用于评估和管理数据中心气流和功率使用的系统和方法

专利名称：用于评估和管理数据中心气流和功率使用的系统和方法
技术领域：
本发明至少一个实施方案通常涉及数据中心管理评估的系统和方法，更具体地， 涉及管理数据中心气流和功率使用的系统和方法。
背景技术：
为了适应以信息为基础的经济增长需要，信息技术网络在全球范围内持续快速发展，这种发展的表现之一就是集中化的网络数据中心，一个集中化的网络数据中心典型地包括多种信息技术(IT)设备，其设置于一个结构中以提供网络连接、电源供电和冷却功能。在一个典型的数据中心中，只有大约一半的功率直接消耗在IT负载上，其余部分都消耗在供电和冷却结构上，而冷却设备消耗了其中的一大部分。不同的处理过程和软件应用已经被提供给数据中心的工作人员以帮助他们设计和维持数据中心配置的效率和有效性，例如West Kingston Ri的美国能量变换公司提供的产品hfrastruXure Central。这些工具通常在如下活动中引导数据中心的工作人员，例如设计数据中心的结构、在安装前定位数据中心中的各个设备以及在构造和安装结束后重新定位各个设备。这样，传统的工具为数据中心的工作人员提供了一种标准的可进行预先设计的方法。

发明内容
本发明的一个方面涉及的是一种用于在数据中心中提供功率评估和优化的计算机执行方法，所述数据中心包括至少一个冷却提供装置和至少一个冷却消耗装置，所述至少一个冷却消耗装置具有冷却需求。该方法包括接收数据，该数据与所述至少一个冷却消耗装置的冷却利用率和功率消耗、所述至少一个冷却提供装置的冷却能力、数据中心中的所述至少一个冷却消耗装置以及所述至少一个冷却提供装置之间的物理关系相关；存储接收到的数据；确定至少一个反映所述数据中心中所述至少一个冷却消耗装置和所述至少一个冷却提供装置之间的气流分布效能的数值；显示所述至少一个反映所述数据中心中所述至少一个冷却消耗装置和所述至少一个冷却提供装置之间的气流分布效能的数值。所述方法进一步包括显示用于所述至少一个冷却提供装置的至少一个优化设置， 该优化设置使得数据中心的功率使用得到减少且满足所述至少一个冷却消耗装置的冷却需求。所述至少一个优化设置为所述至少一个冷却提供装置的气流设置。所述至少一个优化设置与输入到所述至少一个冷却提供装置的冷却剂的温度相关。所述方法进一步包括调节用于所述至少一个冷却提供装置的所述至少一个优化设置以减少数据中心的功率使用。 其中调节所述至少一个优化设置包括调节所述至少一个冷却提供装置的气流设置。调节所述至少一个优化设置包括调节输入到所述至少一个冷却提供装置的冷却剂的温度。调节所述至少一个优化设置包括调节所述至少一个冷却提供装置的气流设置和调节输入到所述至少一个冷却提供装置的冷却剂的温度。所述至少一个冷却消耗设备包括数据中心中的多个设备支架，所述至少一个冷却提供装置包括多个冷却器，所述方法进一步包括创建一个数据中心模型，其中采用一个设备支架来表示所述多个设备支架，并且使用一个冷却器来表示所述多个冷却器，基于所述多个设备支架中的每个的特性来确定所述一个设备支架的集总的冷却利用率和功率消耗，并基于所述多个冷却器的特性来确定所述一个冷却器的集总的冷却能力，其中，所述确定至少一个反映所述气流分布效能的数值包括确定至少一个反映所述一个设备支架和所述一个冷却器之间气流分布效能的数值。所述方法进一步包括在计算机屏幕上提供一个用户接口，其中该用户接口包括用户可选择的元件以调整所述至少一个冷却提供装置的设置，接收用户输入以调整所述至少一个冷却提供装置的设置，提供一个更新数值以实时地反映基于所述接收到的输入所述数据中心中所述至少一个冷却消耗装置和所述至少一个冷却提供装置之间的气流分布效能。所述方法进一步包括确定至少一个优化设置，该优化设置至少部分地基于数据中心中至少一个服务器的风扇速度的提高而导致的功率增加。本发明的另一个方面涉及的是一种用于表示数据中心的冷却模型的系统，所述数据中心包括至少一个冷却提供装置和至少一个冷却消耗装置，所述至少一个冷却消耗装置具有冷却需求，所述系统包括一个接口 ；一个控制器，其被配置为接收数据，该数据与所述至少一个冷却消耗装置的冷却利用率和功率消耗、所述至少一个冷却提供装置的冷却能力、数据中心中的所述至少一个冷却消耗装置以及所述至少一个冷却提供装置之间的物理关系相关；存储上述接收到的数据；确定至少一个反映所述数据中心中所述至少一个冷却消耗装置和所述至少一个冷却提供装置之间的气流分布效能的数值；在所述接口上显示所述至少一个反映所述数据中心中所述至少一个冷却消耗装置和所述至少一个冷却提供装置之间的气流分布效能的数值。所述控制器进一步被配置为在所述接口上显示所述至少一个冷却提供装置的至少一个优化设置，该优化设置使得数据中心的功率使用得到减少且满足所述至少一个冷却消耗装置的冷却需求。所述至少一个优化设置为所述至少一个冷却提供装置的气流设置。 所述至少一个优化设置与输入到所述至少一个冷却提供装置的冷却剂的温度相关。所述控制器进一步被配置为调节用于所述至少一个冷却提供装置的所述至少一个优化设置以减少数据中心的功率使用。所述控制器被配置为调节所述至少一个冷却提供装置的气流设置以减少数据中心的功率使用。所述控制器被配置为调节输入到所述至少一个冷却提供装置的冷却剂的温度。所述控制器被配置为调节所述至少一个冷却提供装置的气流设置和调节输入到所述至少一个冷却提供装置的冷却剂的温度。所述至少一个冷却消耗设备包括数据中心中的多个设备支架，所述至少一个冷却提供装置包括多个冷却器，所述控制器进一步被配置为创建并在所述接口上显示一个数据中心模型，其中采用一个设备支架来表示所述多个设备支架，并且使用一个冷却器来表示所述多个冷却器；基于所述多个设备支架中的每个的特性来确定所述一个设备支架的集总的冷却利用率和功率消耗，并基于所述多个冷却器的特性来确定所述一个冷却器的集总的冷却能力；其中所述控制器被配置为确定至少一个反映所述数据中心中的所述一个设备支架和所述一个冷却器之间气流分布效能的数值。所述控制器进一步被配置为在用户接口的计算机屏幕上显示图形，其包括用户可选择的元件以调整所述至少一个冷却提供装置的设置；接收用户输入以调整所述至少一个冷却提供装置的设置；提供一个更新数值以实时地反映基于所述接收到的输入所述数据中心中所述至少一个冷却消耗装置和所述至少一个冷却提供装置之间的气流分布效能。所述控制器进一步被配置为确定至少一个优化设置，该优化设置至少部分地基于数据中心中至少一个服务器的风扇速度的提高而导致的功率增加。本发明的另一个方面涉及的是一种计算机可读介质。所述计算机可读介质具有存储于其上的指令序列，包括将导致以下处理的指令接收数据，该数据与至少一个冷却消耗装置的冷却利用率和功率消耗、至少一个冷却提供装置的冷却能力、数据中心中的所述至少一个冷却消耗装置以及所述至少一个冷却提供装置之间的物理关系相关；存储上述接收到的数据；确定至少一个反映所述数据中心中所述至少一个冷却消耗装置和所述至少一个冷却提供装置之间的气流分布效能的数值；提供输出以在一个接口上显示所述至少一个反映所述数据中心中所述至少一个冷却消耗装置和所述至少一个冷却提供装置之间的气流分布效能的数值。所述指令序列包括指令以产生操作以在所述接口上显示用于所述至少一个冷却提供装置的至少一个优化设置，该优化设置使得数据中心的功率使用得到减少且满足所述至少一个冷却消耗装置的冷却需求。所述至少一个优化设置为所述至少一个冷却提供装置的气流设置。所述至少一个优化设置与输入到所述至少一个冷却提供装置的冷却剂的温度相关。所述指令序列包括指令以产生操作以提供一个输出而调节用于所述至少一个冷却提供装置的所述至少一个优化设置以减少数据中心的功率使用。所述指令序列包括指令以产生操作以提供一个输出而调节所述至少一个冷却提供装置的气流设置。所述指令序列包括指令以产生操作以提供一个输出而调节输入到所述至少一个冷却提供装置的冷却剂的温度。所述指令序列包括指令以产生操作以提供一个输出而调节所述至少一个冷却提供装置的气流设置和调节输入到所述至少一个冷却提供装置的冷却剂的温度。所述指令序列包括指令以产生操作创建并在所述接口上显示一个数据中心模型，其中采用一个设备支架来表示多个设备支架，并且使用一个冷却器来表示多个冷却器；基于所述多个设备支架中的每个的特性来确定所述一个设备支架的集总的冷却利用率和功率消耗，并基于所述多个冷却器的特性来确定所述一个冷却器的集总的冷却能力；确定至少一个反映所述一个设备支架和所述一个冷却器之间气流分布效能的数值。所述指令序列包括指令以产生操作向所述接口提供数据以显示图形，该图形包括用户可选择的元件以调整所述至少一个冷却提供装置的设置；接收用户输入以调整所述至少一个冷却提供装置的设置；提供一个更新数值以实时地反映基于所述接收到的输入所述数据中心中所述至少一个冷却消耗装置和所述至少一个冷却提供装置之间的气流分布效能。所述指令序列包括指令以产生操作而确定至少一个优化设置，该优化设置至少部分地基于数据中心中至少一个服务器的风扇速度的提高而导致的功率增加。


附图并不是按照比例绘制的。在以下附图中，不同附图中的每个相同或相似的组件通过相同的数字表示。为了简明表示，不是每个附图中的每个组件都进行了标注。在所述附图中附图1是根据本发明的不同方面展示计算机系统的一个实施例的实施；附图2阐明的是包含本发明一个实施方案的分布式系统的实施例；附图3是支架进风口温度上升与空气比例之间对应关系的图表；
附图4是数据中心的基本框图；附图5展示的是可用于本发明至少一个实施方案的用户接口一部分的气流图表；附图6是在一个实施方案中用于向软件工具输入设置的图形用户接口 ；附图7是根据本发明一个实施方案的用于显示一个或更多处理结果的图形用户接口 ；附图8是根据本发明一个实施方案的用于显示一个或更多处理结果的图形用户接口 ；附图9是根据本发明一个实施方案的用于显示一个或更多处理结果的图形用户接口 ；以及附图10是根据本发明一个实施方案的用于显示一个或更多处理结果的图形用户接口。
具体实施例方式本发明此处公开的内容，在其应用方面并不局限于如下说明书以及附图所示的组件的详细结构和排列。这些方面可联想至其它实施方案并被实际操作或可被以各种方式执行。此处提供的详细的实施的实施例仅是为了说明，而并不应视为限制。尤其是在一个或多个实施方案中所论述的任何动作、元件及特征都未试图从其他实施方案的类似角色中排除。本发明至少部分实施方案涉及到系统和处理，通过该系统和处理，用户可以评估数据中心中的气流和功率使用，修改数据中心的设备参数以优化气流和功率的使用。正如以上所讨论的，只有大约一半的功率直接消耗在IT负载上，其余部分都消耗在供电和冷却结构上，而冷却设备消耗了其中的一大部分。在所述冷却设备内部，冷却器和计算机机房空调(冷却器)风扇消耗了大多数功率。冷凝器中冷凝水温度的少许增加，或者风扇速度(和气流速率)的少许降低都可以节省大量功率。对数据中心进行全功率分析通常需要使用计算机流体动力学(CFD)软件，同时需要精确细致地输入该数据中心的特征数据。这样的分析非常昂贵，且需要高度熟练的技术人员，还可能需要数天或数周的时间才能得到高质量的结果。本发明至少一个实施方案提供了一种用于实时地执行气流和功率使用评估且不需要经过特殊培训的技术人员的方法和系统。本发明实施方案此处所论述的实时地评估和计算可以在几秒钟或几分钟之内完成，或者不会长于复杂的CFD计算时间。作为优化过程的一部分，这种快速且廉价的进行评估的能力在执行多元评估过程中非常有利。本发明实施方案可在一个或更多计算机系统中执行。例如，根据本发明一个实施方案，一种计算机系统被配置用于执行以下功能，包括但不限于配置、建模、评估和显示有关特定数据中心配置的信息。然而，该系统还能执行其他功能，例如根据工程实践上的最佳操作对数据中心配置提出修改建议，以及对包含一个或多个冷凝器和一个或多个冷却器的冷却系统提供建议并执行修改操作。此外，此处描述的系统可被配置以包括或者排除任何此处讨论的功能。因此，本发明不限于特定功能或功能设置。并且，此处所采用的措辞和术语是以描述为目的，而不应该被视为限制。此处所使用的“包括”、“组成”、“具有”、“包含” 以及各种相关词汇的本意是用于包含后面所列条目与等同物以及其他条目。
计算机系统本发明所描述的诸方面和功能可通过硬件或软件方式在一台或更多计算机系统上实施。当前的实际应用中存在很多种计算机系统实施例，包括网络设备、个人电脑、工作站、主机、网络客户端、服务器，媒体服务器、应用服务器、数据库服务器以及网络服务器等。 计算机系统的其他实施例包括移动计算设备，例如手机和个人数字助理，以及网络设备，例如负载均衡器、路由器以及开关。进一步地，本发明的诸方面可由一台计算机系统执行，也可由连接到一个或更多通信网络的多个计算机系统执行。例如，诸方面和功能可分布在一个或多个计算机系统上，该计算机系统被配置用于向一台或更多客户端计算机提供服务，或用于作为分布式系统的一部分完整地执行一个任务。此外，诸方面可在一个客户端服务器或者多层系统上执行，其包括分布在一个或更多服务器系统且执行不同功能的组件。因此，本发明并不限于在任何特定系统或系统组合上实施。此外，本发明的诸方面可通过使用不同硬件和软件配置以方法、动作、系统、系统元件和组件的方式实施，并且，本发明不限于任何特定的分布式结构、网络或通信协议。图1示出了一个分布式计算机系统100的框图，本发明的诸方面和功能可借此实施。分布式计算机系统100可包括一个或更多计算机系统。例如，所示的分布式计算机系统100包括计算机系统102、104和106。如图所示，计算机系统102、104和106可通过通信网络108相互连接并交换数据。网络108包括可使计算机系统交换数据的任何通信网络。 为了使用网络108交换数据，计算机系统102、104和106以及网络108可采用不同方法、协议和标准，包括令牌网、以太网、无线以太网、蓝牙、TCP/1P、UDP、Http，FTP、SNMP、SMS、MMS、 SS7、JS0n、S0ap和Corba。为了确保数据安全传输，计算机系统102、104和106在通过网络 108发送数据时可使用不同的安全测试，包括TSL、SSL或者VPN以及其他安全技术。分布式计算机系统100虽然仅示出了 3个联网的计算机系统，但是该分布式计算机系统100可包括使用任何媒质和通信协议互联的任意数量的计算机系统和计算设备。本发明的诸方面和功能可在一个或更多诸如图1所示的计算机系统102的计算机系统上的专用硬件或软件上实施。如图所示，计算机系统102包括处理器110、内存112、总线114、接口 116以及存储器118。处理器110可执行一系列指令以处理数据。处理器110 为 Intel Pentium、Motorola PowerPC、SGI MIPS、Sun UltraSPARC 或者 Hewlett-Packard PA-RISC处理器等商用处理器，也可为其他任何类型的可用处理器或控制器。处理器110通过总线114连接到其他系统组件，包括一个或更多内存112。内存112用于存储计算机系统102运行过程中的程序和数据。因此，内存112可为性能相对较高的快速随机存取存储器，例如动态随机存取存储器(DRAM)或者静态存储器(SRAM)。然而，内存112也可包括任何存储数据的设备，例如磁盘或其他非快速存储设备。本发明的不同实施方案可将内存112设置为特定和在某种情况下唯一的结构以实施所揭示的诸方面和功能。计算机系统102的各个组件可通过互联组件例如总线114来连接。总线114可包括一个或更多物理总线，例如集成在同一机器中各个组件之间的总线，也可包括系统组件之间的任何通信连接，包括专用化或标准化的计算总线技术，例如IDE、SCSI、PCI以及 InfiniBand.因此，总线114用于实现计算机系统102的系统组件之间的通信功能，例如数据和指令交换。
计算机系统102也可包括一个或更多接口设备116，例如输入设备、输出设备以及输出/输出设备。接口设备可接收输入或提供输出。进一步地，输出设备可传递信息以供外部显示。输入设备可从外部信源接收信息。接口设备例如可包括键盘、鼠标、轨迹球、麦克风、触摸屏、打印设备、显示屏、扬声器、网络接口卡等。接口设备可使计算机系统102能够与用户和其他系统等外部实体交换信息和通信。存储系统118包括计算机可读写的非易失性存储媒质，其上存储的指令定义了一个由处理器执行的程序。存储系统118也可包括存储于其媒质上的信息，该信息可由所述程序来处理。进一步地，该信息可存储在一个或更多经过特殊配置以保存存储空间或增加数据交换性能的数据结构中。该指令可作为编码信号永久保存并促使处理器执行此处所描述的任何功能。所述媒质可为光盘、磁盘或闪存以及其他形式。在操作中，处理器或其他控制器可触发从非易失性存储媒质向另一个例如内存112的内存中读入数据，处理器在该内存上存取信息的速度要快于在包括存储系统118的存储媒质上的存取速度。该内存可设置于存储系统118或者内存112上，然而，处理器110也可在内存112上处理数据并在处理结束后将数据拷贝到位于存储系统118的媒质上。多种组件可用于管理所述媒质和集成电路存储元件之间的数据移动，本发明不限于此。此外，本发明不限于任何特定的内存或存储系统。尽管本发明诸方面和功能在所示的计算机系统102这样类型的计算机系统上实施，本发明却不限于在图1所示的计算机系统上实施。本发明诸方面和功能可在不同于图1 所示的具有不同结构或组件的一个或更多计算机上实施。例如，计算机系统102可包括专用程序化的用于特定目的的硬件，例如定制为执行此处所揭示的特定操作的专用集成电路 (ASIC)。此外，其他实施方案可通过采用数个通用目的计算设备结合Motorola PowerPC处理器来运行MAC OS系统X以执行相同功能，或者通过使用数个专用计算设备运行私有硬件和操作系统来执行相同功能。计算机系统102可为包含用于管理至少一部分包含在计算机系统102内的硬件元件的操作系统的计算机系统。通常，例如处理器110的处理器或控制器用于运行操作系统，该操作系统可为Microsoft Corporation的基于窗口的操作系统，例如Windows NT、 Windows 2000 (Windows ME) > Windows XP Windows Vista-Apple Computer 的MAC OS系统X操作系统；Red Hat Inc的基于Linux的分布式操作系统之一、Sun Microsystems的Solaris操作系统；或者来自其他地方的UNIX操作系统。可以使用很多其他系统，本发明实施方案不限于任何特定实施方式。处理器和操作系统共同定义了一个计算机平台，在该平台上可使用高级语言编写应用程序。这些应用组件可为可执行的或中间程序，例如C-、比特代码或编译代码，其通过通信网络，例如因特网，并使用例如TCP/IP的通信协议进行通信。类似地，本发明诸方面可使用面向对象的编程语言来执行，例如.Net,SmallTalk, Java, C++,Ada或者C# (C-Sharp)。 也可使用其他面向对象的编程语言。此外，也可使用功能性、脚本或逻辑编程语言。此外，本发明的诸方面和功能可通过非程序环境来执行，例如，以HTML、XML或其他格式创建的文件，当通过浏览器窗口查看时，以图形用户接口呈现内容或执行其他功能。 进一步地，本发明的各个实施方案可通过程序或非程序组件或其任意组合来实施。例如，网页可通过HTML执行而网页所访问的数据对象可同C++编写。因此，本发明不限于任何一种特定的编程语言，任何适用的编程语言都可被采用。本发明实施方案所包括的计算机系统也可执行除本发明范围之外的其他功能。例如，可采用现有商业产品来执行所述系统的诸方面，比如来自kattle WA的Microsoft的 SQL Server 数据库管理系统、来自 Redwood Shores 的 Oracle 的 Oracle Database，来自 Uppsala Sweden的MySQL AB的MySQL、来自Armonk NY的IBM等的集成软件。然而，运行例如SQL krver的计算机系统需要能够支持本发明的诸方面，同时能够支持本发明范围之外的各种应用的数据库。系统结构实施例图2示出了包括物理元件和逻辑元件的分布式系统200的总结构图。如图所示，分布式系统200根据本发明而被特别配置。图2所示的系统构架和内容仅是用作示范作用， 而不是用于将本发明限制到图2的特定结构中。对于本领域技术人员来说，在不偏离本发明范围的情况下构造很多不同系统结构是显而易见的。选用图2所示的特定结构是为了进
一步清楚描述。可采用任何技术来在图2所描述的各个单元、组件和子系统中传递信息。这些技术包括例如借助TCP/IP在网络上传送信息、在存储模块间传送信息以及通过写入文件、数据库或其他非易失性存储设备来传送信息。在不偏离本发明范围的情况下也可采用其他技术和协议。参考图2，系统200包括用户202、接口 204、数据中心设计和管理系统206、通信网络208以及数据中心数据库210。系统200可允许用户202，例如数据中心架构师或其他数据中心员工与接口 204进行交互，以此创建或修改一个或更多数据中心配置模型。根据一个实施方案，接口 204可包括PCT申请号为PCT/US08/63675、题目为“Method and System for Managing Facility Power and Cooling(用于管理设施供电和冷却的方法和系统)”、 申请日为2008年5月15日的专利文献中披露的层编辑器和支架编辑器。上述文献的整体也被引用到本申请。在其他实施方案中，接口 204可通过专用设备来执行，其能够使用户采用拖放的方式来设计模型，该模型包括数据中心或其子设备的物理布局图。该布局图包括数据中心的结构组件以及数据中心设备。接口 204的特征将在以下本发明的不同实施方案中进行论述。在至少一个实施方案中，与数据中心相关的信息通过接口输入到系统200中， 关于数据中心的评估和建议被提供给用户。进一步地，在至少一个实施方案中，可执行优化处理以优化数据中心的冷却性能和功率使用。如图2所示，数据中心设计和管理系统206将设计接口 204呈现给用户202。根据一个实施方案，数据中心设计和管理系统206可包括PCT/US08/63675所披露的数据中心设计和管理系统。在该实施方案中，设计接口 204可综合记载在PCT/US08/63675中的输入模块、显示模块以及构造模块的功能，并且可使用数据库模块存储和检索数据。如图所示，数据中心设计和管理系统206可通过网络208与数据中心数据库210 交换信息，该信息可包括支持数据中心设计和管理系统206的特性和功能的任何所需信息。例如，在一个实施方案中，数据中心数据库210可包括存储于PCT/US08/63675所描述的数据中心设备数据库中的至少部分数据。在另一个实施方案中，该信息可包括支持接口 204的任何信息，例如一个或更多数据中心模型配置的物理布局、模型配置中的冷却消耗设备的消耗特性、以及用于确定由冷却提供设备所生成的并在被冷却消耗设备消耗前所损失的冷却空气量的一个或更多冷却度量。在一个实施方案中，数据中心数据库210可存储冷却提供设备的类型、每种冷却提供设备提供的冷却空气量以及冷却提供设备所提供的冷却空气的温度。这样，数据中心数据库210可记录例如一种特定类型的冷却设备，其提供的气流速度可达5600立方英尺/ 分，温度为68华氏度。此外，数据中心数据库210可存储一个或多个冷却度量，例如冷却器进风口和出风口的温度以及一个或多个设备支架的进风口和出风口温度。可周期性的测量该温度并输入到系统中，或者在其他实施方案中通过连接到系统200的设备连续地检测该温度。数据中心数据库210可采用能够在计算机可读介质上存储信息的任何逻辑结构的各种形式，例如普通文件、索引文件、层次结构数据库、关系数据库或者面向对象数据库。 数据可使用唯一约束、外键约束关系和索引来建模。所述的唯一约束、外键约束关系和索引可在不同区域和表格之间建立以确保数据的完整性以及数据交换性能。图2所示的包括数据中心设计和管理系统206、网络208以及数据中心设备数据库 219的计算机系统，其每个组件可包括一个或更多计算机系统。如图1所论述的，计算机系统可包括一个或更多处理器或控制器、存储器以及接口设备。图2所示的系统200的特定配置只是用于说明目的，本发明实施方案可采用其他设置。因此，本发明实施方案不局限于特定数目的用户或系统。数据中心评估和优化实施方案在至少一个实施方案中，也就是现在将要描述的实施方案中，基于一种称之为气流分布效能(ADE)的新的数据中心性能特征来评估数据中心的气流和功率，其涉及到基于所使用的冷却结构类型所决定的设备支架进风口温度和冷却器气流速度之间的关系(例如，行列、上升层，顶部供应等)。在其他实施方案中，将采用除ADE之外的其他气流度量 (airflow metrics)。ADE的特点在于向IT设备支架传送冷却气流时的设备的效能，在至少一个实施方案中，设备的ADE通过简单的温度测量同时估计总的IT负载来计算，以下将更加详细地进行描述。ADE可被表示为一个从0% (指示不良性能)到100% (指示符合要求的性能)的数字。在本发明的实施方案中，利用已知的ADE，可在维持设备支架进风口温度可接受的情况下调节冷凝水温度和和冷却器气流，以此最大限度的节省功率。在现在将详细描述的一个实施方案中，数据中心设计和管理系统200被配置用于执行处理以确定一个设备的ADE，并且提供图形用户接口工具以允许用户优化设备中有关 IT设备的功率节约。在该实施方案中，执行数据中心的计算首先要建立包括一个冷却器和一个IT设备支架的模型。一团冷却气流以及供应和返回温度分别等于实际的冷却气流以及平均的供应和返回温度。类似地，一团支架气流以及进风口和排气口温度分别等于实际总的支架气流以及平均的进风口和排气口温度。如下将更加详细的论述，将包括测量温度、 与所述设备的冷凝器、冷却器以及IT设备支架相关的参数输入到所述工具。所述工具确定一个“r”因子(如下所述)，基于该r因子以及其它参数计算所述设备的优化空气比值 (AR)，该比值定义为总的冷却气流与总的IT负载气流的比例。所述“r”因子是一个由经验确定的因子，其涉及到设备中存在的从设备的冷却器的输出气流以及设备的IT设备支架的输入气流之间的耦合。在一个数据中心中，本领域技术人员易于理解，IT设备支架的进风口侧的温度Ti与冷却器的供应温度Ts相关，其被定义为Δ Tn = Ti-Ts,该温度可随着基于耦合因子r的空气比例(AR)的改变而缓慢或急速地改变。图3示出了在不同r值下设备支架的进风口温度如何随着空气比例的变化而改变。对一个气流被充分混合的设备(例如，具备上升流或者顶部混合的冷却单元)，r值较低且温度上升实质上与空气比例(AR)呈反比(r= 1)。 对于一个设计较好的高架肋板设施，已发现r值可大至5，这样所述关系就为1/AR5。上文涉及的气流分布效能(ADE或者ε )可通过如下公式(1)来计算
-ATfr ARro ktl
ε = e L公式(1)其中，Δ γ = Te-Ti为IT支架上的(气流加权)平均温度上升，Te为空气流出支架时的温度，Ti为空气进入支架时的温度。通过求解公式⑴可得出如下的公式(2)ATn =-ln^ 公式⑵图3的图标示出了基于公式2在ε = 0.7, Δ Tl = 20 °卩的情况下多个不同取值 r所对应的设备支架进风口温度上升的关系。从公式(1)可以看出，当AR非常大(例如接近无穷大)时，所述气流分布效能ε 趋于0，即当空气比例越大时冷却分布效能开始降低。进一步地，当ΔΤΙΤ趋于0时，所述气流分布效能ε趋于1，即当Δ Tit接近0时，气流分布越有效。最后，当Δ γ取值越大时，气流分布效能ε趋于1，其意味着，当AR和ΔΤΙΤ取值固定时，IT负载越大，冷却结构的效能越好。基于前述内容，本领域技术人员易于理解，对于一个给定的数据中心集合(r值固定)，气流分布效能是一个介于0和1之间的数值(或者是介于0%和100%之间的百分数)，其独立于IT负载和空气比例，并被用于评估所述设备向IT设备传送冷却气流的能力。因此，对比相同结构的设置之间的气流分布效能是有意义的，而对比分别使用行列式冷却的ADE与使用上升气流式冷却的ADE是没有意义的。除了作为一个设施的有用的评估度量之外，ADE的概念还提供了一种介于IT负载进风口温度和AR(公式2、之间的关联，其在本发明实施方案中当重新选择支架进风口温度限制时对优化AR及冷凝水温度设置非常有用，而无需借助复杂的CFD计算。在本发明实施方案中，除了气流分布效能之外，还采用了其他度量来分析设施的冷却效能。这些度量包括旁路比例和再循环比例。所述旁路比例和再循环比例通过以下的公式(3)和⑷确定
Γ DD Te-Tr 旁路气流，、ι ,、 _2]你二^、·供应气流公式⑶
「 Π OP Ti-Ts再循环气流，、i
_3]公式⑷与气流分布效能不同，BR和RR随着空气比例而变化。更详细地，所述旁路和再循环气流量随着冷却气流的改变而改变。如前所述，本发明实施方案的方法和系统可用于通过提高冷凝水温度以及减少冷却气流来节省设备功率，同时满足IT设备维持冷却的需求。正如N. Pavey等于2003年5 月在 Note BG 所论述的 “Cooling Solutions for IT :A Guide to Planning, Design andOperation, BSRIA Guidance”，冷凝水温度每增加1摄氏度，可节省大约3. 5%的冷凝器功率。上述语句可通过以下华氏温度的无量纲的公式( 来表示
权利要求
1.一种用于在数据中心中提供功率评估和优化的计算机执行方法，所述数据中心包括至少一个冷却提供装置和至少一个冷却消耗装置，所述至少一个冷却消耗装置具有冷却需求，该方法包括接收数据，该数据与所述至少一个冷却消耗装置的冷却利用率和功率消耗、所述至少一个冷却提供装置的冷却能力、数据中心中的所述至少一个冷却消耗装置以及所述至少一个冷却提供装置之间的物理关系相关；存储上述接收到的数据；确定至少一个反映所述数据中心中所述至少一个冷却消耗装置和所述至少一个冷却提供装置之间的气流分布效能的数值；显示所述至少一个反映所述数据中心中所述至少一个冷却消耗装置和所述至少一个冷却提供装置之间的气流分布效能的数值。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括显示用于所述至少一个冷却提供装置的至少一个优化设置，该优化设置使得数据中心的功率使用得到减少且满足所述至少一个冷却消耗装置的冷却需求。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述至少一个优化设置为所述至少一个冷却提供装置的气流设置。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述至少一个优化设置与输入到所述至少一个冷却提供装置的冷却剂的温度相关。
5.根据权利要求2所述的方法，进一步包括调节用于所述至少一个冷却提供装置的所述至少一个优化设置以减少数据中心的功率使用。
6.根据权利要求5所述的方法，其中调节所述至少一个优化设置包括调节所述至少一个冷却提供装置的气流设置。
7.根据权利要求5所述的方法，其中调节所述至少一个优化设置包括调节输入到所述至少一个冷却提供装置的冷却剂的温度。
8.根据权利要求5所述的方法，其中调节所述至少一个优化设置包括调节所述至少一个冷却提供装置的气流设置和调节输入到所述至少一个冷却提供装置的冷却剂的温度。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个冷却消耗设备包括数据中心中的多个设备支架，所述至少一个冷却提供装置包括多个冷却器，所述方法进一步包括创建一个数据中心模型，其中采用一个设备支架来表示所述多个设备支架，并且使用一个冷却器来表示所述多个冷却器；基于所述多个设备支架中的每个的特性来确定所述一个设备支架的集总的冷却利用率和功率消耗，并基于所述多个冷却器的特性来确定所述一个冷却器的集总的冷却能力；其中，所述确定至少一个反映所述气流分布效能的数值包括确定至少一个反映所述一个设备支架和所述一个冷却器之间气流分布效能的数值。
10.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在计算机屏幕上提供一个用户接口，其中该用户接口包括用户可选择的元件以调整所述至少一个冷却提供装置的设置；接收用户输入以调整所述至少一个冷却提供装置的设置；提供一个更新数值以实时地反映基于所述接收到的输入后所述数据中心中所述至少一个冷却消耗装置和所述至少一个冷却提供装置之间的气流分布效能。
11.根据权利要求2所述的方法，进一步包括确定至少一个优化设置，该优化设置至少部分地基于数据中心中至少一个服务器的风扇速度的提高而导致的功率增加。
12.一种用于呈现数据中心的冷却模型的系统，所述数据中心包括至少一个冷却提供装置和至少一个冷却消耗装置，所述至少一个冷却消耗装置具有冷却需求，所述系统包括一个接口 ；以及控制器，其被配置为接收数据，该数据与所述至少一个冷却消耗装置的冷却利用率和功率消耗、所述至少一个冷却提供装置的冷却能力、数据中心中的所述至少一个冷却消耗装置以及所述至少一个冷却提供装置之间的物理关系相关；存储上述接收到的数据；确定至少一个反映所述数据中心中所述至少一个冷却消耗装置和所述至少一个冷却提供装置之间的气流分布效能的数值；在所述接口上显示所述至少一个反映所述数据中心中所述至少一个冷却消耗装置和所述至少一个冷却提供装置之间的气流分布效能的数值。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述控制器进一步被配置为在所述接口上显示所述至少一个冷却提供装置的至少一个优化设置，该优化设置使得数据中心的功率使用得到减少且满足所述至少一个冷却消耗装置的冷却需求。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述至少一个优化设置为所述至少一个冷却提供装置的气流设置。
15.根据权利要求13所述的系统，其中所述至少一个优化设置与输入到所述至少一个冷却提供装置的冷却剂的温度相关。
16.根据权利要求13所述的系统，其中所述控制器进一步被配置为调节用于所述至少一个冷却提供装置的所述至少一个优化设置以减少数据中心的功率使用。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述控制器被配置为调节所述至少一个冷却提供装置的气流设置以减少数据中心的功率使用。
18.根据权利要求16所述的系统，其中所述控制器被配置为调节输入到所述至少一个冷却提供装置的冷却剂的温度。
19.根据权利要求16所述的系统，其中所述控制器被配置为调节所述至少一个冷却提供装置的气流设置和调节输入到所述至少一个冷却提供装置的冷却剂的温度。
20.根据权利要求12所述的系统，其中所述至少一个冷却消耗设备包括数据中心中的多个设备支架，所述至少一个冷却提供装置包括多个冷却器，所述控制器进一步被配置为创建并在所述接口上显示一个数据中心模型，其中采用一个设备支架来表示所述多个设备支架，并且使用一个冷却器来表示所述多个冷却器；基于所述多个设备支架中的每个的特性来确定所述一个设备支架的集总的冷却利用率和功率消耗，并基于所述多个冷却器的特性来确定所述一个冷却器的集总的冷却能力；其中所述控制器被配置为确定至少一个反映所述数据中心中的所述一个设备支架和所述一个冷却器之间气流分布效能的数值。
21.根据权利要求12所述的系统，其中所述控制器进一步被配置为在用户接口的计算机屏幕上显示图形，其包括用户可选择的元件以调整所述至少一个冷却提供装置的设置；接收用户输入以调整所述至少一个冷却提供装置的设置；提供一个更新数值以实时地反映基于所述接收到的输入所述数据中心中所述至少一个冷却消耗装置和所述至少一个冷却提供装置之间的气流分布效能。
22.根据权利要求13所述的系统，其中所述控制器进一步被配置为确定至少一个优化设置，该优化设置至少部分地基于数据中心中至少一个服务器的风扇速度的提高而导致的功率增加。
23.一种计算机可读介质，具有存储于其上的指令序列，包括将产生以下处理的指令 接收数据，该数据与至少一个冷却消耗装置的冷却利用率和功率消耗、至少一个冷却提供装置的冷却能力、数据中心中的所述至少一个冷却消耗装置以及所述至少一个冷却提供装置之间的物理关系相关； 存储上述接收到的数据；确定至少一个反映所述数据中心中所述至少一个冷却消耗装置和所述至少一个冷却提供装置之间的气流分布效能的数值；提供输出以在一个接口上显示所述至少一个反映所述数据中心中所述至少一个冷却消耗装置和所述至少一个冷却提供装置之间的气流分布效能的数值。
24.根据权利要求23所述的计算机可读介质，其中所述指令序列包括指令以产生操作以在所述接口上显示用于所述至少一个冷却提供装置的至少一个优化设置，该优化设置使得数据中心的功率使用得到减少且满足所述至少一个冷却消耗装置的冷却需求。
25.根据权利要求M所述的计算机可读介质，其中所述至少一个优化设置为所述至少一个冷却提供装置的气流设置。
26.根据权利要求M所述的计算机可读介质，其中所述至少一个优化设置与输入到所述至少一个冷却提供装置的冷却剂的温度相关。
27.根据权利要求M所述的计算机可读介质，其中所述指令序列包括指令以产生操作以提供一个输出而调节用于所述至少一个冷却提供装置的所述至少一个优化设置，以此来减少数据中心的功率使用。
28.根据权利要求27所述的计算机可读介质，其中所述指令序列包括指令以产生操作以提供一个输出而调节所述至少一个冷却提供装置的气流设置。
29.根据权利要求27所述的计算机可读介质，其中所述指令序列包括指令以产生操作以提供一个输出而调节输入到所述至少一个冷却提供装置的冷却剂的温度。
30.根据权利要求27所述的计算机可读介质，其中所述指令序列包括指令以产生操作以提供一个输出而调节所述至少一个冷却提供装置的气流设置和调节输入到所述至少一个冷却提供装置的冷却剂的温度。
31.根据权利要求23所述的计算机可读介质，其中所述指令序列包括指令以产生操作创建并在所述接口上显示一个数据中心模型，其中采用一个设备支架来表示多个设备支架，并且使用一个冷却器来表示多个冷却器；基于所述多个设备支架中的每个的特性来确定所述一个设备支架的集总的冷却利用率和功率消耗，并基于所述多个冷却器的特性来确定所述一个冷却器的集总的冷却能力； 确定至少一个反映所述一个设备支架和所述一个冷却器之间气流分布效能的数值。
32.根据权利要求23所述的计算机可读介质，其中所述指令序列包括指令以产生操作向所述接口提供数据以显示图形，该图形包括用户可选择的元件以调整所述至少一个冷却提供装置的设置；接收用户输入以调整所述至少一个冷却提供装置的设置；提供一个更新数值以实时地反映基于所述接收到的输入所述数据中心中所述至少一个冷却消耗装置和所述至少一个冷却提供装置之间的气流分布效能。
33.根据权利要求M所述的计算机可读介质，其中所述指令序列包括指令以产生操作而确定至少一个优化设置，该优化设置至少部分地基于数据中心中至少一个服务器的风扇速度的提高而导致的功率增加。
全文摘要
提供了一种数据中心功率评估和优化的系统和方法，所述数据中心包括至少一个冷却提供装置和至少一个冷却消耗装置，所述至少一个冷却消耗装置具有冷却需求。其中，该方法包括接收数据，该数据与所述至少一个冷却消耗装置的冷却利用率和功率消耗、所述至少一个冷却提供装置的冷却能力以及所述数据中心中的所述至少一个冷却消耗装置和所述至少一个冷却提供装置之间的物理关系相关；存储上述接收到的数据；确定所述数据中心的所述至少一个冷却消耗装置和所述至少一个冷却提供装置之间的气流分布效能；显示至少一个指示所述数据中心的所述至少一个冷却消耗装置和所述至少一个冷却提供装置之间的气流分布效能的数值。
文档编号G06F1/20GK102224474SQ200980147253
公开日2011年10月19日 申请日期2009年11月24日 优先权日2008年11月25日
发明者J·W·范吉尔德, 尼尔·罗斯莫森, 张轩杭 申请人:美国能量变换公司