JP6546640B2 - シャシー - Google Patents

Description

本発明は、ストレージアレイの表面積を増加することで、冷却システムの放熱性能を向上させる装置に関する。

例えば、ハードドライブの電子機器は、ある温度範囲内で操作されるように設計される。しかし、操作時に、電子機器に熱が発生する可能性はある。その中の１つのハードドライブがその動作温度範囲外で作動するように、十分な熱を発生させる場合、問題が発生する可能性はある。例えば、ある場合、温度の上昇によって、機器が故障し又はエラーが発生することがある。ひいては、熱が増加することで、電子機器が損傷されることもある。

従来の単一のハードドライブは、特に厄介な発熱アセンブリではない。ほとんどのハードドライブには、十分に冷却するために、受動冷却技術或いは１つ又は複数のファンが使用される。このため、過熱問題がほとんど発生しない。しかしながら、ハードドライブが速くなるに伴って、それらの発熱量が増加している。例えば、アクセス速度の増加に伴って、スピンドルモータが益々速くなり、パワーが高くなる。このため、スピンドルモータも、より多くの熱を発生させる。このため、単一のハードドライブの冷却は、従来よりも心配される。

複数のハードドライブがハウジングに緊密に内蔵される場合、別の関連する冷却問題が発生する。データ記憶の要求の増加及び記憶媒体のコストの低減に伴って、より多くの記憶媒体（例えば、ハードドライブ）がシャシーの中に含まれる可能性がある。例えば、大量のハードドライブをディスクアレイシステム、或いは、何れの特定のＲＡＩＤも設置されていない複数のハードディスクパックに設置することができる。一般的なプロジェクト目標は、シャシーにおいてハードドライブの高密度集積を達成させ、記憶システム全体が最小の空間を占用させる。しかしながら、ハードドライブを冷却する必要があるため、この目標は常に妨害される。数多くの場合、ハードドライブをより緊密に組み立てることで、放熱の関連問題の発生率が増加する。例えば、ハードドライブにおける気流が減少する場合、ハードドライブから熱を伝達する能力が減少する可能性がある。

複数のハードドライブが緊密にパッケージされる場合、あるハードドライブにおける気流が周囲のハードドライブによって阻止又は制約される可能性がある。また、全てのハードドライブからの集まった熱により、単一のハードドライブの発生した熱よりも熱い領域を形成することができる。このため、隣接するハードドライブの発熱によって、高密度に組み付けられたハードドライブが熱い雰囲気にある可能性がより高い。なお、隣接するハードドライブによりこのようなハードドライブの気流が阻止される可能性があるので、シャシーにおける気流は、あまりにも多くの熱をハードドライブから導出できないことがある。このため、高密度のハードドライブの組み付けには、放熱に関連するより多くの問題が発生することがある。

本発明の実施例は、ストレージアレイの放熱表面積を増加することで、冷却を改善するためのシャシーに関する。シャシーは、複数のハードドライブにおける気流を改善することに用いる。シャシーは、基板部を介して接続される前端部及び後端部を含むハウジングと、気流をハウジングの前端部から後端部まで伝送するためのファンモジュールと、を備え、且つ基板部が、その縁辺に配列される複数のハードドライブを含み、前記のハードドライブの配列により、前記ハードドライブの第１部が基板部の縁辺に対して傾斜する。

ある実施例において、前記ハードドライブの第１部は、前記ハウジングの前記後端部に位置する。ある実施例において、前記ハードドライブの第１部は、前記基板部の縁辺に対して４５度で傾斜する。ある実施例において、前記ハードドライブの第１部は、前記基板部の縁辺に対して１０度で傾斜する。ある実施例において、前記ハードドライブの第１部の前記基板部の縁辺に対する傾斜角は、１０度以上且つ４５度以下である。

ある実施例において、前記ハードドライブの第２部の前記基板部の縁辺に対する傾斜度は、前記ハードドライブの第１部の前記基板部の縁辺に対する傾斜度と鏡面対称の関係にある。ある実施例において、前記ハードドライブの第２部は、前記ハウジングの前記前端部に位置する。ある実施例において、前記ハードドライブの第２部が前記基板部の縁辺に対して４５度で傾斜する。ある実施例において、前記ハードドライブの第２部は、前記基板部の縁辺に対して１０度で傾斜する。ある実施例において、前記ハードドライブの第２部が前記基板部の縁辺に対する傾斜角は、１０度以上４５度以下である。

従来の一実施例によるストレージアレイシステムを示す上面図である。 従来の一実施例によるストレージアレイシステムを示す斜視図である。 従来の別の実施例によるストレージアレイシステムを示す上面図である。 従来の別の実施例によるストレージアレイシステムを示す上面図である。 従来の一実施例によるストレージアレイのハードドライブの気流速度勾配を示す。 従来の一実施例によるストレージアレイのハードドライブの気流温度勾配を示す。 一実施例によるストレージアレイにおいてハードドライブを傾斜配置することでハードドライブに吹く気流を改善することを示す。 一実施例によるストレージアレイにおいて１０度でハードドライブを傾斜配置する気流速度勾配を示す。 一実施例によるストレージアレイにおいて１０度でハードドライブを傾斜配置する気流温度勾配を示す。 一実施例によるストレージアレイにおいて４５度でハードドライブを傾斜配置する気流速度勾配を示す。 一実施例によるストレージアレイにおいて４５度でハードドライブを傾斜配置する気流温度勾配を示す。 一実施例によるストレージアレイシステム内のハードドライブを示す上面図である。 別の実施例によるストレージアレイシステム内のハードドライブを示す上面図である。 更に別の実施例によるストレージアレイシステム内のハードドライブを示す上面図である。

本発明は、図面を参照してその細部を説明し、全ての図面では同じ図面符号で類似又は相当する素子を示す。図面が比例で描かれなく、且つ本発明を説明するために提供するものだけである。以下、例示的な適用を参照して本発明の若干の態様を説明する。理解すべきなのは、本発明を完全に理解させるように、数多くの具体的な細部、関係及び方法を説明する。しかしながら、当業者は、１つ又は複数の具体的な細部又は他の方法がない場合にも本発明を実施することができることを容易に認識すべきである。他の場合、本発明を不明瞭にすることを避けるように、公知の構造又は操作を詳細的に示さない。本発明は示したステップ又はイベントの順序によって制限されなく、あるステップが異なる順序で及び／又は他のステップ又はイベントと同時に発生することができる。なお、本発明の実施には全ての示したステップ又はイベントを必要としない。

高密度に配置された複数のハードドライブにおける放熱問題を解決するために、本発明の好ましい実施例は、高密度に配列された複数のハードドライブの高表面積を最大化させるためのシャシー装置を提供する。本願において、ハードドライブが従来的に配列された配置よりも多くの気流を受けるように、高密度に配置された複数のハードドライブは、多くの配置に仕切られる。

図１Ａ及び図１Ｂを参照されたい。図１Ａは、従来の一実施例によるストレージアレイシステムを示す上面図である。図１Ｂは、従来の一実施例によるストレージアレイシステムを示す斜視図である。サーバー装置１００（例えば、シャシー）は、従来の高密度方式で内蔵された複数のハードドライブ１０１Ｎを含む。ある実施例において、サーバー装置１００は、前端部１０２及び後端部１０３を含む。サーバー装置１００は、さらに、電子素子を収納するための基板部１０６を含む。サーバー装置１００は、複数のストレージアレイ１０５を含むストレージアレイモジュール１３０を収納することができる。この配置では、サーバー装置１００内のハードドライブ１０１Ｎの数を最大化するように、ハードドライブ１０１Ｎは、システムの中に高密度に配列される。

複数のファンモジュール１５０の伝送した気流５０は、前端部１０２から後端部１０３まで、サーバー装置１００及びそのハードドライブ１０１Ｎを通すことができる。注意すべきなのは、サーバー装置１００は、さらに、ここで言及されていない他の数多くの素子を含む。この例で言及された素子は、例示だけであり、これらに制限されない。当業者は、本発明に基づいて他の素子を柔軟的に含んでもよい。

ある実施例において、ストレージアレイモジュール１３０は、サーバー装置１００の基板部１０６に位置する。記憶容量を最大化するために、ストレージアレイモジュール１３０は、緊密に積み重ねられた複数のストレージアレイ１０５を含んでもよい。ストレージアレイ１０５の数を最大化するために、複数のストレージアレイ１０５の間の空間１１０が非常に狭いように要求される。図１において、ストレージアレイモジュール１３０は、緊密に積み重ねられた１５個のストレージアレイ１０５を含んでよい。複数のストレージアレイ１０５の各々は、複数のハードドライブ１０１Ｎを含む。なお、ストレージアレイ１０５の複数のハードドライブ１０１Ｎは、緊密に積み重ねられる。ストレージアレイ１０５内のハードドライブ１０１Ｎの数を最大化するために、ハードドライブ１０１Ｎの間の空間１０９が非常に狭いように要求される。ある配置では、ハードドライブ１０１Ｎの間の空間１０９は、ストレージアレイ１０５の間の空間１１０より小さい。ハードドライブ１０１Ｎは、ハードディスクドライブ、ソリッドステートハードドライブ又は前記両方を含んでよい。なお、ハードドライブ１０１Ｎは、ここで言及しなかった他の技術での他のハードドライブを含んでよい。図１Ａ及び図１Ｂでは、ハードドライブ１０１Ｎは、９０個のハードドライブを含んでよい。注意すべきなのは、ストレージアレイの数又はハードドライブの数は、例だけであり、本願で挙げられた数に制限されない。当業者は、本発明に基づいてストレージアレイの数又はハードドライブの数を柔軟的に選択してよい。

サーバー装置１００における複数のファンモジュール１５０は、平行に配列される。本発明の一実施例において、気流の対流によってストレージアレイモジュールを冷却するように、複数のファンモジュール１５０は、ストレージアレイモジュール１３０に隣接するように取り付けられる。ファンモジュール１５０は、サーバー装置１００のその前端部１０２から後端部１０３までの気流の対流状況を高めることに用いる。ファンモジュール１５０は、６個の高パワーのファン１５１Ｎを含んでよい。このため、ファン１５１Ｎの生成した気流５０は、緊密に積み重ねられたハードドライブ１０１Ｎを通すように、Ｘ軸に沿ってサーバー装置１００を出し入れる。このため、この本実施例において、ハードドライブ１０１Ｎの間の空間１０９及びストレージアレイ１０５の間の空間を効果的に冷却するために、Ｘ軸に沿って流れる気流を増加しなければならない。ファンモジュール１５０は、ストレージアレイモジュール１３０を所要の動作温度で作動させることができる。注意すべきなのは、ファンの数（例えば、６個）は、例だけであり、本願で挙げられた数に制限されない。当業者であれば、本発明に基づいてファンの数を柔軟的に選択してよい。

図１Ａ、図１Ｂ、図２を併せて参照されたい。ストレージアレイ１０５は、従来の高密度で積み重ねられた気体流速を例示することに用いる。気流５０の流速の測定単位は、メートル毎秒（メートル／秒）であり、ストレージアレイ１０５内の放熱効率の主要なパラメータである。ストレージアレイ１０５の複数のハードドライブ１０１Ｎは、互いに実質に平行に配列され、且つそれぞれのハードドライブの間に狭い空間１０９を有する。このため、図１Ａ、図１Ｂ、図２における複数のハードドライブの各々は、他のハードドライブに揃える。つまり、複数のハードドライブ１０１Ｎの各々は、直接に他の同一の水平面に位置するハードドライブに揃える。複数のハードドライブの各々が何れも矩形である場合、このような揃え方式では、ハードドライブの占用する空間を最小化することができる。ハードドライブの占用する空間を最小化することで、ハードドライブの所要のハウジング（即ち、ハードドライブを収納するハウジング）を最小化することもできる。

図１Ａ、図１Ｂ、図２におけるハードドライブ１０１Ｎが非常に緊密に積み重ねられるため、複数のハードドライブ１０１Ｎの各々は、自分の発生した熱及び隣接するハードドライブの発生した熱に包まれなければならない。ハードドライブ１０１Ｎの発生した熱を除去するために、複数のファンモジュール１５０を提供する。これらの放熱装置は、ハードドライブ１０１Ｎの間の隙間を通す冷気を入力して、ハードドライブの熱をそれに伴って連れ去る。複数のファンモジュール１５０は、更に、加熱された空気をハードドライブにより取り囲まれた領域から連れ去る。しかしながら、互いに実質に平行に配列される複数のハードドライブ１０１Ｎにより、放熱の効率が低下する。

ファンモジュール１５０の発生した気流５０は、風の抵抗の小さい通路に流れる傾向がある。このため、気流５０は、主に、ハードドライブ１０１Ｎの縁辺１０７に沿って流れ、少量の気流だけハードドライブ１０１Ｎの間の間隙を通す。したがって、ハードドライブ１０１Ｎの放熱効果は制限され、特に中間に位置するストレージアレイ１０５の放熱効果は制限される。

図４Ａ、図４Ｂを併せて参照されたい。全てのハードドライブ１０１Ｎが何れも揃えられるため、一部のハードドライブ１０１Ｎは、他のハードドライブ１０１Ｎに吹く気流を阻止する。このため、気流を受けないハードドライブ１０１Ｎが気流の下流に位置するため、気流を受けるハードドライブ１０１Ｎよりも熱い。これは、図４Ｂの温度勾配図によって判明される。なお、最高速の気流は、ハードドライブ１０１Ｎの上縁及び下縁に発生する。このため、このように配置されたストレージアレイ１０５では、非常に少ない気流がハードドライブ１０１Ｎの間の空間１０９を冷却することに用いられる。互いに揃えたハードドライブ１０１Ｎにより、特に中間領域に位置するハードドライブにより、少ない気流が流れ込まれ、ハードドライブ１０１Ｎの放熱表面積が減少することもある。
本発明のシャシーにおいて、上記従来技術における部材等と同様のものを用いることができるが、上述のようにそれら部材等の個数は制限されない。

図１〜４に示すような互いに揃えたハードドライブ１０１Ｎにより、一部のハードドライブの気流量が減少する。図５は、一実施例によるストレージアレイにおいてハードドライブ（又はハードドライブのスロットを傾斜配置する）を傾斜配置することでハードドライブ１０１Ｎに吹く気流を改善することを示す。本実施例において、ハードドライブ１０１Ｎは、縁辺１０７に対して傾斜するように配置され、傾斜の角度Ａが最適な放熱要求に調整されてよい。

この傾斜配置では、ハードドライブ部分の受けた気流５０の量は、従来の互いに揃えた配置より多い。例えば、従来の互いに揃えた配置と比べて、この傾斜配置では、ハードドライブ１０１Ｎの間の空間を通す気流５０がより多くなる。ある実施例において、ハードドライブ１０１Ｎの傾斜配置によって、ハードドライブ１０１Ｎとそのストレージアレイ１０５の隣接する縁辺１０７との間により多くの気流空間５０１を生成することができる。気流空間５０１は、三次元の三角形であり、空気擾乱の機能を有する。気流空間５０１は、気流ベクトルをハードドライブ１０１Ｎの側表面にガイドすることができる。このため、このハードドライブの表面は、より高い気流量を受けることができる。これについては、以下の図６Ａ−Ｂ、図７Ａ−Ｂの関連説明で言及する。気流空間５０１は、従来の互いに揃えて配置した相対位置の空間より大きいことが明らかである。気流空間５０１が大きくなるため、ハードドライブ１０１Ｎの間を通すことができる気流も増加する。

傾斜配置角度の選択には異なる実施例によって違う可能性がある。例えば、一実施例において、傾斜配置角度は空間制限及び所要の冷却量に合わせる可能性がある。例えば、空間制限を優先的に考える傾斜配置角度は冷却量要求を優先的に考える傾斜配置角度より小さい可能性がある。

ある実施例において、最小要求の傾斜角度は、ハードドライブの間の、所要の冷却を提供するための気流量を増加することに十分である。ある実施例において、この最小要求の傾斜角度は、所要の冷却を提供するように、最小の気流空間５０１を形成することに用いる。ある実施例において、最大の傾斜角度は、ハードドライブ１０１Ｎの間の連続的な気流通路を形成することに用いる。その他の実施例において、他の最小又は最大の傾斜角度も必要に応じて選択されてよい。傾斜の角度Ａを１０〜４５度に維持することで、ストレージアレイ１０５の放熱効果及びそのハードドライブ１０１Ｎの数の最大化を両立させることができる。

なお、ハードドライブ１０１Ｎは、ハードドライブの着脱に影響を与えず又はハードドライブの着脱に対する影響を最小限にする原則で、傾斜して配置される。このため、ハードドライブ１０１Ｎは、傾斜して配置されても、従来の配置のように取り付け、修理、取り外し、取り替えることができる。しかしながら、その他の実施例において、ある傾斜配置形態によれば、フレームワーク又はシェルを変更しなければ、所要の取り外し、取り付けを実現することができない。

図６Ａ−Ｂ、図７Ａ−Ｂを併せて参照されたい。傾斜して配置すれば、多くの気流５０をストレージアレイ１０５に配分させることができる（従来の揃え配置と比べる）。このため、傾斜配置は多くの気流５０をハードドライブ１０１Ｎの間に配分させることができる（従来の揃え配置と比べる）。このため、複数のハードドライブの各々の放熱表面は、多くのハードドライブ１０１Ｎの間に配分される気流５０によって冷却されることができる。図６Ａ−Ｂ、図７Ａ−Ｂに示すように、傾斜が大きくなるほど、気流空間５０１が大きくなり、より大きな放熱表面を取得することができる。このため、多くの気流５０がハードドライブ１０１Ｎの間に配分されるため、ハードドライブが多くの気流量によって冷却され、より多くの気流量がハードドライブ放熱表面からより多くの熱を連れ出すことができる（従来の揃え配置と比べる）。

このため、従来の揃え配置の代わりにハードドライブ１０１Ｎの傾斜配置を利用することで、ハードドライブを通す気流を改善することができ、基本的には、気流量を増加することができる。例えば、気流量の増加が傾斜して配置されたハードドライブの特定の領域に出現することがある（従来の揃え配置と比べる）。一般的に、気流の増加とは、ある時間帯内でハードドライブの特定の部分を通す空気の体積が増加する何れの状況を意味する。同様に、ハードドライブ又はその一部をより多くの気流に露出する場合、ハードドライブ又はその一部が増加した気流により放熱される。現在、より多くの空気がハードドライブを通過するので、ハードドライブ（又はハードドライブの一部）を増加した気流に露出させた結果、ハードドライブがより多くの熱をそれを通す空気に伝達することができることがある（従来の揃え配置と比べる）。

図８、図９、図１０を併せて参照されたい。ある実施例において、一部のハードドライブ１０１Ｎだけが傾斜して配置される。例えば、一実施例において、ストレージアレイ１０５では、２つのハードドライブ１０１Ｎだけが傾斜して配置される（例えば、図９）。別の実施例において、ストレージアレイ１０５では、３つのハードドライブ１０１Ｎは、傾斜して配置される（例えば、図８）。ある実施例において、ハードドライブ１０１Ｎは、間隔変換傾斜の角度Ａで配置される。例えば、ストレージアレイ１０５における２つのハードドライブ１０１Ｎは一方向で傾斜配置されるが、他方の２つのハードドライブ１０１Ｎは他のミラー対称の方向で傾斜して配置される。なお、ストレージアレイ１０５における２つのハードドライブ１０１Ｎは傾斜角の１０度で傾斜配置されるが、他方の２つのハードドライブ１０１Ｎは傾斜角の４５度で傾斜して配置される。異なる傾斜角方向及び傾斜角度により、気流の下流に位置するハードドライブ１０１Ｎにより多くの混合した気流を発生させる。傾斜配置するハードドライブの数は、ハードドライブの間の空間、ストレージアレイモジュール１３０におけるストレージアレイ１０５の数、ハードドライブの発生した熱、ハードドライブ１０１Ｎの接続関係及び揃え配置でのハードドライブの間の気流によって決められるが、これらに制限されない。

ある実施例において、傾斜して配置されたハードドライブ１０１Ｎでも、高密集度のハードドライブ配置を維持することができる。例えば、図８、９、１０に示すようなハードドライブの配置は、図１、２、３の従来のハードドライブの配置よりわずかに多い水平空間を占用する。このため、ハードドライブ１０１Ｎの間の気流５０の流量は、傾斜して配置されることで、好適な状況に維持することができ、且つこのように配置すれば、収納空間を過度に増加する必要はない。ある実施例において、傾斜して配置されたハードドライブ１０１Ｎであっても、従来のハードドライブの揃えた配置（同じハードドライブ数）と同じ収納空間を占用する。例えば、傾斜して配置されたハードドライブが標準のフレームワーク又はシェルシステム内に装着されてもよい。上記の実施例において、ハードドライブ１０１Ｎは、気流５０に対して傾斜して配置される。しかしながら、注意すべきなのは、ハードドライブ１０１Ｎも気流５０に対して垂直配置されてもよい。当業者であれば、ハードドライブの収納空間を最大化して且つハードドライブの放熱表面積を最大化するように、本発明に基づいてハードドライブ１０１Ｎの配置方式を柔軟的に選択してよい。

以上で本発明の様々な実施例を説明したが、例示だけであり、制限するものではないことは、理解すべきである。本発明の精神や範囲から逸脱せずに、本文の開示内容に応じて、開示された実施例に対して多くの変更を加えることができる。このため、本発明の範囲は、何れの上記の実施例によって制限されるべきではない。本発明の範囲は、添付した特許請求の範囲及びその等価物によって定義されるべきである。

本文では、１つ又は複数の実施例を使用して、本発明を例示及び説明したが、本明細書及び図面を読んで理解した上で、当業者は、類似する変更や修正を想到することになる。なお、本発明の特定の特徴は、若干の実施例の１つに対して開示される可能性がある。しかしながら、このような特徴は、その他の実施例の１つ又は複数の他の特徴と組み合わせてもよく、例えば、任意の所定又は特定の適用に対して必要且つ有利なものであるだろう。

特に定義されない限り、本文で使用された全ての用語（技術及び科学用語を含む）は、当業者が一般的に理解する意味と同様な意味を有する。なお、このように確実に定義されない限り、よく使用される辞書に定義されるような用語は、関連分野の背景における意味と一致する意味を有するように解釈されるべきであり、且つ理想化又は過度に正式的な方式で解釈されない。

このため、本明細書及び図面は、制限するためのものではなく、説明するためのものである。しかしながら、様々な修正や変更は、本発明の精神から逸脱せず、且つ請求項の範囲に記載の範囲から離脱せずに、達成することができることは言うまでもない。

５０ 気流
１００ サーバー装置
１０１Ｎ ハードドライブ
１０２ 前端部
１０３ 後端部
１０５ ストレージアレイ
１０６ 基板部
１０７ 縁辺
１０９、１１０ 空間
１３０ ストレージアレイモジュール
１５０ ファンモジュール
１５１Ｎ ファン
５０１ 気流空間
Ａ ハードドライブの傾斜の角度

Claims (10)

1. 基板部を介して接続される前端部及び後端部を含むハウジングと、
   気流を前記ハウジングの前記前端部から前記後端部まで伝送するためのファンモジュールと、
   を備え、
   前記基板部が、その縁辺に配列される複数のハードドライブを含み、
   前記ハードドライブの第１部が前記基板部の縁辺に対して傾斜して配置されることにより、前記ハードドライブの第１部のうち隣接する２つのハードドライブの各１辺ずつと前記基板部の縁辺とを３辺とする三角状の気流空間が形成されているシャシー。
2. 前記ハードドライブの第１部は、前記ハウジングの前記後端部に位置する請求項１に記載のシャシー。
3. 前記ハードドライブの第１部は、前記基板部の縁辺に対して４５度で傾斜する請求項１又は２に記載のシャシー。
4. 前記ハードドライブの第１部は、前記基板部の縁辺に対して１０度で傾斜する請求項１又は２に記載のシャシー。
5. 前記ハードドライブの第１部の前記基板部の縁辺に対する傾斜角は、１０度以上４５度以下である請求項１又は２に記載のシャシー。
6. 前記ハードドライブの第２部の前記基板部の縁辺に対する傾斜度は、前記ハードドライブの第１部の前記基板部の縁辺に対する傾斜度と鏡面対称の関係にある請求項１〜５の何れか１項に記載のシャシー。
7. 前記ハードドライブの第２部は、前記ハウジングの前記前端部に位置する請求項１〜６の何れか１項に記載のシャシー。
8. 前記ハードドライブの第２部は、前記基板部の縁辺に対して４５度で傾斜する請求項１〜７の何れか１項に記載のシャシー。
9. 前記ハードドライブの第２部は、前記基板部の縁辺に対して１０度で傾斜する請求項１〜７の何れか１項に記載のシャシー。
10. 前記ハードドライブの第２部の前記基板部の縁辺に対する傾斜角は、１０度以上４５度以下である請求項１〜７の何れか１項に記載のシャシー。