用于服務(wù)器群冷卻系統(tǒng)的冷排封裝的制作方法
【專利說明】用于服務(wù)器群冷卻系統(tǒng)的冷排封裝
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2010年3月31日、題為“用于服務(wù)器群冷卻系統(tǒng)的冷排封裝”的中國發(fā)明專利申請(qǐng)N0.201080017605.1的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明大體涉及用于數(shù)據(jù)中心的冷卻系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003]互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)(例如網(wǎng)頁電子郵件、網(wǎng)頁搜索、網(wǎng)站托管、以及網(wǎng)頁視頻分享)的迅速增長正產(chǎn)生了對(duì)于來自數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器的運(yùn)算和存儲(chǔ)能力的日益高漲的需求。在服務(wù)器的性能正在提高的同時(shí)，盡管在集成電路的低功耗設(shè)計(jì)方面進(jìn)行了努力，然而服務(wù)器的功耗也升高了。例如，最廣泛使用的服務(wù)器處理器之一，AMD的皓龍(Opteixm)處理器以高達(dá)95瓦的功率運(yùn)行。英特爾的至強(qiáng)(Xeon)服務(wù)器處理器在110和165瓦之間的功率運(yùn)行。然而，處理器僅是服務(wù)器的一部分；服務(wù)器中的其他部分(例如冷卻風(fēng)扇和存儲(chǔ)裝置)還消耗額外的功率。
[0004]在數(shù)據(jù)中心，服務(wù)器通常被布置在機(jī)架中。對(duì)于機(jī)架存在多種物理構(gòu)造。通常的一種機(jī)架構(gòu)造包括安裝軌，多個(gè)設(shè)備單元(例如刀片式服務(wù)器)被安裝至安裝軌，并在機(jī)架內(nèi)豎直地堆疊。最廣泛使用的19英寸機(jī)架之一是用于安裝諸如IU或2U服務(wù)器的設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)。這種類型機(jī)架上的一個(gè)機(jī)架單元通常高1.75英寸，寬19英寸。可以安裝在一個(gè)機(jī)架單元中服務(wù)器通常被設(shè)計(jì)為IU服務(wù)器。在數(shù)據(jù)中心，標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架通常密集地群集有服務(wù)器、存儲(chǔ)裝置、開關(guān)、和/或電信設(shè)備。
[0005]數(shù)據(jù)中心室應(yīng)該維持在對(duì)于服務(wù)器(通常其具有通過機(jī)箱抽吸空氣的冷卻風(fēng)扇來進(jìn)行冷卻)的可靠運(yùn)轉(zhuǎn)而言可接受的溫度和濕度。密集地堆疊有配備了皓龍或至強(qiáng)處理器的服務(wù)器的機(jī)架的功耗可以在7，000和15，000瓦之間。由此，服務(wù)器機(jī)架可以產(chǎn)生非常集中的熱負(fù)荷。由機(jī)架中的服務(wù)器散發(fā)的熱被排向數(shù)據(jù)中心室。由密集地群集的機(jī)架所共同產(chǎn)生的熱會(huì)對(duì)機(jī)架中的設(shè)備的性能和可靠性產(chǎn)生不利的影響，這是因?yàn)樗鼈円揽恐車諝庖岳鋮s。因此，加熱、通風(fēng)、空調(diào)(HAVC)系統(tǒng)通常是高效數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)的重要部分。
[0006]典型的數(shù)據(jù)中心消耗10至40百萬瓦的功率。能耗的大部分在服務(wù)器的運(yùn)轉(zhuǎn)與HVAC系統(tǒng)之間分配。預(yù)計(jì)HVAC系統(tǒng)占用了數(shù)據(jù)中心使用的功率的百分之25至40之間。對(duì)于消耗40百萬瓦功率的數(shù)據(jù)中心而言，HAVC系統(tǒng)可以消耗10至16百萬瓦的功率?？梢酝ㄟ^利用減少能量使用的高效冷卻系統(tǒng)和方法來實(shí)現(xiàn)顯著的成本降低。例如，將HVAC系統(tǒng)的功耗從占數(shù)據(jù)中心所使用的功率的百分之25降低到百分之10，帶來6百萬瓦功率的節(jié)省，這足以對(duì)數(shù)千居民住宅進(jìn)行供電。
[0007]在數(shù)據(jù)中心室中，服務(wù)器機(jī)架通常成排地布局，并在它們之間具有交替的冷、熱通道。全部服務(wù)器被安裝到機(jī)架中，以實(shí)現(xiàn)前-后氣流模式，其從位于機(jī)架前方的冷排汲取經(jīng)調(diào)節(jié)的空氣，并通過機(jī)架后方的熱排將熱排出。升高的地板空間設(shè)計(jì)通常用于容納地板下空氣分配系統(tǒng)，在地板下空氣分配系統(tǒng)處，冷卻后的空氣沿著冷通道通過升高的地板中的孔進(jìn)行供應(yīng)。
[0008]數(shù)據(jù)中心的高效冷卻的重要因素是管理數(shù)據(jù)中心內(nèi)的空氣流動(dòng)和循環(huán)。計(jì)算機(jī)室空調(diào)器(CRAC)單元通過在機(jī)架之間包括孔的地磚供應(yīng)冷空氣。除了服務(wù)器之外，CRAC單元還消耗大量的功率。一個(gè)CRAC單元可以具有多達(dá)三個(gè)5馬力的電動(dòng)機(jī)，而為了對(duì)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行冷卻，可能需要多達(dá)150個(gè)CRAC單元。CRAC單元共同消耗了數(shù)據(jù)中心的大量功率。例如，在具有熱排和冷排構(gòu)造的數(shù)據(jù)中心室中，來自熱排的熱空氣移出熱排并循環(huán)至CRAC單元。CRAC單元將該空氣冷卻。通過CRAC單元的電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的風(fēng)扇將冷卻后的空氣供應(yīng)至由升高的子地板界定的地板下增壓室。通過將冷卻后的空氣驅(qū)動(dòng)到地板下增壓室所產(chǎn)生的壓力驅(qū)動(dòng)冷卻后的空氣向上通過子地板中的孔，將其供應(yīng)至服務(wù)器機(jī)架所面對(duì)的冷通道。為了實(shí)現(xiàn)足夠的空氣流率，可以將數(shù)百個(gè)強(qiáng)力的CRAC單元安裝在整個(gè)通常的數(shù)據(jù)中心室中。但是，因?yàn)镃RAC單元通常安裝在數(shù)據(jù)中心室的角部處，所以它們有效增大空氣流率的能力受到不良的影響。建造升高地板的成本通常較高，并且由于數(shù)據(jù)中心室內(nèi)不足的空氣移動(dòng)，冷卻效率通常較低。此外，在數(shù)據(jù)中心的整個(gè)設(shè)計(jì)和構(gòu)造當(dāng)中，地板孔的位置需要進(jìn)行仔細(xì)的規(guī)劃，以防止所供應(yīng)空氣的短路。移除通道以對(duì)熱區(qū)進(jìn)行修理可能會(huì)引起整個(gè)系統(tǒng)的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明提供了針對(duì)高效冷卻數(shù)據(jù)中心的系統(tǒng)和方法。在具體實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種冷排封裝結(jié)構(gòu)，其包括被配置為與一個(gè)或多個(gè)服務(wù)器機(jī)架相接合的至少一個(gè)服務(wù)器機(jī)架端口，以及與冷排封裝結(jié)構(gòu)的頂表面連接的冷卻模組。服務(wù)器機(jī)架端口被配置為與服務(wù)器機(jī)架配合，使得服務(wù)器機(jī)架的前面與由冷排封裝結(jié)構(gòu)所界定的內(nèi)部空間相接合。在一些實(shí)施例中，服務(wù)器機(jī)架端口和服務(wù)器機(jī)架通過一個(gè)或者多個(gè)連接夾連接，以促進(jìn)服務(wù)器機(jī)架和端口的配合，并減小空氣泄漏進(jìn)出冷排封裝結(jié)構(gòu)。
[0010]本發(fā)明的一些實(shí)施例利用安裝在機(jī)架上的服務(wù)器的冷卻風(fēng)扇以通過服務(wù)器機(jī)架的前面從冷排封裝結(jié)構(gòu)汲取冷空氣，并將熱空氣從機(jī)架安裝式單元的后側(cè)排出。本發(fā)明的一些實(shí)施例避免了對(duì)升高的子地板、以及用于促使已冷卻的空氣進(jìn)入地板下增壓室的風(fēng)扇和其他設(shè)備的需求。安裝在冷排封裝結(jié)構(gòu)的頂部上的冷卻模組通過安裝在冷卻模組內(nèi)的冷卻盤管來使熱空氣冷卻。在一些實(shí)施例中，被冷卻的液體被用在盤管內(nèi)以與冷卻模組中的熱空氣進(jìn)行熱交換。
[0011]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)和方法針對(duì)在不引入外部空氣的情況下使數(shù)據(jù)中心服務(wù)器冷卻室內(nèi)的熱空氣冷卻。由服務(wù)器風(fēng)扇排出的熱空氣進(jìn)入可位于冷排封裝結(jié)構(gòu)的頂部上的冷卻模組。熱空氣由冷卻模組內(nèi)基于水的冷卻盤管進(jìn)行冷卻，并且冷卻后的空氣通過重力以及冷排封裝結(jié)構(gòu)的內(nèi)部空間內(nèi)產(chǎn)生的低壓而進(jìn)入冷排封裝結(jié)構(gòu)。服務(wù)器風(fēng)扇從與冷排封裝結(jié)構(gòu)連接的服務(wù)器機(jī)架端口汲取冷空氣以使服務(wù)器冷卻，并從服務(wù)器機(jī)架的后側(cè)排出熱空氣。
[0012]在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，系統(tǒng)和方法涉及混合外部冷空氣以使服務(wù)器冷卻。在一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)據(jù)中心中的室頂氣閘可以由溫度控制單元控制，并在外部溫度達(dá)到某個(gè)閾值時(shí)打開。外部空氣進(jìn)入數(shù)據(jù)中心并通過安裝在冷排封裝結(jié)構(gòu)的頂部上的冷卻模組。月艮務(wù)器風(fēng)扇從冷排封裝結(jié)構(gòu)汲取冷空氣。熱空氣通過室頂排氣風(fēng)扇排放到外部。在一些實(shí)施例中，為了控制數(shù)據(jù)中心服務(wù)器冷卻室中的空氣的濕度，尤其是當(dāng)外部空氣不能滿足服務(wù)器和其他設(shè)備的工作要求時(shí)，可以使用濕度調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)外部空氣。但是，近年來，由于技術(shù)進(jìn)步，服務(wù)器設(shè)備的制造商已經(jīng)顯著放松了濕度要求。
[0013]以下詳細(xì)說明與附圖一起將提供對(duì)本發(fā)明的各種實(shí)施例的屬性和優(yōu)點(diǎn)的更佳理解。
【附圖說明】
[0014]圖1是示出示例冷排封裝結(jié)構(gòu)和示例冷卻模組的圖。
[0015]圖2是示出具有集成服務(wù)器機(jī)架的示例冷排封裝結(jié)構(gòu)和示例冷卻模組的圖。
[0016]圖3是示出具有集成服務(wù)器機(jī)架的示例冷排封裝結(jié)構(gòu)、布置在一個(gè)服務(wù)器機(jī)架上的示例服務(wù)器、以及示例冷卻模組的圖。
[0017]圖4是示出示例服務(wù)器以及汲取由示例冷卻模組調(diào)節(jié)的冷空氣的服務(wù)器風(fēng)扇的圖。
[0018]圖5是示出示例數(shù)據(jù)中心服務(wù)器冷卻室的圖，其具有冷排封裝結(jié)構(gòu)、冷卻模組、屋頂上的排氣風(fēng)扇、以及具有控制室內(nèi)和室外空氣循環(huán)的氣閘的混合腔。
[0019]圖6是示出冷排封裝結(jié)構(gòu)的圖，其中，連接夾用來將冷排封裝結(jié)構(gòu)的頂部和底部橫桿與一個(gè)或者多個(gè)服務(wù)器機(jī)架的頂部和底部橫桿固定。
[0020]圖7是示出固定兩個(gè)頂部橫桿的示例連接夾的圖。
[0021]圖8