模块化大容量存储系统的制作方法
【专利摘要】一种用于存储数据的系统，其包括机架、一个或多个被耦合至所述机架的数据存储模块以及一个或多个被耦合至所述机架的数据控制模块。所述数据存储模块可包括机箱、两个或两个以上被耦合至所述机箱的背板以及一个或多个被耦合至所述背板的大容量存储装置（例如，硬盘驱动器）。所述数据控制模块可访问所述数据存储模块中的所述大容量存储装置。
【专利说明】模块化大容量存储系统
[0001]发明背景
[0002]组织，如在线零售商、互联网服务提供商、搜索提供商、金融机构、大学和其它计算密集型组织经常从大规模的计算设施进行计算机操作。这样的计算设施储存和容纳大量的服务器、网络和计算机设备以处理、存储和交换执行组织的操作所需要的数据。通常，计算设施的机房包括许多服务器机架。反过来，每个服务器机架包括许多服务器和相关的计算机设备。
[0003]计算机系统通常包括多个产生废热的组件。这样的组件包括印刷电路板、大容量存储装置、电源和处理器。例如，一些具有多个处理器的计算机可产生250瓦的废热。一些已知的计算机系统包括多个这种较大的多处理器的计算机，所述计算机被配置至在机架上安装的组件并被随后定位在机架系统中。一些已知的机架系统包括40个这种在机架上安装的组件，且这种机架系统将因此产生多达10千瓦的废热。此外，一些已知的数据中心包括多个这种机架系统。
[0004]一些服务器包括大量的硬盘驱动器(例如，8个或8个以上的硬盘驱动器)以提供足够的数据存储。通常，用于服务器的硬盘驱动器为标准的现货供应的类型。标准的现货供应的硬盘驱动器通常是解决存储需求的具有成本效益的解决方案，这是因为可以相对较低的成本获得这种硬盘驱动器。然而，在使用这种标准的硬盘驱动器的服务器设计中，布置硬盘驱动器可能会在服务器机箱中留下大量的浪费的空间。特别是在机架中的多个服务器上进行相乘时，这种浪费的空间可能会产生不适当的用于系统的计算或存储容量。
[0005]硬盘驱动器包括产生热量的电机和电子组件。必须从硬盘驱动器消除这种热量中的某一部分或全部，以维持服务器的连接操作。在数据房中通过硬盘驱动器产生的热量数量可能是大量的，特别是如果始终对所有的硬盘驱动器均进行充分上电时。
[0006]由于具有其它组件，硬盘驱动器在服务上有时会出现故障。这种故障降低了系统的存储容量。为了恢复容量，服务器可能需要进行断电并从机架移除，使得有缺陷的硬盘驱动器可被更换或修理。
[0007]在一些系统，如归档、备份或容灾系统中，尽管很少会访问所存储数据中的任何特定的数据，但仍可能需要存储大量数据。磁带系统通常用于存储归档数据。然而，磁带驱动器可能是脆弱的且容易受到不利的环境条件，如热量和湿度的影响。此外，一些磁带驱动器具有相对较高的故障率。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1为示出在机架中包括数据控制模块和数据存储模块的系统的一个实施例的框图。
[0009]图2示出包括数据控制模块和具有安装于多个背板上的大容量存储装置的数据存储模块的系统的一个实施例。
[0010]图3为示出机架中三个数据存储子系统的前视图的示意图。
[0011]图4示出被安装在机箱中垫上的磁盘驱动器背板的一个实施例。[0012]图5示出从大容量存储装置背板下方排出气流的一个实施例。
[0013]图6示出包括搁板和用于硬盘驱动器(其中硬盘驱动器被安装在搁板上)的横向支架的数据存储模块的一个实施例。
[0014]图7示出包括搁板和用于硬盘驱动器(其中硬盘驱动器被移除)的横向支架的数据存储模块的一个实施例。
[0015]图8为包括背板电路板的硬盘驱动器总成的一个实施例的顶部透视图。
[0016]图9为包括背板电路板的硬盘驱动器总成的一个实施例的底部透视图。
[0017]图10示出在数据存储模块中安装硬盘驱动器的一个实施例。
[0018]图11示出包括数据控制器和多个磁盘驱动器背板的模块的一个实施例。
[0019]图12示出从机架系统中的数据存储模块消除热量的一个实施例。
[0020]图13示出一种提供数据存储的方法，该方法包括在两个或两个以上被耦合至公共机箱的的背板上提供大容量存储装置。
[0021]虽然本发明容易遭受各种修改和替换形式，仍通过附图中所示实例示出本发明的具体实施例并将详细地描述具体实施例。然而，应理解，附图以及对其的详细描述并不意图将本发明限制于所公开的特别形式，与此相反，本发明涵盖位于所附的权利要求书限定的精神和范围中的所有修改、等价物和替代物。本文所使用的标题仅用于组织目的并不意味着用来限制说明书或权利要求书的范围。如在整个申请中所使用的，词语“可能”的使用是许可性的(即，意思是有潜力的)，而不是强制性的(即，意思是必须的)。类似地，词语“包括(include, including)”表示包括但不限于。
【具体实施方式】
[0022]本发明公开了计算机系统和用于进行计算操作的系统和方法的各种实施例。根据一个实施例，一种用于存储数据的系统包括机架、一个或多个被耦合至机架的数据存储模块以及一个或多个被耦合至机架的数据控制模块。数据存储模块可包括机箱、两个或两个以上被耦合至机箱的背板以及一个或多个被耦合至背板的大容量存储装置(例如，硬盘驱动器)。数据控制模块可访问数据存储模块中的大容量存储装置。
[0023]根据一个实施例，数据存储模块包括机箱、两个或两个以上在主要为水平的方向上被耦合至机箱的背板以及两个或两个以上被耦合至背板中每一个的硬盘驱动器。
[0024]根据一个实施例，数据存储模块包括机箱、一个或多个在主要为水平的方向上被耦合至机箱的背板、两个或两个以上被耦合至背板中每一个的大容量存储装置以及一个或多个位于背板下方的气道。气道包括进气口和出气口。气道允许空气从进气口向出气口移动从而消除来自大容量存储装置中的至少一个的热量。
[0025]根据一个实施例，一种提供数据存储的方法包括在被耦合至公共机箱的两个或两个以上的背板上提供大容量存储装置。对大容量存储装置中的一些进行断电或将其置于待机状态。当需要访问大容量存储装置中的一个上的数据时，对该大容量存储装置进行上电或将其从待机唤醒。
[0026]如本文所使用的，“空气处理系统”是指向一个或多个系统或组件提供空气或将空气移动至一个或多个系统或组件或从一个或多个系统或组件移除空气。
[0027]如本文所使用的，“空气移动装置”包括可移动空气的任何装置、元件、系统或其组合。空气移动装置的实例包括风扇、鼓风机和压缩空气系统。
[0028]如本文所使用的，“通道”是指接近一个或多个元件、装置或机架的空间。
[0029]如本文所使用的，“背板”是指可安装其它电子组件，如大容量存储装置和电路板的板块或板。在一些实施例中，将硬盘驱动器以相对于背板的面而大体上垂直的方向插入背板中。在一些实施例中，背板包括一个或多个可将电力传输至背板上的组件的电源总线以及一个或多个可将数据传输至安装于背板上的组件以及从安装于背板上的组件传输数据的数据总线。
[0030]如本文所使用的，“周围的”是指相对于系统或设施而言，至少围绕系统或设施中的至少一部分的空气。例如，相对于数据中心而言，周围的空气可以是在数据中心外部(例如，位于或接近用于数据中心的空气处理系统的进气罩)的空气。
[0031]如本文所使用的，“电缆”包括带有一个或多个导体并在其长度的至少一部分上是柔性的任何电缆、管道或线。电缆可在其端部的一个或多个处包括连接器部分，如插头。
[0032]如本文所使用的，“电路板”是指具有一个或多个将电力、数据或信号从位于电路板上或被耦合至电路板的组件传输至板上的其它组件或外部组件的电导体的任何板块或板。在某些实施例中，电路板为其中具有一个或多个导电层的环氧玻璃板。然而，电路板可由材料的任何适当的组合制成。
[0033]如本文所使用的，“机箱”是指支撑另一元件或可安装其它元件的结构或元件。机箱可以具有任何形状或构造，包括框架、片、板、箱、通道或其组合。在一个实施例中，机箱由一个或多个片状金属部件而制成。用于计算机系统的机箱可支撑电路板总成、电源单元、数据存储装置、风扇、电缆和计算机系统的其它组件。
[0034]如本文所使用的，“计算”包括可通过计算机进行的任何操作，如计算、数据存储、数据检索或通信。
[0035]如本文所使用的，“计算机系统”包括各种计算机系统或其组件中的任一个。计算机系统的一个实例为在机架上安装的服务器。如本文所使用的，术语计算机并不只限于现有技术中作为计算机的那些集成电路，而是广意地指处理器、服务器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路和其它可编程电路，且这些术语在本文中可互换使用。在各种实施例中，存储器可包括但不限于计算机可读介质，如随机存取存储器(RAM)0可替代地，也可使用压缩光盘-只读存储器(⑶-ROM)、磁光盘(MOD)和/或数字多功能光盘(DVD)。此外，附加输入通道可包括与操作员接口，如鼠标和键盘相关的计算机外围设备。可替代地，也可使用可包括例如扫描器的其它计算机外围设备。此外，在一些实施例中，附加输出通道可包括操作员接口监视器和/或打印机。
[0036]如本文所使用的，“数据中心”包括在其中执行计算机操作的任何设施或设施的任一部分。数据中心可包括专用于特定功能或服务于多个功能的服务器。计算机操作的实例包括信息处理、通信、测试、模拟、电力分配和控制和操作控制。
[0037]如本文所使用的，“数据中心模块”是指包括或适于容纳和/或物理地支撑一个或多个可向数据中心提供计算资源的计算机系统的模块。
[0038]如本文所使用的，“引导”空气包括引导或经通道输送空气，如到达空间中的一个区域或点。在各种实施例中，可通过创建高压区、低压区或这两者的组合而产生用于引导空气的空气移动。例如，可通过在机箱的底部创建低压区而在机箱中向下引导空气。在一些实施例中，使用叶片、嵌板、板、挡板、管或其它结构元件引导空气。
[0039]如本文所使用的，“构件”包括单一元件或两个或两个以上的元件的组合(例如，构件可包括两个或两个以上的彼此紧固的片状金属部件)。
[0040]如本文所使用的，“模块”为组件或彼此物理耦合的组件的组合。模块可包括功能性元件和系统，如计算机系统、电路板、机架、鼓风机、导管和配电单元，以及结构性元件，如底座、框架、外壳或容器。
[0041]如本文所使用的，“主要为水平的”表示其更偏向水平而非垂直的。在安装元件或装置的上下文中，“主要是水平的”包括其安装宽度大于其安装高度的元件或装置。
[0042]如本文所使用的，“主要为垂直的”表示其更偏向垂直而非水平的。在安装元件或装置的上下文中，“主要是垂直的”包括其安装高度大于其安装宽度的元件或装置。在硬盘驱动器的上下文中，“主要是垂直的”包括经安装使得硬盘驱动器的安装高度大于硬盘驱动器的安装宽度的硬盘驱动器。
[0043]如本文所使用的，“机架”是指机架、容器、框架或其它元件或可含有或物理地支撑一个或多个计算机系统的元件的组合。
[0044]如本文所使用的，“房”是指房间或建筑物的空间。如本文所使用的，“机房”是指其中运行有计算机系统，如在机架上安装的服务器的建筑物的房间。
[0045]如本文所使用的，“空间”是指空间、区域或体积。
[0046]如本文所使用的，“搁板”是指在其上可搁置物体的任何元件或元件的任何组合。例如，搁板可包括板、片、托盘、圆盘、块、栅格或箱。搁板可以是长方形、正方形、圆形或其它形状。在一些实施例中，搁板可以是一个或多个轨道。
[0047]如本文所使用的，如被施加至支撑元件以用于另一元件的“减震”是指支撑元件吸收机械能量和/或抑制震动和/或振动载荷。减震材料可以是弹性、粘弹性、粘性的或其组
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[0048]在各种实施例中，数据存储系统包括一个或多个从位于数据存储模块外部的数据控制器进行访问或由其所控制的数据存储模块。在一些实施例中，数据控制模块和一个或多个被耦合至数据控制模块的数据存储模块均包括在机架中。图1为示出在机架中包括数据控制模块和数据存储模块的系统的一个实施例的框图。系统100包括机架102、数据控制模块104和数据存储模块106。数据控制模块104和数据存储模块106均包括在机架102中。
[0049]数据存储模块106中的大容量存储装置被耦合至数据控制模块104。数据控制模块104可访问数据存储模块106a、106b和106c中大容量存储装置中的任一个或所有大容量存储装置上的数据。
[0050]在各种实施例中，数据存储模块包括两个或两个以上的电路板，且每一个电路板均带有多个大容量存储装置并为多个大容量存储装置提供电性连接。例如，在图1中示出的实施例中，数据存储模块106包括背板电路板108。背板电路板108带有大容量存储装置110。背板电路板108可为容量存储装置110提供电力、数据和信号连接。在各种实施例中，大容量存储装置110中的每一个均为硬盘驱动器。在一个实施例中，大容量存储装置110中的每一个均为具有SATA3Gb/s接口的500GB硬盘驱动器。
[0051]在图1中示出的实施例中，每个背板电路板108带有16个大容量存储装置110。然而，背板也可带有任何数量的大容量存储装置。在一些实施例中，数据存储模块内的不同背板带有不同数量的大容量存储装置。
[0052]系统100包括总线112a、112b和112c。总线112a将数据控制模块104与数据存储模块106a耦合在一起。总线112b将数据控制模块104与数据存储模块106b耦合在一起。总线112c将数据控制模块104与数据存储模块106c耦合在一起。总线112a、112b和112c每一个均可以包括一个或多个位于数据控制模块104和数据存储模块106a、106b和106c之间的电缆。总线112a、112b和112c中的每一个均可为位于数据控制器104和数据存储模块中的一个之间的数据输入/输出提供连接。在一些实施例中，总线112a、112b和112c中的每一个可为多个通道(例如，四个通道)上的数据I/O提供连接。可向数据存储模块106a、106b和106c中的每一个分配单独的识别符。
[0053]在各种实施例中，可通过任何适当的计算机总线执行位于系统中数据控制器和数据存储模块之间的数据访问和传输。在一些实施例中，通过串行SCSI (SAS)总线执行数据访问和传输。在一些实施例中，通过串行高级技术附件(SATA)总线执行数据访问和传输。
[0054]在存储模块106a、106b和106c中每一个内的连接可包括数据存储模块中的链接背板。例如，如图1所示，通过背板电路板108上的输入114将最左边的背板耦合至总线112a。将最左边的背板上的输出116耦合至相邻背板上的输入114。可按类似的方式将每个附加的背板电路板108链接至另一背板电路板，如图1所示。
[0055]在一些实施例中，背板108中的每一个包括扩展器芯片。扩展器芯片可与各种大容量存储装置110进行通信。背板108中的每一个也可包括将背板108彼此链接的级联端口。在一些实施例中，背板108包括用于将电力调节至大容量存储装置110的电路。在某些实施例中，背板108每一个均可包括用于背板上大容量存储装置110的电源。
[0056]为了清楚起见，仅示出了用于数据存储模块106a的背板和大容量存储装置。用于数据存储模块112b和112c的背板和大容量存储装置可类似于数据存储模块112a的背板和大容量存储装置。
[0057]每个背板可包括用于安装的大容量存储装置110中的每一个的输出。在一个实施例中，对背板的数据输入/输出包括四个通道。在一个实施例中，大容量存储装置110中的每一个均具有500GB的存储容量。
[0058]尽管图1中示出3个模块，但在各种实施例中，也可将任何数量的数据存储模块耦合至数据控制器。
[0059]图2示出包括数据控制模块和具有安装于多个背板上的大容量存储装置的数据存储模块的系统的一个实施例。系统120包括数据存储模块122和数据控制模块124。在一些实施例中，数据存储模块122和数据控制模块124被安装在机架中。
[0060]数据存储模块122包括数据存储模块机箱126、数据存储总成128和电源单元130。数据存储总成128包括背板电路板总成132和硬盘驱动器134。可在数据存储模块机箱126中水平安装背板电路板总成132。将硬盘驱动器134安装在背板电路板总成132上。可在垂直方向安装硬盘驱动器134。在一些实施例中，安装硬盘驱动器134，使得其安装高度为硬盘驱动器的最大尺寸。
[0061]可将电源单元130耦合至背板电路板总成132。电源单元130可向背板电路板总成132和硬盘驱动器134提供电力。[0062]数据控制模块124包括数据控制模块机箱140、控制电路板总成142和电源单元144。可将控制电路板总成142和电源单元144安装在数据控制模块机箱上140上。控制电路板总成142可访问硬盘驱动器134上的数据。
[0063]可将电源单元144耦合至电路板总成142。电源单元144可向控制电路板总成142提供电力。
[0064]在一个实施例中，数据存储模块122高度约为4U且数据控制模块124的高度约为IUo
[0065]在图2中，为了清楚起见，以简单的箱轮廓表示数据存储模块机箱126和数据控制模块机箱140。在各种实施例中，用于模块的机箱可包括或结合各种结构元件和组件以支撑、安装和环境性保护模块的元件，如机壳、安装板、盖、嵌板或安装轨道。
[0066]在各种实施例中，计算单元包括符合业界公认标准的电源。在一些实施例，用于计算单元的电源具有符合业界公认标准的形状因子。在一个实施例中，电源单元130和144具有标准的IU形状因子。用于电源和/或电源形状因子的其它标准的实例包括2U、3U、SFX、ATX、NLX、LPX 或 WTX。
[0067]在图2中示出的实施例中，数据存储模块122和数据控制模块124中的每一个包括一个电源单元且数据存储模块122包括96个硬盘驱动器。然而，计算机系统可具有任何数量的硬盘驱动器、电源单元或其它组件。在某些实施例中，数据存储模块或数据控制模块可具有一个或多个内部风扇以通过计算机系统促进空气流动。例如，在某些实施例中，可沿数据存储模块124的后缘提供一排风扇。在某些实施例中，计算单元可不具有风扇和/或不具有磁盘驱动器。在某些实施例中，电源可在存储器或计算模块的外部。例如，在某些实施例中，数据控制模块124的控制电路板总成142可从位于数据控制模块机箱140 (如机架级电源)外部的电源接收电力，且可省略电源单元144。
[0068]在一些实施例中，机架包括两个或两个以上具有垂直导向的硬盘驱动器的数据存储子系统。图3为示出机架中三个数据存储子系统的前视图的示意图。系统160包括机架162和数据存储子系统164。数据存储子系统164中的每一个均包括数据控制模块166和三个数据存储模块168。在数据存储子系统164中的每一个中，数据控制模块166可控制及访问数据存储模块168上的数据。
[0069]在一些实施例中，数据控制模块166包括两个或两个以上的带有垂直导向的硬盘驱动器的水平安装的背板。例如，数据存储模块168每一个可包括6个背板和按上述方式安装的用于数据存储模块122的硬盘驱动器。
[0070]在一个实施例中，数据存储模块168中的每一个的高度为4U，且每个数据控制模块166的高度为1U，从而使每个子系统的总高度为13U且使机架的总高度为39U。然而，在各种实施例中，数据存储模块和数据控制模块可以是任何合适的高度。
[0071]虽然在图1中示出的实施例中示出的数据控制器位于机架中，但是数据控制器也可位于任何合适的位置。
[0072]在一些实施例中，安装背板以减少位于每个硬盘驱动器和机箱之间以及位于模块中硬盘驱动器之间的震动和/或振动载荷的传输或使其最小化。图4示出被安装在机箱中垫上的磁盘驱动器背板的一个实施例。垫180提供在数据存储模块机箱126底部上的轨道182上。背板电路板总成132被安装在垫180上。垫180可以由减震材料(如弹性体材料)制成。垫180可减少位于数据存储模块机箱126和硬盘驱动器134之间的震动和/或振动的传输。
[0073]在一些实施例中，磁盘驱动器背板的元件和机箱可结合以形成用于硬盘驱动器的箱形断面安装。例如，机箱底部嵌板184、轨道186以及一个或多个背板电路板总成132可结合以形成矩形箱形断面。该箱形断面可减少机箱的变形，如机箱底部嵌板184的下垂，如果直接将硬盘驱动器134安装在数据存储模块机箱126的底部嵌板184上时，则可能发生这种情况。在一些实施例中，轨道、垫、托盘或类似的结构元件可提供多种功能，包括形成箱型断面结构、提供用于电缆运行的空间以及用于空气流动的空间。
[0074]在一些实施例中，系统包括位于两个或两个以上大容量存储装置背板下的气道。图5不出包括升气管的数据存储模块。背板电路板132可被安装在背板电路板132上。升气管198可将背板电路板132与机箱的地板相隔开以形成间隙200。间隙200可以在背板电路板总成132下界定出气道202。气道202可从最前面的背板电路板108至最后面的背板电路板总成132连续地延伸。
[0075]如图2所示，空气可通过数据存储模块机箱126前面的前通风口 204流入。在图2所示的实施例中，前通风口 204的位置靠近数据存储模块机箱204的底部。然而，前通风口可位于机箱或机壳前面的任何位置。可通过一个或多个空气移动装置从数据存储模块机箱126的前面至后面移动空气。空气移动装置可位于数据存储模块机箱126的外部、数据存储模块机箱126的内部或上面，或同时位于其外部、内部或上面。空气可流经背板电路板总成132下的气道202并通过数据存储模块机箱126的后面而离开。
[0076]仍参照图2，数据存储模块122可包括电源进口腔室208以及电源出口腔室210。在数据存储模块机箱126前面的一些空气可通过电源前进口 212进入电源进口腔室208并进入外壳以用于电源单元130。流经电源外壳的空气可离开外壳并进入电源出口腔室210。在某些实施例中，可将空气输送至机箱的底部(例如，在背板电路板132的下方)。
[0077]在一些实施例中，在背板电路板132下方通过前，从电源出口腔室出来的空气可与进入数据存储模块机箱126的空气相混合。在某些实施例中，从电源单元144出来的排气可与进入数据存储模块机箱130的其它空气相分离，例如，通过将排气从电源单元运送至数据存储模块机箱126后面的导管而实现。
[0078]在某些实施例中，将电源定向在模块中，使得在机箱中大容量存储背板下引导从模块出来的排气。例如，可将图2所示的电源单元130逆时针地旋转90度，从而使流经电源单元的空气离开靠近机箱底部的电源单元。
[0079]在一些实施例中，可向上排出在大容量存储装置背板下流动的空气，以便消除来自大容量存储装置的热量。例如，如图5所示，可从大容量存储装置背板下方排出空气流动。空气可以在位于背板和数据存储模块机箱126之间的气道202中的背板电路板总成132下方流动。在背板电路板132中的每一个中，可通过位于硬盘驱动器134之间的背板电路板总成132中的开口 216排出从机箱前面至其后面流动的一些空气。空气可越过硬盘驱动器134的表面而向上升起通过开口 216。一些空气可达到机箱的顶部。向上通过硬盘驱动器134上方的空气可移动从硬盘驱动器134散出的热量。越过硬盘驱动器134向上通过的空气可移向数据存储机箱126的后面。
[0080]在一些实施例中，可选择背板中开口的大小和数量以调整在机箱中流经各种硬盘驱动器的空气。例如，在一个实施例中，用于靠近机箱后面的背板的通风口可大于用于靠近机箱前面的背板的通风口，因为由于在靠近机箱后面的部分具有相对温暖的空气而可能需要较大的气流。
[0081]图6示出数据存储模块的一个实施例，该数据存储模块包括搁板和用于硬盘驱动器的横向支架，且硬盘驱动器被安装在搁板上。数据存储模块220包括机箱总成222、电源单元224和硬盘驱动器226。机箱总成222包括基板228、前外壳230、搁板232、横向支架234和左侧嵌板236。机箱总成222也可包括右侧嵌板(图6为了说明的目的已省略了右侧嵌板)。
[0082]在图6所示的实施例中，在背板电路板总成234中的每一个之间提供横向支架234。然而，在其它实施例中，也可只在硬盘驱动器的某些排之间提供横向支架，或完全省略。
[0083]在一些实施例中，搁板232被安装在减震元件上。例如，可在搁板232和基板228之间提供减震垫阵列。
[0084]将横向支架234安装在搁板232上。将硬盘驱动器226安装在横向支架234之间的背板电路板总成225上。
[0085]在图6所示的实施例中，安装电源单元224，使得其长度相对于机箱的前面横向地运行(例如，纵长地从左向右)。在机箱总成222的前面设置开口 244。开口 244可允许位于数据存储模块220前面的空气进入在基板228和搁板232之间形成的气道245中。气道245可从前至后地沿数据存储模块220的长度运行。气道245可供给空气以消除来自硬盘驱动器226的热量。
[0086]图7示出数据存储模块的一个实施例，该数据存储模块包括搁板和用于硬盘驱动器的横向支架，并且为了说明的目的而移除硬盘驱动器。此外，为了清楚起见，已省略了横向支架的面向后方的构件。在一些实施例中，面向后方的横向支架构件与面向前方的横向支架构件相同。
[0087]横向支架234包括导向轮缘249。导向轮缘249包括开口 246。横向支架234可使机箱总成222变得坚硬并在硬盘驱动器226的重量下抑制机箱元件的下垂。导向轮缘249可作为硬盘驱动器226的导向器。开口 246可提供使空气从向至后的流经位于相邻硬盘驱动器226之间的横向支架234的路径。
[0088]图8为包括背板电路板的磁盘存储总成的一个实施例的顶部透视图。图9为包括背板电路板的磁盘存储总成的一个实施例的底部透视图。磁盘存储总成250包括硬盘驱动器226和背板电路板总成225。硬盘驱动器226可安装在位于底座251的背板电路板总成225上。连接器252可将硬盘驱动器226电性耦合至背板电路板总成225上。
[0089]硬盘驱动器226中的每一个可设有一对相对的轨道254。在一些实施例中，轨道254可作为硬盘驱动器226的把手。
[0090]背板电路板总成225可包括护耳255和安装垫256。在一些实施例中，安装垫256是由减震材料所制成。在某些实施例中，安装垫256包括线(例如，用于安装机箱上的背板)。护耳260可在横向支架234上的槽247中啮合。
[0091]图10示出在数据存储模块中安装硬盘驱动器的一个实施例。背板电路板总成225上的护耳255可延伸进入横向支架234中的相应槽中。可将垫256安装在搁板232的狭槽262 中。
[0092]硬盘驱动器226的轨道254可在相邻轮缘249的边缘之间滑动。硬盘驱动器226可从机箱顶部滑入和滑出。在一些实施例中，轨道254为硬盘驱动器提供震动或振动隔离。例如，在某些实施例中，轨道254由弹性体材料(如橡胶)制成或包括弹性体材料。轨道可减轻震动或振动载荷和/或将特定驱动器与其它位于背板上或位于背板外部的驱动器中的振动相隔尚。
[0093]再次参照图7，在操作中，在数据存储模块250前面的空气可流入电源开口 240和开口 244。通过电源开口 240进入的空气可通过用于电源单元224的机壳。空气可通过通风口 242离开电源机壳。从电源单元224的通风口 242排出的空气可通过开口 244与进入机箱总成224的空气相混合。混合的空气可继续通过气道245。从前至后移至气道245中的一些空气可通过搁板332中的搁板通风口 238并通过背板开口 259 (如图9所示)。已通过搁板通风口 238排出的气体可越过硬盘驱动器226向上流动并通过横向支架234中的开口 246向后流动，从而消除来自硬盘驱动器226的热量。空气可流经横向支架234中的开口 246直到其达到机箱总成222的后面。
[0094]在一些实施例中，数据存储模块包括数据控制器和两个或两个以上的具有多个大容量存储装置的背板。可在公共机箱上支撑数据控制器和背板。在一些实施例中，模块包括以垂直方向被安装在背板上的硬盘驱动器。图11示出包括数据控制器和多个磁盘驱动器背板的模块的一个实施例。数据存储模块280包括控制器282、数据存储总成284、电源单元286和机箱288。控制器282、数据存储总成284和电源单元286均被安装在机箱288上。
[0095]数据存储总成284包括背板电路板总成290和硬盘驱动器292。可在数据存储模块机箱288中水平安装背板电路板总成290。在背板电路板总成290上安装有硬盘驱动器292。以与关于图2的所述内容相似的方式在垂直方向安装硬盘驱动器292。背板电路板总成中的每一个可带有或设有用于多个硬盘驱动器232的电性连接。
[0096]电源单元286可被耦合至背板电路板总成290。电源单元286可向背板电路板总成290和硬盘驱动器292提供电力。
[0097]在一些实施例中，空气在模块中从前向后流动，从而使源自控制器或主板总成下游侧的空气在两个或两个以上的大容量数据存储背板下方流动。例如，如图11中的箭头所示，空气可进入机箱288的前通风口 294并在控制器282上方通过。源自控制器282下游侧的空气可在背板电路板总成290的下方流动。在一些实施例中，从电源单元286排出的空气在背板电路板总成290下方流动前与源自控制器282下游侧的空气混合在一起。
[0098]图12示出从机架系统的数据存储模块消除热量的一个实施例。空气可通过通风口 380从子地板腔室354进入计算房352。在风扇门374中的后风扇366可将空气从前通道368吸入机架364中，并使其通过数据存储模块360和数据控制模块362。后风扇366可将加热的空气从机架中排出。加热的空气可进入顶板腔室356。空气引导装置389提供在机架的前面。可使用空气引导装置389以促进被安装在机架中的特定模块中的气流。在各种实施例中包括有空气增流器的其它设置。于2009年12月23日提交的序列号12/646，417且题为“Air Directing Device for Rack System (用于机架系统的空气引导装置)”的美国专利申请；于2010年3月30日提交的序列号为12/751，212且题为“Rack-Mounted AirDirecting Device with Scoop (安装在机架上的具有伊斗的空气引导装置)”的美国专利；以及于2010年9月9日提交的序列号为12/886，440且题为“System with Rack-MountedAC Fans (具有安装在机架上的AC风扇的系统)”的美国专利申请，每一个专利的内容均以全文引用方式并入本文，其包括可用于各种实施例中以冷却或安装计算模块、数据存储模块和数据控制模块的其它布置、系统、装置和技术。
[0099]在一些实施例中，在公共机箱中的多个背板上提供大容量数据存储。图13示出一种提供数据存储的方法，该方法包括在被耦合至公共机箱的两个或两个以上的背板上提供大容量存储装置。在步骤400，在公共机箱上安装两个或两个以上的大容量存储背板。例如，大容量存储装置可以是硬盘驱动器。背板可处于机箱上的水平方向。硬盘驱动器可处于垂直方向。在一个实施例中，在与图2相似的数据存储模块和数据控制模块中提供数据存储和控制。在某些实施例中，将背板彼此耦合并将背板中的至少一个耦合至数据控制器。数据控制器可位于安装有背板的机箱的外部。
[0100]在步骤402，可将背板上的大容量存储装置中的一些或全部投入运行。例如，大容量存储装置可在数据中心提供存储容量。
[0101]在步骤404，对背板上的大容量存储装置中的一些或全部进行断电或将其置于待机状态。被断电或待机中的大容量存储装置可认为处于冷存储状态。在步骤406，唤醒被断电或待机中的大容量存储装置的一个或多个。在步骤408，访问已经唤醒的大容量存储装置的数据。
[0102]一旦模块中的硬盘驱动器出现故障，即可从其在机架中的安装位置移除或取回该模块。可在模块的顶部移除或替换出现故障的硬盘驱动器。
[0103]可鉴于下列条款描述各种实施例:
[0104]条款1.一种用于存储数据的系统，其包括:
[0105]机架；
[0106]一个或多个数据存储模块，其被耦合至机架，数据存储模块中的至少一个中的每一个包括:
[0107]机箱；
[0108]两个或两个以上背板，其被耦合至机箱；以及
[0109]一个或多个大容量存储装置，其被耦合至背板中的至少一个；以及
[0110]一个或多个数据控制模块，其被耦合至机架的且位于数据存储模块中的至少一个的机箱外部，数据控制模块中的至少一个中的每一个均被配置来访问在数据存储模块中的至少一个中的大容量存储装置中的一个或多个。
[0111]条款2.根据条款I所述的系统，其中在数据存储模块中的至少一个中的两个或两个以上背板处于主要为水平的方向，其中大容量存储装置中的至少一个在主要为水平的方向上被耦合至背板。
[0112]条款3.根据条款I所述的系统，其中用于数据存储模块中的至少一个，将背板中的至少第一个背板耦合至数据控制模块，其中将背板中的至少第二个背板进行链接以对背板中的第一个背板进行数据通信。
[0113]条款4.根据条款I所述的系统，其中一个或多个数据存储模块包括两个或两个以上的被耦合至机架的数据存储模块。[0114]条款5.根据条款4所述的系统，其中两个或两个以上的数据存储模块包括三个存储模块，其中在数据存储模块中的至少一个中的大容量存储装置中的至少一个被安装在背板上，使得其安装高度为大容量存储装置的最大尺寸。
[0115]条款6.根据条款I所述的系统，其中大容量存储装置中的至少一个为硬盘驱动器，其中数据控制模块被配置成将硬盘驱动器中的至少一个置于待机或关机状态并将硬盘驱动器从待机或关机状态唤醒以访问在硬盘驱动器上所存储的数据。
[0116]条款7.根据条款I所述的系统，其还包括至少一个位于数据控制模块和数据存储模块中的至少一个之间的多通道连接，其中多通道连接包括:
[0117]位于数据控制模块和位于背板中第一个背板上的至少第一硬盘驱动器之间的第一通道上的连接；以及
[0118]位于数据控制模块和位于背板中第一个背板上的至少第二硬盘驱动器之间的第二通道上的连接。
[0119]条款8.根据条款I所述的系统，其还包括至少一个被配置成通过数据控制模块和数据存储模块中的至少一个移动空气的空气移动装置。
[0120]条款9.一种数据存储模块，其包括:
[0121]机箱；
[0122]两个或两个以上背板，其在主要为水平的方向上被耦合至机箱；
[0123]两个或两个以上硬盘驱动器，其被耦合至背板中的至少两个的每一个；以及
[0124]一个或多个电缆，其被配置成将背板中的至少两个上的硬盘驱动器耦合至公共数据控制器。
[0125]条款10.根据条款9所述的数据存储模块，其还包括一个或多个位于背板中的至少一个的下方的气道，其中气道中的至少一个包括一个或多个进气口以及一个或多个出气口，其中至少一个气道被配置来允许空气从至少一个进气口向出气口中的至少一个移动以消除来自硬盘驱动器中的至少一个的热量。
[0126]条款11.根据条款9所述的数据存储模块，其中硬盘驱动器中的至少一个被安装在背板上，使得其安装高度为硬盘驱动器的最大尺寸。
[0127]条款12.根据条款9所述的数据存储模块，其还包括一个或多个电路总成，其被耦合至机箱且被配置来访问硬盘驱动器中的两个或两个以上。
[0128]条款13.根据条款9所述的数据存储模块，其还包括一个或多个被配置成向位于背板中的至少两个上的硬盘驱动器提供电能的电源单元。
[0129]条款14.根据条款13所述的数据存储模块，其中将电源单元横向安装在机箱的前面。
[0130]条款15.根据条款9所述的数据存储模块，其中两个或两个以上的背板包括至少六个被耦合至机箱的背板，其中背板中的每一个均支撑两个或两个以上的硬盘驱动器，其中硬盘驱动器被配置来与在数据存储模块外部的数据控制模块相耦合。
[0131]条款16.根据条款9所述的数据存储模块，其还包括一个或多个位于背板中的至少两个之间的横向构件。
[0132]条款17.根据条款16所述的数据存储模块，其中横向构件中的至少一个包括至少一个用于硬盘驱动器中的至少一个的导向器。[0133]条款18.根据条款16所述的数据存储模块，其中横向构件中的至少一个包括一个或多个至少部分位于在背板中的至少一个上的两个相邻硬盘驱动器之间的开口，其中一个或多个开口被配置来允许空气从横向构件的前面向横向构件的后面通过。
[0134]条款19.根据条款9所述的数据存储模块，其还包括一个或多个被耦合至硬盘驱动器中的至少一个的导轨，其中导轨被配置来与位于横向构件中的至少一个上的至少一个导向器相耦合，其中至少一个导轨被配置来至少部分地将硬盘驱动器与外部振动载荷相隔离。
[0135]条款20.—种数据存储模块，其包括:
[0136]机箱；
[0137]—个或多个背板，其在主要为水平的方向上被耦合至机箱；
[0138]两个或两个以上大容量存储装置，其被耦合至背板中的至少一个的每一个；以及
[0139]一个或多个气道，其位于背板中的至少一个的下方，其中气道中的至少一个包括一个或多个进气口以及一个或多个出气口，其中至少一个气道被配置来允许空气从至少一个进气口向出气口中的至少一个移动从而消除来自大容量存储装置中的至少一个的热量。
[0140]条款21.根据条款20所述的数据存储模块，其中一个或多个背板包括两个或两个以上的被耦合于机箱的背板，其中大容量存储装置中的至少一排被耦合至两个或两个以上的背板中的每一个。
[0141]条款22.根据条款20所述的数据存储模块，其中大容量存储装置中的至少一个为硬盘驱动器，其中硬盘驱动器中的至少一个被安装在背板上，使得其安装高度为硬盘驱动器的最大尺寸。
[0142]条款23.根据条款20所述的数据存储模块，其还包括一个或多个被配置来通过位于背板下的一个或多个气道中的至少一个而移动空气的空气移动装置。
[0143]条款24.根据条款23所述的数据存储模块，其中空气移动装置中的至少一个位于数据存储模块的外部。
[0144]条款25.根据条款20所述的数据存储模块，其中位于背板下的一个或多个气道中的至少一个至少部分地位于机箱上的一个或多个电源单元的下游。
[0145]条款26.根据条款20所述的数据存储模块，其还包括一个或多个被配置来向位于背板中的至少两个上的硬盘驱动器提供电力的电源单元，其中离开电源单元的空气中的至少一部分是在背板中的至少一个之下进行输送。
[0146]条款27.—种提供数据存储的方法，其包括:
[0147]在被耦合至公共机箱的两个或两个以上的背板上提供两个或两个以上大容量存储装置；
[0148]对大容量存储装置中的一个或多个进行断电或将其置于待机状态；
[0149]唤醒被断电或待机中的大容量存储装置中的至少一个；以及
[0150]访问在被唤醒的大容量存储装置中的至少一个上的数据。
[0151]条款28.根据条款27所述的方法，其还包括将被耦合至机箱的背板中的至少两个彼此电性耦合起来，所述方法还包括将背板中的至少一个电性耦合至外部数据控制器。
[0152]条款29.根据条款27所述的方法，其还包括在背板中的至少一个的下方移动空气，以消除来自至少一个背板上的大容量存储装置中的至少一个的热量。[0153]在某些实施例中，计算模块包括被安装在两个或两个以上不同方向上的大容量存储装置。在一个实施例中，计算单元包括一个或多个被安装在水平方向上的硬盘驱动器以及一个或多个被安装在垂直方向上的硬盘驱动器。
[0154]在一些实施例中，数据存储模块中的硬盘驱动器是标准的现货供应的磁盘驱动器。合适的硬盘驱动器的形状因子的实例可包括3.5’ ’、5.25’ ’以及2.5’ ’。在一个实施例中，安装的是标准的3.5’’硬盘驱动器，从而使硬盘驱动器的安装高度为最大尺寸。
[0155]在一些实施例中，在机架上安装的计算模块通常是由将空气传送至机架的冷气系统进行冷却的。为了消除来自安装在机架中的计算模块的热量，可运行空气处理系统以使空气在机房中流动并通过机架系统。由于空气达到了计算模块中的每一个的前面，空气可通过计算模块的机箱。在通过机箱后，加热的空气可离开机架系统的后面并流出机房。在某些实施例中，除了中央冷却系统外或代替中央冷却系统，计算模块可具有板上风扇。在某些实施例中，机架可具有向机架中的所有计算模块提供冷气的风扇。
[0156]尽管在上述实施例中是将硬盘驱动器安装在垫和轨道上的，但在各种实施例中，也可使用其它安装元件将硬盘驱动器或其它数据存储装置安装至机箱。例如，可将硬盘驱动器和/或用于硬盘驱动器的背板安装在方管上，该方管支撑驱动器并抬高驱动器使其位于机箱底部的上面。
[0157]在一些实施例中，机架系统包括位于机架中计算机系统外部的安装在机架上的风扇。安装在机架上的风扇可提供空气流经计算机系统。
[0158]为了清楚起见，在本文附图中的多张图里的模块都是以围绕功能组件的简单箱轮廓所示出的。在各种实施例中，模块或用于模块的机箱可包括机壳、托盘、安装板、其组合以及各种其它结构元件。
[0159]尽管在上述的实施例中，数据存储模块中的一些被描述为高度为4U，但在各种实施例中，模块也可以是3U、4U、6U或任何其它高度或尺寸。
[0160]虽然已相当详细地描述了上述实施例，但是一旦本领域的技术人员完全理解上述公开内容，许多变化和修改将变得显而易见。意在将下面的权利要求解释为包含所有这些变化和修改。
【权利要求】
1.一种数据存储模块，其包括: 机箱； 两个或两个以上背板，其在主要为水平的方向上被耦合至所述机箱； 两个或两个以上硬盘驱动器，其被耦合至所述背板中的至少两个的每一个；以及 一个或多个电缆，其被配置来将所述背板中的至少两个上的硬盘驱动器耦合至公共数据控制器。
2.根据权利要求1所述的数据存储模块，其还包括一个或多个位于所述背板中的至少一个的下方的气道，其中所述气道中的至少一个包括一个或多个进气口以及一个或多个出气口，其中所述至少一个气道被配置来允许空气从所述至少一个进气口向所述出气口中的至少一个移动以消除来自所述硬盘驱动器中的至少一个的热量。
3.根据权利要求1所述的数据存储模块，其还包括一个或多个被配置来向位于所述背板中的至少两个上的硬盘驱动器提供电力的电源单元，以及 其中将所述电源单元横向安装在所述机箱的前面。
4.根据权利要求1所述的数据存储模块，其中所述两个或两个以上的背板包括至少六个被耦合至所述机箱的背板，其中所述背板中的每一个均支撑两个或两个以上的硬盘驱动器，其中所述硬盘驱动器被配置来与在所述数据存储模块外部的数据控制模块相耦合。
5.根据权利要求1所述的数据存储模块，其还包括一个或多个位于所述背板中的至少两个之间的横向构件。
6.根据权利要求5所述的数据存储模块，其中所述横向构件中的至少一个包括至少一个用于所述硬盘驱动器中的至少一个的导向器。
7.根据权利要求5所述的数据存储模块，其中所述横向构件中的至少一个包括一个或多个至少部分位于在所述背板中的至少一个上的两个相邻硬盘驱动器之间的开口，其中所述一个或多个开口被配置来允许空气从所述横向构件的前面向所述横向构件的后面通过。
8.根据权利要求1所述的数据存储模块，其还包括一个或多个被耦合至所述硬盘驱动器中的至少一个的导轨，其中所述导轨被配置来与位于所述横向构件中的至少一个上的至少一个导向器相耦合，其中所述至少一个导轨被配置来至少部分地将所述硬盘驱动器与外部振动载荷相隔离。
9.一种数据存储模块，其包括: 机箱； 一个或多个背板，其在主要为水平的方向上被耦合至所述机箱； 两个或两个以上大容量存储装置，其被耦合至所述背板中的至少一个的每一个；以及 一个或多个气道，其位于所述背板中的至少一个的下方，其中所述气道中的至少一个包括一个或多个进气口以及一个或多个出气口，其中所述至少一个气道被配置来允许空气从所述至少一个进气口向所述出气口中的至少一个移动以消除来自所述大容量存储装置中的至少一个的热量。
10.根据权利要求9所述的数据存储模块，其中所述一个或多个背板包括两个或两个以上的被耦合于所述机箱的背板，其中大容量存储装置中的至少一排被耦合至所述两个或两个以上的背板中的每一个。
11.根据权利要求9所述的数据存储模块，其中所述大容量存储装置中的至少一个为硬盘驱动器，其中所述硬盘驱动器中的至少一个被安装在所述背板上，使得其安装高度为所述硬盘驱动器的最大尺寸。
12.根据权利要求9所述的数据存储模块，其还包括一个或多个被配置来通过位于所述背板下的所述一个或多个气道中的至少一个而移动空气的空气移动装置。
13.根据权利要求12所述的数据存储模块，其中所述空气移动装置中的至少一个位于所述数据存储模块的外部。
14.根据权利要求9所述的数据存储模块，其中位于所述背板下的所述一个或多个气道中的至少一个至少部分地位于所述机箱上的一个或多个电源单元的下游。
15.根据权利要求9所述的数据存储模块，其还包括一个或多个被配置来向位于所述背板的至少两个上的硬 盘驱动器提供电力的电源单元，其中离开所述电源单元的空气中的至少一部分是在所述背板中的至少一个之下进行输送。
【文档编号】G06F1/16GK103930845SQ201280014274
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2012年3月20日 优先权日:2011年3月22日
【发明者】D·L·弗林克, P·G·罗斯 申请人:亚马逊科技公司