数据存储系统的热区冷却

技术领域

本发明的实施方案可以整体上涉及数据存储系统，并且具体地涉及降低构成了数据存储系统的数据存储设备的温度。

背景技术

存在对高容量数字数据存储系统的商业需求，其中多个数据存储设备(DSD)容纳在共同的壳体中。DSD，诸如固态存储器设备(或“固态驱动器”(SSD))和/或混合驱动器，可能经历局部高温或“热区(hot spot)”。热区通常出现在ASIC(专用集成电路)或其他集成电路(IC)诸如固态存储器单元(例如，基于NAND的闪存存储器)、网络IC、PCIe(外围部件快速互连)IC等的位置之处或附近。当ASIC或NAND闪存的温度达到抑制点时，读/写性能通常降低，该抑制点是指有意减小集成电路数据速率的温度极限。虽然有必要维持集成电路的长期运行能力，但性能的降低在其他方面是不合乎期望的。

本节中描述的任何方法是可以实行的方法，但不一定是先前已经设想到或实行过的方法。因此，除非另有说明，否则不应认为本节所述的任何方法仅仅因为包含在本节中而成为现有技术。

附图说明

实施方案通过示例而非限制的方式在附图中示出，在附图中相同的附图标记指代相似的元件并且其中：

图1A是根据一个实施方案的示出全闪存阵列的透视图；

图1B是根据一个实施方案的示出图1A的全闪存阵列的图解侧视图；

图2A是根据一个实施方案的示出了位于数据存储设备与冷壁之间的热桥的图解侧视图；

图2B是根据一个实施方案的示出图2A的热桥的图解俯视图；

图3是根据一个实施方案的示出弹簧状热桥的图解侧视图；

图4是根据一个实施方案的示出带状热桥的图解透视图；以及

图5是根据一个实施方案的示出了一种降低与固态驱动器壳体相关联的热区的温度的方法的流程图。

具体实施方式

一般来讲，描述了降低数据存储系统内的数据存储设备的温度的方法。在以下描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节，以便提供对本文所述的本发明实施方案的透彻理解。然而，将显而易见的是，本文所述的本发明的实施方案可以在没有这些具体细节的情况下实践。在其他情况下，熟知的结构和设备以框图的形式示出，以便避免不必要地模糊本文所述的本发明的实施方案。

实施方案可用于全闪存阵列(AFA)或其他数据存储系统的环境中。因此，根据一个实施方案，图1A中显示了示出AFA 100的透视图以示出示例性操作环境。

图1A是根据一个实施方案的示出全闪存阵列的透视图，并且图IB是根据一个实施方案的示出了图1A的全闪存阵列的图解侧视图。全闪存阵列(AFA)100通常包括多个SSD102(在该示例性图示中为八个)、电池104和PCIe卡106，所有这些都处于共享壳体103中，该共享壳体可包括可被称为“滑动件”或“机架”的部件。需注意，SSD与壳体壁之间的间隙以及SSD之间在任一方向上的间隙可因存储系统而异，并且甚至可在给定存储系统之间略有不同，其重要性将在下文更详细地说明。由于SSD容量随着技术的进步而增加，同样，所消耗的功率量也增加，SSD中以及存储系统整体中所随之产生的热量也增加。因此，可能存在引入体积更大、功能更强的冷却风扇的趋势，这进一步增加了功耗与成本。据此，冷却风扇之外的不同冷却机构可能是合乎期望的。

本文参考固态驱动器，诸如参考图1A、图1B所示的SSD 102，可以包括有时被称为“混合驱动器”的信息存储设备。混合驱动器通常指的是具有常规转盘式HDD与使用非易失性存储器(诸如闪存或其他固态(例如，集成电路)存储器)的固态驱动器(其为电可擦除和可编程的)组合的功能的存储设备。混合驱动器可被构建和配置为以多种方式操作并利用固态部分，诸如作为非限制性示例，将固态存储器用作非易失性主存储器，用作高速缓存存储器来存储频繁访问的数据和/或I/O密集数据，作为ASIC等等。另外，混合驱动器可以被构建和配置为基本上作为单个壳体中的两个存储设备，即常规的HDD和SSD，具有用于主机连接的一个或多个接口。

背景技术

术语“基本上”应当理解为描述大部分或差不多被结构化、构造、定尺寸等的特征，但在实践中制造公差等引起结构、构型、尺寸等并不总是或一定如所述的那样精确的情形。例如，将结构描述为“基本上竖直的”将为该术语赋予其普通含义，使得侧壁对于所有实用目的均为竖直的，但可能并不精确地处于90度。

虽然诸如“最佳”、“优化”、“最小”、“最小化”等术语可能不具有与其相关联的某些值，但是如果这些术语在本文中使用，则意图是本领域普通技术人员将理解此类术语将包括在与本公开的整体一致的有益方向上影响值、参数、度量等。例如，将某事物的值描述为“最小”并不要求该值实际上等于某个理论最小值(例如，零)，但应在实际意义上理解为对应的目标是在有益方向上朝向理论最小值移动该值。

根据实施方案，热桥正确地定位在一个或多个所关注的数据存储设备(诸如图1A、图1B的SSD 102)与“冷”(相对于数据存储设备)壁或结构(诸如图1A、图1B的壳体103)之间，用于将热量从SSD 102传导(和对流)到冷结构。

图2A是根据一个实施方案的示出了位于数据存储设备与冷壁之间的热桥的图解侧视图，并且图2B是根据一个实施方案的示出了图2A的热桥的图解俯视图。组件200包括数据存储设备，诸如具有相关联的“热区”102a(即，相对于其周围具有局部高温的区域)的SSD102。组件200还包括热桥210，该热桥定位在SSD 102与冷结构203(例如，温度比SSD 102相对较冷(如较低)的结构)之间的间隙中，并且与该SSD和冷结构两者相接触，诸如系统壳体(诸如壳体103((图1A、图1B))的壁或其他结构性构件。根据一个实施方案，热桥210或热桥210的至少一部分被定位成紧邻热区102a，诸如在热区102a的位置(例如，SSD壳体的最热区)上方、周围、在该位置处以及/或者与该位置重合，如图2B所示。此外，热桥210优选地由相对高导热性材料构成或组成。因此，热桥210用于将热量远离SSD102的热区102a而传导到冷结构203(例如，辅助热路径)。热桥210还可用于协助热量远离SSD 102的热区102a(如图2A的箭头所示)而进行对流，因为热桥210可定位在诸如来自冷却风扇的冷却空气流(例如，主要热路径)的方向上，同时优选地不会以显著方式阻挡空气流。需注意，如图2A所示的热桥210的形状和配置是出于示例性和简化性目的，而如本文所述的热桥的形状和配置可因具体实施而异。

根据一个实施方案，热桥210在至少一个方向(例如，如图2A所示的竖直方向)上是柔性的和/或能够调节的，使得热桥能够调节和/或能够配置，以桥接冷结构203与对应的第一SSD 102之间的第一间隙并且桥接冷结构203与对应的第二SSD 102之间的第二间隙，其中第一间隙不同于第二间隙(即，与第一间隙相关联的距离不同于与第二间隙相关联的距离)。热桥210的这种柔性使得热桥210能够在以下方面更灵活：在不同SSD 102与对应的临近冷结构203之间的相应间隙变化或可变的各种环境/配置中的实现方式。这种柔性还使得能够容易地安装在给定数据存储系统环境中。

除了前述柔性之外，根据一个实施方案，热桥210配置有期望的刚度，使得热桥210产生施加到/施加于SSD 102和对应冷结构203的接触力。例如并且根据一个实施方案，热桥被配置为用作或作为压缩型弹簧，如参考图3更详细地示出和描述。

图3是根据一个实施方案的示出弹簧状热桥的图解侧视图。根据一个实施方案，热桥310在结构上被配置、设计成用作或作为压缩弹簧，即一般来讲，存储机械能的弹性物体。术语“压缩弹簧”的使用并非旨在将本文通篇所述的热桥限制为卷簧，如该术语通常所用的那样。相反，如图3所示，被配置为使得其以弹簧样特性(诸如通过在压缩时存储能量)起作用的结构不需要包括一系列线圈。如图所示，如本文通篇所述的热桥(例如，热桥310)可被构造、配置成z形(类似于字母“z”)并且具有压缩弹簧的特性。这样，热桥310在热桥310的相应侧、端部、接触表面312a、312b处产生接触力311a、311b，诸如施加于/施加到冷结构(例如，图2A的冷结构203)的接触力311a以及施加于/施加到对应数据存储设备(例如，图1A至图2B的SSD 102)的接触力311b。关于接触表面312b的占有面积的示例，参考图2B。

根据一个实施方案，实现高导热性弹簧状热桥诸如热桥310的一种方式是主要用铜材来构造热桥310。根据相关实施方案，热桥310由厚度在0.1毫米至1.0毫米范围内(优选地，已发现约0.5mm适用于预期目的)的弯曲铜片构成，该弯曲铜片大致如图3所示构造，该弯曲铜片在压缩时如压缩弹簧那样运行。因此，产生接触力31la、311b，并且高度(或“长度”)，即接触表面312a、312b之间的距离是能够调节的(如箭头313所示)。虽然铜是优选的，但铝或其他导电材料也可适用于预期目的。根据一个实施方案，在热桥与冷结构和/或数据存储设备接触的区域处，将热界面材料(TIM)诸如TIM 314a、314b施加到热桥(例如，热桥310)、冷结构(例如，冷结构203)和数据存储设备(例如，SSD 102)中的至少一者上。

图4是根据一个实施方案的示出带状热桥的图解透视图。根据一个实施方案，热桥410被构造成主要由热解石墨片(PGS)带状物组成，该热解石墨片带状物被认为是薄的热界面材料，由高导热性高取向性石墨聚合物膜所合成制造。一些PGS已被宣传为达到比铜的热导率高几个数量级的热导率，其密度比铜的密度低几个数量级。PGS 410的部分可包括粘合剂层，诸如其端部处的粘合剂415a、415b，用于粘附到冷结构(例如，图2A的冷结构203)和对应的数据存储设备(例如，图1A至图2B的SSD 102)上。PGS 410被认为是高度适形的，使得能够适当地接触相应的表面。

图5是根据一个实施方案的示出了一种降低与固态驱动器壳体相关联的热区的温度的方法的流程图。例如，图5的方法可用于数据存储系统，诸如图1A、图1B的AFA 100。

在方框502处，将第一热桥定位在第一SSD壳体与容纳第一SSD的相对较冷(即，温度较低)结构之间，并且与两者相接触。例如，热桥210(图2A)、310(图3)、410(图4)被定位在第一SSD 102(图1A-图2B)的壳体与冷结构203(图2A)之间，并且与两者相接触。

在方框504处，将与第一热桥基本上相同的第二热桥定位在第二SSD壳体与容纳第二SSD的相对较冷结构之间，并且与两者相接触。例如，热桥210、310、410被定位在第二SSD102的壳体与冷结构203之间，并且与两者相接触，其中第一SSD 102与对应冷结构203的接触位置之间的第一距离(间隙)不同于第二SSD 102与对应冷结构203的接触位置之间的第二距离(间隙)。

在任选的方框506处，定位第一热桥之前，在第一热桥与第一SSD壳体和/或较冷结构接触的区域处，将热界面材料施加到第一热桥、第一SSD壳体和较冷结构中的至少一者上。例如，在相应部件之间的接触区域(或其至少一部分)处，将诸如导热浆料、带材或油脂等TIM施加到热桥210、310、第一SSD 102的壳体和/或冷结构203上。

因此，本发明描述了一种用于冷却与数据存储设备诸如SSD相关联的局部热区的灵活装置和方法(实验已经表明，针对非限制性示例，主体温度明显降低10％-18％)，这有助于充分地降低数据存储系统的温度，与更强大的冷却风扇相比成本显著更低，并且没有额外的功耗。此外，如本文所示和所述的热桥可易于由本领域的客户安装。

在前述说明中，已经参照大量的具体细节描述了本发明的实施方案，这些细节可根据不同的具体实施而变化。因此，可以在不脱离实施方案较宽的实质和范围的情况下对其进行各种修改和改变。因此，本发明以及申请人旨在成为本发明的唯一且排他性的指示物的是由本专利申请以此类权利要求发出的具体形式发出的一组权利要求，包括任何后续的更正。本文明确阐述的对包含在这些权利要求中的术语的任何定义应当决定如权利要求中使用的这些术语的含义。从而，未在权利要求中明确引述的限制、元件、特性、特征、优点或属性不应以任何方式限制此权利要求的范围。因此，本说明书和附图被认为是示例性意义的而不是限制性意义的。

此外，在该描述中，某些过程步骤可按特定顺序示出，并且字母和字母数字标签可用于识别某些步骤。除非在说明书中明确指明，否则实施方案不一定限于执行此类步骤的任何特定顺序。具体地讲，这些标号仅用于方便步骤的识别，并非旨在指定或要求执行此类步骤的特定顺序。