JP2016042350A - システムおよびラック - Google Patents

Abstract

【課題】ラックに着脱される情報処理装置に対して、メンテナンスの容易な液冷手段を提供する。
【解決手段】１又は複数のブレードサーバー３を設置可能なラック１に、ブレードサーバーを着脱可能に固定する固定部と、ラック外から供給される冷却液をラック内部に通過させた後にラック外部に導くパイプ１３であって、固定部によってブレードサーバーが固定された状態で、ブレードサーバーが備える熱源の少なくとも何れかに熱接続された伝熱ブロック３６に熱接続されるパイプと、パイプに熱接続されることで、パイプ内を流れる冷却液とラック内の空気との間の熱交換を促進させる熱交換器と、を備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、ラックに設置可能な情報処理装置に関する。

従来、サブボードの一側部に、電気的な接続を行うためのターミナルを設け、マザーボードに、ターミナルが差し込まれる複数列のソケットを設け、サブボードの回路基板およびヒートパイプが回路基板に対して電気的に絶縁された一対の金属板によって挟み付けられるとともに、ヒートパイプの少なくとも一方の端部が金属板の端部にまで延び、サブボードの演算素子の熱をヒートパイプによって金属板の一端部側に運んで放熱させるように構成される、電子部品の実装構造が提案されている（特許文献１を参照）。

特開２０１３−０６９０８７号公報

従来、使用によって発熱する情報処理装置に関して、種々の冷却技術が提案されている。特に、サーバー等の、比較的発熱量の多い情報処理装置の冷却には、冷却性能の高い冷却手段として、水冷方式が採用される場合がある。

しかし、情報処理装置の使用に際しては、電子部品に水等の液体がかかることを避けなければならないため、水冷用の装置から液体漏れが発生しないように細心の注意を払う必要がある。特に、ラックから着脱される情報処理装置（ブレードサーバー等）において水冷方式を採用する場合には、水路の配管が複雑となることから、メンテナンスのために情報処理装置がラックから着脱される際に、冷却液や冷媒の流路が破損してしまう可能性や、漏水による機器故障、および人体の感電等の危険性がある。このため、一旦冷却液や冷媒の流通を止める等してから、情報処理装置を着脱する必要がある。

本発明は、上記した問題に鑑み、ラックに着脱される情報処理装置に対して、メンテナンスの容易な液冷手段を提供することを課題とする。

本発明は、上記した課題を解決するために、以下の手段を採用した。即ち、本開示の一例は、１または複数の情報処理装置と、前記１または複数の情報処理装置を設置可能なラックと、を備えるシステムであって、前記ラックは、前記情報処理装置を着脱可能に固定する固定部と、該ラック外から供給される冷却液を該ラック内部に通過させた後に該ラック外部に導くパイプと、を備え、前記情報処理装置は、前記固定部によって固定される被固定部と、該情報処理装置が備える熱源の少なくとも何れかに熱接続された伝熱ブロックであって、前記固定部によって該情報処理装置が固定された状態で前記パイプに熱接続される伝熱ブロックと、を備える、システムである。

なお、本発明は、ラックの発明、情報処理装置の発明、およびラックに情報処理を設置する方法の発明としても把握することが可能である。

本発明によれば、ラックに着脱される情報処理装置に対して、メンテナンスの容易な液冷手段を提供することが可能となる。

実施形態に係るシステムの概略を示す側面図である。 実施形態に係るシステムの概略を示す平面図である。 実施形態において伝熱ブロックがパイプに熱接続される様子を示す図である。

以下、本開示に係るシステム、情報処理装置およびラックの実施の形態を、図面に基づいて説明する。但し、以下に説明する実施の形態は、実施形態を例示するものであって、本開示に係るシステム、情報処理装置およびラックを以下に説明する具体的構成に限定するものではない。実施にあたっては、実施形態に応じた具体的構成が適宜採用され、また、種々の改良や変形が行われてよい。

＜システム構成＞
図１は、本実施形態に係るシステムの概略を示す側面図である。また、図２は、本実施形態に係るシステムの概略を示す平面図である。本実施形態に係るシステムは、１または複数のブレードサーバー３を搭載可能なラック１と、該ラック１に搭載される１または複数のブレードサーバー３とを備える。なお、図中の破線矢印は送風方向、破線でない矢印はブレードサーバー３の挿入方向を示す。

ラック１は、エンクロージャー１１、固定部１２、パイプ１３、付勢部１４、熱交換器１５、ファン１６、電源供給用または通信用の配線１７、ラック側コネクター１８および扉１９を備える。また、ラック１の外には、パイプ１３内を流れる冷却液を冷却するための冷却装置９が設置され、ラック１に備えられたパイプ１３が接続される。本実施形態では、冷却液として水が用いられるが、その他の液体が用いられてもよい。また、冷却装置９は、冷却液を冷却可能な装置であればよく、冷却液の冷却には、空冷方式の他、地下水・海水・土壌等の熱容量の大きな排熱先を用いる方式やヒートポンプ等、様々な冷却方式が採用されてよい。

ブレードサーバー３は、シャーシ（ブレードサーバー筐体）３１、基盤３２、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の熱源３３、被固定部３４、ヒートパイプ３５、伝熱ブロック３６、空気取込部（ファン）３７および情報処理装置側コネクター３８を備える情報処理装置である。なお、ブレードサーバー３は、熱源３３として他にＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）および補助記憶装置等も備えてよいが、図示は省略する。また、ブレードサーバー３は、略立方体の外形を有するシャーシ３１内に基盤３２が収められた構造を有しており、この基盤３２に、熱源３３、伝熱ブロック３６、情報処理装置側コネクター３８等が搭載される。

本実施形態において、エンクロージャー（ラック筐体）１１は、背面壁１１ｒ、上面壁１１ｔ、底面壁１１ｂおよび左右の側面壁１１ｓを有し、このためラック１は略立方体の外形を有する。但し、エンクロージャー１１の形状は立方体に限定されない。エンクロージャー１１は、熱交換器１５によって冷やされた空気をエンクロージャー１１内にある程度留めることが出来るものであればよく、気密性の高いものでなくてもよい。また、エンクロージャー１１の背面壁１１ｒには、電源・通信用配線１７が収納されたボックス、ラック側コネクター１８およびパイプ１３が固定される。また、エンクロージャー１１の上部および下部には、パイプ１３を通すための孔が設けられている。

また、エンクロージャー１１の前面には、扉１９が設けられており、ブレードサーバー３の通常の運用時には閉じられている。扉１９は、ブレードサーバー３のメンテナンスを行う際に開放されることで、ブレードサーバー３が収容されるラック１内部へのアクセスを可能とする。また、扉１９は、閉じられることでエンクロージャー１１内部の空気の独立度を高め、エンクロージャー１１内部において冷却された空気が外部に洩れることを防ぐ。

パイプ１３は、ラック１外に設置された冷却装置９から供給される冷却液をラック１内部に導入し、ラック１内部を通過させた後に、ラック１外部の冷却装置９に導くための、冷却液の流路である。流路の途中にはポンプ８が設けられ、ラック１内と冷却装置９との間で冷却液を循環させる。上述のように、パイプ１３を通す為の孔は、エンクロージャー１１の上部および下部に設けられている。そして、パイプ１３およびポンプ８は、冷却装置９によって冷却された冷却液がエンクロージャー１１の下部の孔側のパイプ１３から導入され、ラック１内の冷却に用いられた冷却水が、エンクロージャー１１の上部の孔側のパイプ１３から冷却装置９に戻されるように設置される。即ち、パイプ１３およびポンプ８は、冷却液がラック１の内部で下側から上側に向かって流れるように配置される。

また、パイプ１３の素材には熱伝導性の高い素材が用いられる。本実施形態では、パイプ１３は円筒状の金属管である。また、パイプ１３はビニール等の素材で被覆されてもよい。但し、少なくともサーバー側の伝熱ブロック３６と熱接続される部分、および熱交換器１５が設けられる部分は、熱伝導を妨げないために、被覆されないか、または熱伝導率の高い素材で被覆されることが好ましい。

本実施形態において、パイプ１３は、一番上のブレードサーバー３の伝熱ブロック３６が接触する箇所より上の部分、および一番下のブレードサーバー３の伝熱ブロック３６が接触する箇所より下の部分の夫々に蛇腹構造を有する。このような蛇腹構造を有することで、本実施形態に係るパイプ１３の、伝熱ブロック３６に熱接続される部分は、可動である。

付勢部１４は、パイプ１３のうち、ブレードサーバー３の伝熱ブロック３６が接触する箇所を含む部分、即ち、伝熱ブロック３６に熱接続される部分を、伝熱ブロック３６方向に付勢する。本実施形態では、付勢部１４にバネが採用されるが、その他の手段が採用されてもよい。付勢部１４は、ブレードサーバー３が固定されていない状態において、パイプ１３を、ブレードサーバー３が固定された場合の伝熱ブロック３６の位置に保持する。このようにすることで、ブレードサーバー３が固定された場合に伝熱ブロック３６によってパイプ１３が押されて付勢部１４（バネ）が縮み、付勢部１４はパイプ１３を伝熱ブロック３６方向に付勢する。即ち、本実施形態では、パイプ１３の一部を可動とし、更に付勢部１４を備えることで、パイプ１３と伝熱ブロック３６との密着度を向上させている。

熱交換器１５は、パイプ１３に熱接続されることで、パイプ１３内を流れる冷却液とラック１内の空気との間の熱交換を促進させる。本実施形態では、熱交換器１５として、金属製のフィンを有するラジエーターが採用される。但し、熱交換器１５には、パイプ１３内を流れる冷却液とラック１内の空気との間の熱交換を促進させるものであれば、二重管式熱交換器等、その他の手段が採用されてもよい。また、熱交換器１５は、パイプ１３のうち、伝熱ブロック３６が熱接続される部分よりも、冷却液の流れにおいて上流側（即ち、ラック１下部）に設けられる。これは、温度がより低い状態（伝熱ブロック３６からの熱を受け取る前の状態）の冷却液とラック１内空気との間で熱交換を行わせ、熱交換の効率を高めるためである。また、本実施形態では、ファン１６が、冷却液と空気との間での熱交換が促進されるように、熱交換器１５のへラック１内の空気を送る。但し、ファン１６は省略されてもよい。

空気取込部（ファン）３７は、熱交換器１５を介して冷却液と熱交換された空気を、該ブレードサーバー３の内部に取り込む。

伝熱ブロック３６は、ブレードサーバー３が備える熱源３３の少なくとも何れかに、ヒートパイプ３５を介して熱接続される。ヒートパイプ３５は、熱源３３において発生する熱を伝熱ブロック３６に収集する。また、伝熱ブロック３６は、固定部１２によってブレードサーバー３が固定された状態で、パイプ１３に熱接続される。伝熱ブロック３６の、パイプ１３に接する部分は、伝熱ブロック３６とパイプ１３との密着度を高める為に、パイプ１３の外形に沿う形状を有してよい。本実施形態では、上述の通りパイプ１３は円筒状であるため、伝熱ブロック３６のパイプ１３に接する部分は、円筒状のパイプ１３の外周に沿う円弧の凹形状を有する。

図３は、本実施形態において伝熱ブロック３６がパイプ１３に熱接続される様子を示す図である。伝熱ブロック３６とパイプ１３とは、伝熱性の素材（シム、スペーサー）を介して熱接続される。本実施形態では、伝熱ブロック３６とパイプ１３とは、５０ワットパーメートルケルビン（Ｗ／（ｍ・Ｋ））以上の熱伝導率を有するシリコンラバーシート５（変形可能で、パイプ１３と伝熱ブロック３６との間を埋めることができる素材）を介して熱接続される。具体的には、「ＭＡＮＩＯＮ ５０α」（商品名）等のシリコンラバーシートを用いることが出来る。なお、本実施形態では、伝熱ブロック３６とパイプ１３とがシリコンラバーシート５を介して熱接続される例について説明しているが、伝熱ブロック３６とパイプ１３との間に挟まれる素材は、熱接続可能な素材（例えば、１．０ワットパーメートルケルビン（Ｗ／（ｍ・Ｋ））以上の熱伝導率を有する素材）であればよく、シリコンラバーシート５に限定されない。例えば、伝熱ブロック３６とパイプ１３とは、グリースを介して熱接続されてもよい。

シリコンラバーシート５は弾性素材であり、伝熱ブロック３６とパイプ１３との間に挟まれて押圧された状態で変形することによって、伝熱ブロック３６および該パイプ１３に密着するため、熱接続が空気等によって遮断されることなく、効率の高い放熱を行うことが出来る。なお、伝熱ブロック３６および該パイプ１３に密着する伝熱性の素材は、シリコンラバーシート５に限定されない。例えば、上述したグリースによっても、伝熱ブロック３６および該パイプ１３に密着し、空気等によって熱伝導が遮断されることを防ぐことが出来る。

また、伝熱ブロック３６とパイプ１３との間に介在する素材（本実施形態では、シリコンラバーシート５）は、ラック１側（即ち、パイプ１３表面）に貼付けられる等して固定されていてもよいし、ブレードサーバー３側（即ち、伝熱ブロック３６表面）に貼付けられる等して固定されていてもよい。また、伝熱素材（本実施形態では、シリコンラバーシート５）ラック１にもブレードサーバー３にも固定されず、ブレードサーバー３をラック１に固定する際に設置されることとしてもよい。

ラック１の固定部１２およびブレードサーバー３の被固定部３４は、連携することで、ブレードサーバー３を、ラック１に対して着脱可能に固定する。本実施形態において、固定部１２と被固定部３４には、一方が他方に嵌合する構造や、一方が他方を挟持する構造が採用される。但し、ブレードサーバー３をラック１に固定する手段には、その他の手段が採用されてもよい。また、本実施形態において、固定部１２は、ラック側コネクター１８を収容するハウジングを兼ねており、被固定部３４は、情報処理装置側コネクター３８を収容するハウジングを兼ねている。

このため、ラック側コネクター１８および情報処理装置側コネクター３８は、ラック１の固定部１２によってブレードサーバー３の被固定部３４が固定された状態で、配線１７をブレードサーバー３に電気的に接続させる。即ち、本実施形態によれば、固定部１２および被固定部３４によるブレードサーバー３の設置と、伝熱ブロック３６とパイプ１３との間の熱接続と、情報処理装置側コネクター３８とラック側コネクター１８との接続とが連動して行われる。

＜作業手順＞
次に、本実施形態において、ラック１に対してブレードサーバー３を着脱する作業の手順を説明する。ラック１のエンクロージャー１１の側面壁１１ｓには、ブレードサーバー３を水平にエンクロージャー１１内に差し込む際のガイドとなるレールが設けられている（図示は省略する）。作業者は、ブレードサーバー３を設置する際には、このレールにブレードサーバー３の側面を合わせてから、レールに沿ってブレードサーバー３をラック１内に挿入する。

ここで、ラック１の固定部１２は、エンクロージャー１１の背面壁１１ｒに設けられており、ブレードサーバー３の被固定部３４は、ブレードサーバー３の奥（ブレードサーバー３がラック１内に挿入される場合の進行方向側）であって、ブレードサーバー３が挿入された場合にラック１の固定部１２に嵌合する位置に設けられている（図２を参照）。そして、上述の通り、本実施形態において、固定部１２は、ラック側コネクター１８を収容するハウジングを兼ねており、被固定部３４は、情報処理装置側コネクター３８を収容するハウジングを兼ねている。

また、パイプ１３は、エンクロージャー１１の背面壁１１ｒ側であって固定部１２と干渉しない位置に、付勢部１４によって保持されており、伝熱ブロック３６は、ブレードサーバー３の奥（ブレードサーバー３がラック１内に挿入される場合の進行方向側）であって、ブレードサーバー３が挿入された場合にパイプ１３をラック１の背面壁１１ｒ方向に押すことが出来る位置に設けられている（図２を参照）。

このため、作業者が、レールに沿ってブレードサーバー３をラック１内に挿入すると、ブレードサーバー３の被固定部３４がラック１の固定部１２に嵌合し、同時に、情報処理装置側コネクター３８とラック側コネクター１８とが電気的に接続され、パイプ１３と伝熱ブロック３６が熱接続される。

ブレードサーバー３をラック１から除去する際には、作業者は、レールに沿ってブレードサーバー３をラック１内から引き抜けばよい。これによって、ブレードサーバー３の被固定部３４とラック１の固定部１２との嵌合状態、情報処理装置側コネクター３８とラック側コネクター１８と電気的接続、およびパイプ１３と伝熱ブロック３６との熱接続が、同時に解除される。

本実施形態によれば、上記説明した手順で作業が行われることで、情報処理装置の冷却に液冷方式を採用した場合でも、情報処理装置のメンテナンスの際に冷却液の流通を止めたりすることなく、簡便な作業でメンテナンスを行うことが出来る。

＜ラック内の空気の流れ＞
熱源３３において発生した熱のうち、ヒートパイプ３５で収集しきれなかった熱は、エンクロージャー１１内の空気に放出される。このため、本実施形態では、パイプ１３に設けられた熱交換器１５を用いてパイプ１３内の冷却液とエンクロージャー１１内の空気との間で熱交換をさせることで、エンクロージャー１１内の空気を冷却する。また、冷却された空気は、各ブレードサーバー３に設けられた空気取込部（ファン）３７によってブレードサーバー３のシャーシ３１内部を通過し、エンクロージャー１１内を循環する。

より具体的には、ラック１に設けられたファン１６が回転することで、熱交換器１５をラック１内の空気が通過し、熱交換器１５を介して冷却液と空気との間で熱交換が行われる。本実施形態において、冷却された空気は、ファン１６によってラック１前面側に送られる。ラック１前面側に送られた空気は、各ブレードサーバー３に備えられた空気取込部（ファン）３７によってブレードザーバーの前面から取り込まれ、シャーシ３１内の熱源３３を冷却する。熱源３３の冷却に用いられ、温度上昇した空気は、そのままブレードサーバー３後方からラック１の背面壁１１ｒ側に排出され、再び熱交換器１５によって冷却される。

本実施形態では、ラック１内に上記したような空気の流れが作り出されることによって、熱源３３において発生した熱のうち、ヒートパイプ３５で収集しきれなかった熱についても、効率的に処理することが出来る。なお、本実施形態では、熱交換器１５がラック１下部に設置される例について説明したが、高温の空気ほどラック上部に溜まりやすい。このため、熱交換器はラック上部に設置されてもよい。また、熱交換器をラック上部に設置する場合、パイプ内の冷却液の流通方向は、本実施形態において説明した方向と逆方向（即ち、冷却液がラックの上側から下側に流れる）としてもよい。

１ ラック
３ ブレードサーバー（情報処理装置）
１３ パイプ
３６ 伝熱ブロック

Claims (19)

1. １または複数の情報処理装置と、
   前記１または複数の情報処理装置を設置可能なラックと、
   を備えるシステムであって、
   前記ラックは、
   前記情報処理装置を着脱可能に固定する固定部と、
   該ラック外から供給される冷却液を該ラック内部に通過させた後に該ラック外部に導く流路と、
   前記流路に熱接続されることで、前記流路内を流れる冷却液と該ラック内の空気との間の熱交換を促進させる熱交換器と、を備え、
   前記情報処理装置は、
   前記固定部によって固定される被固定部と、
   該情報処理装置が備える熱源の少なくとも何れかに熱接続された伝熱ブロックであって、前記固定部によって該情報処理装置が固定された状態で前記流路に熱接続される伝熱ブロックと、を備える、
   システム。
2. 前記熱交換器は、前記流路のうち、前記伝熱ブロックに熱接続される部分よりも、前記冷却液の流れにおいて上流側に設けられる、
   請求項１に記載のシステム。
3. 前記情報処理装置は、前記熱交換器を介して前記冷却液と熱交換された空気を、該情報処理装置の内部に取り込む空気取込部を更に備える、
   請求項１または２に記載のシステム。
4. 前記伝熱ブロックの、前記流路に接する部分は、該流路の外形に沿う形状を有する、
   請求項１から３の何れか一項に記載のシステム。
5. 前記流路は円筒状の形状を有し、
   前記伝熱ブロックの、前記流路に接する部分は、前記円筒状の流路の外周に沿う形状を有する、
   請求項１から４の何れか一項に記載のシステム。
6. 前記伝熱ブロックと前記流路とは、伝熱性の素材を介して熱接続される、
   請求項１から５の何れか一項に記載のシステム。
7. 前記伝熱ブロックと前記流路とは、１．０ワットパーメートルケルビン（Ｗ／（ｍ・Ｋ））以上の熱伝導率を有する素材を介して熱接続される、
   請求項６に記載のシステム。
8. 前記伝熱ブロックと前記流路とは、５０ワットパーメートルケルビン（Ｗ／（ｍ・Ｋ））以上の熱伝導率を有する素材を介して熱接続される、
   請求項６に記載のシステム。
9. 前記伝熱ブロックと前記流路とは、変形することによって該伝熱ブロックおよび該流路に密着する素材を介して熱接続される、
   請求項６から８の何れか一項に記載のシステム。
10. 前記伝熱ブロックと前記流路とは、グリースを介して熱接続される、
    請求項９に記載のシステム。
11. 前記伝熱ブロックと前記流路とは、シリコンラバーシートを介して熱接続される、
    請求項９に記載のシステム。
12. 前記ラックは、
    電源供給用または通信用の配線と、
    前記固定部によって前記情報処理装置が固定された状態で前記配線を該情報処理装置に電気的に接続させるためのラック側コネクターと、を更に備え、
    前記情報処理装置は、
    前記被固定部が前記ラックに固定された状態で該情報処理装置を前記配線に電気的に接続させるための情報処理装置側コネクターを更に備えることで、
    前記流路と前記伝熱ブロックとの間の熱接続と、前記ラック側コネクターと情報処理装置側コネクターとの間の電気接続とが連動する、
    請求項１から１１の何れか一項に記載のシステム。
13. 前記情報処理装置は、前記熱源と前記伝熱ブロックとを熱接続するヒートパイプを更に備える、
    請求項１から１２の何れか一項に記載のシステム。
14. 前記ラックは、開放されることで、固定された前記情報処理装置が収容されるラック内部へのアクセスを可能とする、扉を更に備える、
    請求項１から１３の何れか一項に記載のシステム。
15. １または複数の情報処理装置を設置可能なラックであって、
    前記情報処理装置を着脱可能に固定する固定部と、
    該ラック外から供給される冷却液を該ラック内部に通過させた後に該ラック外部に導く流路であって、前記固定部によって前記情報処理装置が固定された状態で、該情報処理装置が備える熱源の少なくとも何れかに熱接続された伝熱ブロックに熱接続される流路と、
    前記流路に熱接続されることで、前記流路内を流れる冷却液と該ラック内の空気との間の熱交換を促進させる熱交換器と、を備える、
    ラック。
16. 前記熱交換器は、前記流路のうち、前記伝熱ブロックに熱接続される部分よりも、前記冷却液の流れにおいて上流側に設けられる、
    請求項１５に記載のラック。
17. 前記伝熱ブロックと前記流路とは、伝熱性の素材を介して熱接続される、
    請求項１５または１６に記載のラック。
18. 前記伝熱ブロックと前記流路とは、変形することによって該伝熱ブロックおよび該流路に密着する素材を介して熱接続される、
    請求項１７に記載のラック。
19. 電源供給用または通信用の配線と、
    前記固定部によって前記情報処理装置が固定された状態で前記配線を該情報処理装置に電気的に接続させるためのラック側コネクターと、を更に備えることで、
    前記流路と前記伝熱ブロックとの間の熱接続と、前記ラック側コネクターと情報処理装置側コネクターとの間の電気接続とが連動する、
    請求項１５から１８の何れか一項に記載のラック。

Images