用于電子設備被動制冷的設備以及多個計算單元集合的供電設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新的拓撲結構，系統(tǒng)架構和電源分配，并結合一種釋放熱量且需冷卻的電子設備被動制冷方法，例如，機架中放置的計算機以及相關設備。
【背景技術】
[0002]電子設備，例如計算機，在使用過程中會產(chǎn)生大量熱量。如果該熱量沒有傳輸出去，將會導致設備過熱或損壞。在最壞的情況下，將會導致火災。在大規(guī)模部署計算機設備的場景中，存在排出熱量的問題。因此，設備通常放置在具有冷卻組合裝置的機房內(nèi)。這樣，創(chuàng)造了一個完全封閉且密封的環(huán)境，且有源部件用于通過空調(diào)、熱栗或冷凍水將計算機設備內(nèi)產(chǎn)生的熱量從室內(nèi)排出。所有這些解決方案在很大程度上并非節(jié)能，而且需要能源的供給。這種計算機機房的傳統(tǒng)冷卻方法消耗的能量通常等于甚至大于計算機設備本身消耗的能量。
[0003]第二個能源消耗的挑戰(zhàn)是所有設備均包含在獨立的分別具有供電設備的機箱，導致不必要的氣流阻礙以及供電單元的重復，如果全部系統(tǒng)設置重新開始，這些供電單元是不同操作設備之間可共享的資源。
[0004]第三個能源挑戰(zhàn)是所有這些在獨立機箱的設備均以一種方式安裝，使得氣流被迫進入狹窄的水平通道，與如果加熱氣流因熱效應能夠垂直且自然的流通相比，這將造成更多阻力。
[0005]第四個挑戰(zhàn)是配電本身非常復雜，且提供給系統(tǒng)的能源已在不同電壓下從AC轉(zhuǎn)換至DC，再從AC轉(zhuǎn)換至DC無數(shù)次。這將產(chǎn)生大量能源和材料的浪費，同時大量組件、互連點以及復雜系統(tǒng)設計也為失敗增加潛在風險。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]這些高能耗設計方案的理由在于:目前用于電子設備冷卻的產(chǎn)品都設計為獨立產(chǎn)品一一獨立出售，但安裝并連接在一起。然而，目前已開發(fā)的新軟件和技術(稱為“虛擬化”)使物理硬件和定義的“服務器”斷開連接。現(xiàn)在，可以建造一個硬件資源池，創(chuàng)建硬件之間的抽象層，并創(chuàng)建具有作為共享硬件資源池的資源的虛擬服務器。相比傳統(tǒng)的物理服務器空間，在沒有重要性能損失的同時，也可以以一種更高效的方式分享這些資源。如果是汽油提供動力，Gartner認為虛擬化一臺物理服務器每年可以減少四噸二氧化碳排放。
[0007]這種技術也被稱為IaaS—一基礎設施即服務，它意味著業(yè)務提供方能夠連接這些物理硬件資源，并在不同物理地點創(chuàng)建數(shù)據(jù)中心的托管環(huán)境。但是，在邏輯外觀和性能上，這些托管環(huán)境在運行時呈現(xiàn)為一個托管環(huán)境。這在商業(yè)上創(chuàng)造了一個新術語，叫做VDC—一虛擬數(shù)據(jù)中心。該虛擬數(shù)據(jù)中心能夠完全以物理服務器的所有功能代替物理數(shù)據(jù)中心。這也意味著訪問這些資源不再與購買或租賃物理基礎設施相關，即人工安裝并連接到數(shù)據(jù)中心的物理產(chǎn)品，現(xiàn)在這些都能夠被虛擬化。
[0008]這既是模式轉(zhuǎn)換，同時開創(chuàng)了構造和合并硬件資源到新的IaaS產(chǎn)品組合后的新方式。本發(fā)明旨在擺脫產(chǎn)品/盒子體制，進入一個著眼于全部產(chǎn)品和價值鏈，并且以一種更節(jié)能環(huán)保的方式連接和安裝硬件的新架構中，同時考慮了所有材料的生命周期。
[0009]這種新的系統(tǒng)架構具有五個基本元素:
[0010]1、運行硬件從機箱中移除并安裝在可擴展的大機架/軌道結構中一一具有可從頂部或側(cè)面接觸的連接器和插件模塊。
[0011]2、這些熱量生成插件/模塊均垂直安裝在新的數(shù)據(jù)中心基礎設施中，原因在于冷氣流來自電子設備下方，因部件運行而加熱，進入的冷氣流在垂直方向上自然向上流動。這將減小氣流阻力，降低單板上的風扇的功耗。
[0012]3、從電源輸入端到數(shù)據(jù)中心，AC(交流電流)只需轉(zhuǎn)換一次至DC(直流電流)。
[0013]4、主用單板和模塊的配電旨在成為整個系統(tǒng)的冗余共享資源，大大減少了供電設備的數(shù)量，因此，使用的部件和可能產(chǎn)生故障的單元的數(shù)量更少。有源部件的配電是為全部設置結合常規(guī)供電設備(每個部件)與不間斷電源服務(不間斷電源)。
[0014]5、該系統(tǒng)參考了專利申請N020111401中的自然冷卻，并采用了具有控制氣流反饋環(huán)路的熱效應，以調(diào)節(jié)系統(tǒng)入風氣流至適宜溫度。
[0015]本發(fā)明代表了一種構建數(shù)據(jù)處理環(huán)境的全新方式，并不限于IaaS，同時也可用于超級計算機和混合托管環(huán)境中。
[0016]本發(fā)明的有益之處在于大幅減少功耗以及硬件/材料資源(機箱、金屬、布線、油漆、供電設備以及硬件部件)的使用。這種方法在減少材料使用和成本上具有重大意義。整個方法旨在解決產(chǎn)品生命周期帶來的挑戰(zhàn)，以及如何創(chuàng)建系統(tǒng)以減少能源和材料成本從而避免不必要的氣候和自然的挑戰(zhàn)。
[0017]本發(fā)明的一般方法是創(chuàng)建一個節(jié)能框架和布局/組織，使核心計算機部件以一種更高效的方式安裝和連接。該方法將在數(shù)據(jù)處理、背板通信、存儲、以及組網(wǎng)上使用行業(yè)標準解決方案的最佳做法。該方法沒有質(zhì)疑任何核心數(shù)據(jù)生成/處理、業(yè)務以及組網(wǎng)的獨立解決方案，但是在如何安裝以及互通這些部件以及如何打包這些產(chǎn)品、如何冷卻方面提出了質(zhì)疑。它也是對如何將“產(chǎn)品”理解為物理實體的質(zhì)疑，同時將焦點轉(zhuǎn)移至真正的運行功能以及該業(yè)務提供給市場的服務一一現(xiàn)在正變得虛擬化。
[0018]本發(fā)明主要提供了一種主機-服務器集群的機房機械裝置。在一個優(yōu)選的實施例中，該裝置包括兩個主區(qū)，即水平劃分出的一個寒區(qū)和一個暖區(qū)，機架下側(cè)為寒區(qū)，機架上側(cè)為暖區(qū)。業(yè)務上也稱為熱通道系統(tǒng)/冷通道系統(tǒng)，但在本發(fā)明中斜置90度?？梢哉f通過將正面倒下，機架在某種程度上“躺”在底板上。并且，“機架”并非真正傳統(tǒng)的19”機架，而是更像高度上沒有限制的機箱以容納所有有源部件。
[0019]本發(fā)明并不限于“標準機架尺寸”。標準寬度的19”機架最初能夠且應當用來參考，從而能夠使用標準尺寸的設備，但這并非是一種限制。一個19”機架的最大高度通常大約2米?！皺C架”水平放置，且最大長度不受機房或者標準高度的限制。機架長短能夠接近你想在一個系統(tǒng)中綁定在一起的一組部件。這也意味著部件的背板通信通道可擴展至任意物理長度，只受標準和系統(tǒng)帶寬限制，當然并非“盒子”限制。
[0020]該架構徹底對全新的連接標準行業(yè)技術的方法開放，使用了更少的材料和能源，帶來了更高的冗余，且冗余涉及的器件更少和故障的可能更低一一同時為獨立的系統(tǒng)器件提供N+N冗余拓撲。通常，整個系統(tǒng)設計是關于如何在高效節(jié)能的安裝中為一池硬件器件提供資源，在使用最少的能源以及有源器件和無源器件時保證冗余和故障接管機制。
[0021]為了使本發(fā)明僅以自由空氣冷卻達到最佳運行，擁有充足的低于30度的空氣供給以及已用的加熱空氣可以上升的煙囪都是一項優(yōu)勢。已用的加熱空氣通過煙囪上升可以釋放空氣，也可以作為輸入進入到能直接利用或者通過熱交換器利用加熱空氣好處的系統(tǒng)中。
[0022]根據(jù)綠色網(wǎng)格聯(lián)盟(http://thegreengrid.com)最近的研究(2012年12月20/21日布魯塞爾EMEA會議)得出的結論，未來幾年，自由空氣冷卻于能源效率非常重要；美國ASHRAE組織給出的關于什么是可接受數(shù)據(jù)中心氣候的標準確實很保守；10度以上的溫度甚至一個更低的界限實際上可能是有益的，因為與28度相比，運行溫度為15度時的硬件故障減少至幾近于50%，同時從28度增至35度僅會導致略高的硬件故障風險。出于這些結論，挪威的氣候一年四季都非常利于用自由空氣冷卻解決方案來托管數(shù)據(jù)。硬件需要穩(wěn)定的溫度，而專利申請N020111401中描述的自由空氣冷卻系統(tǒng)確保了這些穩(wěn)定的溫度。
[0023]本發(fā)明使用同樣的熱原理，但所述氣流在該概念中是一個垂直的系統(tǒng)，并遵循熱流的基本物理原理，從而減少使加熱空氣在系統(tǒng)內(nèi)部垂直上升時移動空氣使用的能源。
[0024]該安裝是常規(guī)性的安裝，在本發(fā)明該系統(tǒng)中，是以基于封閉容器的系統(tǒng)為例描述；所述系統(tǒng)是通用的而且可以應用于自由或冷卻的冷空氣可用的任何環(huán)境中。在該系統(tǒng)解決方案的說明中，我們使用一個20英尺的帶活動底板的容器來進行說明。自由空氣在“底板”水平下(最小40厘米)從兩端進入所述容器。必要時(根據(jù)當?shù)乜諝赓|(zhì)量)一一可在各空氣入口用高容量低阻力微粒過濾器對空氣進行過濾。底板水平下方是冷供給區(qū)A。進氣區(qū)B是混合空氣區(qū)，讓空氣進入到硬件中。該區(qū)混合了供給通道或者較低水平的A區(qū)流出的空氣與出氣側(cè)或者因C區(qū)氣壓略高流出的經(jīng)硬件加熱