模块化数据中心冷却的制作方法
【专利说明】模块化数据中心冷却
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请是于2013年3月15日提交的题名“MODULAR DATA CENTER COOLING”的美国专利申请N0.61/799698的非临时申请，该美国专利申请的内容作为引用并入本文，并且本申请要求美国法律允许的全部内容的优先权。
[0003]下列专利申请出版物作为引用并入本文，但是不要求它们的优先权:美国专利申请出版物 N0.US2010/0149754-A1 和 US2010/0142544-A1。
技术领域
[0004]本发明的实施例涉及数据中心的设计和操作。与现有标准和方法可成本有效地支持相比，本发明以每平方英尺更高功率分布应用于数据中心的设计和操作。
【背景技术】
[0005]数据中心增长在过去十年中是爆炸性的，无论在最大设施的配置平方英尺、尺寸方面，还是在设计所设计用于的每平方英尺的平均瓦特方面。最后一点的薄弱环节在于建造更大和更有效的数据中心。在增加数据中心配置密度方面，冷却总是薄弱环节，并且是平均设施中的最大能量成本，从而消耗数据中心使用的电能的约60%。
[0006]在冷却数据中心的电子数据处理(EDP)装备时作为关键点出现的两个问题:
[0007]1、冷却高密度配置
[0008]比如互联网中心公司(如Google、Amazon、Ebay)使用的服务器场和现在的云供应商(其它基于效用计算模型的公司)高度关注于配置使用大量能量并排出大量热量的电子数据处理装备。在更加通用的其它数据中心(比如大学研究中心)中，会发现计算群，其也配置许多服务器作为1或2U “披萨盒”服务器或刀片服务器。
[0009]2、冷却功率日益增加的中央处理单元(CPU)芯片
[0010]自从Gordon Moore在40多年前做出最初预测之后，与CPU功率的增加有关的摩尔定律一直非常好地支持。然而，面向更强大CPU芯片的主要问题变成冷却。现代多核心CPU芯片排出的热量变得更难以控制，尤其在标准1或2U “披萨盒”服务器的空间有限封装中，由于十分大的大规模生产的规模经济，1或2U “披萨盒”服务器仍是最成本有效的模型。甚至在刀片服务器中，封装尽可能多的CPU单元的愿望导致在底盘中十分有限的空间用于完成冷却。
[0011]这些问题(如何保持更强大的CPU芯片足够冷却，如果将它们产生的热量排出数据中心机房)的组合以及能源昂贵问题变得越来越难以控制。
[0012]服务器的尺寸和功率需求之间的关系是描述为功率密度的比率。当对于服务器的给定物理尺寸，功率需求上升时，所谓的“功率密度”增加。同时，冷却需求也增加。排出的热量等于进入的功率是明显的关系。
[0013]标准方法使用活地板作为冷却气流夹层，然后根据需要将气流引导出该夹层。该方法在过去的低功率密度环境中工作，但是具有显著的问题。为了提升冷却等级，必须提升移动更多空气(冷却介质)。为此，可以使空气更快地移动或者增加空气密度(加压空气)。另一选择是使用其它冷却方法来更有效地移动热量，(水或相变液体)通过在装备架和/或装备装置本身处进行冷却。
[0014]移动更多空气或加压空气具有现实成本，并且利用传统方法是效率不高的。从进入的热量等于出去的热量方面来看，大多数数据中心具有比它们实际所需的更多的冷却吨位。它们仅仅不能在需要的地方有效地得到冷却空气。建造HVAC系统具有一整套管道、阀门、恒温器等以仅有效地进行该任务，根据传统方法论建筑的数据中心不具有足够的空间，并且，简言之，具有用于数据中心的常规冷却方法的问题和局限性。
[0015]关于可以有效地使用并传递多高的压力，底层地板夹层具有实际问题。另外，混合了在大夹层中的结果的底层地板意味着有冷却效率损失。提到的这些和其它因素限制了利用传统数据中心冷却方法可以获得什么。热/冷通道和其它气流控制技术有帮助，但是看到了目前方法的极限。随着配置比如刀片服务器或计算群的大功率EDP装置，出现热点。可配置的服务器的密度变为挑战性的，甚至在定做的“服务器场”数据中心中也如此。
[0016]已尝试了大量冷却替代物，它们具有实际问题。在现代高密度数据中心中，在没有极端措施的情况下，冷却问题变得几乎不受控制。通常，使用外来冷却系统，其具有一团管道、高压含碳氟化合物管或直接到达框箱和/或服务器的水管。尽管热力学有效，但是所有这些方案不能有效地控制、十分昂贵，并具有其它缺点，比如不能支持高变化率、大设施尺寸(人类不能呼吸的冷却剂限制了机房尺寸，正如卤素灭火剂，如果发生事故，人们必须能够有时逃出机房)、高风险回报率(试图更换水污染的底层地板电缆厂)或其它严重问题。此外，使用传代设计装备壳体(称为架(rack))或装备架来完成传统服务器配置，在利用数据中心(DC)的昂贵的平方英尺方面，所有这些在一般实践中是不充分的。除了所述的这些问题，有效地分配功率的提高水平和数据通信连接件的更大数量的能力与冷却问题结合起来而变得十分难以配置和控制的难题，因为密度和服务器的总数量压缩在给定空间中。该问题在许多层次上得到解决，具有过多的提出方案。本发明及相关方法允许针对当前和近期可预见的数据中心基础设施需求的一种经济、有效和容易控制的总体方案。
【发明内容】
[0017]本发明涉及改进数据中心环境支持每平方英尺和每CPU芯片的更大计算密度的能力。同时，本发明的模块化、可重复和可易于适配的方法使得更容易地在“架”(功率分布、网络分布、冷却分布、装备安装系统本身一一 “架”)下配置和控制数据中心基础设施的四个关键元件。
[0018]这些目的和其它目的根据本发明通过提供用于在地板上在“重压”下改进数据中心基础设施功能的各种系统、部件和工艺来解决。如下所讨论的，本发明的许多方面可应用于各种情形中。然而，本发明尤其具有与数据中心的冷却、功率分布、效率和控制相关的优点。在这方面，本发明在最大化用于数据中心和其它环境的功率密度和冷却效率方面提供了显著灵活性。本发明在设计服务器场(比如由诸如Google或Amazon或云计算供应商使用的服务器场)方面是有利的。
[0019]根据本发明的一个方面，提供了一种模块化数据中心系统和用于构造数据中心的方法。数据中心系统包括许多基本模块，每个基本模块包括装备支撑单元和冷却单元，装备支撑单元用于安装电子装备，冷却单元匹配于所述装备支撑单元，用于给电子装备提供冷却空气。例如，装备支撑单元可包括用于支撑电子装备的单独部分的许多空间，冷却单元可包括匹配于装备支撑单元的空间的许多夹层。此外，每个夹层可经由阀连接到加压空气通道，所述阀可操作成根据电子装备的相关部分的需要控制气流。加压空气通道可以互连至模块化的基于空气的冷却组件，以将空气输送至基本模块。空气可经由冷却组件从空气调节单元驱动，并可通过压缩器加压。在一个实施方式中，模块化的基于空气的冷却组件布置在数据中心的提升地板下方，基本模块定位在地板上方。
[0020]基本模块可以任何期望布置互连以构造数据中心。在这方面，基本模块可以竖直堆叠，以背对背的布置互连，并以并排布置互连。许多基本模块可在三个维度上互连以形成一单体，然后，这些单体可以互连以形成更大的单元。冷却单元设计成当所述单元竖直堆叠时，加压空气通道互连。当基本模块背对背布置时，所述夹层还优选地成型为互补的。
【附图说明】
[0021]结合附图描述本公开。
[0022]图1示出本发明实施例的示例的一般部件；
[0023]图2示出当应用于本发明的示例配置时，穿过空气调节器的水平轴线的顶视图横截面，以及调节器和阀的主要部件在阀关闭时的详细视图；
[0024]图3示出当应用于本发明的示例配置时，穿过空气调节器的水平轴线的顶视图横截面，以及调节器和阀的主要部件在阀打开时的详细视图；
[0025]图4示出当应用于本发明的示例配置时，调节器壳体的前后正交视图；
[0026]图5示出堆叠成每个具有12个调节器的调节器模块的多个调节器组件的前后视图的正交描述；
[0027]图6示出当应用于本发明的示例配置时，空气输送歧管的两个截面的表示；
[0028]图7示出当应用于本发明的示例配置时，空气输送歧管的两个截面的表示，一套背对背成对的调节器模块附接到歧管顶部；
[0029]图8a示出当应用于本发明的示例配置时，背对背成对的一套调节器歧管、装备支撑模块和角支撑件的正交视图；
[0030]图8b示出当应用于本发明的示例配置时，堆叠成48U容量的成对架模块的一套成对的装备模块；
[0031]图8c示出当应用于本发明的示例配置时，组装成288U容量的单体的一组6个成对架模块的正交视图；
[0032]图9示出当应用于本发明的示例配置时，传统计算机室地板布局与相同总计算源的地板布局相对于地板面积的示例比较；
[0033]图10示出当应用于本发明的示例配置时，装备支撑模块的替代构造的正交视图，该装备支撑模块允许在ESM中直接使用“刀片服务器”；
[0034]图12示出当应用于图9给出的示例时，底层地板歧管组件的正交视图；
[0035]图14a示出一套示例常规EDP装备架；
[0036]图14b具有相关高架模块化分布系统分布歧管并附接调节器模块的一套示例常规EDP装备架；
[0037]图14c示出具有相关底层地板模块化分布系统分布歧管(隐藏)并附接调节器模块的一套示例常规EDP装备架；
[0038]图14d示出从底层地板分布歧管供给的示例调节器模块；
[0039]图14e示出示例调节器阀的表示；
[0040]图14f示出示例调节器阀的另一表示；
[0041]图15a示出一套装备架的横截面的示例；
[0042]图15b示出添加有模块化配置系统的部件的一套装备架的横截面的示例；
[0043]图15c示出当EDP装备架门打开以接近架中的装备或将装备移动进、移动出架时，系统的操作的示例；
[0044]图16a示出空气流量传感器的示例；
[0045]图16b不出空气流量传感器的另一视图；
[0046]图16c示出用于空气流量传感器的电子示意图的示例。
[0047]在附图中，相似部件和/或特征可具有相同的参考标号。另餐，相同类型的各部件可通过在参考标号后加上区分相似部件的第二标号来区分开。如果在说明书中仅使用第一参考标号，则说明书可应用于具有相同第一参考标号(不管第二参考标号)的相似部件中的任一。
【具体实施方式】