(57)【要約】【課題】規格化された冷却方法を提示すること。【解決手段】実施形態の演算処理装置は、演算回路と冷却部とを備える。演算回路は、演算処理を行なう。冷却部は、冷却用の流体が流動する流路を内部に有し、前記流路に対する前記流体の流入口及び流出口が取り付けられ、前記演算回路と一体化される。【選択図】図１
2015146353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
演算処理を行なう演算回路と、
冷却用の流体が流動する流路を内部に有し、前記流路に対する前記流体の流入口及び流出口が取り付けられ、前記演算回路と一体化された冷却部と、
を備えたことを特徴とする演算処理装置。
【請求項２】
前記冷却部は、更に、フィン、又は、ピンの少なくとも一方を内部に有することを特徴とする請求項１に記載の演算処理装置。
【請求項３】
前記流路は、前記演算回路の全体が前記流体により冷却されるように、前記冷却部の内部に形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の演算処理装置。
【請求項４】
前記冷却部は、前記流路を複数有し、各流路に対して流入口及び流出口が取り付けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の演算処理装置。
【請求項５】
冷却用の流体が流動する流路を内部に有し、前記流路に対する前記流体の流入口及び流出口が取り付けられた冷却部が、演算処理を行なう演算回路と一体化された演算処理装置と、
前記流入口及び前記流出口と配管を介して接続され、前記演算回路の使用率に応じて、前記流路における前記流体の流量を変更するポンプと、
を備えたことを特徴とする情報処理装置。
【請求項６】
前記演算回路の使用率を取得し、取得した使用率に応じて、前記ポンプから流出される前記流体の流量を変更する制御を行なう制御部、
を更に備えたことを特徴とする請求項５に記載の情報処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、演算処理装置及び情報処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＰＣ（Personal  Computer）やワークステーション、サーバ等、各種情報処理装置のマザーボードに搭載されているＣＰＵ（Central  Processing  Unit）は、その計算力を向上させるように設計が行なわれている。このため、ＣＰＵの発熱量は、年々、増加傾向にある。
【０００３】
一方、従来、情報処理装置に搭載されるＣＰＵの冷却に関しては、ＣＰＵのメーカではなく、情報処理装置のメーカが担っており、例えば、各ＰＣメーカは、ＰＣに搭載するＣＰＵに応じて独自に熱設計を行なっている。例えば、ＰＣメーカは、フィンをＣＰＵに取り付け、ファンにより空冷を行なう冷却ユニットをＣＰＵに取り付けることで、ＣＰＵの冷却を行なっている。
【０００４】
しかし、かかる熱設計は、容易ではなく、各ＰＣメーカは、シミュレーションによる熱解析を行なったり、場合によっては試作を繰り返したりして、最善な冷却方法を模索しているのが現状である。すなわち、現状では、情報処理装置のメーカに対して、規格化されたＣＰＵの冷却方法を提示することができなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１３８２３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、規格化された冷却方法を提示することができる演算処理装置及び情報処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の演算処理装置は、演算回路と冷却部とを備える。演算回路は、演算処理を行なう。冷却部は、冷却用の流体が流動する流路を内部に有し、前記流路に対する前記流体の流入口及び流出口が取り付けられ、前記演算回路と一体化される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本実施形態に係るＣＰＵチップの構成例を示す図である。
【図２】図２は、本実施形態に係るＣＰＵチップの別の構成例を示す図である。
【図３】図３は、冷却部内に形成されるパイプの変形例を示す図（１）である。
【図４】図４は、冷却部内に形成されるパイプの変形例を示す図（２）である。
【図５】図５は、本実施形態に係るＣＰＵチップの冷却方法の一例を示す図である。
【図６】図６は、本実施形態に係るＣＰＵチップを搭載した情報処理装置の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照して、演算処理装置の実施形態を詳細に説明する。
【００１０】
（実施形態）
本実施形態に係る演算処理装置は、ＰＣ（Personal  Computer）やワークステーション、サーバ等、各種の情報処理装置に搭載され、情報処理装置おいて、中心的な演算処理装置として働く電子回路であるＣＰＵ（Central  Processing  Unit）チップである。具体的には、本実施形態に係るＣＰＵチップは、規格化された冷却方法を提示可能とするため、以下に説明するように構成される。
【００１１】
図１は、本実施形態に係るＣＰＵチップの構成例を示す図である。図１に示すように、本実施形態に係るＣＰＵチップ１０は、ＣＰＵ１１と、冷却部１２とを有する。
【００１２】
ＣＰＵ１１は、演算処理を行なう演算回路である。すなわち、ＣＰＵ１１は、従来、製造販売されているＣＰＵと同様の回路である。例えば、ＣＰＵ１１は、基板上に半導体素子が高密度で集積され、集積面の反対側の面にマザーボードへ接続するための複数のピンが形成されている。なお、以下で説明する構成例は、演算回路が、ＭＰＵ（Micro  Processing  Unit）や、ＧＰＵ（Graphics  Processing  Unit）、ＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）、ＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）等の電子回路である場合でも、適用可能である。
【００１３】
そして、冷却部１２は、図１に示すように、冷却用の流体が流動する流路であるパイプ１２１を内部に有する。パイプ１２１は、流体が漏洩する可能性が低い素材で形成される。例えば、パイプ１２１は、ステンレス製の流路である。ここで、パイプ１２１は、ＣＰＵ１１の全体が流体により冷却されるように、冷却部１２の内部に形成される。例えば、図１に例示するパイプ１２１は、冷却部１２とＣＰＵ１１との接触面と平行な１断面内を縦方向に往復しながら横方向に移動する経路により、当該断面を流体が略網羅して流動するように、冷却部１２の内部に形成されている。
【００１４】
そして、冷却部１２には、図１に示すように、パイプ１２１に対する流体の流入口１２２及び流出口１２３が取り付けられる。流入口１２２及び流出口１２３には、後述するタンクとＣＰＵチップ１０との接続用の配管（ホース）が取り付けられる。図１に示す流入口１２２及び流出口１２３は、冷却部１２の同一側面に取り付けられる。
【００１５】
以下では、上記の冷却用の流体として水が用いられる場合について説明する。なお、本実施形態は、冷却用の流体として、電気的に絶縁性の絶縁流体が用いられる場合であっても良い。
【００１６】
そして、本実施形態に係るＣＰＵチップ１０では、図１に示すように、冷却部１２は、演算回路であるＣＰＵ１１と一体化される。具体的には、冷却部１２は、ＣＰＵチップ１０を、ＣＰＵ１１に対応するソケットを用いて、汎用のＣＰＵとしてマザーボートに取り付け可能なように、ＣＰＵ１１と一体化される。例えば、冷却部１２は、パイプ１２１を内部に固定支持可能であり、流入口１２２及び流出口１２３を側面に取り付け可能であり、ＣＰＵ１１を包み込むように成形された筐体を用いて構成される。なお、冷却部１２は、ＣＰＵ１１と一体成型される場合であっても良い。
【００１７】
このように、図１に例示するＣＰＵチップ１０は、パイプ１２１に流体（例えば、水）が流動することで冷却を行なう冷却装置としての冷却部１２と、ＣＰＵ１０とがチップ化された演算処理装置である。
【００１８】
ここで、本実施形態は、冷却部１２が、更に、フィン、又は、ピンの少なくとも一方を内部に有する場合であっても良い。図２は、本実施形態に係るＣＰＵチップの別の構成例を示す図である。図２に例示するＣＰＵチップ１０’は、図１を用いて説明したＣＰＵチップ１０と略同様に構成される。ただし、図２に例示するＣＰＵチップ１０’は、図１に例示するＣＰＵチップ１０とは異なり、冷却部１２の内部にフィン１２４が取り付けられる。
【００１９】
例えば、図２に示すように、ＣＰＵチップ１０’の冷却部１２の内部には、冷却用のパイプ１２１に加えて、冷却効率向上のために、５つのフィン１２４が取り付けられている。５つのフィン１２４それぞれは、図２に示すように、縦方向に往復するパイプ１２１の往路と復路とに挟み込まれるように、縦方向に配置されている。なお、フィン１２４は、冷却部１２の内部に配置可能であれば、任意の数で配置可能である。また、フィン１２４は、冷却効率が向上可能であれば、冷却部１２の内部にて、任意の方向で配置可能である。なお、本実施形態は、冷却効率向上のために、フィンのみが取り付けられる以外に、ピン上にフィンが取り付けられる場合であっても、ピンのみが取り付けられる場合であっても良い。
【００２０】
更に、冷却用のパイプは、図１及び図２に例示するパイプ１２１に限定されるものではない。具体的には、本実施形態に係る冷却用のパイプは、複数断面それぞれを流体が略網羅して流動するように、冷却部１２の内部に形成されても良い。また、本実施形態は、冷却部１２は、パイプを複数有し、各パイプに対して流入口及び流出口が取り付けられても良い。図３及び図４は、冷却部内に形成されるパイプの変形例を示す図である。
【００２１】
図３は、冷却部１２とＣＰＵ１１との接触面と平行な１段目、２段目及び３段目の３断面それぞれを縦方向に往復しながら横方向に移動する１本の経路により、各断面を流体が略網羅して流動するように、冷却部１２の内部に形成されるパイプ１２１Ａを１断面に展開した図である。実際には、図３に例示するパイプ１２１Ａは、１段目の断面を走行する流路と２段目の断面を走行する流路との接続流路、及び、２段目の断面を走行する流路と３段目の断面を走行する流路との接続流路それぞれで折りたたまれて、冷却部１２内部に収納される。
【００２２】
また、図４に示すパイプ１２１ａは、１段目の断面を縦方向に往復しながら横方向に移動する経路により、この断面を流体が略網羅して流動するように、冷却部１２の内部に形成される。また、図４に示すパイプ１２１ｂは、２段目の断面を縦方向に往復しながら横方向に移動する経路により、この断面を流体が略網羅して流動するように、冷却部１２の内部に形成される。また、図４に示すパイプ１２１ｃは、３段目の断面を縦方向に往復しながら横方向に移動する経路により、この断面を流体が略網羅して流動するように、冷却部１２の内部に形成される。そして、図４に示す場合では、パイプ１２１ａ、パイプ１２１ｂ及びパイプ１２１ｃそれぞれに、流入口及び流出口が取り付けられる。
【００２３】
図３及び図４に示す構成例により、流体によるＣＰＵ１１の冷却効果を更に向上させることができる。なお、本実施形態では、冷却用のパイプの走行経路は、ＣＰＵ１１の全体が流体により冷却可能であるならば、１つ又は複数の方向において、任意の段数により形成することができる。例えば、パイプ１２１Ａは、１段目及び３段目の断面それぞれでは、縦方向に往復しながら横方向に移動する経路とし、２段目の断面は、横方向に往復しながら縦方向に移動する経路に形成される場合であっても良い。
【００２４】
ＣＰＵメーカは、図１〜図４に例示するＣＰＵチップを製造することで、規格化された冷却方法を提示することができる。例えば、ＣＰＵメーカは、ＣＰＵチップ１０の仕様書に、ＣＰＵチップ１０のスタンダードな冷却条件を記載することができる。図５は、本実施形態に係るＣＰＵチップの冷却方法の一例を示す図である。
【００２５】
図５に示す「ＣＰＵ  ＴｙｐｅＡ（Ｆｉｎなし）」は、図１に例示するＣＰＵチップ１０を示す。また、図５に示す「ＣＰＵ  ＴｙｐｅＢ（Ｆｉｎあり）」は、図２に例示するＣＰＵチップ１０’を示す。また、図５では、水温が２０℃以下の水をパイプ１２１内で流動させる場合の冷却条件を例示している。また、図５に示す「必要流量」は、ＣＰＵチップ１０の負荷（使用率）に応じて、ＣＰＵチップ１０の温度が２０℃以下に冷却するために必要とされる流量を示している。
【００２６】
図５では、ＣＰＵチップ１０の負荷（使用率）が「２５％以下」である場合の必要流量が、「ｘ１  ｃｃ／ｍｉｎ」であることを示している。また、図５では、「ｘ１  ｃｃ／ｍｉｎ」となるためには、流入口１２２と流出口１２３との圧力差を「ｙ１  Ｐａ」とすれば良いことを示している。
【００２７】
また、図５では、ＣＰＵチップ１０の負荷（使用率）が「２５％より大きく５０％以下」である場合の必要流量が、「ｘ２  ｃｃ／ｍｉｎ」であることを示している。また、図５では、「ｘ２  ｃｃ／ｍｉｎ」となるためには、流入口１２２と流出口１２３との圧力差を「ｙ２  Ｐａ」とすれば良いことを示している。
【００２８】
また、図５では、ＣＰＵチップ１０の負荷（使用率）が「５０％より大きく１００％以下」である場合の必要流量が、「ｘ３  ｃｃ／ｍｉｎ」であることを示している。また、図５では、「ｘ３  ｃｃ／ｍｉｎ」となるためには、流入口１２２と流出口１２３との圧力差を「ｙ３  Ｐａ」とすれば良いことを示している。
【００２９】
一方、図５では、ＣＰＵチップ１０’の負荷（使用率）が「２５％以下」である場合の必要流量が、「ｘ４  ｃｃ／ｍｉｎ」であることを示している。また、図５では、「ｘ４  ｃｃ／ｍｉｎ」となるためには、流入口１２２と流出口１２３との圧力差を「ｙ４  Ｐａ」とすれば良いことを示している。
【００３０】
また、図５では、ＣＰＵチップ１０’の負荷（使用率）が「２５％より大きく５０％以下」である場合の必要流量が「ｘ５  ｃｃ／ｍｉｎ」であることを示している。また、図５では、「ｘ５  ｃｃ／ｍｉｎ」となるためには、流入口１２２と流出口１２３との圧力差を「ｙ５  Ｐａ」とすれば良いことを示している。
【００３１】
また、図５では、ＣＰＵチップ１０’の負荷（使用率）が「５０％より大きく１００％以下」である場合の必要流量が、「ｘ６  ｃｃ／ｍｉｎ」であることを示している。また、図５では、「ｘ６  ｃｃ／ｍｉｎ」となるためには、流入口１２２と流出口１２３との圧力差を「ｙ６  Ｐａ」とすれば良いことを示している。
【００３２】
図５に例示する冷却条件は、上述したようにＣＰＵ１１と冷却部１２とを一体化したチップを製造することで、ＣＰＵメーカが仕様書に記載することが可能となる。従来、ＣＰＵ冷却装置は、汎用的に、様々なＣＰＵに取り付け可能なように製造されている。このため、従来、情報処理装置メーカは、ＣＰＵ冷却装置とＣＰＵとを別々のメーカから購入し、購入したＣＰＵ冷却装置の仕様書と、購入したＣＰＵの仕様書とに基づく複雑な熱設計を行なって、目的とする処理能力を有する情報処理装置を製造していた。
【００３３】
一方、本実施形態では、ＣＰＵメーカは、ＣＰＵ１１と冷却部１２とが一体可されたＣＰＵチップ１０やＣＰＵチップ１０’を製造することで、情報処理装置のメーカに対して、図５に例示する規格化された冷却方法を提示することができる。
【００３４】
これにより、ＰＣ等の情報処理装置メーカは、煩雑な熱設計を行なうことなく、図５に例示する仕様書を参照して、最適な冷却方法に基づいて、情報処理装置を製造することができる。
【００３５】
かかる情報処理装置は、ＣＰＵ１１と冷却部１２とが一体可されたＣＰＵチップ１０やＣＰＵチップ１０’を有する。そして、かかる情報処理装置は、更に、流入口１２２及び流出口１２３と配管（ホース）を介して接続され、ＣＰＵ１０の使用率に応じて、パイプ１２１における流体の流量を変更するポンプを有する。図６は、本実施形態に係るＣＰＵチップを搭載した情報処理装置の構成例を示す図である。
【００３６】
図６は、本実施形態に係る情報処理装置としてのサーバを例示している。例えば、図６に示すように、ＣＰＵチップ１０は、マザーボード２０に取り付けられ、サーバ本体１００に搭載される。ここで、図６に例示するように、サーバ本体１００の側面には、流入口１０１と流出口１０２とが取り付けられている。流入口１２２と流入口１０１とは、ホースにより接続され、流出口１２３と流出口１０２とは、ホースにより接続される。
【００３７】
そして、図６に示すように、サーバ本体１００の近傍には、ポンプ２００が設置される。ポンプ２００は、流出口２０２及び流入口２０３が取り付けられる。流出口２０２と流入口１０１とは、ホースにより接続され、流入口２０３と流出口１０２とは、ホースにより接続される。
【００３８】
なお、図示しないが、ポンプ２００は、水を貯蔵するタンクと、タンクに貯蔵される水の温度を２０℃以下に保つクーラーと、タンクに貯蔵される水を流路内で還流させるための駆動部とを有している。
【００３９】
そして、ポンプ２００は、図６に示すように、制御回路２０１を有する。制御回路２０１は、例えば、マイコンとメモリとから構成される電子回路である。このメモリには、例えば、図５に示すＣＰＵチップ１０の負荷に応じた必要流量が格納されている。制御回路２０１は、ＣＰＵ１１の使用率（負荷）を取得する。例えば、サーバ本体１００には、ＣＰＵチップ１０と接続され、ＣＰＵ１１の負荷状態を検知可能なＢＩＯＳ（Basic  Input/Output  System）が搭載される。ＢＩＯＳは、例えば、無線通信により、ＣＰＵ１１の使用率を制御回路２０１に通知する。
【００４０】
そして、制御回路２０１は、取得した使用率に応じて、ポンプ２００から流出される流体の流量を変更する制御を行なう。例えば、ＣＰＵ１１の使用率が４５％である場合、制御回路２０１は、「ｘ２  ｃｃ／ｍｉｎ」となるように、駆動部を制御する。
【００４１】
すなわち、情報処理装置のメーカは、制御回路２０１に図５に例示する冷却方法に関する情報を設定するだけで、サーバ本体１００に搭載されるＣＰＵチップ１０（ＣＰＵ１１）が常に２０℃以下となるように、サーバを設計することができる。すなわち、本実施形態では、情報処理装置のメーカは、最初の熱設計における机上検討の手間を大幅に低減することができる。
【００４２】
なお、本実施形態は、制御回路２０１は、使用率に応じて圧力差を変更制御することで、結果的に、ポンプ２００から流出される流体の流量を変更する制御を行なっても良い。また、本実施形態は、ＢＩＯＳに制御回路２０１としての機能を付加する場合であっても良い。また、本実施形態は、ポンプ２００がサーバ本体１００に内蔵される場合であっても良い。
【００４３】
また、本実施形態は、サーバ本体１００に、本実施形態に係るＣＰＵチップが複数搭載される場合であっても良い。かかる場合、各ＣＰＵチップは、ホースにより直列に接続され、ポンプ２００に接続される。なお、仕様の異なる複数のＣＰＵチップ（例えば、ＣＰＵチップ１０及びＣＰＵチップ１０’）を搭載する場合、制御回路２０１は、最も大きい必要流量に合わせて流量を制御するよう設定されることが好適である。
【００４４】
また、本実施形態は、本実施形態に係るＣＰＵチップが複数搭載される場合、各ＣＰＵチップに、ポンプ２００が設置される場合であっても良い。また、本実施形態は、図４に例示したように、複数のパイプを有するＣＰＵチップを用いる場合、各パイプに、ポンプ２００が設置される場合であっても良い。
【００４５】
いずれの場合であっても、従来と比較して、情報処理装置のメーカは、ＣＰＵチップの仕様書を参照して、容易に熱設計を行なうことができる。
【００４６】
なお、上記では、冷却部１２と一体化される電子回路が演算回路である場合について説明した。しかし、本実施形態は、冷却部１２と一体化される電子回路が、半導体メモリ素子等、記憶装置としての電子回路である場合でも良い。かかるメモリチップは、例えば、ＣＰＵチップと直列に接続されたうえで、情報処理装置に搭載することが可能である。
【００４７】
以上、説明したとおり、本実施形態によれば、規格化された冷却方法を提示することができる。
【００４８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４９】
１０  ＣＰＵチップ
１１  ＣＰＵ
１２  冷却部
１２１  パイプ
１２２  流入口
１２３  流出口
【図１】
2015146353.tif 000003
【図２】
2015146353.tif 000004
【図３】
2015146353.tif 000005
【図４】
2015146353.tif 000006
【図５】
2015146353.tif 000007
【図６】
2015146353.tif 000008