IT201600106718A1

IT201600106718A1 - Scheda elettronica refrigerata

Info

Publication number: IT201600106718A1
Application number: IT102016000106718A
Authority: IT
Inventors: Stefano Adami; Mauro Rossi
Original assignee: Eurotech S P A
Priority date: 2016-10-24
Filing date: 2016-10-24
Publication date: 2018-04-24
Also published as: EP3529684A1; US20190272009A1; JP2019533904A; EP3529684B1; WO2018078664A1; US11301008B2; JP6924262B2

Description

SCHEDA ELETTRONICA REFRIGERATA

Il presente trovato concerne una scheda elettronica refrigerata.

In particolare, la presente invenzione si riferisce ad una scheda elettronica comprendente una pluralità di DIMM che specialmente sono UPL DIMM.

Per UPL DIMM si intendono moduli di memoria duali in linea a profilo ultra basso ovvero aventi un ingombro in altezza inferiore a circa 18 mm.

Oggigiorno, nel campo delle schede elettroniche per elaboratori elettronici per il supercalcolo è fortemente sentita la tensione ad incrementare la capacità di calcolo e di memoria delle schede elettroniche a parità di volume ingombrato ed in generale di aumentare la densità di potenza per scheda e per sistema.

In particolare, per schede elettroniche di calcolo che costituiscono un nodo del sistema complessivo e sono realizzate con fattore di forma noto come "blade", ovvero poste in verticale con il lato più lungo in direzione di inserimento/rimozione e connesse al sistema attraverso un backplane, l'esigenza di aumento di integrazione corrisponde ad una diminuzione del passo uniforme definito tra ogni scheda/nodo.

Allo stato dell'arte, i moduli di memoria DIMM alloggiati perpendicolarmente alla scheda elettronica costituiscono l'ingombro in altezza principale della scheda elettronica che quindi vincola il passo minimo ottenibile e quindi l'integrazione raggiungibile.

L'aggiunta si sistemi di raffreddamento a liquido per i moduli di memoria generalmente aumenta ulteriormente l'altezza complessiva della scheda.

L’obiettivo di incrementare la capacità delle schede elettroniche, a parità di volume ingombrato, è ostacolato dalla necessità di garantire una sufficiente asportazione del calore generato dai moduli di memoria al fine di non danneggiare gli stessi.

In vista della densità di potenza termica generata da tali moduli di memoria, è oggi diffuso l’impiego di una refrigerazione per convezione forzata impiegando un liquido refrigerante.

In particolare, è noto realizzare una scheda elettronica che ha una scheda di supporto dotata di una pluralità di prese per moduli di memoria e due blocchi contrapposti, ciascuno che si affaccia ad una delle estremità longitudinali dei moduli di memoria che, in uso, impegnano le prese.

Tali blocchi sono attraversati da un canale nel quale scorre un fluido refrigerato e sono mutualmente collegati da condotti termici refrigeranti in comunicazione con i canali interni ai blocchi.

Questi condotti termici refrigeranti si estendono sulla scheda di supporto, ciascuno tra due prese adiacenti, ed il loro ingombro sopra alla scheda di supporto è tale da lasciare uno spazio libero, tra due moduli di memoria adiacenti, sufficiente per non ostacolare l’afferraggio, a mano, di questi ultimi da parte dell’utente.

Su ciascun modulo di memoria è calzato uno diffusore termico costituito da una lamina sottile sagomata ad U per essere infilata sul modulo.

I dissipatori hanno un bordo piegato ad L atto ad entrare in contatto con i condotti termici refrigeranti per scambiare calore con essi.

I dissipatori sono compressi contro i moduli da mollette metalliche.

Sia le mollette che i dissipatori sono sottili per non ostacolare l’afferraggio a mano dei moduli sui quali sono montati.

Il problema alla base della presente invenzione è quello di incrementare l’efficienza di refrigerazione per unità di volume di una scheda elettronica.

Compito principale del presente trovato consiste nel realizzare una scheda elettronica refrigerata che ponga soluzione a tale problema.

Nell’ambito di tale compito è scopo del presente trovato proporre una scheda elettronica refrigerata che a parità di potenza termica asportata consenta di ridurre gli ingombri.

Un altro scopo del presente trovato consiste nel realizzare una scheda elettronica refrigerata che permetta una cooperazione dei diffusori di schede di memoria adiacenti, nell’asportazione di calore da questi ultimi.

Ancora uno scopo del trovato consiste nel proporre una scheda elettronica refrigerata che permetta un montaggio e smontaggio dei moduli di memoria altrettanto agevole rispetto alla scheda elettronica tradizionale sopra descritta.

Questo compito, nonché questi ed altri scopi che meglio appariranno nel seguito sono raggiunti da una scheda elettronica refrigerata secondo la rivendicazione 1 allegata.

Caratteristiche di dettaglio della scheda elettronica refrigerata secondo il trovato sono riportate nelle rivendicazioni dipendenti.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva di una scheda elettronica refrigerata secondo il trovato, illustrata a titolo indicativo e non limitativo nelle unite tavole di disegni, in cui:

- la figura 1 illustra una scheda elettronica secondo la presente invenzione vista dall’alto; - la figura 2 illustra un particolare della scheda elettronica della figura 1, relativo ad un modulo di memoria e ad un diffusore termico in esploso; - le figure 3 e 4 illustra un modulo di memoria assemblato col rispettivo diffusore termico, in due rispettive fasi di montaggio sulla scheda di supporto, con alcune parti rimosse per meglio evidenziarne altre;

- la figura 5 illustra uno schema semplificato della scheda elettronica di figura 1 sezionata secondo il piano V-V.

Con particolare riferimento alle figure citate, è globalmente indicato con 10 una scheda elettronica refrigerata comprendente:

- una scheda di supporto 11 dotata di prese 12a, 12b, 12c reciprocamente affiancate per moduli di memoria 13 DIMM;

- moduli di memoria 13 DIMM ciascuno dotato di una spina 14 accoppiabile con una delle prese 12a, 12b, 12c;

- due supporti 15, 16 aventi rispettivi canali 17 per il passaggio di un liquido refrigerante;

- preferibilmente, ma non necessariamente, condotti termici 18 che sono collegati termicamente ai supporti 15, 16, e ciascuno è posto tra due adiacenti prese 12a, 12b, 12c della scheda di supporto 11;

- diffusori termici 19 ciascuno dotato di due pareti 20, 21 ciascuna ricoprente un fianco di uno dei moduli di memoria 13 per disperderne calore.

I supporti 15 e 16 essendo atti a supportare i moduli di memoria 13 ed i relativi diffusori termici 19.

I diffusori termici 19 hanno:

- vantaggiosamente, ma non necessariamente, una faccia inferiore 22 che è in contatto con i condotti termici 18 adiacenti alla spina 14 della scheda di supporto 11 alla quale il modulo di memoria 13 è accoppiato;

- facce laterali 23a, 23b, che sono in contatto termico diretto o, preferibilmente indiretto come meglio descritto nel seguito, con i condotti termici 18 per dissipare calore.

I diffusori termici 19 sono dimensionati in modo tale che, in uso, due adiacenti diffusori termici 19 sono in mutuo contatto termico mediante le rispettive facce laterali 23a, 23b.

Inoltre, i diffusori termici 19 hanno due opposte estremità longitudinali 24, 25 ciascuna in contatto termico con uno dei supporti 15, 16, per dissipare calore attraverso questi ultimi.

In altre parole, i diffusori termici 19 sono configurati in modo tale che, quando sono accoppiati ai moduli di memoria 13, essi hanno ciascuna delle proprie pareti 20 e 21 in contatto termico con pareti 20 e 21 di diffusori termici 19 accoppiati a moduli di memoria 13 direttamente adiacenti, salvo, chiaramente nel caso dei moduli di memoria di testa della serie, che hanno un singolo modulo di memoria adiacente ed il cui diffusore termico ha, quindi, una sola parete in contatto con quella del diffusore termico adiacente. In una forma preferenziale, i condotti termici 18 sono costituiti da tubi in rame in diretto contatto con i canali 17 in cui circola quindi il liquido refrigerante.

In un'altra forma preferenziale, i condotti termici 18 sono costituiti da heat-pipe sagomate opportunamente nella terminazione per collegarsi meccanicamente e termicamente ai soli supporti 15 e 16, e refrigerate dalla vicinanza dei canali 17.

Una scheda elettronica 10 secondo la presente invenzione permette così di ottimizzare la dissipazione del calore generato dai componenti elettronici dei moduli di memoria 13 permettendo in particolare una collaborazione tra diffusori termici 19 accoppiati a moduli di memoria adiacenti.

Infatti, il fatto che sono in mutuo contatto termico i diffusori termici 19 che sono accoppiati a moduli di memoria 13 adiacenti ha l’effetto che un primo diffusore termico 19, che sia accoppiato ad un primo modulo di memoria 13, sarà in grado di dissipare una parte del calore generato da un secondo modulo di memoria 13, adiacente al primo, e trasmessogli dal secondo diffusore termico 19 con il quale è in contatto termico e che è accoppiato con il secondo modulo di memoria 13.

I condotti termici 18 potranno ad esempio essere realizzati nella forma di tubi connessi idraulicamente ai canali 17 per essere attraversati, in uso, dal liquido refrigerante.

In alternativa i condotti termici potranno essere realizzati mediante i dispositivi generalmente noti nella dicitura inglese “heat pipe” ossia nella forma di elementi tubolari chiusi e realizzati in un metallo termo conduttore, tipicamente rame, contenenti una piccola quantità di un fluido refrigerante quale ad esempio acqua, etanolo o mercurio che in parte è in forma liquida ed in parte in forma di vapore, in modo che non siano presenti altri gas.

L’heat pipe trasferirà calore da un estremo caldo all'altro freddo, per mezzo dell'evaporazione e condensazione del fluido refrigerante.

Per incrementare l’efficienza di contatto termico, in prossimità dei supporti 15 e 16, tra i diffusori termici 19 reciprocamente adiacenti e tra i diffusori termici 19 ed i rispettivi moduli di memoria 13 sui quali essi sono montati, preferibilmente la scheda elettronica 10 comprende mezzi di spinta per comprimere i diffusori termici 19 l’uno contro l’altro.

Le prese 12a, 12b, 12c della scheda di supporto 11 sono vantaggiosamente organizzate in modo da comprendere due prese di testa 12a, 12b e prese 12c intermedie.

Le prese 12a, 12b, 12c formano un rango e sono reciprocamente allineate tra le prese di testa 12a, 12b.

Le prese di testa 12a e 12b definiscono altrettante posizioni di testa per i moduli di memoria 13.

In una forma di realizzazione preferito, ma non esclusiva, la scheda elettronica 10 vantaggiosamente comprende due elementi di contenimento 26, 27 fissati alla scheda di supporto 11 e ciascuno adiacente ad una delle prese di testa 12a, 12b.

In questa forma di realizzazione preferita, vantaggiosamente i detti mezzi di spinta comprendendo elementi cuneiformi 28, 29 configurati per essere insinuati tra uno degli elementi di contenimento 26, 27 ed uno dei diffusori termici 19 che è accoppiato ad uno dei moduli di memoria 13 in una posizione di testa.

Preferibilmente, sono previsti primi elementi filettati 30 che sono atti a fissare gli elementi cuneiformi 28, 29 agli elementi di contenimento 26, 27.

A tale scopo, preferibilmente i primi elementi filettati 30 sono viti a testa svasata avvitabili in una sede filettata degli elementi di contenimento e inseribili attraverso un foro passante degli elementi cuneiformi 28 e 29.

In un’altra possibile forma realizzativa, detti mezzi di spinta comprendono elementi sagomati a L e posizionati in modo tale da realizzare la compressione una volta inseriti.

La scheda elettronica 10 è vantaggiosamente configurata in modo tale che a seguito di una modulazione dell’avvitamento dei secondi elementi filettati 30, è regolata la spinta di compattamento dei diffusori termici 19.

Preferibilmente gli elementi di spinta 28, 29 sono posizionati in corrispondenza del centro del modulo di memoria, essendo questo il punto più lontano dai supporti 15 e 16 refrigeranti è anche quello più critico da raffreddare.

Gli elementi cuneiformi o a L 28, 29, o a L, che sono preferibilmente in alluminio o rame, compattano così la parte centrale che per la struttura stessa del diffusore termico 19 potrebbe essere quella in cui rimane qualche residuo di aria (non avendo vicine viti di tiraggio) ed inoltre che contatta termicamente con i moduli DIMM alle estremità con gli elementi di contenimento 26 e 27 refrigerati aumentandone la dissipazione del calore in particolare nella zona centrale.

Preferibilmente, i diffusori termici 19 sono configurati in modo tale che lo spazio compreso tra i componenti elettronici di due adiacenti moduli di memoria 13 sia completamente occupato dalle pareti 20, 21 di due adiacenti diffusori termici 19, i quali sono rispettivamente accoppiati ai due moduli di memoria 13 adiacenti.

In tal modo è possibile ottenere che, in una scheda elettronica 10 secondo la presente invenzione, lo spazio tra due adiacenti moduli di memoria 13 sia di fatto completamente riempito dai diffusori termici così da evitare la presenza di aria che attuerebbe un effetto di isolamento termico tra i diffusori termici stessi. Come descritto, gli elementi 28 e 29 contribuiscono ulteriormente a tale scopo.

L’afferrabilità dei moduli di memoria, che nelle schede elettroniche tradizionali ha spinto i realizzatori delle stesse a prevedere uno spazio vuoto tra i moduli stessi, e tra gli estremi di un modulo e gli elementi di supporto laterali, per permettere di afferrarli a mano, è garantita, in una scheda elettronica secondo la presente invenzione, dalla particolare configurazione dei diffusori termici 19, come risulterà più chiaramente dalla descrizione che segue.

Vantaggiosamente, la scheda elettronica 10 comprende mezzi di compressione atti a spingere i diffusori termici 19 contro i condotti termici 18 per rendere più efficace la conduzione termica tra di essi.

Questi mezzi di compressione preferibilmente comprendono secondi elementi filettati 31 atti a fissare i diffusori termici 19 ai supporti 15, 16.

In maggior dettaglio, i mezzi di compressione preferibilmente comprendono viti inseribili attraverso fori delle estremità longitudinali dei diffusori termici 19 ed impegnabili in sedi filettate previste nei supporti 15 e 16.

Preferibilmente, la scheda elettronica 10 è configurata in modo tale che un graduale serraggio dei secondi elementi filettati sui supporti 15 e 16 determina una graduale compressione dei diffusori termici 19 contro i condotti termici 18, così da poter regolare il grado di contatto tra questi.

Per incrementare l’efficacia di trasmissione termica preferibilmente la scheda elettronica 10 comprende tappetini 32 termicamente conduttivi e deformabili per operare in compressione, preferibilmente posti tra le pareti 20, 21 ed i condotti termici 18, per migliorare la trasmissione termica tra di essi.

Vantaggiosamente, tra le pareti 20, 21 di dissipatori termici 19 adiacenti, è posto un elemento di riempimento 32a, preferibilmente costituito da un foglio in grafite ultrasottile, che è atto a disperdere ulteriormente il calore dal centro di ogni superficie 23a e 23b da dove può essere meno efficacemente rimosso, verso il resto dei due diffusori termici 19 adiacenti.

In una forma di attuazione preferita della presente invenzione, i supporti 15, 16 comprendono una piastra internamente percorsa dai canali 17 e/o scambiatori termici di tipo roll-bond.

I diffusori termici 19 sono preferibilmente composti da due corpi 19a, 19b che sono complementari e configurati per essere accoppiati in modo da definire tra essi una cavità atta ad alloggiare uno dei moduli di memoria 13. I corpi 19a, 19b sono in mutuo contatto termico almeno in corrispondenza delle estremità longitudinali 24, 25 e sono preferibilmente connessi mediante viti 33 così da poter regolare la pressione da essi esercitata sul modulo di momoria.

Per ottimizzare gli ingombri della scheda elettronica 10, vantaggiosamente i diffusori termici 19 non sporgono in altezza dalla scheda di supporto più dei moduli di memoria 13 così da non incrementare l’ingombro in altezza.

Vantaggiosamente, le estremità longitudinali 24 e 25 dei diffusori termici 19 definiscono delle nicchie 24a e 25a nelle quali sono alloggiate clip di fissaggio 34, associate alle prese 12a, 12b, 12c, che definiscono il meccanismo standard di fissaggio per moduli DIMM tradizionali.

In questo modo, una scheda elettronica refrigerata secondo la presente invenzione è più facile da smontare/montare ed integrata in direzione dello sviluppo longitudinale dei moduli di memoria e, quindi l'ingombro complessivo è minimo.

Una scheda elettronica secondo la presente invenzione raggiunge così il compito e gli scopi preposti.

In particolare, a parità di capacità refrigerante e di configurazione dei moduli di memoria, la scheda elettronica refrigerata secondo la presente invenzione, è più compatta in tutte le direzioni.

Risulta infatti più compatta delle schede refrigerate tradizionali dotate di condotti per il fluido refrigerante.

Inoltre, in altezza, l’ingombro è esattamente quello dei moduli di memoria in quanto non necessita di nulla che ad essi si sovrapponga come avviene invece in schede tradizionali che presentano clip montate sui moduli di memoria per trattenere diffusori termici.

In larghezza, una scheda refrigerata secondo la presente invenzione ottiene un impacchettamento ottimale rispetto alle soluzioni tradizionali.

Una scheda refrigerata secondo la presente invenzione inoltre permette di disperdere il calore generato da un modulo verso gli elementi dissipatori associati ai moduli di memoria adiacenti, quando ci sia un gradiente termico negativo rispetto ad un modulo adiacente. Il che può essere dovuto ad un maggiore utilizzo (maggiore potenza termica) del modulo in questione da raffreddare, oppure a dinamiche termiche più complesse che coinvolgono più moduli di memoria ed i relativi dissipatori.

Il trovato così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell’ambito di tutela delle rivendicazioni allegate.

Inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti.

In pratica, i materiali impiegati, nonché le forme e le dimensioni contingenti, potranno essere variati a seconda delle esigenze contingenti e dello stato della tecnica.

Ove le caratteristiche costruttive e le tecniche menzionate nelle seguenti rivendicazioni siano seguite da segni o numeri di riferimento, tali segni o numeri di riferimento sono stati apposti con il solo scopo di aumentare l’intelligibilità delle rivendicazioni stesse e, di conseguenza, essi non costituiscono in alcun modo limitazione all’interpretazione di ciascun elemento identificato, a titolo puramente di esempio, da tali segni o numeri di riferimento.

Barzanò & Zanardo Roma S.p.A.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Scheda elettronica (10) refrigerata comprendente: - una scheda di supporto (11) dotata di prese (12a, 12b, 12c) reciprocamente affiancate per moduli di memoria (13) DIMM; - moduli di memoria (13) DIMM ciascuno dotato di una spina (14) accoppiabile con una di dette prese (12a, 12b, 12c); caratterizzata dal fatto di comprendere: - due supporti (15, 16), aventi rispettivi canali (17) per il passaggio di un liquido refrigerante; - diffusori termici (19) ciascuno dotato di due pareti (20, 21) ciascuna ricoprente un fianco di uno di detti moduli di memoria (13) per assorbirne calore; detti diffusori termici (19) avendo facce laterali (23a, 23b) e sono dimensionati in modo tale che, in uso, due adiacenti di detti diffusori termici (19) sono in contatto termico mediante le rispettive facce laterali (23a, 23b); detti diffusori termici (19) avendo inoltre due opposte estremità longitudinali (24, 25) ciascuna in contatto termico con uno di detti supporti (15, 16).
2. Scheda elettronica (10) secondo la rivendicazione 1 caratterizzata dal fatto di comprendere ulteriormente condotti termici (18) che sono in collegamento termico con detti supporti (15, 16), ciascuno posto tra due adiacenti prese (12a, 12b, 12c) di detta scheda di supporto (11); detti diffusori termici (19) avendo inoltre una faccia inferiore (22) che è in contatto con i condotti termici (18) adiacenti alla spina (14) di detta scheda di supporto (11) alla quale detto modulo di memoria (13) è accoppiato.
3. Scheda elettronica (10) secondo una delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto di comprendere mezzi di spinta per comprimere detti diffusori termici (19) l’uno contro l’altro.
4. Scheda elettronica (10) secondo la rivendicazione 3 caratterizzata dal fatto che le prese (12a, 12b, 12c) di detta scheda di supporto (11) comprendono due prese di testa (12a, 12b) e prese intermedie (12c); dette prese (12a, 12b, 12c) formando un rango di prese reciprocamente allineate tra dette prese di testa (12a, 12b); detta scheda elettronica (10) comprendendo due elementi di contenimento (26, 27) fissati a detta scheda di supporto (11) e ciascuno adiacente ad una di dette prese di testa (12a, 12b); detti mezzi di spinta comprendendo elementi cuneiformi o a L (28, 29) configurati per essere insinuati tra uno di detti elementi di contenimento (26, 27) ed uno di detti diffusori termici (19) che è accoppiato ad uno di detti moduli di memoria (13) il quale impegna una corrispondente di dette prese di testa (12a, 12b).
5. Scheda elettronica (10) secondo la rivendicazione 4 caratterizzata dal fatto di comprendere primi elementi filettati (30) che atti a fissare detti elementi cuneiformi o a L (28, 29) a detti elementi di contenimento (26, 27).
6. Scheda elettronica (10) secondo una delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto che detti diffusori termici (19) sono configurati in modo tale che lo spazio compreso tra componenti elettronici di due adiacenti moduli di memoria (13) è completamente occupato dalle pareti di due di detti diffusori termici (19) i quali sono rispettivamente accoppiati a detti adiacenti moduli di memoria (13).
7. Scheda elettronica (10) secondo una delle rivendicazioni da 2 a 6 caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di compressione atti a spingere detti diffusori termici (19) contro detti condotti termici (18).
8. Scheda elettronica (10) secondo la rivendicazione 7 caratterizzata dal fatto che detti mezzi di compressione comprendono secondi elementi filettati (31) atti a fissare detti diffusori termici (19) a detti supporti (15, 16).
9. Scheda elettronica (10) secondo una delle rivendicazioni da 2 a 8 caratterizzata dal fatto di comprendere tappetini termicamente conduttivi deformabili, posti tra le pareti (20, 21) di due adiacenti di detti diffusori termici (19) e/o tra dette pareti (20, 21) e detti condotti termici (18), per formare un ponte termico tra di essi.
10. Scheda elettronica (10) secondo una delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto che detti supporti (15, 16) comprendono una piastra internamente percorsa da detti canali (17) e/o scambiatori termici di tipo roll-bond.
11. Scheda elettronica (10) secondo una delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto che detti diffusori termici (19) sono composti da due corpi (19a, 19b) complementari configurati per essere accoppiati in modo da definire tra essi una cavità atta ad alloggiare uno di detti moduli di memoria (13); detti corpi (19a, 19b) essendo in contatto termico almeno in corrispondenza di dette estremità longitudinali (24, 25).