KR101475376B1 - 수냉식 클러스터 컴퓨터 냉각시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수냉식 클러스터 컴퓨터 냉각시스템에 관한 것으로서, 격벽에 의해 복수개의 독립된 수용공간으로 분할되는 랙과; 상기 수용공간에 각각 수용되는 복수개의 노드와; 상기 복수개의 노드 내부로 냉각수를 유입 및 유출시켜 상기 노드의 열을 냉각시키는 냉각수순환부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 의해 복수개의 노드에 냉각수를 순환시켜 냉각효율을 향상시킬 수 있다.

Description

수냉식 클러스터 컴퓨터 냉각시스템{CLUSTER COMPUTER WATER COOLING SYSTEM}

본 발명은 클러스터 컴퓨터 냉각시스템에 관한 것으로, 보다 자세히는 냉각수를 순환시켜 클러스터 컴퓨터 내부의 열을 냉각시키는 수냉식 클러스터 컴퓨터 냉각시스템에 관한 것이다.

클러스터 컴퓨터는 복잡한 공학계산을 하기 위한 고성능 컴퓨터의 일안으로, 복수개의 컴퓨터를 결합시켜 사용하는 병렬기술에 의한 슈퍼컴퓨터이다.

이와 관련하여 등록특허 제10-0707514호에 "범용 PC부품을 이용하여 구성되는 병렬 클러스터 컴퓨터를 위한 구조물"이 개시된 바 있다.

개시된 바와 같은 종래 클러스터 컴퓨터는 복수개의 노드를 포함하고 있으며, 각 노드 내부에는 논리보드와, 가속기, 중앙처리장치와 같은 복수개의 부품들이 실장된다. 그런데, 각 노드에 구비된 가속기와 중앙처리장치들은 구동시에 열이 발생되고, 내부에서 발생된 열은 부품의 성능을 저하시키는 요인이다.

종래 클러스터 컴퓨터는 내부의 열의 냉각을 위해 팬을 이용해 왔으나, 클러스터 컴퓨터의 용량이 커지면서 냉각효율이 저하되는 한계가 있다.

본 발명의 목적은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 수냉식으로 클러스터 컴퓨터 내부의 열을 효과적으로 냉각시킬 수 있는 수냉식 클러스터 컴퓨터 냉각시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 노드 내부에서 열을 발생시키는 고발열부품은 병렬식으로 냉각수가 먼저 공급되고, 저발열부품은 후순위로 순차적으로 냉각수가 공급되여 1회의 냉각수의 순환으로 보다 효과적인 냉각이 가능한 수냉식 클러스터 컴퓨터 냉각시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 냉각수의 순환경로에 냉각기를 배치하여 각 부품들과의 열교환에 의해 온도가 올라간 냉각수를 냉각한 후 재공급하여 냉각효율을 일정하게 유지할 수 있는 수냉식 클러스터 컴퓨터 냉각시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 복수개의 노드를 함께 수용하며, 사용여부에 따라 선택적으로 결합 및 결합해지 될 수 있는 랙을 구비하는 수냉식 클러스터 컴퓨터 냉각시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

본 발명의 목적은 수냉식 클러스터 컴퓨터 냉각시스템에 의해 달성될 수 있다.

본 발명의 수냉식 클러스터 컴퓨터 냉각시스템은, 격벽에 의해 복수개의 독립된 수용공간으로 분할되는 랙과, 상기 수용공간에 각각 수용되는 복수개의 노드와, 상기 복수개의 노드 내부로 냉각수를 유입 및 유출시켜 상기 노드의 열을 냉각시키는 냉각수순환부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 상기 노드는, 상기 수용공간 내부에 결합되며 제1냉각수공급구와 제1냉각수배출구가 형성된 케이싱과, 상기 케이싱 내부에 구비되는 메인보드와, 상기 메인보드 상에 배치되는 복수개의 고발열부품 및 저발열부품과, 상기 복수개의 고발열부품과 상기 저발열부품에 각각 접촉되게 배치되며 내부에 상기 냉각수가 유동되는 복수개의 제1수냉식방열부 및 제2수냉식방열부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 랙의 일측에 설치되며 상기 복수개의 노드로 냉각수를 공급하는 메인공급매니폴드와, 상기 메인공급매니폴드의 일측에 배치되며 상기 복수개의 노드로부터 배출된 냉각수가 집수되는 메인배출매니폴드와, 상기 메인공급매니폴드와 상기 메인배출매니폴드 사이에 배치되며, 상기 메인배출매니폴드로부터 배출된 냉각수를 상기 메인공급매니폴드로 재공급시키는 순환펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 메인공급매니폴드와 상기 복수개의 노드는 일단부가 상기 케이싱의 제1냉각수공급구와 결합된 제2공급관에 의해 연결되고, 상기 메인배출매니폴드와 상기 복수개의 노드는 일단부가 상기 케이싱의 제1냉각수배출구와 결합된 제2배출관에 의해 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 냉각수는 상기 복수개의 제 1 수냉식방열부를 경유하여 상기 복수개의 제2수냉식방열부로 흐르는 것을 특징으로 할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 복수개의 제1수냉식방열부는 상기 제1냉각수공급구와, 복수개의 병렬공급관에 의해 병렬식으로 연결되거나, 복수개의 직렬공급관에 의해 직렬식으로 연결되고, 상기 복수개의 제 2 수냉식방열부는 상기 제1수냉식방열부에 직렬식 또는 병렬식으로 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1냉각수공급구와 상기 제1수냉식방열부 사이에 배치되어 냉각수를 상기 제1수냉식방열부로 공급하는 보조공급매니폴드를 더 포함하는 것을 특징할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 복수개의 제1수냉식방열부와 상기 복수개의 제2수냉식방열부 사이에 배치되며, 상기 복수개의 제1수냉식방열부에서 열교환된 냉각수를 집수하여 상기 제2수냉식방열부로 공급하는 보조배출매니폴드를 더 포함하는 것을 특징할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 제2공급관과 상기 제2배출관에는 각각 커플링이 구비되어 제1공급관과 제1배출관 각각과 결합되며, 상기 노드의 사용상태에 따라 상기 커플링을 결합 또는 결합해지하여 냉각수의 공급여부를 단속하는 것을 특징으로 할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 제2공급관과 상기 메인배출매니폴드 사이에 배치되어, 상기 메인배출매니폴드로부터 상기 각 노드로 공급되는 냉각수를 냉각하는 냉각기를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 메인배출매니폴드와 상기 메인공급매니폴드 사이에 구비되며, 상기 메인배출매니폴드로부터 배출된 냉각수를 냉각시키는 냉각기를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 냉각기의 냉각용량은 상기 고발열부품 및 상기 저발열부품에서 발생되는 최대발생열량과 같거나 크도록 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 수냉식 클러스터 컴퓨터 냉각시스템에 따르면 냉각수가 직접 고발열부품 및 저발열부품과 접촉하여 연속적으로 냉각하게 되므로 냉각효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 수냉식 클러스터 컴퓨터 냉각시스템에 따르면 냉각수의 온도를 조절함에 따라 냉각효율을 가변할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 수냉식 클러스터 컴퓨터 냉각시스템에 따르면 열발생이 많은 고발열부품은 병렬식으로 냉각수를 공급받고, 상대적으로 열발생이 적은 저발열부품은 직렬식으로 냉각수를 공급받아 냉각효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 수냉식 클러스터 컴퓨터 냉각시스템에 따르면, 고발열부품에 대해 냉각수가 먼저 공급되고, 저발열부품은 후순위로 순차적으로 냉각수가 공급되어, 1회의 냉각수의 순환으로 보다 효과적인 냉각이 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 수냉식 클러스터 컴퓨터 냉각시스템에 따르면 노드의 개수와 사용여부에 따라 냉각용량을 간편하게 확장하거나 축소하여 사용할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 수냉식 클러스터 컴퓨터 냉각시스템에 따르면 랙, 제2공급관 및 제2배출관 각각으로부터 복수개의 노드를 분리시키거나, 랙, 제2공급관 및 제2배출관 각각에 복수개의 노드를 추가결합할 수 있어, 확장성 있는 수냉식 클러스터 컴퓨터 냉각시스템을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 수냉식 클러스터 컴퓨터 냉각시스템의 구성을 개략적으로 도시한 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 수냉식 클러스터 컴퓨터 냉각시스템의 냉각수 순환과정을 개략적으로 도시한 예시도,
도 3은 본 발명에 따른 수냉식 클러스터 컴퓨터 냉각시스템의 노드 내부의 냉각수 순환과정을 개략적으로 도시한 개략도,
도 4는 본 발명에 따른 수냉식 클러스터 컴퓨터 냉각시스템의 노드 내부의 냉각수 순환과정을 도시한 예시도,
도 5는 본 발명에 따른 수냉식 클러스터 컴퓨터 냉각시스템의 복수개의 노드의 사용예를 도시한 예시도이다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

도 1은 본 발명에 따른 수냉식 클러스터 컴퓨터 냉각시스템(1)의 전체 구성을 개략적으로 도시한 개략도이고, 도 2는 수냉식 클러스터 컴퓨터 냉각시스템(1)의 냉각수 순환구조를 전체적으로 도시한 예시도이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 수냉식 클러스터 컴퓨터 냉각시스템(1)은 격벽에 의해 복수개의 수용공간으로 구획된 랙(100)과, 랙(100)의 수용공간에 수용되는 복수개의 노드(200)와, 복수개의 노드(200) 내부로 냉각수를 순환시켜 노드(200)에서 발생된 열을 냉각시키는 냉각수순환부(300)를 포함한다.

랙(100)은 복수개의 노드(200)를 함께 수용한다. 랙(100)은 랙하우징(110)과, 랙하우징(110) 내부에 격자형태로 결합되어 랙하우징(110)을 복수개의 독립된 수용공간으로 구획하는 수직격벽(130) 및 수평격벽(120)과, 노드(200)에 결합될 수 있는 결합브래킷(140)을 포함한다.

랙하우징(110)은 전면이 개방된 직육면체 형상으로 형성될 수 있으나 상기와 같은 형상에 제한되지 아니한다.

수직격벽(130)과 수평격벽(120)은 랙하우징(110) 내부에 수용되는 노드(200)의 개수에 따라 랙하우징(110)에 결합되어 수용공간을 형성한다.

한편 결합브래킷(140)은 랙하우징(110)의 측면, 상부 및 하부 등에 결합되어 복수개의 노드(200)의 결합상태가 유지되도록 구속력을 제공한다. 또한, 결합브래킷(140)에는 전원공급부(미도시)와 각각의 노드(200)가 서로 전기적으로 연결될 수 있는 통신부(미도시) 등이 구비될 수 있다. 이때 통신부(미도시)는 결합브래킷(140)에 포함될 수 있고, 또는 결합브래킷(140)에 포함되지 않은 채, 통신라인으로서 랙(100)에 포함될 수 있다.

랙하우징(110)의 배면에는 냉각수순환부(300)의 메인공급매니폴드(310) 및 메인배출매니폴드(320)가 결합된다. 랙하우징(110)의 일측면에는 각 수용공간의 노드(200)로 냉각수를 유입 및 배출시키는 유출입공(미도시)이 형성된다.

복수개의 노드(200)는 랙(100)에 형성된 복수개의 수용공간에 각각 수용된다. 노드(200)는 하나의 독립적인 컴퓨터의 기능을 수행할 수 있게 구비된다. 복수개의 수용공간에 각각 수용되는 복수개의 노드(200)는 동일한 구성을 갖게 구비되거나, 서로 다른 구성을 갖도록 구비된다.

도 3은 한 개의 노드(200)의 내부 구성을 개략적으로 도시한 개략도이다. 도시된 바와 같이 노드(200)는 수용공간에 수용되는 케이싱(210)과, 케이싱(210)의 내부에 구비되는 메인보드(220)와, 메인보드(220)에 실장되는 고발열부품(230) 및 저발열부품(250)과, 고발열부품(230)과 저발열부품(250)에 각각 접촉되게 구비되는 제1수냉식방열부(240) 및 제2수냉식방열부(260)를 포함한다. 여기서 ‘발열부품(230)’ 및 ‘저발열부품(250)’ 모두 발열하는 부품으로서, 예를 들어, 후술되는 가속기와 같이 구동에 의해 열이 발생되는 부품을 고발열부품(230)이라 칭하고, 저발열부품(250)은 발열하지 않거나, 고발열부품(230)에 비해 발열정도가 낮은 부품을 칭한다.

케이싱(210)은 수용공간의 크기에 대응되는 체적을 갖도록 형성된다. 케이싱(210)의 판면에는 제1냉각수공급구(210a)와 제1냉각수배출구(210b)가 각각 형성된다. 제1냉각수공급구(210a)에는 제2공급관(313)이 결합되어 메인공급매니폴드(310)로부터 냉각수를 공급받는다. 제1냉각수배출구(210b)에는 제2배출관(323)이 결합되어 노드(200) 내부를 순환한 냉각수를 메인배출매니폴드(320)로 배출시킨다.

도면에 도시되지 않았으나 케이싱(210)에는 결합브래킷(140)과 전기적으로 결합되는 전원공급라인(미도시), 통신라인(미도시) 등이 구비된다.

메인보드(220)는 케이싱(210) 내부에 고정되어 복수개의 고발열부품(230)과 저발열부품(250)을 지지한다. 메인보드(220)는 케이싱(210) 내부에 수평방향 또는 수직방향으로 결합될 수 있다.

메인보드(220)에는 메모리, 하드디스크, 파워서플라이, 가속기, 중앙처리장치 등이 고정결합된다. 예를 들어, 가속기는 구동에 의해 열이 발생되고, 가속기를 제외한 부품들은 상대적으로 가속기에 비해 적은 열이 발생될 수 있으며, 이에 가속기는 고발열부품으로, 가속기 이외의 부품은 저발열부품으로 분류될 수 있다.

고발열부품(230)과 저발열부품(250)은 메인보드(220) 상에 복수개가 배치된다. 복수개의 고발열부품(230)과 저발열부품(250)은 서로 이웃하게 배치되거나, 서로 혼합되어 배치될 수 있다. 고발열부품(230)과 저발열부품(250)의 레이아웃은 다양하게 형성될 수 있다.

제1수냉식방열부(240)와 제2수냉식방열부(260)는 고발열부품(230)과 저발열부품(250)과 접촉되게 배치되어 고발열부품(230)과 저발열부품(250)을 냉각수와 접촉시켜 열교환에 의해 열을 냉각시킨다.

제1수냉식방열부(240)는 내부에 냉각수가 유동될 수 있는 체적을 갖는 함체형태로 형성된다. 제1수냉식방열부(240)는 열전달율이 높은 알루미늄과 같은 금속재질로 형성된다. 제1수냉식방열부(240)의 외주면에는 병렬공급관(333)과 연결되는 제2냉각수공급구(241)와, 병렬배출관(341)과 연결되는 제2냉각수배출구(243)가 형성된다.

제1수냉식방열부(240)는 결합되는 고발열부품(230)의 열발생량을 고려하여 다양한 크기로 형성될 수 있다.

제2수냉식방열부(260)는 제1수냉식방열부(240)와 동일한 구성으로 구비된다.

냉각수순환부(300)는 냉각수를 노드(200) 내부로 공급하여 제1수냉식방열부(240)와 제2수냉식방열부(260)를 순환하도록 한다. 냉각수가 순환하며 고발열부품(230) 및 저발열부품(250)과 접촉에 의해 열교환되어 노드(200) 내부의 열을 냉각하게 된다.

냉각수순환부(300)는 복수개의 노드(200)로 냉각수를 공급하는 메인공급매니폴드(310)와, 복수개의 노드(200)로부터 배출된 냉각수가 집수되는 메인배출매니폴드(320)와, 메인공급매니폴드(310)로부터 각 노드(200)의 제1수냉식방열부(240)와 제2수냉식방열부(260)로 냉각수를 공급하는 공급관부(330)와, 각 노드(200)의 제1수냉식방열부(240)와 제2수냉식방열부(260)로부터 냉각수를 배출시키는 배출관부(340)와, 복수개의 제1수냉식방열부(240)로 냉각수를 병렬식으로 공급하는 보조공급매니폴드(350)와, 복수개의 제1수냉식방열부(240)로부터 냉각수를 병렬식으로 배출받는 보조배출매니폴드(360)와, 메인배출매니폴드(320)로부터 배출된 냉각수를 냉각하는 냉각기(370)와, 냉각수가 메인공급매니폴드(310)와 메인배출매니폴드(320) 사이를 순환하도록 구동력을 제공하는 순환펌프(380)를 포함한다. 여기서 냉각기(370)는, 바람직하게는 증기압축식 냉각기일 수 있으며, 증기압축식 냉각기란 냉매를 압축해서 증기로 만든 다음 이를 팽창하여 액체로 되돌리는 과정에서 냉각수 온도를 내리는 방식이 적용된 냉각기이다.

메인공급매니폴드(310)는 복수개의 노드(200)로 냉각수를 동시에 공급한다. 이를 위해 메인공급매니폴드(310)는 복수개의 노드(200)로 공급된 냉각수가 함께 저장될 수 있는 용량으로 형성된다. 메인공급매니폴드(310)는 도면에 도시된 바와 같이 수직바의 형태로 형성되거나, 직육면체의 함체 형태로 형성되거나, 가로바의 형태로 형성될 수도 있다.

메인공급매니폴드(310)의 판면에는 노드(200)의 개수에 대응되는 냉각수유출공(310a)이 일정간격으로 형성된다. 냉각수유출공(310a)에는 제1공급관(311)과 제2공급관(313)이 결합된다. 제1공급관(311)과 제2공급관(313)은 제1커플링(315)에 의해 결합된다. 제1커플링(315)은 노드(200)의 사용여부에 따라 선택적으로 결합 및 결합해지되어 냉각수의 공급여부를 조절할 수 있다.

메인배출매니폴드(320)는 복수개의 노드(200)로부터 배출된 냉각수를 한꺼번에 집수한다. 이를 위해 메인배출매니폴드(320)는 냉각수가 저장될 수 있는 체적으로 갖도록 형성된다. 메인배출매니폴드(320)는 메인공급매니폴드(310)와 동일한 형상과 구조로 형성될 수 있다. 메인배출매니폴드(320)에는 냉각수유입공(320a)가 형성되고, 제1배출관(321)과 제2배출관(323)이 결합된다. 제1배출관(321)과 제2배출관(323) 사이에는 제2커플링(325)가 구비된다.

공급관부(330)는 각 노드(200) 내부에 배치되어 메인공급매니폴드(310)로부터 공급된 냉각수를 복수개의 제1수냉식방열부(240) 및 제2수냉식방열부(260)로 공급한다. 여기서, 본 발명에 따른 냉각수순환부(300)는 복수개의 제1수냉식방열부(240)는 병렬식으로 동시에 냉각수를 공급하고, 복수개의 제2수냉식방열부(260)는 제1수냉식방열부(240)를 경유한 냉각수를 직렬식으로 공급한다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이 노드(200) 내부에 네 개의 고발열부품(230a,230b,230c,230d)과 세 개의 저발열부품(250a,250b,250c)이 있는 경우, 네 개의 제1수냉식방열부(240a,240b,240c,240d)에는 동시에 냉각수가 공급되고, 세 개의 제2수냉식방열부(260a,260b,260c)는 제1수냉식방열부(240a,240b,240c,240d)를 거치면서 1차 열교환이 이루어진 냉각수를 순차적으로 공급한다.

이를 위해 공급관부(330)는 케이싱(210)의 제1냉각수공급구(210a)로부터 연결된 제3공급관(331)과, 제3공급관(331)에 연결되는 보조공급매니폴드(350)와, 보조공급매니폴드(350)와 각 제1수냉식방열부(240a,240b,240c,240d)를 연결하는 병렬공급관(333)과, 보조배출매니폴드(360)와 제2수냉식방열부(260a,260b,260c)를 연결하는 직렬공급관(335)을 포함한다.

보조공급매니폴드(350)는 제3공급관(331)을 통해 공급된 냉각수가 복수개의 병렬공급관(333)으로 공급하는 역할을 한다. 보조공급매니폴드(350)의 개수는 제1수냉식방열부(240a,240b,240c,240d)의 개수와 레이아웃에 의해 결정될 수 있다. 즉, 도시된 바와 같이 4개의 제1수냉식방열부(240a,240b,240c,240d)가 한꺼번에 배치된 경우 1개의 보조공급매니폴드(350)만 구비될 수 있고, 3개 이상의 제1수냉식방열부(240a,240b,240c,240d)가 서로 다른 위치에 이격되어 배치되어 있는 경우 두 개 이상의 보조공급매니폴드(350)를 구비할 수 있다.

병렬공급관(333)은 제1수냉식방열부(240a,240b,240c,240d)의 개수만큼 구비되어 보조공급매니폴드(350)와 제1수냉식방열부(240a,240b,240c,240d)를 연결한다. 직렬공급관(335)은 보조배출매니폴드(360)와 제2수냉식방열부(260a,260b,260c)를 연결한다.

배출관부(340)는 제1수냉식방열부(240a,240b,240c,240d)에서 열교환이 완료된 냉각수를 배출시켜 복수개의 제2수냉식방열부(260a,260b,260c)로 공급한다. 배출관부(340)는 복수개의 제1수냉식방열부(240a,240b,240c,240d)와 보조배출매니폴드(360)를 연결하는 병렬배출관(341)과, 복수개의 제2수냉식방열부(260a,260b,260c)를 연결하는 직렬배출관(343)을 포함한다.

보조배출매니폴드(360)는 복수개의 제1수냉식방열부(240a,240b,240c,240d)의 냉각수를 집수하여 제2수냉식방열부(260a,260b,260c)로 공급하는 역할을 한다. 보조배출매니폴드(360)의 개수도 제1수냉식방열부(240a,240b,240c,240d)의 개수와 레이아웃에 따라 가감될 수 있다.

병렬배출관(341)은 제1수냉식방열부(240a,240b,240c,240d)의 개수만큼 구비된다. 직렬배출관(343)은 제2수냉식방열부(260a,260b,260c)를 서로 순차적으로 연결한다.

즉 상술된 바와 같이, 도 4에서는, 노드(200) 내부에 네 개의 고발열부품(230a,230b,230c,230d)과 세 개의 저발열부품(250a,250b,250c)이 있는 경우, 상기 제1수냉식방열부(240a,240b,240c,240d)는 병렬적으로 연결되고 상기 제2수냉식방열부(260a,260b,260c)는 직렬적으로 연결되어, 냉각수가 제1수냉식방열부(240a,240b,240c,240d)를 동시에 냉각시키면서 순차적으로 제2수냉식방열부(260a,260b,260c)를 냉각시키는 모습을 도시한 것이다.

관련하여, 상기 제1수냉식방열부(240a,240b,240c,240d) 및 상기 제2수냉식방열부(260a,260b,260c)가 연결되는 모습은 도 4의 도시된 예에 한정되지 않으며, 예를 들어, 제1수냉식방열부(240a,240b,240c,240d)가 직렬적으로, 제2수냉식방열부(260a,260b,260c)가 병렬적으로 연결될 수 있으며, 또는, 제1수냉식방열부(240a,240b,240c,240d) 및 제2수냉식방열부(260a,260b,260c) 모두 직렬적으로 연결될 수 있고, 또는, 제1수냉식방열부(240a,240b,240c,240d) 및 제2수냉식방열부(260a,260b,260c) 모두 병렬적으로 연결될 수 있다. 물론, 제 1수냉식방열부(240a,240b,240c,240d)는 직렬 및 병렬이 혼용된 상태로 연결될 수 있으며, 제2수냉식방열부(260a,260b,260c) 또한 직렬 및 병렬이 혼용된 상태로 연결될 수 있다.

한편 냉각기(370)는 랙(100) 내부를 순환하며 열교환에 의해 온도가 상승한 냉각수를 냉각시킨다. 냉각기(370)는 메인배출매니폴드(320)로부터 배출된 냉각수가 메인공급매니폴드(310)로 공급되는 경로 상에 배출된다. 냉각기(370)에는 온도감지부(371)가 결합되어 냉각수의 온도를 감지한다.

냉각기(370)는 랙(100) 내부에 구비된 전체 고발열부품(230) 및 저발열부품(250)에서 발생되는 최대 발생열량과 같거나 크도록 구비된다. 온도감지부(371)에서 감지된 냉각수의 온도를 기초로 제어부(390)는 냉각기(370)의 냉각용량을 가감하여 냉각수를 냉각한다. 이에 의해 냉각수의 공급온도를 일정하게 유지하여 냉각효율을 일정하게 유지할 수 있다.

순환펌프(380)는 메인배출매니폴드(320)와 메인공급매니폴드(310) 사이에 구비되어 냉각수가 순환될 수 있는 구동력을 제공한다. 순환펌프(380)의 일측에는 냉각수가 저장되며 냉각수를 보충하는 냉각수탱크(381)가 구비될 수 있다.

여기서, 냉각수는 부식방지제와 증류수가 혼합된 액체로 형성될 수 있다. 또한, 냉각수는 누수가 발생되어 고발열부품(230) 및 저발열부품(250)과 접촉되더라도 성능에 영향을 주지 않는 절연액체로 구비될 수 있으며 절연액체는 광물성 오일, 실리콘 오일 등일 수 있다.

이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 수냉식 클러스터 냉각시스템(1)의 냉각과정을 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한다.

랙(100)의 각 수용공간에 복수개의 노드(200)를 결합시킨다. 복수개의 노드(200)는 서로 동일한 종류로 구비되거나, 서로 다른 종류로 구비될 수 있다. 복수개의 노드(200)는 랙(100) 내부에 전기적으로 결합된다. 또한, 노드(200)는 메인공급매니폴드(310) 및 메인배출매니폴드(320)와 제2공급관(313) 및 제2배출관(323)에 연결되어 냉각수순환부(300)와 결합된다.

순환펌프(380)를 구동시키면 냉각수가 메인공급매니폴드(310)와 노드(200), 메인배출매니폴드(320) 순으로 순환하게 된다.

냉각수는 냉각기(370)를 거쳐 일정 온도로 냉각된 후 메인공급매니폴드(310)로 공급된다. 메인공급매니폴드(310)에 집수된 냉각수는 복수개의 제1공급관(311)과 제2공급관(313)에 의해 각 노드(200)의 제1냉각수공급구(210a)로 유입된다. 제1냉각수공급구(210a)로 유입된 냉각수는 제3공급관(331)으로 이동되어 보조공급매니폴드(350)에 저장된다.

도 4에 도시된 바와 같이 보조공급매니폴드(350)에 저장된 냉각수는 복수개의 병렬공급관(333)에 의해 네 개의 제1수냉식방열부(240a,240b,240c,240d)로 동시에 공급된다. 각 제1수냉식방열부(240a,240b,240c,240d)로 공급된 냉각수는 고발열부품(230a,230b,230c,230d)과 접촉되며 열교환 한다. 이에 의해 고발열부품(230a,230b,230c,230d)의 열이 충분히 냉각되게 된다. 또한, 연속으로 냉각수가 공급되므로 고발열부품(230a,230b,230c,230d)의 온도가 상승되는 것이 차단된다.

복수개의 제1수냉식방열부(240a,240b,240c,240d)를 유동한 냉각수는 병렬배출관(341)에 의해 배출되어 보조배출매니폴드(360)에 집수된다. 보조배출매니폴드(360)의 냉각수는 직렬공급관(335)에 의해 제2수냉식발열부(250a,250b,250c) 중 하나(250a)로 공급된다. 그리고, 나머지 제2수냉식발열부(250b)와 제3수냉식발열부(250c)는 직렬배출관(343)에 의해 순차적으로 냉각수가 이동된다.

상대적으로 열 발생이 많은 고발열부품(230a,230b,230c,230d)은 온도가 낮은 냉각수가 각각 병렬식으로 공급되어 열을 냉각하고, 상대적으로 열 발생이 적은 저발열부품(250a,250b,250c)은, 고발열부품(230a,230b,230c,230d)과 1차적으로 열교환이 이루어진 냉각수가 순차적으로 이동되어 열교환을 하게 된다. 이에 의해 전체적인 냉각효율이 균형을 이루게 될 수 있다.

직렬배출관(343)은 제1냉각수배출구(210b)와 연결되고, 제1냉각수배출구(210b)는 제2배출관(323)과 연결된다. 제2배출관(323)은 제1배출관(321)으로 연결되고 냉각수는 메인배출매니폴드(320)로 집수된 후 순환펌프(380)를 거쳐 재순환하게 된다.

이 때, 냉각수는 냉각기(370)로 유입되어 냉각된 후 다시 순환하게 된다.

한편, 냉각기(370)는 도시된 바와 같이 순환펌프(380)의 일측에 한 개만 설치되거나, 각 노드(200)에 개별적으로 설치될 수도 있다. 즉, 메인공급매니폴드(310)로부터 노드(200)로 유입되기 직전에 냉각수를 냉각하여 공급할 수도 있다.

즉, 본 발명의 일실시예에 따른 수냉식 클러스터 컴퓨터 냉각시스템은, 도 5에서 도시된 바를 참조하면, 냉각기(370)로부터 메인공급매니폴드(310)를 거쳐 복수개의 노드(200) 각각으로 냉각수를 공급하고, 메인배출매니폴드(320)는 상기 복수개의 노드(200) 각각으로부터 흘러나온 냉각수를 집수하여 펌프(380)를 거쳐 냉각기(370)로 흘려보낼 수 있다.

여기서, 랙(100)에 결합되는 노드(200)의 개수가 많을 경우 복수개의 메인공급매니폴드(310)와 복수개의 메인배출매니폴드(320)가 사용될 수 있다. 이 때, 순환펌프(380)도 복수개가 결합될 수 있다.

메인공급매니폴드(310)와 메인배출매니폴드(320)는 유동로(318, 328)를 제2커플링(317,327)에 의해 순환펌프(380)와 연결시키고 사용여부에 따라 순환펌프(380)를 결합시키거나 결합해지시킬 수 있다. 또한, 각 노드(200)도 제1커플링(315) 및 제2커플링(352)의 결합상태에 따라 메인공급매니폴드(310)와 메인배출매니폴드(320)에 결합 및 결합해지될 수 있다.

이러한 방식에 의해 본 발명에 따른 수냉식 클러스터 컴퓨터 냉각시스템은 노드(200)의 개수에 따라 용량을 간편하게 확장하거나 축소할 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수냉식 클러스터 컴퓨터 냉각시스템은, 냉각기(370)로부터 메인공급매니폴드(310)를 거친 냉각수를, 복수개의 노드(200) 중 일부인 소정의 개수 노드 각각으로 공급하고, 상기 소정 개수의 노드 각각으로부터 냉각수를 집수한 메인배출매니폴드(320)는 펌프(380)를 거쳐 냉각수를 냉각기(370)로 흘려보낼 수 있으며, 이후, 상술된 바와 같은 단계는 복수개의 노드 중 나머지 일부 노드에 대해서도 동일하게 수행될 수 있다. 예를 들어, 복수의 노드(200) 개수가 총 16개인 경우, 냉각기(370)로부터 메인공급매니폴드(310)을 거친 냉각수는 첫번째에서부터 네번째 노드에 대해 먼저 공급되고 메인배출매니폴드(320)로 집수되어 냉각기(370)로 이동하며, 이후, 다섯번째 노드에서부터 여덟번째 노드로, 아홉번째 노드에서부터 열두번째 노드로, 그리고 열세번째 노드에서부터 열여섯번째 노드 각각으로, 냉각기(370)로부터 메인공급매니폴드(310)을 거친 냉각수가 공급되고, 메인배출매니폴드(320)로 집수되어 냉각기(370)로 이동할 수 있다.

반면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 수냉식 클러스터 컴퓨터 냉각시스템은, 냉각기(370)의 냉각수가, 메인공급매니폴드를 거치지 않고, 복수개(M; M은 2이상의 정수)의 노드(200) 중 N개(1≤N≤M; N은 정수)의 노드로 공급되고, 상기 N개의 노드로부터 집수된 냉각수는 메인배출매니폴드를 거치지 않고 바로 펌프(380)로 이동하여 냉각기(370)로 이동할 수 있다.

추가적으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 수냉식 클러스터 컴퓨터 냉각시스템은, 각 노드(200)에 냉각기를 개별적으로 설치할 수 있다. 즉, 냉각기의 냉각수를 바로 노드로 흘려보낼 수 있으며, 노드로 흘러들어간 냉각수는 바로 펌프로 이동하여 냉각기에서 다시 냉각될 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 수냉식 클러스터 컴퓨터 냉각시스템은 냉각수가 직접 고발열부품 및 저발열부품과 접촉하여 연속적으로 냉각하게 되므로 냉각효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 냉각수의 온도를 조절함에 따라 냉각효율을 가변할 수 있다.

또한, 열발생이 많은 고발열부품은 병렬식으로 냉각수를 공급받고, 상대적으로 열발생이 적은 저발열부품은 직렬식으로 냉각수를 공급받아 냉각효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 수냉식 클러스터 컴퓨터 냉각시스템은 노드의 개수와 사용여부에 따라 냉각용량을 간편하게 확장하거나 축소하여 사용할 수 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 간판 어셈블리의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

1 : 클러스터 컴퓨터 냉각시스템 100 : 랙
110 : 랙하우징 120 : 수직격벽
130 : 수평격벽 140 : 결합브래킷
200 : 노드 210 : 케이싱
210a : 제1냉각수공급구 210b : 1냉각수배출구
220 : 메인보드 230 : 고발열부품
240 : 제1수냉식방열부 241 : 2냉각수공급구
243 : 제2냉각수배출구 250 : 저발열부품
260 : 제2수냉식방열부 300 : 냉각수순환부
310 : 메인공급매니폴드 311 : 제1공급관
313 : 제2공급관 315 : 제1커플링
320 : 메인배출매니폴드 321 : 제1배출관
323 : 제2배출관 325 : 제2커플링
330 : 공급관부 331 : 제3공급관
333 : 병렬공급관 335 : 직렬공급관
340 : 배출관부 341 : 병렬배출관
343 : 직렬배출관 350 : 보조공급매니폴드
360 : 보조배출매니폴드 370 : 냉각기
371 : 온도감지부 380 : 순환펌프
381 : 냉각수탱크 390 : 제어부

Claims (12)

1. 격벽에 의해 복수개의 독립된 수용공간으로 분할되는 랙과, 상기 수용공간에 각각 수용되는 복수개의 노드와, 상기 복수개의 노드 내부로 냉각수를 유입 및 유출시켜 상기 노드의 열을 냉각시키는 냉각수순환부를 포함하는 수냉식 클러스터 컴퓨터 냉각시스템에 있어서,
   상기 노드는,
   상기 수용공간 내부에 결합되며 제1냉각수공급구와 제1냉각수배출구가 형성된 케이싱과, 상기 케이싱 내부에 구비되는 메인보드와, 상기 메인보드 상에 배치되는 복수개의 고발열부품 및 저발열부품과, 상기 복수개의 고발열부품과 상기 저발열부품에 각각 접촉되게 배치되며 내부에 상기 냉각수가 유동되는 복수개의 제1수냉식방열부 및 제2수냉식방열부를 포함하고,
   상기 복수개의 제1수냉식방열부와 상기 복수개의 제2수냉식방열부 사이에 배치되며, 상기 복수개의 제1수냉식방열부에서 열교환된 냉각수를 집수하여 상기 제2수냉식방열부로 공급하는 보조배출매니폴드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수냉식 클러스터 컴퓨터 냉각시스템.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 랙의 일측에 설치되며 상기 복수개의 노드로 냉각수를 공급하는 메인공급매니폴드와;
   상기 메인공급매니폴드의 일측에 배치되며 상기 복수개의 노드로부터 배출된 냉각수가 집수되는 메인배출매니폴드와;
   상기 메인공급매니폴드와 상기 메인배출매니폴드 사이에 배치되며, 상기 메인배출매니폴드로부터 배출된 냉각수를 상기 메인공급매니폴드로 재공급시키는 순환펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수냉식 클러스터 컴퓨터 냉각시스템.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 메인공급매니폴드와 상기 복수개의 노드는 일단부가 상기 케이싱의 제1냉각수공급구와 결합된 제2공급관에 의해 연결되고,
   상기 메인배출매니폴드와 상기 복수개의 노드는 일단부가 상기 케이싱의 제1냉각수배출구와 결합된 제2배출관에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 수냉식 클러스터 컴퓨터 냉각시스템.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 냉각수는 상기 복수개의 제 1 수냉식방열부를 경유하여 상기 복수개의 제2수냉식방열부로 흐르는 것을 특징으로 하는 수냉식 클러스터 컴퓨터 냉각시스템.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 복수개의 제1수냉식방열부는 상기 제1냉각수공급구와, 복수개의 병렬공급관에 의해 병렬식으로 연결되거나, 복수개의 직렬공급관에 의해 직렬식으로 연결되고,
   상기 복수개의 제 2 수냉식방열부는 상기 제1수냉식방열부에 직렬식 또는 병렬식으로 연결되는 것을 특징으로 하는 수냉식 클러스터 컴퓨터 냉각시스템.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1냉각수공급구와 상기 제1수냉식방열부 사이에 배치되어 냉각수를 상기 제1수냉식방열부로 공급하는 보조공급매니폴드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수냉식 클러스터 컴퓨터 냉각시스템.
   
8. 삭제
9. 제4항에 있어서,
   상기 제2공급관과 상기 제2배출관에는 각각 커플링이 구비되어 제1공급관과 제1배출관 각각과 결합되며, 상기 노드의 사용상태에 따라 상기 커플링을 결합 또는 결합해지하여 냉각수의 공급여부를 단속하는 것을 특징으로 하는 수냉식 클러스터 컴퓨터 냉각시스템.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 제2공급관과 상기 메인배출매니폴드 사이에 배치되어, 상기 메인배출매니폴드로부터 상기 각 노드로 공급되는 냉각수를 냉각하는 냉각기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수냉식 클러스터 컴퓨터 냉각시스템.
    
11. 제3항에 있어서,
    상기 메인배출매니폴드와 상기 메인공급매니폴드 사이에 구비되며, 상기 메인배출매니폴드로부터 배출된 냉각수를 냉각시키는 냉각기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수냉식 클러스터 컴퓨터 냉각시스템.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 냉각기의 냉각용량은 상기 고발열부품 및 상기 저발열부품에서 발생되는 최대발생열량과 같거나 크도록 구비되는 것을 특징으로 하는 수냉식 클러스터 컴퓨터 냉각시스템.

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