冷却气体箱（2）的储气箱出气管（8）放出大量高压冷却气体的压力为130KPa—150KPa，温度为10℃—17℃；当GPU芯片和散热器（3）附近的芯片温度传感器（16）的温度达到自动控制器（13）设置的额定低温设定值后，气管电磁阀（15）微量开放，储高压冷却气体箱（2）的储气箱出气管（8）放出少量高压冷却气体的压力为105KPa—130KPa，温度为10℃—17℃；或者当芯片温度传感器（16）的温度达到自动控制器（13）设置的额定低温设定值后，气管电磁阀（15）关闭，不放出高压冷却气体。5.根据权利要求2或3或4所述的用封闭循环高压冷气对GPU芯片等降温的节能方法，其特征在于：热泵（40）分离出的低温气体5℃—17℃，热泵（40）分离出的高温气体60℃—65℃。6.根据权利要求5所述的用封闭循环高压冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓丹，廖礼毅，
申请(专利权)人：四川弘智远大科技有限公司，
类型：发明
国别省市：