CN106416450A - 浸入冷却液体中的数据中心 - Google Patents

Abstract

本主题公开是针对容纳在密封容器中的数据中心或部分数据中心(例如，数据中心模块)。容器可以被填充有诸如电介质流体的冷却流体，以帮助冷却数据中心部件。容器及其内部的数据中心或数据中心部分可以被浸没在水中，在此情况下，流体还帮助均衡外部水压。

Description

浸入冷却液体中的数据中心

背景技术

随着基于云的计算和基于云的服务发展，需要提供数据中心以服务客户端顾客。顾客想要快的速度(尽可能低的延迟)用于他们的云应用。为了满足顾客，未来的数据中心需要被定位为尽可能地靠近顾客群。同时，需要考虑隐私、安全、环境条件、房地产可用性、电力接入、电力成本等。

发明内容

本发明内容被提供以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的代表性概念的选集。本发明内容不旨在标识被要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在以限制被要求保护主题的范围的任意方式被使用。

简而言之，这里描述的主题的各个方面的一个或多个方面是针对浸入冷却流体中的数据中心或部分数据中心(例如，数据中心模块)，冷却流体可以是电介质流体。容器包围和密封冷却流体以及数据中心或部分数据中心，并且热量传递子系统冷却冷却流体以及数据中心或部分数据中心。

容器可以被浸没在水中以提供水下数据中心。如果这样，内部流体也作用为均衡或充分地均衡水压。

当结合附图时，从以下详细的描述中其它优点可以变得明显。

附图说明

本发明通过示例的方式被图示并且不被限制在附图中，在附图中类似的附图标记指示相似的元件并且其中：

图1是根据一个或多个示例实现的中心或部分数据中心(例如，数据中心模块)的示例表示，在中心或部分数据中心中电介质流体被用于帮助冷却数据中心部件。

图2是根据一个或多个示例实现的浸没的数据中心或部分数据中心的示例表示，在中心或部分数据中心中其中的流体作用为均衡外部水压。

图3是根据一个或多个示例实现的冷却流体如何可以被用于从数据中心或数据中心模块传递出热量的示例表示。

图4和图5是根据一个或多个示例实现的框图，每个框图表示电介质流体如何可以被用于冷却数据中心部件的示例。

图6是根据一个或多个示例实现的模块数据中心的示例表示，模块数据中心具有斜切边以支持其中的冷却流体的密封以及诸如用于浸没的强度。

图7是根据一个或多个示例实现的包括可以被使用在将数据中心浸入冷却流体中的示例步骤的流程图。

图8是表示这里描述的各个实施例的一个或多个方面能够被实现在其中的由循环气体/容纳的流体/计算设备冷却的示例数据中心的框图。

具体实施方式

这里描述的技术的各个方面通常是针对利用电介质流体冷却数据中心(通常是包括集中管理的计算资源和相关支持系统的设备)或部分数据中心(诸如与其它模块一起提供数据中心的模块部件)。在一个或多个方面，数据中心可以填充有流体，流体可以被循环用于冷却目的。在备选方面，流体可以被应用(喷洒或滴洒)于部件，然后部件使流体沸腾为蒸气，蒸气被冷却还原为流体。

另外，数据中心可以被设计以被浸没，例如在大洋底部或任意相似水体(诸如湖泊、河流、淹没的从前的采石场等)的底部上。以这种方式，数据中心可以被部署相对靠近现有的或潜在的客户，并且以利用益于环保的可持续电力以及利用由水提供的大规模散热器的方式被定位。

如果数据中心被填充有流体，该流体将作用为均衡水压，从而在不需要特别坚固(厚金属)外壳的情况下允许数据中心被浸没在非常深的水中。作为结果，外壳可以由抗腐蚀的任意材料构建并且可以具有其它期望的属性，例如充当好的热量导体，诸如如果水压未被(充分地)均衡将在较深的压力下被压碎的某些聚合物。通过在深水中定位数据中心(诸如将其锚定或下沉至大洋底部)，数据中心被外力中心分离或损坏的风险被显著地减小。

应当理解，这里的任意示例是非限制的。例如，在一方面，被浸没的数据中心是示例的，作为例如通过下沉数据中心到水底部上或水底部附近定位数据中心的概念。可以使用包括大洋、河床、海、湖泊、深池塘等的任意水体。然而，数据中心或其任意部分(例如，模块)的浸没，仅仅是使用这里描述的技术的一种方式。这样，本发明不限于这里描述的任意特定实施例、方面、概念、结构、功能或示例。更确切地说，这里描述的任意实施例、方面、概念、结构、功能或示例是非限制的，并且本发明可以以通常提供数据中心或计算中的益处和优点的各种方式被使用。

如通常在图1的示例实现中表示的，数据中心102(或部分数据中心，诸如可以耦合至其它模块以增大数据中心容量的模块)被放置在填充有电介质流体的容器104中。流体可以被任意适合的热量传递子系统106循环，例如，使用在闭环系统中的泵抽运流体通过线圈等、通过在期望的温度和压力下(或在风扇能够移动以及冷却蒸气的情况下)由热量上升/流体蒸发导致的自然循环(例如，热导管技术)等来被循环。

容器104和热量传递子系统106(的任意外部部分)被密封使得流体不能够泄漏。应当注意，容器104表面也可以从数据中心传递出热量，并且如果内部循环足够，可以不需要外部热量传递子系统。尽管在一个或多个实现中将容器设计为被浸没，但是如果需要，外部定位包括支持更换或维修的移动部分的任意泵、风扇等可能是令人期望的。

在名称为“浸没数据中心”(代理卷号341559.01)的共同未决的专利申请中，至少部分地描述了浸没容器的各种部署和其它方面，包括用于从水中获得用于驱动数据中心的电力的方式。例如，可以使用波浪、潮汐和水流以从水中生成电力；还可以经由瀑布和包括用于浸没数据中心的风力涡轮机提供电力。另外，如能够被容易地理解的，从数据中心传递的热量可以被用于生成一些电力。

图2图示冷却流体如何还有助于容器204的压力均衡的概念。因为流体不能被(显著地)压缩，容器204不需要被设计用于出现在较深深度处的大量水压(尽管数据中心或部分数据中心202的部件的设计将需要考虑容器的内部压力)。这允许针对海洋条件而易于密封的容器材料，海洋条件可以是在盐水部署中高度腐蚀的。例如，聚合物可以被用于容器，或者作为在相对薄的金属容器上的涂层，而不需要针对其强度的厚金属。

通过提供非常有效的冷却，电介质流体实现了高密度服务器、存储和网络设备设计；作为热量排出媒介，浸入流体的冷却和传导的效率比空气的多20多倍。适合的电介质流体容易在市场上买到。矿物油是一种这样的流体，其在泄漏发生的情况下对环境不是特别有害。二氧化碳在可以在一些部署位置处存在的压力和温度下变成液体。可以使用提供期望属性的流体的混合物。

当被浸没时，浸入的冷却流体和与外部海水温度一致的散热器可以被用来将容器内部运行的电气部件保持在非常低和窄的操作范围内。如果需要，循环的速率可以被控制，然而因为相对深的水在温度上不会变化很多，热量传递子系统的设计可以使得：与空气冷却或在外部环境温度能够显著变化的较浅深度处的冷却相比，不需要或者至少不需要那么多循环控制。这将会改进硬件可靠性并且在硬件操作效率的程度上。

如通常在图3中所表示的，对于非浸没部署，或者在相对浅的水中的部署，即使数据中心302本身未填充有流体，密封的数据中心302(例如，每个模块)仍然可以通过循环其周围的流体被冷却。如果数据中心或部分数据中心302被密封在足够坚固的外壳内，那么整个容器304可以被浸没入越来越深的水中。尽管这很可能远不如将数据中心和其部件浸入在流体中有效率(例如，在容器尺寸、部件密度、循环速率等方面)，但是在图3的示例中不需要在某些状况下可能是要素的电介质流体。

图4和图5示出其中流体冷却可以以不同方式被使用的示例，即为以其液体状态被应用于部件440或550的电介质流体，该电介质流体诸如由喷洒器442(图4)喷洒或由滴洒器552(从槽554中补充)滴洒到耦合于其中的微处理器或散热器、或者例如任意部件组上。当流体击打部件440或550时，部件的热量使液体蒸发。经由容器404或504的经冷却的壁，蒸气冷却还原为液体，液体然后滴入收集器448或558中。如在图4中喷洒器442可以从收集器448抽运，或者如在图5中可以使用泵556等来抽运流体返回到槽554中。未被蒸发的任意流体(例如，击打相对冷的部件的流体)简单地滴到收集器448或558中。注意，由于容器404或504的底部能够充当收集器，不需要使用实际流体收集器。

图6图示包括被布置在阵列中的数个(例如，5个)数据中心模块的数据中心660，诸如被部署在大洋底部上。在图6的示例中，尽管模块外壳被放入单独的容器中是可行的，但是每个模块的外壳充当流体容器。每个模块被连接至电力以及诸如光纤的通信媒介以用于发送和接收数据通信。注意，模块中的任意或所有模块可以彼此耦合用于在数据中心内的通信。

示例的模块各自包括斜切边，斜切边通常提供更好的强度和密封属性。

如这里所描述的，模块可以被填充有电介质流体并且被部署。模块可以在水下被部署至其相当安全的深度和/或位置(容器将不能够在水下被打开，至少不能容易地被打开)。

水也提供用于热量从模块部件到内部流体并由此到周围的水的传导式传递的散热器。例如，热导管技术或循环加热环路可以被使用以通过被外部水在外部冷却的散热器线圈从硬件容纳槽吸取热量。以这种方式，冷却系统将热量从服务器排除至周围水体。在这些媒介中的热量传递关于保持小的温度上的变化(ΔT)是非常有效的，其能够最小化对周围生态系统的影响。

另外，对腐蚀污染敏感的数据中心部件被电介质流体保护。事实上，由于来自空气中的盐和湿度，在海洋环境中的硬件具有高故障率。

关于构建和部署，图7是示出示例步骤的流程图(注意，示例步骤中的至少一些示例步骤不需要按所示出的顺序发生)。在图7的示例中，可以是独立模块的容器被用作示例，然而应当理解，整个数据中心可以被容纳在容器或模块中，并且因此单个“模块”可以充当数据中心。事实上，在针对云服务的人口/需求不太大的情况下，单个模块(如以传统观念想到的)可以足以服务区域。

步骤702表示安装数据中心硬件部件。由于浸入式冷却，通常地，这些部件可以在每个服务器/存储单元内并且相对于彼此被更加密集地布置。这允许数据中心是紧凑的并且有效的，(从防水的外壳的角度以及电介质流体的体积的角度)这样是具成本效益的，因为外壳越大并且所需要的流体越多成本就越高。

步骤704密封除了电介质流体入口(以及如果需要诸如在填充时用于允许空气排出的任意气体出口)的容器。然后容器可以在其被填充之前被运输至其部署点(步骤706)，例如，因此其是更轻的，意味着其能够(至少更容易地)被漂浮以用于牵引/水部署等。

步骤708表示利用流体(其可以是在表面压力和温度下的气体)填充容器并且密封入口/出口。例如，如果需要大量的流体，可以经由槽来运输流体。在这时，(特别是如果在水中下沉数据中心，在执行可能期望在部署前执行的任意最终测试或检查(步骤710)之后)，容器和其部件针对部署而准备好。注意，例如如果在期望位置处的表面条件使得在那里填充容器困难，则在填充后移动容器是可行的。

步骤712表示部署，部署包括将任意外部电缆附接至模块，以及如果在水中，下沉容器。步骤714表示使用数据中心来服务用户。注意，添加电介质流体增大每个容器的重量，并且因此之前漂浮的容器现在可以能够通过设计下沉至水中。多个容器可以被布置在平台上，然后由容器的增加的重量协助与平台一起被下沉。

流体填充的数据中心旨在(至少很大程度上)是无人操纵的。这对浸没的数据中心尤其重要，浸没的数据中心可能被定位为离岸很多(例如，二十四)英里并且在大洋底部上，并且因此维修可能是及其困难的。因此，该设计在于数据中心是“不可维修的”，其中的设备和硬件被期望在活动使用期间不会发生故障。然而，随着较旧的模块被移除(例如，被分离以及被上浮以用于回收)，模块的使用允许将新模块轮转到数据中心中。

示例数据中心环境

本领域的技术人员能够理解这里描述的各种实施例和方法能够与任意数量的硬件设备结合来被实现，任意数量的硬件设备可以被部署作为数据中心的一部分或其它计算环境，并且能够被连接至任意类型的数据存储库。因此，该技术不限于传统意义中的数据中心，但是可以被用于其中某个位置附近需要计算能力并且考虑散热的任意情况中。

图8示出被示例为具有树状拓扑结构的示例浸没数据中心800(或一个数据中心模块)。多个机架802₁-802_n各自具有服务器，服务器通过顶部机架交换机804₁-804_n来通信。服务器可以包括存储，或者存储的至少一部分可以被单独地定位。随着强大的链接和交换机使树日益生长，典型的网络具有每机架二十到四十个服务器。注意，数据中心不限于树状拓扑结构，但是可以被使用在任意拓扑结构中。少量的计算能力可以被用于监控浸没数据中心传感器，运行任意风扇、泵等，操作活动调平系统等，尽管这可以利用独立机器逻辑来完成。

如图8中所表示的，每个机架顶部交换机804₁-804_n通过聚合转交换机806₁-806_k彼此耦合。以这种方式，每个服务器可以与任意其它服务器(包括在不同机架中的服务器)通信。注意，在这个示例中，较高级的聚合交换机808耦合机架级聚合交换机806₁-806_k，并且可以存在聚合交换机耦合的一个或多个附加级别。

如在图8中由圆形箭头所表示的，示例的数据中心具有可以是经由泵、风扇和/或自然循环而贯穿循环的气体和/或电介质流体。可以使用线圈、辐射器、流体泵、风扇等的热量传递子系统810将热量从数据中心/模块传递出至周围的水和/或用于在电力生成中使用。注意，模块的或数据中心的外壳本身可以被用作热量传递机构。

结论

当本发明易受各种修改和备选构造影响时，其某些示例性实施例在附图中被示出并且已经在上面被详细描述。然而应当理解，不存在将本发明限制于所公开的具体形式的意图，但是相反，本发明将覆盖在本发明的精神和范围内的所有修改、备选构造和等价方案。

除了这里描述的各种实施例，将要理解，在不从此偏离的情况下，可以使用其它相似的实施例或者可以向所描述的实施例做出修改和添加为用于执行对应实施例的相同或等价的功能。另外，多个处理芯片或多个设备可以共用这里所描述的一个或多个功能的性能，并且类似地，存储可以跨多个设备生效。相应地，本发明不限于任意单个实施例，而更确切地说，将以根据所附权利要求的宽度、精神和范围来被解释。

Claims (10)

1.一种用于有效地冷却数据中心的系统，包括：

浸入冷却流体中的所述数据中心或部分数据中心；

容器，所述容器包围和密封所述冷却流体以及所述数据中心或部分数据中心；以及

热量传递子系统，所述热量传递子系统被配置以冷却所述冷却流体以及所述数据中心或部分数据中心。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述冷却流体是电介质流体，并且其中所述数据中心或部分数据中心的部件被浸入所述电介质流体中。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述冷却流体是电介质流体，并且其中所述数据中心或部分数据中心的部件被喷洒有所述电介质流体以用于冷却。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述冷却流体是电介质流体，并且其中所述数据中心或部分数据中心的部件上被滴洒有所述电介质流体以用于冷却。

5.一种用于使用可持续电力的数据中心冷却的系统，所述系统包括：

浸没在水中的容器，其中所述数据中心或部分数据中心在所述容器内并且其中所述容器的至少一部分包含流体以减小或均衡外部水压和至少一部分的内部容器压力之间的压力差。

6.根据权利要求5所述的系统，其中所述流体包括冷却流体，并且还包括：

耦合至所述数据中心或部分数据中心或者并入所述数据中心或部分数据中心的热量传递子系统，所述热量传递子系统冷却所述数据中心或部分数据中心以及所述冷却流体。

7.根据权利要求5所述的系统，其中所述热量传递子系统包括至少一个泵，所述至少一个泵循环所述冷却流体。

8.根据权利要求5所述的系统，其中所述热量传递子系统的至少一部分使用容器表面来向水传递至少一些热量。

9.根据权利要求5所述的系统，其中所述热量传递子系统传递至少一些热量来产生电力。

10.一种用于有效地冷却数据中心的方法，所述方法包括：

密封除了一个或多个流体入口和任意一个或多个气体出口以外的容器，所述容器容纳数据中心的至少一部分；

通过至少一个流体入口利用电介质流体来填充所述容器；以及

密封所述至少一个流体入口和任意一个或多个气体出口。