CN109247082B - 包括无风扇无冷却器式液-气冷却装置的数据中心 - Google Patents

Abstract

数据中心冷却系统包括：壳体，将操作中的IT部件的电子器件机架容纳在其中；制冷剂分配单元(CDU)，位于壳体内以控制冷却液体的液流。一个或多个液体冷却设备设置在IT部件上，以从CDU接收第一液体、交换或提取从IT部件生成的热量、将第一液体转换成具有更高温度的第二液体以及将第二液体传输回到CDU。CDU联接至散热系统以将所交换的热量散至外部环境。数据中心冷却系统包括气流输送系统，该气流输送系统生成直接或间接的气流使其传播通过电子器件机架的服务器，以在没有冷却器和IT风扇的情况下将通过服务器产生的热量散至外部环境。

Description

包括无风扇无冷却器式液-气冷却装置的数据中心

技术领域

本发明的实施方式大体涉及数据中心。更具体地，本发明的实施方式涉及用于数据中心中的电子机架的无风扇无冷却器(chiller)式液-气冷却装置。

背景技术

散热是计算机系统和数据中心设计中的突出因素。高性能电子器件(诸如，封装在服务器内部的高性能CPU和GPU)的数量稳步增加，因而使得在服务器的普通操作期间生成和散发的热量的量增加。如果服务器在其中操作的环境被允许温度随着时间升高，则在数据中心内使用的服务器的可靠性会降低。对于数据中心中的这些服务器的正常操作，维持适当的热环境是至关重要的。特别在对这些高性能服务器进行冷却的情况下，需要更高效的散热方案。数据中心的电力的大部分被用于冷却系统。随着数据中心内的高密度服务器的数量增加，更多部分的电力被数据中心同等地消耗以冷却服务器内的电子器件。因此，为电子机架和数据中心设计冷却系统变得更加关键，所述冷却系统可处理不断增加的热密度并且同时可提高能量效率。

在传统的数据中心结构中，机房空调(CRAC)或机房空气处理机(CRAH)使房间再循环空气遍布数据中心房间循环。传统地，CRAC/CRAH对返回空气进行冷却并且将所冷却的空气通过鼓风机风扇供应至数据中心机房和服务器。CRAC/CRAH单元从所述空气提取热量并且将其传递至冷却器机站、冷却塔或外界大气。信息技术(IT)风扇和CRAC/CRAH鼓风机两者均用于使气流运动，从而使其路径遍及IT设备和CRAC/CRAH单元。运行服务器风扇、CRAC/CRAH风扇和冷却器需要大部分的冷却能量。省去冷却器和这些空气移动设备可实现节省大部分的冷却能量。

发明内容

本公开的实施方式提供了一种数据中心系统。

在本公开的一方面，数据中心系统包括：壳体，将操作中的信息技术(IT)部件的多个电子器件机架容纳在其中；制冷剂分配单元(CDU)，位于壳体内以控制冷却液体的液流；一个或多个冷却设备，设置在IT部件上，以从CDU接收第一液体、利用第一液体交换从IT部件生成的热量、将第一液体转换成具有较高温度的第二液体、以及将携带所交换的热量的第二液体传输回CDU，从而形成第一液体回路，其中一个或多个CDU将第一液体回路联接至散热系统以在没有冷却器单元(chiller)的情况下将所交换的热量携带至壳体外的外部环境；以及气流输送系统，生成来自较冷的/较冰冷的环境的气流使得所述气流传播通过电子器件机架的服务器，以交换由于服务器的操作而由服务器产生的热量以及以将携带所交换的热量的气流排放回壳体外的外部环境。

在本公开的另一方面，数据中心系统包括：壳体，将操作中的信息技术(IT)部件的多个电子器件机架容纳在其中；制冷剂分配单元(CDU)，位于壳体内以控制冷却液体的液流；一个或多个冷却设备，设置在IT部件上，以从CDU接收第一液体、利用第一液体交换从IT部件生成的热量、将第一液体转换成具有较高温度的第二液体、以及将携带所交换的热量的第二液体传输回到CDU，从而形成第一液体回路，其中一个或多个CDU将第一液体回路联接至散热系统以在没有冷却器单元的情况下将所交换的热量携带至壳体外的外部环境；以及气流输送系统，由非污染空气生成封闭回路气流使得所述气流传播通过电子器件机架的服务器，从而交换因服务器的操作而由服务器产生的热量，以及通过气-气热交换器将所交换的热量散除到壳体外的外部环境。

附图说明

通过示例的方式而不是限制的方式在附图的图中示出本发明的实施方式，在附图中，相同的引用物表示相同的元件。

图1是示出根据本发明一个实施方式的数据中心热管理设计的框图。

图2是示出根据本发明一个实施方式的具有间接空气冷却装置的数据中心冷却系统示意性表示的框图。

图3是示出根据本发明一个实施方式的具有直接自由空气冷却装置的数据中心冷却系统示意性表示的框图。

图4是示出根据本发明另一个实施方式的数据中心系统的框图。

图5A和图5B是示出根据本发明另一个实施方式的具有直接自由空气冷却装置的数据中心系统的框图。

图6是示出根据本发明另一个实施方式的具有直接自由空气冷却装置的数据中心系统的框图。

图7是示出根据本发明一个实施方式的电子器件机架的示例的框图。

具体实施方式

将参考以下所讨论的细节来描述本发明的各种实施方式和方面，附图将示出所述各种实施方式。以下描述和附图是对本发明的说明，而不应当解释为限制本发明。描述了许多特定细节以提供对本发明各种实施方式的全面理解。然而，在某些情况下，并未描述众所周知的或常规的细节以提供对本发明的实施方式的简洁讨论。

本说明书中对“一个实施方式”或“实施方式”的提及意味着结合该实施方式所描述的特定特征、结构或特性可以包括在本发明的至少一个实施方式中。短语“在一个实施方式中”在本说明书中各个地方的出现不必全部指同一个实施方式。

根据一些实施方式，无风扇和无冷却器式数据中心包括结合了液-液热交换器和气-气热交换器的冷却系统。数据中心包括房屋或机房，以将操作中的信息技术(IT)部件的多个机架容纳在其中。数据中心包括一个或多个制冷剂分配单元(CDU)，位于机房内以控制冷却液的液流供应。冷却液从CDU流至设置在IT部件上的一个或多个冷却设备，以接收从而交换从IT部件生成的热量以及将热量返回到CDU从而形成封闭的液体回路。液体回路热联接至散热系统，所述散热系统在没有冷却器单元的情况下，将所交换的热量携带至房屋外部的外部环境。在一个实施方式中，数据中心的气-气热交换器包括气流输送系统，该气流输送系统生成从较冷/较冰冷的外部环境通过电子机架的服务器，从而交换由于服务器的操作而由服务器生成的热量的气流，以及将携带所交换的热量的气流排放至房屋外部的外部环境。

在一个实施方式中，数据中心的气-气热交换器包括气流输送系统，该气流输送系统生成气流，该气流传播通过电子机架的服务器的空间从而交换由于服务器的操作而由服务器生成的热量；以及利用环境空气将所述交换的热量移至外部环境。

图1是示出根据本发明一个实施方式的数据中心系统的框图。在该示例中，图1示出用于数据中心的冷却系统的概况。根据一个实施方式，数据中心100容纳在建筑物或房屋101中。数据中心100包括机架105。机架105包括电子器件(例如，服务器，包括诸如处理器、存储器和/或存储设备的IT部件)，该电子器件可划分为：液体冷却电子器件111；以及空气冷却电子器件113(例如，母板上的液体冷却是不可行或不切实际的其他部件)。空气冷却电子器件113经由气流循环系统与直接/间接式空气热交换器119交换热量，或者将热量散至直接/间接式空气热交换器119以将所交换的热量移到外部环境或外部环境108。例如，空气热交换器119可以是直接式热交换器，诸如一组入口风扇和出口风扇，以将气流从外部环境引导到房屋101中以及将所交换的热量携带回到外部环境或外部环境108。

液体冷却电子器件111通过冷却液115交换热量。在一个实施方式中，冷却液115在封闭回路液体线路116内循环。冷却液115将所交换的热量循环成从液体冷却电子器件111的服务器IT部件通过液体冷却设备到达液-液热交换器117(例如，CDU)。液-液热交换器117可将冷却液115热联接至第二液体线路118，以使所交换的热量散至外部冷却塔/干燥塔/冷却器150。

空气冷却电子设备113通过直接/间接式空气热交换器119交换热量。直接式空气热交换器可包括直接自由气流，该直接自由气流从外部环境到数据中心建筑物中以将热负荷携带回到外部环境108之外。间接式空气热交换器可包括热联接第二气流以交换热量的封闭回路气流。在一个实施方式中，通过空气冷却电子设备113生成的热量包括从机架的服务器的IT部件生成的热量和/或从液体线路传递的热量(冷的液体线路和热的液体线路两者均可能根据实际操作温度将热量传递至空气)。

图2是示出根据本发明一个实施方式的具有间接空气冷却装置的数据中心冷却系统的框图。在该示例中，数据中心100容纳在房屋101中。数据中心100包括液体冷却系统。液体冷却系统包括设置在服务器机架105的服务器的IT部件上的一个或多个液体冷却设备205(例如，IT部件冷却板)。液体冷却设备205利用第一液体携带从IT部件生成的交换热量，从而将第一液体转化为具有更高温度的第二液体，以及将携带所交换的热量的第二液体传输至CDU 203以形成液体回路116。CDU 203包括可表示图1的液-液热交换器117的液/液(液-液)热交换器。CDU 203可将热量交换到连接至液体冷却塔/干燥塔150的第二液体线路118。液体冷却塔/干燥塔150位于房屋101的外部，因此，所交换的热量可散至房屋101外部的环境108。在另一个实施方式中，液体线路118可以是液体回路。

在一个实施方式中，CDU 203包括泵、储液器和泵控制器(未示出)，该泵控制器(未示出)联接至热交换器204以使液体线路/回路116的液体和/或液体线路/回路118的液体循环。在一个实施方式中，泵控制器基于IT部件的所感测的温度控制泵的速度，从而控制液流速率。在另一个实施方式中，泵控制器可基于IT部件的工作量控制液流速率。在另一个实施方式中，CDU 203可布置于建筑物房屋101的外部，使得数据中心100仅包括单个液体线路，诸如，液体线路/回路116。

在一个实施方式中，数据中心100包括气流输送系统以生成封闭回路气流210，从而最小化外部污染、使得气流210传播穿过电子机架的服务器以交换由于服务器的操作而由服务器生成的热量、以及通过气-气热交换器207(例如，间接式蒸发式冷却单元)将所交换的热量移至房屋101外部的外部环境108。在封闭回路内流动的空气与外部环境108隔离开。气/气(气-气)热交换器207将从回路中的暖空气210携带的热量与外部环境空气(例如，较冷空气)交换。在一个实施方式中，气-气热交换器207处于横流式配置，使得第一气流垂直于气-气热交换器的第二气流，但是与所述第二气流分离。在另一个实施方式中，气-气热交换器207处于逆流式配置，使得第一气流平行于气-气热交换器的第二气流，但是与所述第二气流相反。第一气流与第二气流分离，例如，第一气流和第二气流可经由空气管道系统/空气通道分离。假设外部环境108的环境温度低于电子器件机架105内的所设计的操作温度范围。否则，可能需要用冷却器来与气-气热交换器一起工作。气-气热交换器207的位置可在建筑物/房屋101旁边或在建筑物/房屋101的顶部上。

图3是示出根据本发明一个实施方式的具有直接自由空气冷却装置的数据中心冷却系统的框图。数据中心100包括与图2的液体冷却系统相似的液体冷却系统。在一个实施方式中，数据中心100包括气流输送系统，以生成来自外部环境108的直接气流310以使得所述气流310：传播通过电子机架的服务器从而交换由于服务器的操作而由服务器生成的热量，以及将携带所交换的热量的气流排放至外部环境108从而将所交换的热量移至外部环境108。在该实施方式中，空气循环配置为开放回路式配置。空气循环可配置为通过空气管道系统从外部环境108吸取环境空气。所述空气可被处理以减小或除去污染物，诸如过滤、加湿和/或除湿，以变成较清洁的空气。较清洁的空气接着传播穿过在每个电子器件机架105中的服务器的IT部件之间的空间，以交换从IT部件生成的热量从而生成暖空气。暖空气接着排放回到外部环境108。假设外部环境108的环境温度低于电子器件机架105内的环境温度。否则，与冷却器相关联的间接式空气冷却系统或者直接式膨胀系统配合可能更为合适。

图4是示出根据本发明一个实施方式的数据中心系统的框图。在该示例中，图4示出数据中心的至少一部分的俯视图。参照图4，根据一个实施方式，数据中心系统400包括多排IT部件、设备或仪器401至402的电子机架，例如，向各种客户端提供数据服务的计算机服务器。数据中心系统400可以是图1的数据中心100。在该实施方式中，数据中心系统400包括布置在排401和排402中的电子机架，诸如电子机架410A至410N。然而，可实现为更多或更少的电子机架。通常，排401至402在前端彼此面对且后端彼此远离的情况下平行对准，从而在中间形成通道403以允许管理人员在其中行走。然而，还可应用其他配置或布置。

在一个实施方式中，数据中心系统包括与电子机架(例如，电子机架410A至410N)中的每一个对应的壳体，以将操作中的多个信息技术(IT)部件的电子机架容纳在其中。电子机架可包括散热液体歧管、多个服务器插槽以及能够插入到服务器插槽中和从服务器插槽中移除的多个刀片服务器。每个刀片服务器包括共同地称作IT部件的处理器、存储器和/或永久性存储设备(例如，硬盘)，其中该刀片服务器表示计算机服务器。散热液体歧管提供来自外部散热系统420或者来自热联接至外部散热系统420的一个或多个CDU 422的散热液体。例如，CDU 422可位于房屋内，以控制流至设置在IT部件上的一个或多个冷却设备以除去热量的散热液体流速。一个或多个冷却设备接收来自CDU 422的第一液体，以：利用第一液体交换从IT部件生成的热量、将第一液体转化为具有更高温度的第二液体、以及将携带所交换的热量的第二液体传输回到CDU 422从而形成第一液体回路。CDU422经由第二液体回路或液体线路热联接至散热系统420，以除去来自第一液体回路的热量。在另一个实施方式中，CDU 422位于房间货柜的外部，使得仅存在一个液体线路使冷却液在房间货柜的内部循环。在另一个实施方式中，设置在IT部件上的一个或多个冷却设备是安装在IT部件上的液体冷却板。注意，散热系统420可联接至多个数据中心系统，诸如，数据中心系统400。

在一个实施方式中，相应CDU可布置在每个电子机架附近或者可布置成邻近机架之一，以除去来自刀片服务器的热量。在另一个实施方式中，散热系统420包括连接至冷却塔的外部液体回路或者位于建筑物/房间货柜的外部的干燥冷却器。散热系统420可包括但不限于：蒸发式冷却装置、自由空气冷却装置、对大热质量的抑制以及废热回收设计。

在一个实施方式中，在不影响散热液体歧管和服务器机架上的剩余刀片服务器的操作的情况下，每个刀片服务器模块化地联接至散热液体歧管，使得刀片服务器可从电子机架移除。在另一个实施方式中，每个刀片服务器通过快速松脱式(quick-release)联接组件联接至散热液体歧管，该快速松脱式联接组件具有联接至柔性管的第一液体入口连接器和第一液体出口连接器以将散热液体分配至IT部件。第一液体入口连接器经由第二液体入口连接器从安装在电子机架的后端上的散热液体歧管接收散热液体。第一液体出口连接器经由第二液体出口连接器将携带从IT部件交换的热量的较暖或较热液体传送至散热液体歧管，之后回到电子机架内部的CDU或CDU 422。在一个实施方式中，第一液体入口连接器和第一液体出口连接器能够向外部延伸至服务器托盘的外部，以分别连接至第二液体入口连接器和第二液体出口连接器以及与之断开，其中该第二液体入口连接器和第二液体出口连接器固定地设置在电子机架的后端上的散热液体歧管组件上。在另一个实施方式中，柔性管是螺纹管(corrugated hose)。

在一个实施方式中，设置在每个电子机架的后端上的散热液体歧管联接至液体供应线路432，以从散热系统420接收散热液体。散热液体从IT部件除去热量。所得的携带从IT部件交换的热量的较暖或较低热液体经由液体返回线路431传输回到散热系统420。液体供应线路432称作数据中心液体供应线路(例如，全局液体供应线路)，其向排401至402中的全部电子机架供应散热液体。根据一个实施方式，热交换器的初级回路联接至液体供应线路432和液体返回线路431。热交换器的次级回路联接至电子机架的液体歧管。液体歧管包括成对的分别联接至液体供应歧管和液体返回歧管的液体入口连接器和液体出口连接器的阵列。如一个实施方式，液体歧管的每对液体入口连接器和液体出口连接器联接至刀片服务器之一的相应一对液体入口连接器和液体出口连接器。

在一个实施方式中，数据中心系统400包括气流输送系统，诸如，空气供应系统435，以生成气流使得所述气流传播穿过电子机架的服务器，从而交换由于服务器的操作而由服务器生成的热量以及将经热量交换的气流排放至房屋/机房/建筑物101的外部环境108。例如，空气供应系统435生成冷空气/冰冷空气的气流，该气流从通道403循环通过服务器机架410A至410N以带走交换的热量。具有所交换的热量的暖空气/热空气从机房/建筑物101排出。在另一个实施方式中，空气供应系统435形成封闭回路气流，以使得空气流传播穿过电子机架的服务器，以交换由于服务器的操作而由服务器生成的热量，以及在不移除房屋/建筑物空气的情况下，通过气-气热交换器(未示出)将所交换的热量移至房屋外部的外部环境。注意，空气供应系统435可联接至多个数据中心系统，诸如，数据中心系统400。

图5A和图5B是示出根据本发明另一个实施方式的具有直接自由空气冷却装置的数据中心系统的框图。在该示例中，图5A中示出数据中心系统的剖视图或侧视图，而图5B中示出数据中心系统的俯视图。参照图5A，数据中心系统500包括壳体结构，诸如机房或货柜，以容纳成排的IT设备或仪器501至503的机架，在该示例中，为提供数据服务的计算机服务器。虽然仅示出三排机架501至503，但是可施加更多或更少的排。电子机架501至503的排以这样的方式布置，其使得在每两排之间形成通道，在该示例中，包括热空气通道505A至505B以及冷空气通道506A至506B。电子机架501至503可以是图4的电子机架410A至410N。

在一个实施方式中，数据中心系统500包括CDU 203，该CDU 203位于壳体内以控制冷却液的液体流动。CDU 203将冷却液分布至设置在电子机架501至503的IT部件上的一个或多个冷却设备，以除去从IT部件生成的热量。CDU 203联接至换热单元，使得所交换的热量被移除至液体冷却塔/干燥塔150。

在一个实施方式中，数据中心系统500还包括风扇/过滤单元510(也称作数据中心系统的空气供应系统)(510还可包括图中未示出的加湿或除湿单元)。空气供应系统510配置为将新鲜的、可能被污染的且未调节的空气(也称作外部空气108)从外部环境吸入或吸取到数据中心系统的壳体中。空气供应系统510可包括一个或多个入口风扇以及一个或多个空气过滤器、加湿器和/或除湿器，其中，入口风扇吸取外部空气108，空气过滤器、加湿器和/或除湿器以对外部空气108进行过滤、加湿和/或除湿从而生成过滤空气。过滤器可减小外部空气108中的粒子或污染物的一部分。

根据一个实施方式，数据中心系统500还包括气流输送系统，该气流输送系统配置为基于冷空气520生成气流，从而输送冷空气520的气流，以冷却成所述多排的电子机架501至503。在该示例中，气流输送系统包括第一通道或隧道或空间525，以将冷空气520输送至容纳所述多排的电子机架501至503的壳体。在一个实施方式中，第一通道525可包括设置在支撑所述多排电子机架501至503的地板或表面504(例如，活动地板)下面的一个或多个空气管道。多个进入端口(例如，多孔砖)531A至531B可设置在地板504的各种位置上，以允许冷空气520的气流流动到壳体中。在一个实施方式中，冷空气520可直接地供应至活动地板(raised floor)。

在一个实施方式中，进入端口531A至531B布置和设置在地板504的冷空气通道506A至506B的底部附近或所述底部处。选择性地，一个或多个风扇可安装在至少一些进入端口531A至531B上，以将冷空气520从通道525向上吸取或吸入到冷空气通道506A至506B中。例如，冷空气从冷通道506A被吸入至热空气通道505A，从而传播穿过排501的服务器。由于热量交换的影响，流动到热空气通道505A中的气流具有比在冷空气通道506A中接收的气流的温度更高的温度。由于液体冷却和热/冷空气通道气流设计，服务器可在没有服务器风扇的情况下进行操作。

根据一个实施方式，壳体的顶板(ceiling)507包括一个或多个退出端口(开口或窗口)532A至532B，该退出端口设置在热空气通道505A至505B的顶部附近或所述顶部上，以允许热空气或暖空气向上排放到第二通道或隧道或空间526中，其中所述热空气或暖空气将经由风扇514被引导至外部环境。风扇可选择性地设置或安装在至少一些出口532A至532B上，以将热空气或暖空气从热空气通道505A至505B排放至隧道526。对于多排电子机架501至503，冷空气通道506A至506B和热空气通道505A至505B以交替的方式配置。在一个实施方式中，多排电子机架501至503以特定配置布置，在所述配置中，每排夹在冷空气通道和热空气通道之间。多排电子器件机架501至503分别布置成使得大部分冷空气520将从冷空气通道506A至506B通过电子器件机架501至503的服务器流动到热空气通道505A至505B。在该实施方式中，较冷空气从数据中心系统500的一侧被吸取，并且较暖空气从数据中心系统500的另一侧往回排放至外部环境。

注意，仅出于例示的目的示出和描述如图5A至图5B所示的数据中心系统500的配置。也可应用部件的其他配置或布局。空气供应系统510可相对于数据中心系统500的壳体定位在各种位置。例如，空气供应系统510可定位在壳体的外部(例如，位于地板上或者相距遥远或相距远的位置)，并且冷空气520可通过联接至通道525的管/空气管道被输送。空气供应系统510可相距数据中心100的侧壁进行定位。可存在其他配置。还注意，图5A的配置可通过使空气在封闭回路内循环而容易地转换成间接的空气冷却系统。换言之，从风扇514排放的空气经由封闭的通道往回馈送至气/气交换器，并且经由风扇/过滤器或空气供应系统510循环回到数据中心系统中。

图6是示出根据本发明另一个实施方式的具有直接自由空气冷却装置的数据中心系统的框图。参照图6，在该示例中，数据中心包括与图5A的液体冷却系统相似的液体冷却系统。数据中心600包括气流输送系统，所述气流输送系统包括位于货柜/壳体的顶板上方以将冷空气520输送到容纳多排电子器件机架501至503的壳体中的第一通道或隧道或空间525。电子器件机架501至503可以是图4的电子器件机架410A至410N。第一通道525可包括形成设置在货柜/壳体的顶板上方的空气管道的一个或多个管或管子。多个插入端口可设置在顶板的各种位置上以允许冷空气520的气流流到壳体中。

在一个实施方式中，壳体的顶板包括一个或多个退出端口(开口或窗口)，所述退出端口设置在热空气通道505A至505B的顶部附近或者设置在所述顶部上，以允许热空气或暖空气向上排出到第二通道或隧道或空间526中，其中所述热空气或暖空气将经由风扇514指向外部环境。第一空间和第二空间可以是单独的空间，例如，第一空间和第二空间可通过空气管道隔开。风扇可选择性地设置或安装在出口532A至532B中的至少一部分上，以将热空气或暖空气从热空气通道505A至505B排放到隧道526中。冷空气通道506A至506B和热空气通道505A至505B相对于多排电子器件机架501至503以交替的方式配置。在一个实施方式中，多排电子器件机架501至503以特定配置布置，在所述特定配置中，每排夹在冷空气通道和热空气通道之间。多排电子器件机架501至503分别布置成使得大部分冷空气520将通过电子器件机架501至503的服务器从冷空气通道506A至506B流动到热空气通道505A至505B。还注意，图6的配置可通过使空气在封闭回路内循环而容易地转换成间接的空气冷却系统。换言之，从风扇514排放的空气经由封闭的通道返回馈送至气/气交换器，并且经由风扇/过滤器或空气供应系统510返回循环到数据中心系统中。

图7是示出根据本发明一个实施方式的电子器件机架的侧视图的框图。电子器件机架700可表示图4的多排电子器件机架410A至410N中的任意电子器件机架。参照图7，在一个实施方式中，电子器件机架700包括CDU 701(可选的)、机架管理单元(RMU)702以及一个或多个刀片服务器703A至703D(统称为刀片服务器703)。刀片服务器703可分别从电子器件机架700的前端704插入服务器插槽(slot)的阵列中。注意，虽然图7中示出仅存在四个刀片服务器703A至703D，但是在电子器件机架700内可保持有更多或更少的刀片服务器。还注意，仅出于例示的目的示出CDU 701(可选的)、RMU 702和刀片服务器703的特定位置；还可实现为CDU 701(可选的)、RMU 702和刀片服务器703的其他布置或配置。还可实现为以其他IT设备(诸如，开关)作为网络设备。

在一个实施方式中，CDU 701包括热交换器711、液态泵712、储液器(未示出)以及泵控制器710。热交换器711可以是液-液热交换器。热交换器711包括具有联接至外部液体供应线路131至132以形成初级回路的第一对液体连接器的第一管，其中，联接至外部液体供应线路131至132的连接器可设置或安装在电子器件机架700的后端705上。此外，热交换器711还包括具有联接至液体歧管725的第二对液体连接器的第二管，所述液体歧管725可包括用于将冷却液供应至刀片服务器703的供应歧管以及用于将较暖液体返回回到CDU701的返回歧管。

刀片服务器703中的每一个可包括一个或多个IT部件(例如，中央处理单元或CPU、图形处理单元(GPU)、存储器和/或存储设备)。每个IT部件可执行数据处理任务，其中，IT部件可包括安装在存储设备中、加载至存储器中以及被一个或多个处理器运行以执行数据处理任务的软件。刀片服务器703可包括联接至一个或多个计算服务器(也称为计算节点)的主机服务器(称为主节点)。主机服务器(具有一个或多个CPU)通常通过网络(例如，互联网)与客户端交互，以请求特定服务，诸如存储服务(例如，基于云的存储服务，诸如备份和/或恢复)，从而运行应用以执行某些操作(例如，图像处理、深度数据学习算法或模型等作为软件即服务(software-as-a-service)或SaaS平台的一部分)。响应于所述请求，主机服务器向通过主机服务器管理的计算服务器(具有一个或多个GPUs)中的一个或多个分配任务。计算服务器执行在操作期间可能生成热量的实际任务。

电子器件机架700还包括配置为提供和管理供应至服务器703A至703D和CDU 701的电力的RMU 702。RMU 702可联接至电力供应单元(未示出)，以管理电力供应单元的电力消耗以及进行电力供应单元的其他热管理(例如，冷却风扇)。电力供应单元可包括必要电路(例如，交流(AC)到直流(DC)或DC到DC电力转换器、电池、变压器或调整器等)，以向电子器件机架700的剩余部件提供电力。

在一个实施方式中，RMU 702包括工作量计算器或计算模块721以及机架管理控制器(RMC)722。工作量计算器721联接到至少一部分刀片服务器703，以接收表示刀片服务器的工作量的工作量信息以及计算刀片服务器的总工作量。基于总工作量，RMC 722配置为向CDU 701的泵控制器710发送信号或数据，其中所述信号或数据指示刀片服务器703所需的工作量。基于刀片服务器703的工作量，泵控制器710控制液态泵712的速度，这转而控制供应至待分配到至少一部分刀片服务器703的液体歧管的散热液体的液流速率。

具体地，根据一个实施方式，工作量计算器721联接至主机服务器中的每一个以从主机服务器接收工作量信息，其中所述主机服务器向一个或多个计算服务器分配任务。工作量信息可包括指示计算服务器在执行任务时将可能消耗的电力(例如，瓦特)的信息。在一个实施方式中，主机服务器在向计算服务器分配任务之前将工作量信息传送至工作量计算器721，使得液流速率在计算服务器的温度上升之前被调整。

此外，根据另一个实施方式，RMC 722还至少联接至计算服务器，以周期性地或不断地监视计算服务器的操作温度以及基于操作温度动态地进一步调整散热液体的液体流速。计算服务器中的每一个可包括热传感器，以感测计算服务器的一个或多个处理器的操作温度。热传感器可直接附接至处理器或附接至处理器的散热器的主体。因此，直接地测量的温度表示处理器的温度，而不是服务器周围的操作环境的环境温度。基于处理器的温度调整散热液体的液体流速，而不是基于环境温度或返回液体的温度。

在一个实施方式中，电子器件机架700包括供冷空气流入的第一开口或入口以及供暖空气/热空气流出电子器件机架700的第二开口或出口。第一开口和第二开口可分别位于电子器件机架的前部、背部。在另一个实施方式中，第一开口和第二开口可位于电子器件机架的侧部、顶部或底部。

在一个实施方式中，液体冷却系统配置为消除通过服务器的较高的电力消耗部件(例如，CPU、GPU)产生大部分热量，而空气冷却系统配置为消除通过液体冷却系统不可行的或无法可靠地消除的由下部电力消耗部件(例如，存储器、存储设备、母板)产生的热量以及从更高的电力消耗部件辐射的热量。通过将液体冷却系统和空气冷却系统结合，可不需要常规地安装在刀片服务器或电子器件机架上的各个风扇。然而，如果需要，电子器件机架的电力供应单元和/或网络设备可能仍然需要利用风扇冷却。

注意，上面描述的冷却方法可应用于各种不同类型的数据中心，例如，传统的托管数据中心和新建数据中心。托管数据中心是其中设备、空间和带宽适用于出租给零售客户的一类数据中心。托管数据中心为其他公司的服务器、存储装置和联网设备提供空间、电力、冷却和物理安全，并且利用最小的成本和复杂性将它们联接至各种电信和网络服务提供者。新建数据中心是指在之前不存在的位置中构建和配置的数据中心。以上描述的方法还可应用于性能优化的数据中心(POD)、便携的按需式数据中心或货柜式(container)数据中心或者协同它们一起工作，在所述货柜式数据中心中，服务器的机架容纳在一个或多个单独的货柜、模块化空间或模块化壳体中。

前述附图中所描绘的过程或方法可以由处理逻辑来执行，所述处理逻辑包括硬件(例如，电路、专用逻辑等)、软件(例如，体现在非暂时性计算机可读介质上)或两者的组合。尽管所述过程或方法在上文是依据一些顺序操作来描述的，但是应当了解，所述操作中的一些可以按不同的顺序执行。此外，一些操作可以并行地执行而不是顺序地执行。

在以上的说明书中，已经参考本发明的具体示例性实施方式对本发明的实施方式进行了描述。将显而易见的是，在不脱离所附权利要求书中阐述的本发明的更宽泛精神和范围的情况下，可以对本发明做出各种修改。因此，应当在说明性意义而不是限制性意义上来理解本说明书和附图。

Claims (12)

1.一种数据中心系统，包括：

壳体，将操作中的信息技术部件的多个电子器件机架容纳在所述壳体中；

制冷剂分配单元，位于所述壳体内以控制冷却液体的液流；

一个或多个冷却设备，设置在所述信息技术部件上，以从所述制冷剂分配单元接收第一液体、利用所述第一液体交换从所述信息技术部件生成的热量、将所述第一液体转换成具有更高温度的第二液体、以及将携带所交换的热量的所述第二液体传输回所述制冷剂分配单元，从而形成第一液体回路，其中，所述一个或多个制冷剂分配单元将所述第一液体回路联接至散热系统，以在没有冷却器单元的情况下将所交换的热量携带至所述壳体外的外部环境；

气-气热交换器，位于所述外部环境中，并且由非污染空气生成冷空气；以及

气流输送系统，包括封闭回路，

其中，所述冷空气经过所述气-气热交换器从所述外部环境进入所述封闭回路，并且被吸入到所述冷空气通道、传播通过所述电子器件机架的一排服务器、到达热空气通道从而交换因所述服务器的操作而由所述服务器产生的热量以形成暖空气，所述暖空气经由所述封闭回路返回所述气-气热交换器并通过所述气-气热交换器排放到所述外部环境，

其中，从所述气-气热交换器进入的所述冷空气形成的第一气流与从所述气-气热交换器排放的所述暖空气形成的第二气流在所述气-气热交换器中隔开。

2.如权利要求1所述的数据中心系统，其中，所述气流输送系统包括第一空间和第二空间，所述第一空间和所述第二空间位于所述壳体的顶板附近，使得所述冷空气循环通过所述第一空间到达所述电子器件机架的服务器然后循环通过所述第二空间，其中所述第一空间与所述第二空间隔开。

3.如权利要求1所述的数据中心系统，其中，所述气流输送系统包括第一空间和第二空间，所述第一空间位于所述壳体的地板下方，所述第二空间位于所述壳体的顶板上方，使得所述冷空气循环通过所述第一空间、通过所述电子器件机架的服务器然后通过所述第二空间，其中所述第一空间与所述第二空间隔开。

4.如权利要求1所述的数据中心系统，其中，所述气-气热交换器定位在所述壳体的外部。

5.如权利要求1所述的数据中心系统，其中，所述气-气热交换器处于横流配置，使得所述气-气热交换器的所述第一气流垂直于所述气-气热交换器的所述第二气流，其中所述第一气流与所述第二气流隔开。

6.如权利要求1所述的数据中心系统，其中，所述气-气热交换器处于逆流式配置，使得所述气-气热交换器的所述第一气流与所述气-气热交换器的所述第二气流相反但是平行于所述第二气流，其中所述第一气流与所述第二气流隔开。

7.如权利要求1所述的数据中心系统，其中，所述电子器件机架中的每一个包括：

散热液体歧管组件，提供散热液体，所述散热液体歧管联接至所述制冷剂分配单元；

多个刀片服务器，分别容纳在多个服务器插槽中，每个刀片服务器中包括代表服务器的信息技术组件，其中所述刀片服务器中的每一个联接至所述散热液体歧管以从所述散热液体歧管接收较冷液体，从而散去通过所述信息技术部件产生的热量以及将携带从所述信息技术部件交换的热量的较暖液体传输回到所述散热液体歧管。

8.如权利要求7所述的数据中心系统，其中，所述刀片服务器中的每一个模块化地联接至所述散热液体歧管，使得所述刀片服务器能够在不影响所述散热液体歧管以及所述服务器上的剩余刀片服务器的操作的情况下从所述电子器件机架移除。

9.如权利要求1所述的数据中心系统，其中，所述制冷剂分配单元包括：

热交换器，将由所述较暖液体携带的热量与通过外部散热系统供应的外部较冷液体交换；

液体泵，将所述较冷液体泵送到所述散热液体歧管中；

泵控制器，联接至所述液体泵；以及

储液器，联接至所述液体泵。

10.如权利要求9所述的数据中心系统，其中，所述泵控制器基于所述信息技术部件的温度控制液体流速。

11.如权利要求9所述的数据中心系统，其中，所述泵控制器基于所述信息技术部件的工作量控制液体流速。

12.如权利要求1所述的数据中心系统，其中，所述一个或多个冷却设备是安装在所述信息技术部件上的一个或多个液体冷却板。

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