CN106465561A - 浸没式数据中心 - Google Patents

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Abstract

本公开内容涉及一种浸没到比如海洋之类的水体中的可以由模块(102(19‑102(n)))组成的浸没式数据中心。该浸没促进数据中心的冷却以及提供对数据中心免受在表面或者附近存在的环境条件的保护。可以从数据中心的热生成功率，并且由水体或者在水体附近生成(例如，经由波浪、潮汐、风、洋流、温差)的功率可以用来帮助向数据中心供应功率。

Description

浸没式数据中心
背景技术
随着基于云的计算和基于云的服务增长，需要提供数据中心以服务于客户端客户。客户想要它们的云应用有速度快(最低可能延时)。为了满足客户，将来的数据中心需要被定位为尽可能接近客户基地。同时，需要对隐私、安全性、环境条件、不动产可用性、功率接入、功率成本等给予考虑。
发明内容
提供这一发明内容以用简化的形式介绍以下在具体实施方式中进一步描述的对代表性概念的选择。这一发明内容没有旨在于标识要求保护的主题内容的关键特征或者实质特征，也没有旨在于以将限制要求保护的主题内容的范围的任何方式被使用。
简言之，这里描述的主题内容的各种方面中的一个或者多个方面涉及一种被配置用于在被浸没于水中之时操作的数据中心。数据中心的电部件在密封的容器中。数据中心至少部分被水冷却。
其它优点可以从在与附图结合进行时的以下具体描述变得清楚。
附图说明
在附图中通过示例举例说明而不是限制本发明，在附图中，相似标号指示相似单元，并且在附图中：
图1是根据一个或者多个示例实现方式的搁放在水体的底部上的(在多个模块中配置的)浸没式数据中心的示例表示。
图2是根据一个或者多个示例实现方式的被锚定到水体的底部的部分浸没式数据中心模块的示例表示。
图3A和图3B是根据一个或者多个示例实现方式的在三维中被布置的浸没式数据中心模块的示例表示。
图4是根据一个或者多个示例实现方式的被布置为在平台上组装并且随着平台沉没的浸没式数据中心模块的示例表示。
图5A至图5C是表示根据一个或者多个示例实现方式的被耦合为向数据中心提供至少一些需要的功率的基于水的功率源的示例的框图。
图6是根据一个或者多个示例实现方式的生成了热由此用来生成功率的浸没式数据中心的示例表示。
图7是根据一个或者多个示例实现方式的被耦合到风驱动的涡轮的基部或者被并入到该基部中的数据中心的示例表示。
图8A和图8B是根据一个或者多个示例实现方式的模块如何可以被设计用于强度和保护的示例表示。
图9是根据一个或者多个示例实现方式的包括可以在部署浸没式数据中心时使用的示例步骤的流程图。
图10是表示这里描述的各种实施例的一个或者多个方面可以被实施到其中的由循环气体/流体容纳/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种方面总体上涉及提供和/或部署数据中心(一般为包括集中地管理的计算资源和有关的支持系统的设施)，该数据中心被设计为例如浸没在海洋底部或者任何相似的深水体(比如湖泊、河流、淹没的先前采石场等)的底部上。数据中心可以被部署得相对地接近当前和潜在客户，并且以利用也环境友好的可持续功率并且利用由水提供的大规模散热器这样的方式被定位。通过将数据中心定位在深水中(比如将其锚定或者将其沉没到海洋底部)，显著地减少了外力对数据中心的脐带拆分(umbilicaldetachment)或者损坏的风险。
应当理解，这里的示例中的任何示例是非限制的。例如，海洋浸没式数据中心被举例说明作为例如通过将数据中心沉没来将它们定位在海洋底部上的概念。然而，除了海洋之外的水体提供相似的益处，并且如果海洋底部在别的方面希望的位置太不平坦则可以使用锚定而不是沉没。如这里所用，“底部”是指任何水体的底，例如，海洋底部、河床、海床、湖底等。这样，本发明不限于这里描述的任何具体实施例、方面、概念、结构、功能或者示例。实际上，这里描述的实施例、方面、概念、结构、功能或者示例中的任何实施例、方面、概念、结构、功能或者示例是非限制的，并且可以用在数据中心和一般为计算中提供益处和优点的各种方式使用本发明。
如在图1的示例实现方式中一般地表示的那样，多个(例如模块式)数据中心模块102(1)-102(8)可以被浸没以搁放在任何水体的底部上。模块不是必需的，然而模块性具有一些优点，包括能够经由使用适当数目的模块将数据中心设定大小至不同人口、在模块生命周期结束时更换、便携性、安全性(例如，模块可以被划分成公用模块或者私用模块而在它们之间没有通信、等等)。另外，模块性允许易于制造；需要几乎两年来开发和部署定制的数据中心，这在许多情形中是不利的，并且模块性可以加速部署而降低价格。
关于部署，数据中心模块可以被拖动到它的希望的位置、耦合到线缆敷设和任何其它数据中心模块并且以任何数目的方式(比如通过附着重物、向压载箱添加水等等来沉没。在数据中心模块可能需要维修或者更换的情况下，可以去除重物以允许数据中心漂浮。注意，在常规人类潜水能力以下的深度，可能需要机械以去除重物/附着管道以将空气抽到压载箱中和从压载箱抽出水。相似地，更可能需要维修的任何部件(比如具有活动零件(如泵)的部件)可能需要冗余性和/或被设计为外部地可附着。
图2示出了一个备选实现方式，其中数据中心模块202(1)-202(8)自行略有浮力，但是经由锚定在希望的定向和模式(例如，调平和在线条或者阵列模式中均匀地分布)中被锚定到底部。如可以容易地认识到的那样，锚定促进将数据中心部署到具有不规则地形的底部。注意，深度可以被预映射，从而使得可以用适当长度设计锚链等以在希望的定向保持数据中心。一般而言，浸没式数据中心需要被安全地锚定(如图1中那样通过它自己的重量或者如图2中那样通过沉重的附着的重物)以避免移动位置和从(电和光纤互联网)服务线缆敷设拆分。
如被理解的那样，在图1和图2中描绘八个模块是仅用于说明目的的任意数目。例如，可以浸没单个数据中心(该数据中心无需是模块式)上至任何实用的数目。
在图1和图2中未示出线缆敷设，但是如被理解的那样，功率源和(例如，光纤)数据通信连接被耦合到每个数据中心模块。另外，数据中心模块(例如，102(1)-102(8)或者202(1)-202(8))中的任何或者所有数据中心模块可以被相互耦合以用于高度地高效内部通信，包括通过任何有线或者无线连接。在功率来自陆地的情况下，可以布置线缆敷设，从而使得单个护套(jacket)包围功率线缆和光纤通信线缆敷设二者，由此仅需使用一个卷轴，并且不同线缆不能在部署期间相互阻挡。另外，可以通过功率线缆来传输/接收通信信号中的至少一些通信信号。
图3A和图3B示出了由在三维阵列中的浸没式模块组成的数据中心的配置。在模块之间示出了一些示例间距以促进冷却，然而，在模块之间的这样的间距可以不是必需的。
图4示出了用于在例如在完成组装操作时可控地沉没的平台442上组装数据中心模块440的另一备选。平台442可以被设计为首先漂浮并且随着添加来自数据中心模块的重量而变得部分地浸没。备选地，平台442可以通过向它填充水来被降低。平台可以自调平。
除了浸没数据中心的其他优点之外，很大百分比的世界人口生活在海洋或者其它相对深的水体附近，由此浸没数据中心提供将数据中心接近地定位到用户，例如，客户和/或私人企业的雇员。另外，不同于漂浮数据中心，从在水面以下(具体地在相对深的深度)获得优点。例如，漂浮数据中心被暴露于可能引起失去功率和维修连接的多种风险，包括易受引起普通海洋膨胀(这给与功率的连接和光纤互联网主干带来压力)的天气(海洋风暴、风、波浪、漂浮物体、电击)、潮汐和海洋洋流影响、来自商业海运的事故、捕鱼和游船交通、易于从空气或者海洋表面侦察并且因此更易于确定目标和/或上船、增加海盗、毁坏、破坏或者间谍的风险。
更多其它优点包括出于隐私和安全考虑，一些政府规定它们的云服务数据被存储在它们自己国家内。从地区“兆数据中心”服务于多个国家因此并非总是一个选项。在其他时候，在国际水体中部署数据中心可以是有利的。
一般而言，数据中心被浸没越深，数据中心就越少易受这样的风险。实际上，许多基于陆地的数据中心未被构建为耐受恶劣天气并且有由于威胁(如潮涌起伏、泛滥)所致的损坏和故障以及其它风/水力损坏的风险。
注意，部分浸没式数据中心和/或在相对浅的水中浸没的数据中心以冒有碰撞或者从它的功率源和互联网拆分风险的方式易受海洋洋流、捕鱼网、锚和潜水艇的影响。然而，在一些情形中，部分浸没式数据中心和/或在相对浅的水中浸没的数据中心可能是希望的，并且因此这里被描述为“浸没式”的技术也适用于部分浸没式数据中心和/或在相对浅的水中浸没的数据中心。仅作为一个示例，可以在瀑布以上或者以下部分地浸没或者在瀑布以上或者以下的相对浅的水中浸没数据中心；瀑布可以提供功率，并且浸没提供冷却。
可以使用任何数目的用于向浸没式数据中心提供功率的方式，包括从常规的基于陆地的功率源开动功率。然而，也存在用于使用在水中部署的功率源(包括基于海洋的功率源(比如从潮汐或者海洋洋流生成的功率))的机会；一般而言，它减少用于在功率的使用附近生成功率的成本。
在图5A中将波浪功率550举例说明为向数据中心552供应功率，并且在图5B中将潮汐功率554举例说明为向数据中心556供应功率；潮汐功率是很可预测的。太阳能功率是另一适当备选，但是可能地作为在其中需要许多兆瓦的数据中心中的其它功率源的补充。可以使用核能、燃烧能等等。实际上，任何功率源都可以被使用、组合等等。可以存储功率生成容量以用于在能源较低时的时间，例如，在比如基于潮汐、海洋洋流和/或波浪的可变功率充沛时，可以从水分离氢以用于以后在需要时用于功率的燃料电池中使用。如果到功率网的功率连接存在，则可以出售过量功率和/或如果击垮基于陆地的功率源的紧急情况出现则可以减少数据中心消耗而输出海洋提供的功率以用于其它目的。注意，可以在浸没式数据中心附近处理和使用氘以提供功率；数据中心的热可以用来帮助处理。
图5C示出了使用经由基于温度差的生成器558、经由与表面较近的比较深的水较暖的水的功率生成。在图5C中，由数据中心560生成的热例如可以用来增加温差。
另一种使用热的方式是更直接地从它生成功率。例如，如图6中所示，可以捕获和使用从数据中心660产生的热以向涡轮(例如，示出了两个，被标注为662和664)供应功率。可以例如选择气体用于与数据中心的热和周围水温一起使用以在希望的温度从气体改变成液体和相反。在任何情况下，数据中心无论直接地还是间接地通过比如图6中所示的让它的热传送到另一机构而被水冷却。
图7示出了数据中心770或者数据中心的至少部分的部署，该数据中心被耦合到离岸风涡轮功率生成器772(具有涡轮772A和基部772B)。如果基部772B被设计为容纳水，则数据中心可以被并入到(浸没于)基部中。注意，可以包括向陆地和/或向相似地部署的其它模块传输通信中的一些通信的天线可以被布置在涡轮772A附近。注意任何浸没式或者部分浸没式功率生成系统可以类似地让数据中心被耦合到它或者被并入到它中。
图7也示出了可以如何经由包括任何泵、风扇、热传送线圈774等的热传送子系统从数据中心向水传送热。可以经过数据中心/模块循环气体或者流体和/或可以经过穿过模块的密封的管道抽运(或者随着热产生而自然地拉动)来自外界环境的水。由服务器、存储装置和网络设备以及任何风扇或者泵填充的任何数据中心生成热，并且该热需要从设备传送走，否则硬件有过热和出故障的风险。然而，这种热可能引起环境影响，并且对以减轻不利影响的方式支出热给予考虑。例如，不会在环境敏感区域(比如礁石)附近部署数据中心。
冷却可以基于经由风扇或者泵循环气体或者流体。然而，可以取代具有活动零件并且因此更易受故障的风扇或者泵或者除了风扇或者泵之外还使用非活动零件。例如，热管技术和/或在闭合系统中使用自然蒸汽和/或热上升的其它技术可以用于冷却。
取决于数据中心被浸没的深度，需要对水压给予考虑。一种用于使数据中心更强以防故障的方式是如在图8A的模块880中一般地表示的那样在模块中的每个模块上使用倒棱边缘/拐角而不是直角。这也可以帮助避免捕鱼网等阻碍模块，但是用于保护模块以避免阻碍、冲撞等等的另一备选是用外罩(比如半球形圆顶等)覆盖一个或者一组模块。
可以使用如在图8B中一般地表示的双壳设计。水侵可以由在壳部分之间的空间882中的传感器组(图8B中的一个或者多个各种传感器“s”中的任何传感器)检测。可以类似地感测压强改变。注意，在内壳与外壳之间的空间可以由其电阻将随着任何水侵而改变的电介质流体填充，由此传感器可以检测如果有泄漏并且确实如此，则可以评估改变速率以确定是否缓慢或者显著泄漏正在出现。多于两个壳(部分)可以用于进一步保护。
为了至少其计划生命周期而需要密封数据中心/数据中心模块以防泄漏和抗腐蚀(特别地在盐水部署中)。可以例如用聚合物等等涂覆金属，或者模块可以由聚合物构建。注意，电部件实际地需要被密封以防水侵，并且可以例如被放入在模块内的一个(或者多个)密封的容器内。
进而另外，如在名称为“Datacenter with Immersion Cooling Liquid”的共同未决专利申请(代理案号341559.01)中一般地描述的那样，数据中心的内部(和在多个壳之间的任何空间)可以用除了空气之外的电介质流体填充。这提供均衡的压强(或者基本上均衡的)并且通过循环流体，从部件传送走热。注意，利用这样的均衡的压强，一个或者多个壳无需具体地是厚的或者甚至由金属制成，这促进使用具有良好抗腐蚀性质的材料。
图9是示出了与部署浸没式数据中心有关的示例步骤的流程图。在图9的示例中，模块被用作示例，然而将理解，可以在一个外罩中容纳整个数据中心，并且因此单个“模块”可以用作数据中心。实际上，在对于云服务的人口/需求不是太大时，单个模块(如在常规意义上考虑的那样)可以足以服务于地区。
步骤902表示组装模块，无论是在工厂或者(至少在某个程度上)在现场完成。步骤904将模块移动到希望的位置、比如通过拖动它们或者拖动支撑它们的平台。如果使用平台(步骤906)，则模块可以被预配置以用于使用并且在平台上被拖动或者被提起到平台上、装配到平台或者彼此并且被组装以用于在平台上使用(例如，如希望的那样耦合在一起和/或耦合到平台)。任何耦合(例如，步骤908)可以是用于为了稳定而将模块紧固在一起和/或紧固到平台的物理耦合以及用于相互模块通信以根据部件模块提供数据中心的电耦合。
步骤910表示将外部线缆敷设附着到模块，这包括到陆地的光纤通信线缆和任何功率连接。注意，可以向水下功率源进行功率连接，并且因此功率线缆敷设可以在水下数据中心模块被浸没(或者在它们正在被浸没之时)之后被耦合到模块。
步骤912表示向模块填充电介质流体(如果将在给定的场景中使用流体填充的模块)。注意，在移动模块之后填充它们以保持它们更轻、使它们可拖动(例如，可漂浮)等等可能是有利的。注意，在取回时，可以在保证返回装运之前清空电介质流体；这可以通过从模块抽出流体(这可以使模块变轻，从而将帮助漂浮和/或卷动模块回到表面)或者通过在被卷动回到表面之后清空卷入的满模块。
步骤914表示执行可能在将数据中心沉没之前希望执行的任何最终测试或者检查；(注意，可以当在步骤912向模块填充电介质流体之前进行测试中的一些测试)。然而，可以用模块中的电介质流体执行其它测试，比如泄漏测试。
步骤916表示如果有则与数据中心在其上的平台一起将数据中心或者数据中心部分沉没。注意，沉没操作可以利用向模块填充流体，也就是说，电介质流体的重量可以用来将数据中心和/或平台沉没。步骤914表示使用浸没式数据中心以服务于用户。
注意，以上示例步骤无需按照所示顺序出现。例如，可以希望在连接线缆敷设之前至少部分地将数据中心模块沉没。实际上，在其中需要更多容量的情形中，一个或者多个附加模块可以在现有浸没式数据中心旁边被沉没并且被耦合到该数据中心。这还允许在较旧模块被去除(例如，拆分和上浮以用于回收)时将新模块旋转到数据中心中。
正如可见，描述了一种其中数据中心被配置用于在被浸没在水中之时操作(包括通过让电部件在密封的容器中)的技术。数据中心至少部分被水冷却。
数据中心可以包括多个模块，每个模块被配置用于浸没在水中。可以在阵列中布置模块。
数据中心可以并入有或者被耦合到至少一个泵和/或风扇，以通过向水和/或向另一机构传送热(例如，用于功率生成)来循环气体和/或冷却数据中心。
数据中心可以接收由水(例如，从波浪、水流和/或潮汐改变)生成的至少一些功率。由水生成的功率可以基于在较冷的水与较暖的水之间的温差，并且由数据中心生成的至少一些热可以用来增加温差。由数据中心生成的至少一些热可以用来更直接地生成功率。
数据中心可以被定位在平台上，并且随平台被浸没。数据中心可以被耦合到或者并入到基于浸没的、风驱动的涡轮或者其它功率生成系统中。
在一个或者多个方面中，数据中心模块被配置用于浸没在水中，其中数据中心模块包括在密封的壳中容纳的电部件。热传送子系统被配置为从壳传送走热。
壳可以包括至少两个壳部分，其中在每个部分之间有间距。传感器组(一个或者多个传感器)可以位于在部分中的两个部分之间的间距内以检测任何水侵。壳可以包括倒棱边缘。
热传送子系统的至少部分可以使用壳表面以向水传送热。热传送子系统可以包括用于在壳内循环流体和/或气体的至少一个泵和/或风扇。热传送子系统可以从壳传送走至少一些热以用于在生成功率时使用。
一个或者多个方面涉及部署浸没式数据中心，包括将数据中心的至少部分定位在水体之上的希望的位置，并且将数据中心的至少部分沉没。将数据中心的至少部分沉没可以包括向数据中心的至少部分和/或向支撑数据中心的至少部分的平台添加重量。一旦被浸没，数据中心就被操作用于服务于用户。
示例数据中心环境
本领域技术人员可以认识到，可以与任何数目的硬件设备结合来实施这里描述的各种实施例和方法，这些硬件设备可以被部署为数据中心或者其它计算环境的部分，并且可以被连接到任何种类的一个或者多个数据存储库。因此，该技术不限于常规意义的数据中心，而是可以被使用在其中在某个位置附近需要计算能力并且考虑散热的任何情形中。
图10示出被举例说明为具有树状拓扑的示例浸没式数据中心1000(或者一个数据中心模块)。多个机架10021-1002n各自具有通过机架顶部交换机10041-1004n通信的服务器。服务器可以包括存储装置，或者存储装置的至少部分可以位置分离。典型网络具有每机架二十至四十个服务器，沿着树向上有越来越强大的链路和交换机。注意，数据中心不限于树状拓扑，而是可以被使用在任何拓扑中。少量计算能力可以用来监视浸没式数据中心传感器、开动任何风扇、泵等等、操作活跃调平系统等等，但是这可以用分离机器逻辑来完成。
如在图10中表示的那样，每个机架顶部交换机10041-1004n通过一个或者多个聚合交换机10061-1006k相互耦合。以这一方式，每个服务器可以与任何其它服务器(包括在不同机架中的服务器)通信。注意，在这一示例中，更高级别聚合交换机1008耦合机架级别聚合交换机10061-1006k，并且可以有一个或者多个附加级别的聚合交换机耦合。
如在图10中由圆箭头表示的那样，举例说明的数据中心让气体和/或电介质流体在整个数据中心内被循环，这可以经由泵、风扇和/或自然循环。可以使用线圈、辐射器、流体泵、风扇等等的热传送子系统1010从数据中心/模块向周围的水传送走热和/或用于在功率生成中使用。注意，模块的或者数据中心的壳本身可以用作热传送机制。
结论
尽管本发明易有各种修改和备选构造，但是在附图中示出并且以上已经详细地描述了本发明的某些所示实施例。然而，应当理解，没有旨在于使本发明限于公开的具体形式，而是恰好相反，旨在于覆盖落入本发明的精神实质和范围内的所有、备选构造和等效物。
除了这里描述的各种实施例之外，将理解，可以使用其它相似实施例或者可以对描述的实施例做出修改和添加用以于执行对应的实施例的相同或者等效功能，而未脱离它们。进而另外，多个处理芯片或者多个设备可以共同执行这里描述的一个或者多个功能，并且相似地，可以跨多个设备实现存储装置。因而，本发明将不限于任何单个实施例，而是实际上将根据所附权利要求在广度、精神实质和范围上被解释。

Claims (10)

1.一种系统，包括：
数据中心，所述数据中心被配置用于在被浸没在水中之时操作，包括通过让电部件在至少一个密封的容器中，并且其中所述数据中心至少部分被所述水冷却。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述数据中心包括多个模块，每个模块被配置用于浸没在水中，包括通过密封所述模块或者所述模块的所述电部件以免水侵。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述数据中心并入有或者被耦合到至少一个泵或者风扇或者这二者，以循环气体或者流体或者气体和流体二者，以通过向所述水或者向另一机构或者这二者传送热来冷却所述数据中心。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述数据中心被耦合为接收由所述水生成的至少一些功率。
5.一种系统，包括：
数据中心模块，所述数据中心模块被配置用于浸没在水中，所述数据中心模块包括在密封的壳中容纳的电部件和被配置为从所述密封的壳传送走热的热传送子系统。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述密封的壳包括至少两个壳部分，其中在每个部分之间有间距，并且还包括位于在所述至少两个壳部分之间的所述间距内以检测任何水侵的传感器组。
7.根据权利要求5所述的系统，其中所述密封的壳包括倒棱边缘。
8.根据权利要求5所述的系统，其中所述热传送子系统的至少部分使用所述密封的壳的表面以向所述水传送热。
9.根据权利要求5所述的系统，其中所述热传送子系统从所述密封的壳传送走至少一些热以用于在生成功率时使用。
10.一种方法，包括：
部署浸没式数据中心，包括将所述浸没式数据中心的至少部分定位在水体之上的希望的位置，以及将所述浸没式数据中心的所述至少部分沉没。
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