JP4108472B2

JP4108472B2 - ディスクアレイユニット

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Publication number: JP4108472B2
Application number: JP2002514731A
Authority: JP
Inventors: 貴永横沢
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2000-07-25
Filing date: 2000-07-25
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2020-07-25
Also published as: WO2002009113A1; US6816368B2; US20030112598A1

Description

本発明は、プリント基板と、このプリント基板の表面に対して起立姿勢に維持されて、プリント基板の表側に並列に配置される記録ディスク装置群とを備えるディスクアレイユニットに関する。

一般に、例えばＲＡＩＤといったディスクアレイ装置は、ディスクアレイユニットと、このディスクアレイユニットの動作を制御するコントローラユニットとを備える。ディスクアレイユニットには多数台の記録ディスク装置すなわちハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）が組み込まれる。コントローラユニットは、例えばサーバコンピュータといったホストからの指令に従ってディスクアレイユニットの動作を管理する。

ディスクアレイユニットでは、例えば日本国特開平９−１４６７１１号公報に開示されるように、プリント基板すなわちマザーボードの表面に多数台のハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）が搭載される。各ＨＤＤは、マザーボードの表面に実装されたコネクタに連結される。マザーボードは、マザーボードの裏面に装着されたインターフェースプリント基板の働きでコントローラユニットに接続される。各ＨＤＤは、インターフェースプリント基板およびマザーボードを通じてコントローラユニットとの間でデータ信号をやり取りする。ＨＤＤの動作にあたって、同様にマザーボードの裏面に装着される電源ユニットからＨＤＤに電力が供給される。

年々、ディスクアレイユニットに対する大容量化の要求は高まっていく。しかしながら、マザーボードの表面に搭載されるＨＤＤの台数はマザーボードの大きさすなわち面積に応じて必然的に決められてしまう。特に、ラックマウント型のディスクアレイ装置では、規格に従って設定されるラックの横幅は変更されることはできない。マザーボードの横幅を拡大することはできない。マザーボードの拡大を誘引せずにディスクアレイユニット全体の記憶容量を増大する術が模索されなければならない。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、限られた空間に効率的に記録ディスク装置を配置することができるディスクアレイユニットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１発明によれば、プリント基板と、該プリント基板の表面に実装される複数の表面側コネクタと、該表面側コネクタ上で前記プリント基板の表面から起立する１以上の記録ディスク装置と、前記プリント基板の裏面に実装される複数の裏面側コネクタと、該裏面側コネクタ上で前記プリント基板の裏面から起立する１以上の記録ディスク装置とを備えることを特徴とするディスクアレイユニットが提供される。

こうしたディスクアレイユニットでは、プリント基板の表面だけでなく裏面に記録ディスク装置が搭載されることから、従来のディスクアレイユニットに比べて、限られた空間に効率的に記録ディスク装置は配置されることができる。したがって、プリント基板の拡大や増設を伴わずにディスクアレイユニット全体の大容量化は達成されることができる。

このようなディスクアレイユニットでは、前記裏面側コネクタ同士の間隔は前記表面側コネクタ同士の間隔よりも大きく設定されることが望まれる。こういったディスクアレイユニットによれば、裏面側コネクタに装着される記録ディスク装置同士の間隔は、表面側コネクタに装着される記録ディスク装置同士の間隔よりも大きく設定されることができる。したがって、裏面側では、表面側に比べて、記録ディスク装置同士の間に大量の空気を送り込むことができる。表面側の記録ディスク装置から熱を奪った空気が裏面側に送り込まれても、裏面側では記録ディスク装置の温度上昇は十分に抑制されることができる。

前記プリント基板には、表面から裏面に突き抜ける貫通孔が形成されてもよい。こういった貫通孔によれば、プリント基板の表面側と裏面側との間で比較的に簡単に空気の流通は確保されることができる。

ディスクアレイユニットは、例えば、プリント基板の表面から立ち上がる記録ディスク装置を収容する表面側収容空間を区画するとともに、該プリント基板の裏面から立ち上がる記録ディスク装置を収容する裏面側収容空間を区画する筐体と、表面側収容空間から裏面側収容空間に向かって流れる気流を生み出す気流生成機構とをさらに備えてもよい。こうしたディスクアレイユニットでは、比較的に簡単かつ安価な構成で各記録ディスク装置の過度の温度上昇は回避されることができる。

また、第２発明によれば、プリント基板と、該プリント基板の表面に対して起立姿勢に維持されて、前記プリント基板の表側に第１長さの間隔で並列に配置される第１記録ディスク装置群と、前記プリント基板の裏面に対して起立姿勢に維持されて、前記プリント基板の裏側に第１長さと異なる第２長さの間隔で並列に配置される第２記録ディスク装置群とを備えることを特徴とするディスクアレイユニットが提供される。

こうしたディスクアレイユニットによれば、前述の第１発明と同様に、プリント基板の表側だけでなく裏側に記録ディスク装置が配置されることから、従来のディスクアレイユニットに比べて、限られた空間に効率的に記録ディスク装置は配置されることができる。したがって、プリント基板の拡大や増設を伴わずにディスクアレイユニット全体の大容量化は達成されることができる。しかも、こういったディスクアレイユニットによれば、大きな間隔で配置される記録ディスク装置の間には大量の空気が送り込まれることができる。こうして大量の空気が送り込まれる記録ディスク装置群では、比較的に温められた空気が流れ込んでも記録ディスク装置の過度の温度上昇は十分に抑制されることができる。

こういったディスクアレイユニットは、例えば、プリント基板の表側で前記第１記録ディスク装置群を収容する表面側収容空間を区画するとともに、プリント基板の裏側で前記第２記録ディスク装置群を収容する裏面側収容空間を区画する筐体と、表面側収容空間から裏面側収容空間に向かって流れる気流を生み出す気流生成機構とをさらに備えてもよい。こうしたディスクアレイユニットでは、筐体内で比較的に簡単かつ安価な構成で各記録ディスク装置の過度の温度上昇は回避されることができる。

このとき、前記第２長さは前記第１長さよりも大きく設定されることが望まれる。ディスクアレイユニットでは、表面側収容空間で第１記録ディスク装置群から熱を奪った空気は続いて裏面側収容空間に流れ込む。第１長さよりも第２長さが大きく設定されれば、裏面側収容空間では、比較的の大量の空気が第２記録ディスク装置群の合間に流れ込みやすい。したがって、熱を奪って温められた空気が流れ込んでも、第２記録ディスク装置群の過度の温度上昇は容易に回避されることができる。

ここで、プリント基板には、表面から裏面に突き抜ける貫通孔が形成されてもよい。こうした貫通孔は、表面側収容空間と裏面側収容空間との間で空気の流通を促進する。

第１発明や第２発明に係るディスクアレイユニットは例えばラックに組み込まれて使用されればよい。このとき、ディスクアレイユニットは前述の筐体でラックに受け止められればよい。こうしたラックには、周知の通り、ディスクアレイユニットの動作を制御するコントローラユニットが同時に組み込まれてもよく、こうしたコントローラユニットに接続されるホストコンピュータやスイッチングルータといった電子機器が同時に組み込まれてもよい。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。

図１に示されるように、ラックマウント型電子機器としてのディスクアレイ装置１１はラック（いわゆる１９インチラック）１２を備える。ラック１２は例えば１水平面に沿って広がる矩形の底板１３を備える。底板１３の前側２角には、底板１３から直立する２本の前側支柱１４が固定される。底板１３の後側２角には、同様に、底板１３から直立する２本の後側支柱１５が固定される。４本の支柱１４、１５の上端には、底板１３に平行に広がる矩形の天井板１６が結合される。こうして組み立てられたラック１２には高い剛性が確保される。

ラック１２には、複数基（例えば４基）のディスクアレイユニット１７と、これらのディスクアレイユニット１７の動作を統括的に制御する１台のコントローラユニット１８とが格納される。コントローラユニット１８は、例えばサーバコンピュータといったホスト（図示せず）からの指令に従って各ディスクアレイユニット１７の動作を管理する。

周知の通り、ディスクアレイユニット１７やコントローラユニット１８は、規格に従って１９インチに設定される前側支柱１４同士の間から水平方向に前方に引き出されることができる。反対に、ディスクアレイユニット１７やコントローラユニット１８の搭載時には、前側支柱１４の間から後方に向かってディスクアレイユニット１７やコントローラユニット１８は押し込まれる。その他、こういったラック１２には、ディスクアレイユニット１７やコントローラユニット１８に加えて、１９インチ幅のサーバコンピュータやスイッチングルータといった電子機器（図示せず）が組み込まれてもよい。

図２に示されるように、ディスクアレイユニット１７は、ラック１２に受け止められる筐体２１を備える。この筐体２１は、平たい直方体の内部空間を区画する筒形の本体２２を備える。本体２２の前側開口２３には開閉自在に前方カバー２４が連結される。前方カバー２４の開閉には例えば蝶番が利用されればよい。本体２２の後側開口２５には後方カバー２６が結合される。

前方カバー２４には、前側開口２３から本体２２内に外気を送り込む吸気ユニット２７が組み込まれる。この吸気ユニット２７は例えば２行２列の送風ファン２８から構成されればよい。図３から明らかなように、後方カバー２６には、後側開口２５から本体２２外へ本体２２内の空気を送り出す排気ユニット２９が組み込まれる。排気ユニット２９は、吸気ユニット２７と同様に、例えば２行２列の送風ファン３０から構成されればよい。こういった吸気および排気ユニット２７、２９の協働によれば、前側開口２３から後側開口２５に向かって流れる気流は生み出される。すなわち、吸気および排気ユニット２７、２９は本発明に係る気流生成機構として機能する。ただし、ディスクアレイユニット１７には、吸気ユニット２７や排気ユニット２９がそれぞれ単独で組み込まれてもよい。

図３に示されるように、筐体２１内には、上下２段に配列される複数台の第１記録ディスク装置すなわち第１ハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）３２群を受け入れる前側シェルフ３３と、同様に上下２段に配列される複数台の第２記録ディスク装置すなわち第２ＨＤＤ３４群を受け入れる後側シェルフ３５とが組み込まれる。各ＨＤＤ３２、３４には例えば３．５インチのハードディスク（ＨＤ）が組み入れられる。周知の通り、ＨＤＤ３２、３４の厚みは例えば１．６インチに設定される。各第１ＨＤＤ３２や第２ＨＤＤ３４は起立姿勢に維持される。こうしたＨＤＤ３２、３４の起立姿勢によれば、ＨＤＤ３２、３４内のＨＤは、水平方向に延びる回転軸回りで回転することとなる。

各シェルフ３３、３５には、各ＨＤＤ３２、３４を上下方向から挟み込み、ＨＤＤ３２、３４の前後方向移動を案内する上下のガイドレール３６が取り付けられる。ガイドレール３６に沿った前後方向移動は各シェルフ３３、３５に対するＨＤＤ３２、３４の出し入れを実現する。第１ＨＤＤ３２は前側開口２３を通じて抜き差しされればよい。第１ＨＤＤ３２の抜き差しにあたって前方カバー２４は開放されればよい。一方、第２ＨＤＤ３４は後側開口２５を通じて抜き差しされればよい。この第２ＨＤＤ３４の抜き差しにあたって後方カバー２６は取り外されればよい。

図４から明らかなように、筐体２１内では、前側シェルフ３３と後側シェルフ３５との間にプリント基板すなわちマザーボード３８が挟み込まれる。マザーボード３８は１垂直面に沿って広がる。マザーボード３８の表面には、前側シェルフ３３に組み入れられる第１ＨＤＤ３２が電気的に接続される。このとき、第１ＨＤＤ３２はマザーボード３８の表面に対して起立姿勢に維持される。同様に、マザーボード３８の裏面には、後側シェルフ３５に組み入れられる第２ＨＤＤ３４が電気的に接続される。第２ＨＤＤ３４はマザーボード３８の裏面に対して起立姿勢に維持される。こうしたマザーボード３８は筐体２１内の空間を前後に二分する。筐体２１内の空間は、マザーボード３８の表側で第１ＨＤＤ３２を収容する表面側収容空間３９と、マザーボード３８の裏側で第２ＨＤＤ３４を収容する裏面側収容空間４０とに区分けされる。

マザーボード３８の裏面には１対の電源ユニット４１が搭載される。電源ユニット４１は各ＨＤＤ３２、３４に電力を供給する。ＨＤＤ３２、３４の動作は、電源ユニット４１から供給される電力に基づき実現される。各電源ユニット４１には、例えば電源コード（図示せず）を通じてコンセント（図示せず）から電力が補給されればよい。

同様に、マザーボード３８の裏面には１対のインターフェースプリント基板４２が搭載される。このインターフェースプリント基板４２には、コントローラユニット１８から延びるデータライン（図示せず）が接続される。このインターフェースプリント基板４２は、コントローラユニット１８と各ＨＤＤ３２、３４との間でデータ信号のやり取りを確立する。

図５はマザーボード３８の平面図を示す。図５から明らかなように、マザーボード３８には、表面から裏面に突き抜ける複数個の貫通孔すなわち開口４４が形成される。こうした開口４４によれば、前述のように前側開口２３から後側開口２５に向かう気流の流通は促進されることができる。

マザーボード３８の表面には、上下２段で水平方向に配列された複数個（例えば１０列２段で２０個）の表面側コネクタ４５が実装される。各段で隣接する表面側コネクタ４５同士の間には第１長さＳ１の間隔が確保される。こうして配列された各表面側コネクタ４５に第１ＨＤＤ３２が装着されると、第１ＨＤＤ３２は水平方向に第１長さＳ１の間隔で等間隔に配列されることとなる。

同様に図６に示されるように、マザーボード３８の裏面には、上下２段で水平方向に配列された複数個（例えば５列２段で１０個）の裏面側コネクタ４６が実装される。各段で隣接する裏面側コネクタ４６同士の間には、第１長さＳ１よりも大きな第２長さＳ２の間隔が確保される。こうして配列された各裏面側コネクタ４６に第２ＨＤＤ３４が装着されると、第２ＨＤＤ３４は水平方向に第２長さＳ２の間隔で等間隔に配列されることとなる。その他、マザーボード３８の裏面には、前述の電源ユニット４１やインターフェースプリント基板４２を受け止める電源用コネクタ４７やインターフェース用コネクタ４８が実装される。

第１ＨＤＤ３２の位置決めには、第１長さＳ１の間隔で前側シェルフ３３に固定される前述のガイドレール３６が利用されればよい。同様に、第２ＨＤＤ３４の位置決めには、第２長さＳ２の間隔で後側シェルフ３５に固定されるガイドレール３６が利用されればよい。表面側コネクタ４５と前側シェルフ３３内のガイドレール３６との間や、裏面側コネクタ４６と後側シェルフ３５内のガイドレール３６との間で正確な位置合わせを実現するにあたって、例えば図７に示されるように、前側シェルフ３３および後側シェルフ３５とマザーボード３８との間には三者に共通の位置決め機構５１が設けられればよい。この位置決め機構５１は、例えば、前側シェルフ３３および後側シェルフ３５のいずれか一方から突出する突起５２を備えればよい。この突起５２は、マザーボード３８や、前側シェルフ３３および後側シェルフ３５の他方に形成される貫通孔５３、５４に受け入れられる。

以上のようなディスクアレイユニット１７では、マザーボード３８の表面だけでなく裏面にＨＤＤ３４群が搭載されることから、筐体２１内で限れられた空間に効率的にＨＤＤ３２、３４は配置されることができる。マザーボード３８の拡大や増設を伴わずにディスクアレイユニット１７全体の大容量化は実現されることができる。しかも、こうしてＨＤＤ３２、３４の台数が増加するにも拘わらず、電源ユニット４１やインターフェースプリント基板４２の増設は必要とされない。

いま、ディスクアレイユニット１７が動作する場面を想定する。ＨＤＤ３２、３４の動作に伴い吸気および排気ユニット２７、２９は作動する。各送風ファン２８、３０の働きで前側開口２３から後側開口２５に向かって気流は生成される。この気流は、まず、前側シェルフ３３内で第１ＨＤＤ３２群の合間を縫って進んでいく。第１ＨＤＤ３２群から放射される熱は気流に奪い取られる。その結果、各第１ＨＤＤ３２の過度の温度上昇は回避される。

熱を奪って温められた空気は続いて後側シェルフ３５内に流れ込む。気流は第２ＨＤＤ３４群の合間を縫って進んでいく。第２ＨＤＤ３４群から放射される熱は気流に奪い取られる。前述のように第２ＨＤＤ３４群は第２長さＳ２の間隔で配列されることから、第２ＨＤＤ３４同士の間には十分な容量の空気が流れ込むことができる。したがって、流れ込む気流の温度が高められていても、各第２ＨＤＤ３４の過度の温度上昇は確実に回避されることができる。

本発明者は、コンピュータシミュレーションを用いて前述のようなディスクアレイユニット１７の温度分布を算出した。その結果、図８および図９に示されるように上段および下段で各ＨＤＤ３２、３４の温度が導き出された。このとき、第１ＨＤＤ３２同士の間隔すなわち第１長さは４３．１８ｍｍ（＝Ｓ１）に設定される一方で、第２ＨＤＤ３４同士の間隔すなわち第２長さは４８．３６ｍｍ（＝Ｓ２）に設定された。環境温度は２５℃に設定された。これに対し、第２ＨＤＤ３４同士の間隔が第１ＨＤＤ３２同士の間隔（＝４３．１８ｍｍ）と同一に設定されると、図１０および図１１に示されるように、前述の場合に比べて第２ＨＤＤ３４の温度は明らかに上昇することが確認された。

一般に、ディスクアレイユニットでは、１枚のマザーボード３８に２台の電源ユニット４１や２枚のインターフェースプリント基板４２搭載される。こういった複数台の電源ユニット４１やインターフェースプリント基板４２によってディスクアレイユニット１７の冗長性は確保される。一方の電源ユニット４１やインターフェースプリント基板４２が故障しても、ディスクアレイユニット１７の動作は確保されることができる。こういった電源ユニット４１やインターフェースプリント基板４２は、前述のようにマザーボード３８の裏面にのみ搭載されてもよく、例えば図１２に示されるように、マザーボード３８の表面および裏面にそれぞれ搭載されてもよい。

ラックマウント型ディスクアレイ装置の全体構成を概略的に示す斜視図である。本発明に係るディスクアレイユニットの全体構成を概略的に示す斜視図である。ディスクアレイユニットの分解斜視図である。ディスクアレイユニットの内部構造を模式的に示すディスクアレイユニットの透視図である。表面から観察されるマザーボードの様子を概略的に示すマザーボードの表面側拡大平面図である。裏面から観察されるマザーボードの様子を概略的に示すマザーボードの裏面側拡大平面図である。位置決め機構の構成を概略的に示す一部拡大斜視図である。ディスクアレイユニット内で上段の第１および第２ＨＤＤ（ハードディスク駆動装置）群の温度分布を示す模式図である。ディスクアレイユニット内で下段の第１および第２ＨＤＤ群の温度分布を示す模式図である。他の実施形態に係るディスクアレイユニット内で上段の第１および第２ＨＤＤ群の温度分布を示す模式図である。他の実施形態に係るディスクアレイユニット内で下段の第１および第２ＨＤＤ群の温度分布を示す模式図である。変形例に係るディスクアレイユニットの全体構成を概略的に示す模式図である。

Claims

プリント基板と、該プリント基板の表面に所定の間隔で実装される複数の表面側コネクタと、該表面側コネクタ上で前記プリント基板の表面から起立する１以上の記録ディスク装置と、前記表面側コネクタ同士の間隔よりも大きな間隔で前記プリント基板の裏面に実装される複数の裏面側コネクタと、該裏面側コネクタ上で前記プリント基板の裏面から起立する１以上の記録ディスク装置と、前記プリント基板の表面から立ち上がる前記記録ディスク装置を収容する表面側収容空間を区画するとともに、前記プリント基板の裏面から立ち上がる前記記録ディスク装置を収容する裏面側収容空間を区画する筐体と、前記表面側収容空間から前記裏面側収容空間に向かって流れる気流を生み出す気流生成機構とを備えることを特徴とするディスクアレイユニット。
請求項１に記載のディスクアレイユニットにおいて、前記プリント基板には、表面から裏面に突き抜ける貫通孔が形成されることを特徴とするディスクアレイユニット。
請求項１に記載のディスクアレイユニットにおいて、前記筐体はラックに受け止められることを特徴とするディスクアレイユニット。
プリント基板と、該プリント基板の表面に対して起立姿勢に維持されて、前記プリント基板の表側に第１長さの間隔で並列に配置される第１記録ディスク装置群と、前記プリント基板の裏面に対して起立姿勢に維持されて、前記プリント基板の裏側に第１長さよりも大きな第２長さの間隔で並列に配置される第２記録ディスク装置群と、前記プリント基板の表側で前記第１記録ディスク装置群を収容する表面側収容空間を区画するとともに、前記プリント基板の裏側で前記第２記録ディスク装置群を収容する裏面側収容空間を区画する筐体と、前記表面側収容空間から前記裏面側収容空間に向かって流れる気流を生み出す気流生成機構とを備えることを特徴とするディスクアレイユニット。
請求項４に記載のディスクアレイユニットにおいて、前記筐体はラックに受け止められることを特徴とするディスクアレイユニット。
請求項４または５に記載のディスクアレイユニットにおいて、前記プリント基板には、表面から裏面に突き抜ける貫通孔が形成されることを特徴とするディスクアレイユニット。