CN105379441A - 基于可再生能源的数据中心冷却 - Google Patents

Abstract

通过液体循环对流机制、地热机制或其组合来冷却数据中心。通过与液体的导热接口冷却这样的数据中心的各个体计算设备。液体的容器可延伸到物理地位于这样的计算设备上方的冷却装置，以提供液体循环对流冷却，或者它可按热导管的形式或者按通过其主动地抽吸液体的管道的形式延伸到大地。液体循环对流冷却和地热导管冷却经由温差来操作并且不消耗外部电功率。地热冷却通过利用延伸到大地中的多个不同的管道集合来避免热浸润，其中这些管道集合中的至少一些在一时间段内不被利用。还可利用液体循环对流机制和地热冷却的组合。

Description

基于可再生能源的数据中心冷却

背景

多个计算设备之间经由网络连接传送的通信吞吐量持续增长。现代联网硬件使得物理上分开的计算设备能够比先前各代联网硬件快几个量级地彼此通信。此外，高速网络通信能力对更大数量的人可用，在人们工作的位置和他们的家中两者。结果，增加的数据量和服务可经由这样的网络通信被有意义地提供。此外，在远离正请求数字数据处理或正代表其执行这样的处理的用户的位置处执行这样的处理已变得更切实可行。结果，大量数据处理能力可被聚集到集中位置(包括专用的硬件和支持系统)，并可跨网络被共享。

为了从集中的位置经由网络通信提供这样的数据和处理能力，集中的位置一般包括通常安装在竖直取向的机架中的数以百计或数以千计的计算设备。这样的计算设备的集合和必需用以支持这种计算设备的相关联的硬件以及安装计算设备及相关联硬件的物理结构在传统上被称作“数据中心”。随着高速网络通信能力的可用性的增加，以及由此而来的来自集中位置的数据和服务的供应的增加，连同数据中心的传统利用(诸如先进计算服务和大量计算处理能力的供应)数据中心的尺寸和数量持续增加。

然而，计算设备在执行处理时可生成热。大量计算设备在单个数据中心的聚集导致大量热被生成，这些热必须被移除，以便使得计算设备能够继续最优地操作并避免过热。传统上，数据中心冷却由强制风冷机制提供，该强制风冷机制将冷空气递送到数据中心，并从中移除热空气。冷空气通常通过使用功率消耗冷却方法(诸如，空气调节)冷却外部的环境空气来提供。这样的机制可将显著的成本引入数据中心的运营中。例如，诸如数据中心通常需要的大型空调单元可通常在一天中最昂贵的时间期间消耗大量的电功率，从而导致高能量成本。此外，通过利用环境空气，空气传播的颗粒和杂质被引入数据中心，在那里，这些颗粒和杂质可引起对其中包含的敏感计算硬件的损坏。

概述

在一个实施例中，数据中心可通过液体循环对流机制来冷却，在液体循环对流机制中，这样的数据中心中的各个体计算设备是通过与液体的导热接口来冷却的，该液体的容器还延伸到物理地位于这样的计算设备上方的冷却装置。通过生成热的计算设备和冷却装置之间的温差，液体可持续地循环，从而将热从这些计算设备中移除并将热递送到冷却装置，而无需消耗电功率。冷却装置可在数据中心外部，并且可通过到环境空气的热辐射来冷却，由此使得整个冷却装置能够操作而无需消耗电功率。

在另一实施例中，数据中心可通过地热冷却机制来冷却，在该地热冷却机制中，这样的数据中心中的各个体计算设备是通过与可延伸到大地中的一个或多个热导管的导热接口来冷却的。这样的热导管可将热从数据中心中的各计算设备传输到大地中，而无需消耗电功率。

在又一实施例中，数据中心可通过地热冷却机制来冷却，在该地热冷却机制中，这样的数据中心的各个体计算设备是通过与液体的导热接口来冷却的，该液体可通过延伸到大地中的管道被主动地抽吸，由此使热从数据中心中的计算设备传输到大地中。为了避免热浸润，这样的实施例可包括延伸到大地中的多个不同的管道集合，其中这些管道集合中的至少一些在一时间段内不被利用。

在再一实施例中，数据中心可通过液体循环对流机制和地热冷却的组合来冷却。液体循环对流机制的冷却装置可包括地热导管或含主动抽吸的液体的多个管道。

提供本概述以便以简化形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本发明内容并不旨在标识所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护主题的范围。

当参考附图阅读以下详细描述时，将使得其它特征和优点是显而易见的。

附图简述

以下详细描述在结合附图参考时可得到最佳的理解，附图中：

图1是用于数据中心的示例性液体循环对流冷却机制的框图；

图2是用于数据中心的示例性液体循环对流冷却机制的另一方面的框图；

图3是用于数据中心的示例性地热冷却机制的框图；

图4是用于数据中心的示例性地热冷却机制的另一方面的框图；

图5是用于数据中心的另一示例性地热冷却机制的框图；以及

图6是用于数据中心的示例性液体循环对流冷却和地热冷却机制的框图。

详细描述

以下描述涉及对由数据中心中的计算设备生成的热的移除。数据中心可通过液体循环对流机制来冷却，在该液体循环对流机制中，这样的数据中心中的各个体计算设备是通过与液体的导热接口来冷却的，该液体的容器还延伸到物理地位于这样的计算设备上方的冷却装置。通过生成热的计算设备和冷却装置之间的温差，液体可持续地循环，从而将热从这些计算设备中移除并将热递送到冷却装置，而无需消耗电功率。冷却装置可在数据中心外部，并且可通过到环境空气的热辐射来冷却，由此使得整个冷却装置可在不消耗电功率的情况下操作。数据中心还可通过地热冷却机制来冷却，在该地热冷却机制中，这样的数据中心中的各个体计算设备是通过与可延伸到大地中的一个或多个热导管的导热接口来冷却的。这样的热导管可将热从数据中心中的计算设备传输到大地中，而无需消耗电功率。替换地，数据中心可通过地热冷却机制来冷却，在该地热冷却机制中，这样的数据中心的各个体计算设备是通过与液体的导热接口来冷却的，该液体可通过延伸到大地中的管道被主动地抽吸，由此使热从数据中心中的计算设备传输到大地中。为了避免热浸润，这样的实施例可包括延伸到大地中的多个不同的管道集合，其中这些管道集合中的至少一些在一时间段内不被利用。液体循环对流机制和地热冷却的组合也可被利用来提供数据中心冷却。液体循环对流机制的冷却装置可包括地热导管或含主动抽吸的液体的多个管道。

本文描述的技术参考了特定环境和计算设备。例如，参考数据中心和数据中心中通常发现的刀片服务器计算设备。然而，这种参考完全是示例性的并且为了便于描述和呈现而作出这样的参考，并且不旨在将所述的机制限于所枚举的特定环境和计算设备。实际上，本文中描述的技术在没有修改的情况下同等地适用于任何环境，其中通过在基于硅的处理单元中处理数据而生成的热将被从这样的处理单元中的多个处理单元中移除。

参考图1，示出了其中向诸如数据中心上下文中的一个或多个计算设备提供液体循环对流冷却的示例性系统100。更具体地，示例性刀片服务器计算设备130被示为表示在单个数据中心环境中通常被成百或成千地发现的计算设备的类型。如本领域的技术人员将认识到的，作为这样的设备处理数据以及其他类似的有用操作的一部分，每一个这样的计算设备都可生成热。如本领域的技术人员还将认识到的，这样的服务器计算设备的各个体处理单元通常在定义的温度范围内最优地操作，并且当这样的处理单元所体验的温度超过定义的温度范围的上限时，通常次优地操作。结果，可期望从服务器计算设备中移除由这样的服务器计算设备的数据处理操作生成的至少一些热。

用于从服务器计算设备(诸如在图1的系统100中示出的示例性服务器计算设备130)中移除热的一个示例性机制可以是通过对液体循环对流冷却的使用。如图1的系统100所示出的，计算设备130可包括与可充当液体的载运工具的管道110的热接口，如以下更详细描述的。这样的液体可以是水或其他类似的液体，并且可处于大气压力或处于更高或更低的压力。计算设备130和管道110之间的热接口可将管道110中的液体变暖成经变暖的液体121。如图1所示，并且如本领域的技术人员将认识到的，经变暖的液体121通常包括较高的浮力，并且结果将自然地趋于在载运工具110内上升。

在一个实施例中，载运工具110可不仅包括与计算设备(诸如示例性计算设备130)的热接口，而且还包括与冷却装置140的热接口，该冷却装置140可被定位成在垂直方向上比计算设备高。在这样的实施例中，已由管道110和计算设备130之间的热接口变暖的经变暖的液体121可在管道110内从管道110和计算设备130之间的接口的位置上升到其中管道110包括与冷却装置140的热接口的较高位置。在这样的位置处，经变暖的液体121可被冷却装置140冷却成经冷却的液体122。如本领域的技术人员还将认识到的，经冷却的液体122可具有比经变暖的液体121更低的浮力，并且结果可在管道110内下降。此外，随着经变暖的液体121在管道110内上升，它可在它的后面造成较低压力区域，该区域可从管道110的较低部分中吸取经冷却的液体122。通过这样的方式，计算设备130和冷却装置140之间的温差可使得管道110内的液体循环而无需任何外部的抽吸机制或者其他类似的能量消耗活动。

如图1所示，管道110可被布置在圆形布置中或者形成连续环的其他布置中。这样的布置可促成经变暖的液体121的上升以及经冷却的液体122到液体可被向上吸回的位置的下降，当经变暖的液体121上升时，通过管道110和计算设备130之间的热接口。在一个实施例中，要通过管道110来冷却的计算设备(诸如示例性服务器计算设备130)可相对于管道110被定位于在垂直方向上高于管道110的最低点的位置。这样的实施例可促成经变暖的液体121仅沿着管道110的一段上升，由此鼓励液体在管道110内的循环流动。此外，如以下将更详细描述的，为了促成液体在管道110内的流动，管道110可避免包括急弯、角度或其他类似的方向改变的配置。结果，如此后还将更详细描述的，诸如数据中心内的可通过这样的液体循环对流冷却装置冷却的计算设备可被取向为支持以上设计优化。

在一个实施例中，冷却装置140可以是通过使热消散在环境空气(诸如环境空气141)中来实现冷却功能的热池或其他类似的冷却装置。在这样的实施例中，冷却装置140可被定位在包括正被冷却的计算设备(诸如，示例性计算设备130)的范围(诸如数据中心)外部。例如，冷却装置140可被定位在这样的数据中心的屋顶上，或者可被定位在从数据中心的屋顶延伸的垂直结构上。在这样的实施例中，由于冷却装置140可通过使热消散在环境空气中来促成冷却，因此通过风扇或冷却装置140的其他类似的物理结构来增加环境空气(诸如环境空气141)的流动可能是合乎需要的。耗能设备(诸如风扇)可被利用来增加环境空气141跨冷却装置140的流动，由此增加冷却装置140的冷却能力。替换地，冷却装置140可按增加环境空气141跨它的流动的方式来定位。例如，冷却装置140可被定位于在可阻挡环境空气141跨冷却装置140的流动的附近结构上方的垂直高度处。由此，在城市环境中，冷却装置140可需要被定位于在垂直方向上比郊区环境更高的地方，郊区环境中具有较少的可负面地影响跨冷却装置140流动的环境空气141的量的结构阻碍。

如所指示的，出于将热从经变暖的液体121中移除由此生成冷却液体122的目的，管道110可被热耦合到冷却装置140，并且出于通过将冷却液体122变暖成经变暖的液体121来将热从示例性服务器计算设备130中移除的目的，管道110可被热耦合到示例性服务器计算设备130。图1中示出了示例性服务器计算设备130和管道110之间的一个示例性热耦合。更具体地，如图1的下半部分所示，服务器计算设备130可包括一个或多个处理单元(诸如示例性处理单元131)，如先前所指示的，该一个或多个处理单元可生成作为数据处理的副产品的热。在一个实施例中，导热板(诸如示例性导热板150)可被热耦合到处理器131，诸如通过经由热胶或其他类似的用于将由处理器131生成的热传递到导热板150的促成物与处理器物理地联接。

在一个实施例中，导热板150可随后突出在服务器计算设备130的物理边界之外，并且可被热耦合到作为管道110的一部分的迹线111(诸如管道110的某个体导管或其他类似的流体运载元件)。导热板150和迹线111之间的热耦合160可基于任何数目的热传输机制。例如，导热板150可一次或多次包裹在迹线111周围，由此作为其间增加的啮合面的结果，而促成热能从导热板150传输到迹线111。作为另一示例，迹线111可一次或多次缠绕在导热板150周围，从而同样地增加导热板150和迹线111之间的粘合面。作为另一示例，热耦合160可包括热胶或其他类似的用于在导热板150和迹线111物理地彼此邻近时(诸如沿着其间形成的物理界面彼此接触时)在导热板150和迹线111之间交换热能的促成物。其他类似的热耦合也旨在由示例性热耦合160来表示。如本领域的技术人员将认识到的，计算设备(诸如示例性服务器计算设备130)通常被布置在数据中心中的垂直机架中。通过这样的方式，可实现对数据中心中的空间的增加的利用，因为服务器计算设备的机架可沿着水平方向中的两个维度延伸，并且各个体服务器计算设备在这些机架中的任何一个机架内的取向可沿着第三个垂直维度延伸。然而，在一个实施例中，管道110的单个环可被热耦合到单个计算设备，或者热能的单个源在一个或多个计算设备和那个单个环之间传输。结果，机架中的服务器计算设备可与管道110的环共享单个热耦合。例如，来自单个机架中的各服务器计算设备中的多个服务器计算设备的导热板可从那些服务器计算设备的物理边界延伸到它们可全部一起与管道110的单个环热耦合的单个位置。替换地，管道110的多个环可存在，使得每一个服务器计算设备可被热耦合到其自己的环。

转至图2，其中示出的系统200示出了可表示图1中示出的管道110的一部分的示例性管道系统。更具体地，图2的系统200可包括可表示环境(诸如数据中心)中的服务器计算设备中的一部分的多个服务器计算设备，即服务器计算设备211、212、213、214、221、222、223和224。服务器计算设备可被布置在机架中，以使得例如服务器计算设备221可位于服务器计算设备211之上且位于与服务器计算设备211相同的机架之中，服务器计算设备222可位于服务器计算设备212之上且位于与服务器计算设备212相同的机架之中，服务器计算设备223可位于服务器计算设备213之上且位于与服务器计算设备213相同的机架之中，并且服务器计算设备224可位于服务器计算设备214之上且位于与服务器计算设备214相同的机架之中。

如图2所示，管道110可被拆分成多个个体迹线或细管(诸如各个体导管或其他类似的流体载运元件)，这些个体迹线或细管可创建各个体环以提供对各个体计算设备的液体循环对流冷却。例如，管道110的大直径“头部”或“主干”在图2中由头部252表示。这样的头部252可随后被拆分成多个迹线或细管，诸如迹线231、232、233、234、241、242、243和244。迹线231、232、233、234、241、242、243和244可被布线(route)成邻近服务器计算设备211、212、213、214、221、222、223和224，由此促成这些迹线和这些服务器计算设备之间的热耦合。随后，为了促成将经变暖的液体121传递到冷却装置(诸如以上描述的那个冷却装置)，多个迹线231、232、233、234、241、242、243和244可被联接回在一起以形成头部251，该头部251可随后将经变暖的液体121路由到冷却装置，在冷却装置中，这样的经变暖的液体121可被冷却成经冷却的液体122，并随后按通过图1中示出的管道110示出的方式被连接和路由回头部252。在一个实施例中，头部(诸如头部251和252)的大小可被设定为提供足够的流体和驱动力，以允许并支持使足够量的流体移动通过服务器以有效地冷却这些服务器。类似地，迹线或细管的大小可被设定为小到足以降低流动并保持对流力，从而迫使流体通过每一个体服务器。通过这样的方式，可维持服务器和迹线中的流体之间的足够大的温差以提供有效的冷却。

虽然在图2中被示为包括锐边，但在一个实施例中，实现迹线231、232、233、234、241、242、243和244的导管或其他类似的流体载运元件以及在头部251和252中这些迹线之间的连接可被设计、取向并耦合成使得最小化急弯、边缘、拆分或其他类似的湍流引入布线。通过将头部252拆分成迹线231、232、233、234、241、242、243和244，服务器计算设备211、212、213、214、221、222、223和224中的每一者都可与管道110中其自己的环热耦合。例如，服务器计算设备211被示为在这一计算设备和迹线231之间包括热耦合261，该迹线231可设计并安装成在其邻近通过。在一个实施例中，热耦合261可利用导热板，诸如图1中示出的导热板150。经冷却的液体122可由此经由头部252并随后经由迹线231流动通过服务器计算设备211，从而从其接受热，并由此冷却服务器计算设备211。得到的经变暖的液体121可随后沿着迹线231上升到头部251，在头部251，该液体可被路由通过冷却装置，并由此被向下循环回成与头部252联接。通过类似的方式，迹线232可在服务器计算设备212的邻近通过，并可与服务器计算设备212共享热耦合262。迹线233和234可类似地分别在服务器计算设备213和214邻近通过，并可分别与这样的服务器计算设备共享热耦合263和264。

为了为后续的服务器计算设备层(诸如为位于机架中的前述服务器计算设备上方的各服务器计算设备)提供各个体冷却环，可从头部252拆分出附加的迹线。例如，迹线214可绕过较低的服务器计算设备211，并可改为被定位成诸如在机架布置中在可被定位在服务器计算设备211上方的服务器计算设备221的邻近。迹线241可随后包括与服务器计算设备221的热耦合271。与之前一样，热耦合271可利用导热板，诸如图1中示出的导热板150。经冷却的液体122可由此经由迹线241流动通过服务器计算设备221(除了来自该服务器计算设备221的热外)，并转变成经变热的液体121，该经变热的液体121可经由头部251被递送到冷却装置以被冷却回成冷液体122，该冷液体122可随后经由头部252被递送回到迹线241。通过这样的方式，迹线241可表示可仅被热耦合到服务器计算设备221以排除其他服务器计算设备(诸如例如与服务器计算设备221来自同一机架的其他服务器计算设备)的管道的环的一部分。通过类似的方式，服务器计算设备222(其可以是与服务器计算设备212相同的机架中的服务器计算设备中的一部分)可包括与迹线242的热耦合272，该迹线242可不包括其他热耦合。通过类似的方式，迹线243和244可分别被布线通过服务器计算设备223和224，并可诸如经由热耦合273和274被分别热耦合到服务器计算设备223和224。通过这种方式，管道的各个体环可以是为数据中心中的服务器计算设备中的各个体服务器计算设备或多个服务器计算设备的个体集合提供的。

此外，在一个实施例中，迹线中的一个或多个可包括用于防止液体流动通过这样的迹线的阀。例如，如图2的系统200所示，迹线231可具有阀281，该阀281可关断通过迹线231的液体流动。如果在服务器计算设备211和迹线231之间的热耦合261使得通过迹线231的液体流动需要在计算设备211从迹线231断开连接之前被停止，则这样的阀281可被利用来使得能够替换服务器计算设备211。替换地或另选地，这样的阀281可被利用来将流体引导到需要较大量的冷却的计算设备，并引导流体离开不需要冷却或需要减少冷却量的计算设备。图2中示出了如与迹线232、233、234、241、242、243和244相对应的附加阀282、283、284、291、292、293和294。此外，在一个实施例中，图2中未示出的第二阀集合可被定位在头部251和服务器与相应的迹线之间的接口之间，以防止液体的回流。

转至图3，在另一实施例中，热导管(诸如示例性热导管310)可被利用来将热331从示例性服务器计算设备330移除到大地320，由此利用地热属性来冷却服务器计算设备，诸如示例性服务器计算设备330。更具体地，并如通过图3的系统300示出的，热导管310可包括可由热导管310的外部边界并由内部渗透膜319限定的中间部分311。通常，如仅由本领域的技术人员认识到的，中间部分311可以是灯芯(wick)或其他类似的可吸收液体并可使液体能够通过其流动的材料。热导管310还可包括内腔312，该内腔312可提供气体在这样的内腔312内的自由移动。如本领域技术人员将理解的，热导管(诸如示例性热导管310)可吸收热(诸如由示例性服务器计算设备330生成的热331)，并且通过吸收这样的热，热导管中的液体可沸腾并可被转换成气体，如通过沸腾动作341示出的。作为沸腾动作341的一部分，液体可离开热导管310的中间部分311，并可逸入内腔312，其中这样的气体可移动到热导管310的相对端，因为热导管的这样的相对端可具有更低的压力。气体在内腔312内的移动通过图3中的箭头342示出。来自该气体的热可作为热350逸出热导管，从而使得该气体冷凝回成液体，如通过冷凝动作361示出的。这样的液体可随后被热导管310的中间部分311重新吸收。同时，如通过沸腾动作341示出的液体到气体的沸腾可导致中间部分311中较低压力的区域，这可使得液体流动到该区域，如通过箭头362示出的。本领域的技术人员将认识到，通过箭头362示出的液体的移动可由被称为“毛细血管作用”的效果造成。这样的已向上流动到邻近于示例性服务器计算设备330的区域的液体可随后再次被诸如来自示例性计算设备330的热331加热，并且以上描述的过程可循环，由此将热331以热350的形式从服务器计算设备330传输到地面320。如可看到的，由于通过在热导管(诸如，热导管310)中蒸发并随后冷凝液体而创建的压力，热导管可独立于引力并且实际上反着引力操作。例如，图3中示出的示例性热导管310被示为在热导管310的垂直高点处吸收热331，并随后在热导管310的垂直低点处以热350的形式释放这样的热。

虽然没有在图3中明确示出，但热耦合可存在于示例性服务器计算设备330和示例性热导管310之间，并且可促成热331从示例性服务器计算设备330到示例性热导管310的传输。在一个实施例中，这样的热耦合可包括导热板，诸如图1中示出的示例性导热板150。热耦合还可存在于示例性热导管310的另一端以促成热350从热导管310到地面320的传输。更具体地，如本领域的技术人员将知道的，在阈值深度以上，地面320的温度可保持相对恒定，并可维持低于示例性服务器计算设备330的处理组件的温度的温度。结果，地面320可吸收正由示例性热导管310提供的热350。在一个实施例中，地面320和示例性热导管310之间的热耦合可能只不是其间的物理连接。结果，特定类型的地面320可能更高效地吸收热350。例如，沙地或岩石地面可在沙子或岩石的各个体颗粒之间包括小气穴，并且这样的气穴中的每一者都可充当阻碍热350的传输的隔离体。相反，泥地或具有高地下水位的地面可在其本身和示例性热导管310之间建立连续的物理接触，并且可由此更高效地吸收和驱散热350。结果，在一个实施例中，地热冷却机制(诸如本文中描述的那些地热冷却机制)的安装可依赖于数据中心所位于的地面的类型。

如本领域的技术人员将理解的，地面320不包括无限的吸收热的能力。结果，如果太快速地将太多的热350提供到地面320，则可发展成被称为“热浸润(soak)”的情况，由此就在热导管310周围的地面320变得太热而无法接受任何其他热350，因为这样的就在热导管310周围的地面320没有被提供足够的时间来驱散由热导管310提供的热350。在一个实施例中，热导管310可被设计成避免这样的热浸润。具体地，热导管(诸如示例性热导管310)可以恒定的温度传输热。这样的温度可以是基于热导管310中的真空或压力以及所利用的液体来确定。结果，热导管310可被设计成以使得地面320可驱散热350并避免热浸润的温度操作。通过热导管设计来避免热浸润的能力还可在诸如从公共和环境机构获得用于构建并利用这样的冷却机制的相关认可时给予帮助。

转至图4，系统401和402示出用于在数据中心上下文中实现地热冷却的示例性实施例。先转至系统401，服务器计算设备411、412、413和414被示为邻近于并且被热耦合到冷基面430。冷基面430可随后还被热耦合到一个或多个地下热导管，诸如示例性地下热导管441、442和443。例如，冷基面430可包括导热材料，诸如像铜一样的金属。这样的冷基面430和一个或多个地下热导管441、442和443之间的热耦合可只不过是之间的物理连接。替换地，冷基面(诸如冷基面430)和地下热导管441、442和443中的一个或多个之间的热耦合可通过施加在它们之间的热胶或其他类似的热传输促成物来促成。

类似地，在一个实施例中，服务器计算设备411、412、413和414中的一个或多个之间的热耦合可只不过是它们之间的物理连接。例如，内部地，服务器计算设备411、412、413和414中的每一个可被构造成使得这样的计算设备的底板充当这样的计算设备的处理器的热传输机制(诸如热池)。作为一个示例，这样的计算设备的电路板可被定向成使得在该电路板的底侧上的处理器与这样的计算设备的底板物理接触，这些处理器与底板之间的接触充当其间的热耦合。随后，服务器计算设备411、412、412和414中的每一个可被定位在冷基面430上，从而使得这样的服务器计算设备411、412、413和414的底板与冷基面430直接接触，由此在服务器计算设备411、412、413和414与冷基面430之间提供热耦合。在其他实施例中，热胶或其他类似的热传输促成物可被应用在前述表面之间以进一步增加热传输。

替换地，在另一实施例中，服务器计算设备411、412、413和414可包括导热板，诸如图1中示出的示例性导热板150。这样的导热板可随后被热耦合到冷基面430。例如，如图4的示例性系统401中示出的，服务器411可包括热耦合到服务器计算设备411的一个或多个处理单元以及冷基面430两者的导热板421。服务器412、413和414可类似地包括导热板422、423和424，其可被热耦合到那些服务器计算设备的一个或多个处理单元以及冷基面430。

在通过图4的系统401示出的实施例中，服务器计算设备可被直接布置在数据中心的底板(floor)上。在另一实施例中，可利用服务器计算设备的三维取向，并可将加压气流路由通过冷基面430，并随后使其向上通过诸如以垂直机架布置堆叠的服务器计算设备。在这样的实施例中，由于地下热导管冷却的冷基面430和服务器计算设备本身的温度之间的温差可能很小，高空气流动率可能是必须的。

图4的系统402示出在提供服务器计算设备的三维取向的情况下包括服务器计算设备在垂直方向中的堆叠的替换实施例。更具体地，系统402包括地下热导管481和482，这些地下热导管不是被热耦合到冷基面(诸如冷基面430)，而是可改为延伸在该底板上方，并可被热耦合到这些地下热导管481和482可被定位在其中的冷壁470。各个体服务器计算设备(诸如例如，示例性服务器计算设备451、452、453、454、455、456、461、462、463、464、465和466)可随后被热耦合到冷壁470中的一个或多个。如本文中所利用的，术语“冷壁”意指具有足够的宽度和/或高度使得能够至少支持多个计算设备中的足够量的计算设备、触摸多个计算设备中的足够量的计算设备或与多个计算设备中的足够量的计算设备交流的任何表面区域，从而使得能够使热能从这样的多个计算设备传输到该表面。

在一个实施例中，服务器计算设备451、452、453、454、455、456、461、462、463、464、465和466中的一个或多个可包括用于将热能从这样的服务器计算设备的处理单元中的一个或多个传输到这样的服务器计算设备的可倚靠墙定位的侧板或背板的内部机制或外部机制。例如，服务器计算设备可包括可与这一服务器计算设备的处理单元及侧板或背板两者物理接触的内部热池或导热板。随后，计算设备451、452、453、454、455、456、461、462、463、464、465和466可倚靠冷壁470中的一个或多个定位，由此在计算设备和冷壁之间建立热耦合。如之前一样，服务器计算设备和冷壁470中的一者或多者之间的物理连接可包括热胶或其他类似的用于将热能从服务器计算设备传输到冷壁470中的一者或多者的促成物。通过这样的方式，如通过图4中的系统402示出的服务器计算设备既可在两个水平方向上被布置又可在垂直方向上(诸如在机架上)被堆叠。

转至图5，其中示出的系统500示出了可被应用于数据中心中的各计算设备的替换地热冷却机制。更具体地，管道系统510不需要是热导管，并且可改为是可将热531诸如从示例性服务器计算设备530传输到地面520的载运液体的管道系统。由于管道系统510不需要以恒定温度操作，因此存在热浸润的可能性。结果，在一个实施例中，分立的管道环可被利用来在地面520内建立可被交替地激活和停用的分立区域，从而考虑热浸润。更具体地并如图5的系统500所示，服务器计算设备(诸如示例性服务器计算设备530)可包括其自身和管道系统510的一部分之间的热耦合，籍此可将热531从服务器计算设备530传输到管道系统510。这样的热耦合可包括以上描述的热耦合中的任一者，包括例如图1中示出并在以上详细描述的导热板。作为示例性服务器计算设备530和管道系统510之间这种热耦合的结果，在管道系统510中载运的经冷却的液体572可吸收来自服务器计算设备530的热531并可变成经加热的液体571。泵570或其他类似的液体载运机制可使得经加热的液体571将沿着管道系统510向下移动到地面520，在地面520处，这样的经加热的液体571可经由地面520和管道系统510之间的热耦合来冷却。

在一个实施例中，经加热的液体571所采取的路径可选择性地被一个或多个阀或其他流动控制设备更改。例如图5的系统500中示出的阀541、542和543可控制经加热的液体571在管道系统510中的流动。例如，如果阀543被打开，则经加热的液体571可流动通过管道系统510的部分553，并可使得地面520的一部分523能够吸收热563。作为对比，如果阀543被关闭，但阀542被打开，则经加热的液体571可流动通过管道系统510的部分552，并可使得地面520的一部分522能够吸收热562。通过类似的方式，阀541可控制经加热的液体571通过管道系统510的部分551的流动，由此控制地面520的部分521是否吸收热561。通过这样的方式，阀(诸如阀541、542和543)可限定管道系统510的各区，诸如由管道系统510的部分551、552和553限定的各区，这些区可分别使得地面520的不同区(诸如地面520的部分521、522和523)吸收热。因此，在一个实施例中，为了最小化热浸润，由管道系统510的部分551、552和553限定的区中的至少一个可保持不活跃，并且相应的阀541、542和543中的一个可分别保持被关闭，由此防止经加热的液体571流动通过管道系统510的相应部分。例如，在一个时间段期间，仅阀541可被打开，从而使得经加热的液体571仅能够流动通过管道系统510的部分551，籍此将地面520的部分521加热。当地面520的部分521经历热浸润时，阀541可被关闭，并且阀542可被打开。那么在那时，经加热的液体571可仅流动通过管道系统510的部分552，籍此将地面520的部分522加热。当地面520的部分522经历热浸润时，阀542可被关闭，并且阀543可被打开。在被合适地设计的情况下，等到地面的部分523经历热浸润时，部分521可能已驱散了先前堆积在其中的热561，并且阀543可被关闭，且阀541可被再次打开。通过这样的方式，主动抽吸冷却装置可仍利用地热冷却，同时通过使用多个区来使热浸润最小化。

虽然附图中没有具体示出，但图5的多区管道系统500可提供与系统401和402的地下热导管相似的热传输能力。结果，在与通过图4的系统401示出的实施例相似的实施例中，并且如上详细描述的，图5的多区管道系统500可被热耦合到冷基面，诸如图4中的冷基面430，并可藉此冷却一个或多个计算设备，诸如图4的系统401中的示例性服务器计算设备411、412、413和414。类似地，在与通过图4的系统402示出的实施例相似的实施例中，并且如上详细描述的，图5的多区管道系统500可被热耦合到冷壁，诸如图4中的冷壁470，并可籍此冷却一个或多个计算设备，诸如图4的系统402中的示例性服务器计算设备451、452、453、454、455、456、461、462、463、464、465和466。

在一个实施例中，以上描述的机制中的两个或更多个可被组合在单个数据中心内。例如并参考图6中示出的示例性系统600，先前描述的液体循环对流冷却可诸如以所示的方式与先前描述的地热冷却组合。例如，以上参考的具有与图1中的液体循环对流冷却系统100中的管道110的热耦合的服务器计算设备130可使管道110内的液体变暖，从而使得经变暖的液体121上升到管道110的高点处。在通过图6的系统600示出的示例性实施例中，地下热导管(诸如，最初在图3中示出的示例性地下热导管310)可包括它与管道110之间的热耦合610。这样的热耦合610可使得能够将来自经变暖的液体121的热能传输到地下热导管310。已由地下热导管310冷却的经变暖的液体121可随后诸如按先前描述的方式在管道110内作为经冷却的液体122下降。类似地，地下热导管310可按以上详细描述的方式将从经变暖的液体121中获得的热传输到地面620，如图6中示出的热630。在这样的实施例中，地下热导管310和热管道610可充当图1中示出的系统100的冷却装置140，如以上详细描述的。结果，这样的实施例可能对其中对环境空气的容易接触(诸如在屋顶上)可能是不可用的数据中心位置是有用的。例如，在数据中心位于多层建筑的较低层使得在该数据中心上面有附加的层的情况下，通过图6的系统600示出的实施例可能是有用的。

在另一实施例中，在图6的系统600中示出的地下热导管310可被图5中示出的多区地热冷却装置中的管道系统510替换。以上描述的机制的又一些组合同样可能。

如从上面的描述可见，已经提出了基于可再生能源的数据中心冷却机制。考虑此处所述的主题的众多可能的变体，本发明要求保护落入以下权利要求书范围内的所有这样的实施例及其等效实施方式。

Claims (10)

1.一种用于同时冷却多个计算设备的系统，所述系统包括：

延伸到地面以下的大地中的热导管，所述热导管包括蒸发以吸收热能并随后冷凝以释放所述热能的液体，所述热导管的所述热能释放到地面以下的大地中；

表面，所述表面被热耦合到所述热导管，使得所述热能通过所述表面进入所述热导管，藉此使所述热导管中的所述液体蒸发，所述表面包括冷基面或冷壁中的至少一者；以及

所述多个计算设备和所述表面之间的热耦合，所述多个计算设备被布置成使得促成所述多个计算设备和所述表面之间的热耦合。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个计算设备和所述表面之间的热耦合包括所述表面和所述多个计算设备中的至少两个计算设备之间的单个第一热耦合，以及所述表面和所述多个计算设备中的至少两个其他计算设备之间的单个不同的第二热耦合。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括：

第二表面；

所述多个计算设备中的至少一些计算设备和所述第二表面之间的第二热耦合；以及

热耦合到所述第二表面的多区管道系统，所述多区管道系统包括：

第一独特部分，所述第一独特部分延伸到地面以下的大地的第一部分中；

第一阀，所述第一阀控制经加热的液体到所述多区管道系统的所述第一独特部分的流动；

第二独特部分，所述第二独特部分延伸到地面以下的大地的第二部分中，所述第二部分与所述第一部分不同并分开；

以及，第二阀，所述第二阀控制所述经加热的液体到所述多区管道系统的所述第二独特部分的流动；

其中，所述第一阀和第二阀对所述多区管道系统中的所述第一独特部分和所述多区管道系统中的所述第二独特部分中的哪一者有流动通过它的所述经加热的液体进行交替，以便避免大地的所述第一部分和所述第二部分的热浸润。

4.一种用于同时冷却多个计算设备的系统，所述系统包括：

多区管道系统，所述多区管道系统包括：

第一独特部分，所述第一独特部分延伸到地面以下的大地的第一部分中；

第一阀，所述第一阀控制经加热的液体到所述多区管道系统的所述第一独特部分的流动；

第二独特部分，所述第二独特部分延伸到地面以下的所述大地的第二部分，所述第二部分与所述第一部分不同并分开；以及第二阀，所述第二阀控制所述经加热的液体到所述多区管道系统的所述第二独特部分的流动；

其中，所述第一阀和第二阀对所述多区管道系统中的所述第一独特部分和所述多区管道系统中的所述第二独特部分中的哪一者有流动通过它的所述经加热的液体进行交替，以便避免大地的所述第一部分和所述第二部分的热浸润；

表面，所述表面被热耦合到所述多区管道系统，使得热能通过所述表面进入所述多区管道系统，所述表面包括冷基面或冷壁中的至少一者；以及

所述多个计算设备和所述表面之间的热耦合，所述多个计算设备被布置成使得促成所述多个计算设备和所述表面之间的热耦合。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述多个计算设备和所述表面之间的热耦合包括所述表面和所述多个计算设备中的至少两个计算设备之间的单个第一热耦合，以及所述表面和所述多个计算设备中的至少其他两个计算设备之间的单个不同的第二热耦合。

6.一种用于同时冷却多个计算设备的系统，所述系统包括：

载运液体的管道；

所述管道和所述多个计算设备之间的至少一个热耦合，所述至少一个热耦合使得所述液体变暖，暖液体随后在所述管道内上升；

冷却装置，所述冷却装置物理地被置于高于所述多个计算设备；

所述管道和所述冷却装置之间的热耦合，所述热耦合使得所述暖液体冷却，冷却液体随后在所述管道内下降；

其中作为所述暖液体在所述管道内上升的结果，在所述管道内抽吸所述冷液体通过所述管道与所述多个计算设备之间的至少一个热耦合。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述管道和所述多个计算设备之间的所述至少一个热耦合被置于所述管道的底部上方。

8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述管道包括多个个体环，所述多个个体环中的每一者包括仅为整个管道的一部分延伸的单个迹线，每一单个迹线被热耦合到所述多个计算设备中的至少一个计算设备。

9.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述冷却装置包括延伸到地面以下的大地中的热导管，所述热导管包括蒸发以吸收热能并随后冷凝以释放所述热能的液体，所述热导管的所述热能释放到地面以下的大地中。

10.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述冷却装置包括多区管道系统，所述多区管道系统包括：

第一独特部分，所述第一独特部分延伸到地面以下的大地的第一部分中；

第一阀，所述第一阀控制经加热的液体到所述多区管道系统的所述第一独特部分的流动；

第二独特部分，所述第二独特部分延伸到地面以下的大地的第二部分中，所述第二部分与所述第一部分不同并分开；

以及，第二阀，所述第二阀控制所述经加热的液体到所述多区管道系统的所述第二独特部分的流动；

其中，所述第一阀和第二阀对所述多区管道系统中的所述第一独特部分和所述多区管道系统中的所述第二独特部分中的哪一者有流动通过它的所述经加热的液体进行交替，以便避免大地的所述第一部分和所述第二部分的热浸润。