KR20120010253A - 서버팜 냉각 시스템을 위한 저온 행 캡슐화 - Google Patents

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스콧 노트붐
알버트 델 로비슨
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야후! 인크.
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Abstract

데이터 센터의 효율적인 냉각에 관련된 장치, 방법 및 시스템이다. 본 발명의 일부 실시예는 찬 열들의 인클로저를 통한 캡슐화를 허용하고 하나 이상의 팬이 저온 행 캡슐화 구조로부터 찬 공기를 흡인하여 서버 랙에 설치된 서버를 냉각할 수 있게 한다. 다른 구체적인 실시예에서, 개시된 시스템을 사용하여 외부의 찬 공기를 저온 행 캡슐화 구조 안으로 혼합하여 서버를 냉각할 수 있다. 일부 실시예에서, 본 발명은 서버 랙에 설치된 팬이 없는 서버를 포함하며, 래크 상의 팬이 없는 서버를 통해 저온 행 캡슐화 구조로부터 냉각 공기를 흡인하도록 팬 유닛을 도입한다.

Description

서버팜 냉각 시스템을 위한 저온 행 캡슐화{COLD ROW ENCAPSULATION FOR SERVER FARM COOLING SYSTEM}
본 발명은 일반적으로는 데이터 센터용 냉각 시스템에 관한 것이다.
웹 이메일, 웹 검색, 웹사이트 호스팅 및 웹 비디오 공유와 같은 인터넷 서비스의 빠른 성장은 데이터 센터에 있는 서버로부터 컴퓨팅과 저장 전력을 위해 점점 더 높은 수요를 창출하고 있다. 서버의 성능이 개선되고 있지만, 서버의 전력 소비도 역시 집적 회로의 저전력 설계 노력에도 불구하고 증가하고 있다. 예컨대 가장 널리 사용되는 서버 프로세서들 중 하나인 AMD의 Opteron 프로세서는 95 와트까지 동작한다. Intel의 Xeon 서버 프로세서는 110 내지 165 와트에서 동작한다. 그러나, 프로세서는 서버의 일부일 뿐이며, 저장 장치와 같은 서버 내의 다른 부분들이 추가의 전력을 소비한다.
서버는 대체로 데이터 센터 내의 랙(rack)에 위치한다. 랙을 위한 물리적 구성은 다양하다. 전형적인 랙 구성은 장착 레일을 포함하며, 장착 레일에는 서버 블레이드와 같은 다수의 장비 유닛이 장착되어 랙 내부에서 수직으로 적층된다. 가장 널리 사용되는 19 인치 랙 중의 하나는 1U 또는 2U 서버와 같은 장비를 장착하기 위한 표준 시스템이다. 이 형태의 랙 상의 하나의 랙 유닛은 높이가 1.75 인치이고 폭이 19 인치이다. 하나의 랙 유닛에 설치될 수 있는 랙 장착 유닛(RMU: Rack-Mounted Unit) 서버는 일반적으로 1U 서버로 불린다. 데이터 센터에서, 표준 랙은 보통 서버, 저장 장치, 스위치 및/또는 통신 장비가 조밀하게 자리를 차지하고 있다. 일부 데이터 센터에서, 밀도를 높이고 노이즈를 감소시키도록 팬이 없는 RMU 서버가 사용된다.
데이터 센터 룸은 서버 특히 팬이 없는 서버의 신뢰성 있는 동작을 위해 수용 가능한 온도와 습도로 유지되어야 한다. Opteron 또는 Xeon 프로세서에 의해 작동되는 서버들이 조밀하게 적층된 랙의 전력 소비는 7,000 내지 15,000 와트일 수 있다. 그 결과, 서버 랙은 매우 집중된 열 부하를 일으킬 수 있다. 랙의 서버에 의해 소실되는 열은 데이터 센터 룸으로 배기된다. 조밀하게 배치된 랙들에 의해 집단적으로 발생되는 열은 냉각을 위해 주변 공기에 의존하므로 랙들 내의 장비의 성능과 신뢰성에 불리한 영향을 줄 수 있다. 따라서 난방, 환기, 냉방 (HAVC) 시스템은 흔히 효율적인 데이터 센터의 설계의 중요한 부분이 된다.
전형적인 데이터 센터는 10 내지 40 메가와트의 전력을 소비한다. 에너지 소비의 대부분은 서버의 동작과 HVAC 시스템으로 나누어진다. HVAC 시스템은 데이터 센터에서의 전력 사용의 25 내지 40%를 차지하는 것으로 추정된다. 40 메가와트 전력을 소비하는 데이터 센터에서, HAVC 시스템은 10 내지 16 메가와트의 전력을 소비할 수 있다. 효율적인 냉각 시스템과 에너지 사용을 줄이는 방법을 이용하면 현저한 비용 절감을 달성할 수 있다. 예컨대 HVAC 시스템의 전력 소비를 데이터 센터에서 사용되는 전력의 25%로부터 10%로 줄인다는 것은 수천 가구의 전력으로 충분한 6 메가와트의 전력을 절감하는 것을 의미한다.
데이터 센터 룸에서, 서버 랙들은 대체로 행(row)들로 배치되고 차갑고 따뜻한 통로가 이들 사이에 교대로 놓인다. 모든 서버는 랙의 전방에 위치한 저온 행(cold row)들로부터 조절된 공기를 추출하고 랙 후방의 고온 행(hot row)들을 통해 외부로 열을 방출하는 전방-후방 기류 패턴을 달성하도록 랙에 설치된다. 올림 마루 룸 설계(raised floor room design)가 언더플로어(underfloor) 공기 분배 시스템을 수용하는 데 주로 사용되며, 냉각된 공기가 냉각 통로를 따라 올림 마루 내의 통풍구를 통해 공급된다.
데이터 센터의 효율적인 냉각에서 중요한 인자는 데이터 센터 내부의 기류와 순환을 관리하는 것이다. 전산실 공조기(CRAC) 유닛이 찬 공기를 통풍구를 포함하는 바닥 타일을 통해 랙 사이에 공급한다. 서버에 추가하여, CRAC 유닛도 역시 상당한 양의 전력을 소비한다. 하나의 CRAC 유닛은 최대 3 개의 5마력 모터를 포함할 수 있고, 데이터 센터를 냉각하는데 최대 150 개의 CRAC 유닛이 필요할 수 있다. 이들 CRAC 유닛은 데이터 센터에서 상당한 양의 전력을 집단적으로 사용한다. 예컨대 고온 및 저온의 행 구성을 갖는 데이터 센터 룸에서, 고온 행의 더운 공기는 고온 행 밖으로 이동되어 CRAC 유닛으로 순환된다. CRAC 유닛은 공기를 냉각한다. CRAC 유닛의 모터에 의해 구동되는 팬은 냉각된 공기를 거친 올림 마루에 의해 형성된 언더플로어 플리넘(plenum)에 공급한다. 냉각된 공기를 언더플로어 플리넘 안으로 추진하는 것에 의해 생긴 압력은 냉각된 공기를 서브플로어 내의 통풍구를 통해 위로 추진하여 서버 랙이 대면하는 냉각 통로로 공급한다. 충분한 공기 유량을 달성하기 위해, 수많은 강력한 CRAC 유닛이 전형적인 데이터 센터 룸에 설치될 것을 필요로 한다. 그러나, CRAC 유닛은 일반적으로 데이터 센터 룸의 구석에 설치되므로, 공기 유량을 효율적으로 증가시킬 능력은 부정적인 영향을 강하게 받는다. 올림 마루를 구축하는 비용은 일반적으로 고가이고, 냉각 효율은 데이터 센터 룸 내부의 비효율적인 공기 이동에 기인해 낮은 것이 일반적이다. 또한, 마루 통풍구의 위치는 공급 공기의 단락을 방지하도록 데이터 센터의 설계와 시공을 통해 신중한 계획을 요구한다. 핫스폿(hot spot)을 고정하도록 타일을 제거하는 것은 시스템 전반에 문제를 일으킬 수 있다.
본 발명은 팬이 없는 랙 장착 서버가 설치될 수 있는 데이터 센터의 효율적인 냉각에 관한 것이다. 구체적인 실시예에서, 본 발명은 하나 이상의 서버 랙과 인터페이싱하도록 구성된 적어도 하나의 서버 랙 포트를 포함하는 저온 행 캡슐화 구조 및 이 저온 행 캡슐화 구조의 상면에 연결된 냉각 모듈을 제공한다. 서버 랙 포트는 서버 랙에 설치된 랙 장착 유닛의 앞면이 저온 행 캡슐화 구조에 의해 형성된 내부 공간과 인터페이싱하기 위해 서버 랙과 결합하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 서버 랙 포트와 서버 랙은 클램프 및/또는 밀봉 개스킷에 의해 밀착 연결되어 저온 행 캡슐화 구조 안팎으로의 공기 누설을 줄인다.
본 발명의 일부 실시예는 하나 이상의 보조 팬을 활용하여 찬 공기를 저온 행 캡슐화 구조로부터 서버 랙 내의 랙 장착 유닛의 앞면을 통해 흡인하고 더운 공기를 랙 장착 유닛의 뒷면으로부터 방출한다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 팬은 공기를 저온 행 캡슐화 구조로부터 흡인하여 서버 랙에 설치된 서버를 냉각하도록 팬 유닛에 봉인되고 서버 랙에 동작 가능하게 부착될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예는 냉각된 공기를 언더플로어 플리넘 안으로 압입하기 위한 올림 마루, 팬 및 다른 장비의 필요성을 제거한다. 또한, 일부 실시예는 내부 팬을 포함하도록 서버, 디스크 어레이 등과 같은 랙 장착 유닛의 필요성을 제거한다. 다른 실시예에서, 냉각 시스템의 팬은 랙 장착 유닛의 내부 팬의 보조 또는 보충으로 사용될 수 있다. 저온 행 캡슐화 구조의 상부에 설치된 냉각 모듈은 냉각 모듈의 내부에 설치된 냉각 코일을 통해 더운 공기를 냉각한다. 일부 실시예에서, 냉각 모듈 내의 더운 공기와 열을 교환하도록 냉수가 코일 내부에 사용된다.
본 발명의 일 실시예에서, 시스템과 방법은 외부 공기를 유입하지 않고 데이터 센터 서버 냉각실 내부에서 더운 공기를 냉각시키는 것에 관련된다. 공기는 냉각 모듈 내부의 물 기반 냉각 코일에 의해 냉각되고, 냉각된 공기는 중력과 저온 행 캡슐화 구조의 내부 공간 내부에 생긴 낮은 압력을 통해 저온 행 캡슐화 구조에 들어간다. 하나 이상의 팬이 찬 공기를 저온 행 캡슐화 구조에 연결된 서버 랙 내의 랙 장착 유닛을 통해 흡인하여 서버를 냉각하고 더운 공기를 서버 랙의 뒷면으로부터 방출한다. 일부 실시예에서, 팬은 팬 유닛에 봉인된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 시스템과 방법은 외부의 찬 공기를 혼합하여 서버를 냉각하는 것에 관련된다. 일 실시예에서, 데이터 센터 내의 천정 댐퍼는 온도 제어 유닛에 의해 제어되어 외부 온도가 일정한 임계값에 도달할 때 개방될 수 있다. 외부 공기는 데이터 센터에 들어가 저온 행 캡슐화 구조의 상부에 설치된 냉각 모듈을 통과한다. 하나 이상의 팬이 찬 공기를 저온 행 캡슐화 구조로부터 흡인한다. 더운 공기가 천정 배기 팬에 의해 외부로 배기된다. 일부 실시예에서, 특히 외부 공기가 서버 및 다른 장비를 위한 동작 요건을 충족시키지 못할 때 데이터 센터 서버 냉각실 안의 공기 중의 수분을 제어하기 위해, 가습기를 사용하여 외부 공기를 조절할 수 있다. 그러나, 최근, 서버 장비의 제조자들은 기술적인 개선에 기인해 습도 요건을 상당히 완화하였다.
아래의 상세한 설명은 첨부 도면과 함께 본 발명의 다양한 실시예의 특징과 장점의 보다 나은 이해를 제공할 것이다.
도 1은 예시적인 저온 행 캡슐화 구조와 예시적인 냉각 모듈을 보여주는 도면이다.
도 2는 일체형 서버 랙들을 갖는 예시적인 저온 행 캡슐화 구조와 예시적인 냉각 모듈을 보여주는 도면이다.
도 3은 일체형 서버 랙들을 갖는 예시적인 저온 행 캡슐화 구조와, 이들 서버 랙 중 하나에 배치된 예시적인 서버, 및 예시적인 냉각 모듈을 보여주는 도면이다.
도 4는 예시적인 서버와, 예시적인 냉각 모듈에 의해 조절된 찬 공기를 흡인하는 팬 유닛을 보여주는 도면이다.
도 5는 저온 행 캡슐화 구조를 갖는 예시적인 데이터 센터 서버의 냉각실, 냉각 모듈, 지붕의 배기 팬 및 실내외 공기 순환을 제어하는 댐퍼를 갖는 혼합 챔버를 보여주는 도면이다.
도 6은 예시적인 저온 행 캡슐화 구조와, 하나 이상의 RMU 서버가 있는 하나 이상의 서버 랙, 그리고 서버 랙에 부착된 하나 이상의 팬을 구비한 팬 유닛을 보여주는 도면이다.
도 7은 예시적인 저온 행 캡슐화 구조와, 하나 이상의 RMU 서버가 있는 하나 이상의 서버 랙, 그리고 하나 이상의 튜브를 통해 서버 랙에 부착된 팬 유닛을 보여주는 도면이다.
도 8은 예시적인 저온 행 캡슐화 구조와, 하나 이상의 RMU 서버가 있는 하나 이상의 서버 랙, 그리고 인클로저의 상면에 동작 가능하게 부착된 하나 이상의 팬을 보여주는 도면이다.
도 9는 예시적인 저온 행 캡슐화 구조와, 하나 이상의 RMU 서버가 있는 하나 이상의 서버 랙, 그리고 저온 행 캡슐화 구조의 외면에 동작 가능하게 부착된 하나 이상의 팬을 보여주는 도면이다.
아래의 예시적인 실시예들과 그들의 양태는 설명적인 예이며 범위를 제한하지 않도록 의도된 방법 및 시스템과 연계하여 설명되고 도시된다.
도 1은 예시적인 냉각 모듈(100)과 예시적인 저온 행 캡슐화 구조(106)를 보여준다. 저온 행 캡슐화 구조(106)는 프레임, 패널, 도어 및 서버 랙 포트를 가질 수 있다. 서버 랙 포트는 서버 랙에 연결될 수 있는 저온 행 캡슐화 구조(106) 상의 개구이다. 저온 행 캡슐화 구조(106)는 적어도 하나의 서버 랙 포트를 포함하는 내부 공간을 형성하는 하우징을 만드는 강, 복합 재료 또는 탄소 재료와 같은 다양한 재료로 이루어질 수 있으며, 서버 랙 포트는 랙 장착 유닛이 내부 공간과 인터페이싱할 수 있게 한다. 일부 실시예에서, 저온 행 캡슐화 구조(106)는 플로어(마루) 표면에 직접 장착될 수 있으며, 냉각된 공기를 위한 데이터 센터 냉각실에는 아무런 올림 마루도 요구되지 않는다.
냉각 모듈(100)은 저온 행 캡슐화 구조(106)의 상부에 위치되고 배치되어 저온 행 캡슐화 구조(106)의 상면에 연결될 수 있다. 냉각 모듈(100)은 하나 이상의 냉각 코일(102)을 포함한다. 냉각 코일(102) 내부를 지나가는 액체를 사용하여 냉각 모듈(100)을 통과하는 상대적으로 더운 공기와 열을 교환함으로써 공기를 냉각한다. 일 실시예에서, 냉각 모듈(100)은 내부에 냉각 코일(102)이 위치한 인클로저를 포함한다. 냉각 모듈 인클로저는 공기가 통과하여 인클로저에 들어갈 수 있는 하나 이상의 개구(104)를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 개구(104)는 공기 필터를 포함할 수 있다. 냉각 모듈 인클로저는 저온 행 캡슐화 구조(106)의 상면에 연결된 하나 이상의 개구를 가질 수 있으며, 이들 개구를 통해 찬 공기가 냉각 모듈을 나와 저온 행 캡슐화 구조에 의해 형성되는 내부 공간으로 들어간다.
일부 실시예에서, 물은 열 교환기로서 냉각 코일(102) 내부에 사용된다. 물 펌프, 물 냉각 장비 및 관련된 배관(도시 생략)이 냉각된 물을 냉각 코일(102)에 공급한다. 다른 실시예에서, 물-글리콜 용액, 증기 또는 냉매와 같은 다른 형태의 액체가 열 교환기로서 냉각 코일(102) 내부에서 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 냉각 코일(102)은 구불어진(serpentine) 형태의 배관(tubing) 라인일 수 있다. 다른 실시예에서, 냉각 코일(102)은 직선의 배관과 같은 다른 형태일 수 있다. 저온 행 캡슐화 구조(106)의 크기에 따라, 냉각 요건, 기류의 속도, 냉각 코일(102)의 물리적 특성 및 냉각 모듈(100) 내의 냉각 코일의 수는 달라질 수 있다. 일 실시예에서, 냉각 모듈(100) 내부에는 2개의 냉각 코일이 사용된다.
일반적으로 찬 공기가 더운 공기보다 무거우므로, 냉각 코일(102)에 의해 냉각된 찬 공기는 냉각 모듈(100) 아래에 위치하고 그에 연결될 수 있는 저온 행 캡슐화 구조(106)에 의해 형성된 내부 공간으로 아래로 이동하는 것이 보통이다. 저온 행 캡슐화 구조(106)는 내부 공간을 형성하는 인클로저를 포함한다. 인클로저는 복수의 서버 랙과 인터페이싱하도록 구성된 적어도 하나의 서버 포트(110)를 포함한다. 서버 랙 포트(110)는 서버 랙의 앞면이 저온 행 캡슐화 구조(106)의 내부 공간과 교차하도록 서버 랙과 인터페이싱하도록 구성된다. 일 실시예에서, 6개의 서버 랙이 서버 랙 포트(110)에 연결될 수 있다. 다른 실시예에서, 12개의 표준 서버 랙이 서버 랙 포트(110)에 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 서버 랙과 서버 랙 포트(110)는 하나 이상의 클램프(112)를 통해 함께 연결될 수 있다. 다른 실시예에서, 서버 랙과 서버 랙 포트(110)는 서로 인접하여 배치될 수 있다. 일부 다른 실시예에서, 개스킷과 같은 밀봉 재료를 사용하여 서버 랙 포트(110)와 서버 랙을 단단히 연결할 수 있다. 서버들은 전방의 저온 행 캡슐화 구조(106)로부터 조절된 공기를 추출하여 열을 래크 후방으로 방출하는 전방-후방 기류 패턴을 달성하도록 랙에 설치된다.
일 실시예에서, 저온 행 캡슐화 구조(106)는 1보다 많은 수의 서버 랙 포트(110)를 포함할 수 있다. 서버 랙 포트(110)는 서버에 설치된 서버 또는 다른 장치의 앞면이 저온 행 캡슐화 구조(106)에 의해 형성된 내부 공간과 인터페이싱하도록 서버 랙과 결합될 수 있다. 이 구성은 도 4에 도시된 바와 같이 하나 이상의 팬이 내부 공간으로부터 공기를 흡인하여 프로세서(들)와 다른 구성 요소들에 의해 가열된 공기를 후방 패널 밖으로 배기하는 전방-후방 기류 패턴을 달성한다. 일부 실시예에서, 서버 랙과 저온 행 캡슐화 구조는 실질적으로 밀봉될 수 있으며, 저온 행 캡슐화 구조(106)의 내부 공간 내부의 조절된 찬 공기는 하나 이상의 팬에 의해 흡인된다. 다른 실시예에서, 서버 랙과 저온 행 캡슐화 구조(106)는 저온 행 캡슐화 구조(106)의 내부 공간 내부의 조절된 찬 공기가 하나 이상의 팬에 의해 서버로 흡인될 수 있도록 서로 인접하여 배치된다. 비교적 더운 공기가 저온 행 캡슐화 구조(106)의 상부의 냉각 모듈(100)로 순환되어 냉각 코일(102)과 열을 교환한다. 냉각 모듈(100)로부터의 찬 공기는 저온 행 캡슐화 구조(106)로 가라앉아 하나 이상의 팬에 의해 서버의 후미로 흡인된다. 일부 실시예에서, 서버 랙에는 서버 및 다른 장비가 산재해 있다. 서버 및 다른 장비가 랙 내부에서 수직으로 적층되므로, 결핍이 저온 행 캡슐화 구조의 내부 공간에 열린 간극을 형성할 수 있다. 찬 공기는 저온 행 캡슐화 구조(106)의 내부 공간으로부터 누설되고, 더운 공기는 내부 공간으로 다시 순환됨으로써, 냉각 효율을 감소시킬 수 있다. 공기 누설을 방지하기 위해, 공기가 간극을 통해 저온 행 캡슐화 구조를 탈출하거나 진입하는 것을 방지하는 서버 랙에 장착된 패널에 의해 간극을 차단할 수 있다.
일 실시예에서, 저온 행 캡슐화 구조(106)는 바닥에 안전성 제어 유닛(114)을 더 포함할 수 있다. 안정 제어 유닛(114)은 지진과 같은 자연 재해 중에 지진 진동에 견디도록 구축되는 구성 요소를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 안정 제어 유닛(114)은 저온 행 캡슐화 구조(106)를 수월하게 이동시키도록 신속히 해제될 수 있는 스크롤 장치를 가질 수 있다. 안정 제어 유닛(114)이 사용될 때, 저온 행 캡슐화 구조(106)는 지면으로부터 올려 질 수 있다. 그 결과, 찬 공기가 누설되고 더운 공기가 저온 행 캡슐화 구조(106)의 저부측으로부터 들어올 수 있다. 공기 누설을 방지하기 위해, 일 실시예에서, 저온 행 캡슐화 구조(106)의 저부측은 바닥면을 밀봉하는 패널 - 이 패널에는 안정 제어 유닛(114)이 부착될 수 있음 - 에 의해 둘러싸일 수 있다.
일 실시예에서, 하나 이상의 도어(108)가 저온 행 캡슐화 구조(106)의 인클로저에 설치될 수 있다. 도어(108)는 데이터 센터 요원이 서버 유지보수와 같은 다양한 임무를 위해 저온 행 캡슐화 구조에 들어갈 수 있도록 개폐될 수 있다. 도어(108)는 찬 공기가 저온 행 캡슐화 구조(106)로부터 누설되는 것을 방지하도록 절연될 수 있다.
저온 행 캡슐화 구조(106)의 치수는 서버 랙의 요망되는 수, 서버의 냉각 요건 등에 따라 상당히 달라질 수 있다. 일 실시예에서, 6 내지 12 개의 표준 서버 랙이 저온 행 캡슐화 구조(106)의 각각의 서버 랙 포트(110)에 연결될 수 있다. 다른 6 내지 12 개의 표준 서버 랙이 저온 행 캡슐화 구조의 반대쪽의 서버 랙 포트에 연결될 수 있다. 반대쪽의 서버 랙 포트들 간의 거리는 4 피트일 수 있다. 저온 행 캡슐화 구조(106)의 높이는 12 피트이고 깊이도 12 피트일 수 있다.
도 2는 예시적인 냉각 모듈(200), 저온 행 캡슐화 구조(206) 및 일체형 서버 랙(208, 210)을 보여준다. 이 예의 시스템은 서버 랙이 시스템의 일체형 부분인 것을 제외하면 도 1에 도시된 것과 비슷하다. 이 실시예에서, 저온 행 캡슐화 구조(206)와 서버 랙(208, 210) 사이의 연결과 밀봉은 서버 랙이 저온 행 캡슐화 구조(206)의 부분이므로 더 이상 요구되지 않는다. 서버는 전방-후방 기류 패턴을 달성하도록 일체형 서버 랙(208, 210)에 설치될 수 있다. 일체형 서버 랙(208, 210)의 앞면은 저온 행 캡슐화 구조(206)의 내부 공간과 교차한다. 하나 이상의 팬은 저온 행 캡슐화 구조(206)로부터 찬 공기를 흡인하여 서버를 냉각하고 비교적 더운 공기를 서버 랙의 후방으로부터 불어낸다. 그러면 더운 공기가 하나 이상의 개구(204)를 통해 냉각 모듈(200)로 순환되어 하나 이상의 냉각 코일(202)과 열을 교환한다. 냉각 모듈(200)은 저온 행 캡슐화 구조(206)의 상부에 위치되어 저온 행 캡슐화 구조(206)의 상부측과 냉각 모듈(200)의 저부측의 개구를 통해 저온 행 캡슐화 구조(206)의 상면에 연결될 수 있다. 찬 공기는 특히 하나 이상의 팬이 저온 행 캡슐화 구조로부터 찬 공기를 흡인하여 저온 행 캡슐화 구조(206)의 내부 공간에 더 낮은 기압을 생성하고 있을 때에는 대개 아래로 이동한다.
도 3은 예시적인 냉각 모듈(300), 저온 행 캡슐화 구조(302), 서버 랙(304) 및 서버 랙 상에 위치된 예시적인 서버(306)를 보여준다. 이 예의 시스템은 도 2에 도시된 것과 비슷하다. 조절된 찬 공기가 저온 행 캡슐화 구조(302)의 상부에 배치된 냉각 모듈(300)을 통해 저온 행 캡슐화 구조(302)에 들어간다. 하나 이상의 팬이 저온 행 캡슐화 구조(302)의 내부 공간으로부터 조절된 찬 공기를 흡인하여 서버(306)를 냉각한다.
도 4는 예시적인 냉각 모듈(400), 냉각 코일(402), 서버(404) 및 팬 유닛(406)을 포함한다. 냉각 모듈(400)과 냉각 코일(402)로부터의 조절된 찬 공기가 팬 유닛(406)에 의해 흡인되어 서버(404)를 통과하여 서버를 냉각한다. 일부 실시예에서, 팬 유닛(406)은 금속으로 이루어진 케이스에 봉인된 하나 이상의 팬을 포함한다. 팬 유닛(406)은 서버(404)의 뒷면에 부착될 수 있다. 다른 실시예에서, 팬 유닛(406)은 도 6에 도시된 튜브를 통해 서버(404)의 뒷면에 연결될 수 있다.
도 1과 도 2에 도시된 냉각 시스템은 위에 개시된 바와 같이 데이터 센터 서버 냉각실에 의해 형성된 내부 공간으로부터 공기를 흡인하고 냉각된 공기를 저온 행 캡슐화 구조(106)의 내부에 제공하도록 내부 공간에서 동작할 수 있다. 그러나, 일부 구현예에서, 냉각 시스템은 외부 공기가 사용될 수 있게 해주는 기류 제어 장치들을 포함하는 데이터 센터 냉각실과 연계되어 동작할 수도 있다. 도 5는 하나 이상의 천정 배기 팬(516), 외부 공기 흡입을 제어하는 복수의 천정 댐퍼(514), 혼합 챔버(518) 및 이 혼합 챔버(518)에 들어가는 공기의 순환을 제어하는 복수의 댐퍼(512)를 구비한 예시적인 데이터 센터 서버 냉각실(500)을 보여준다. 냉각 모듈(502)은 하나 이상의 냉각 코일(504)을 포함하며, 혼합 챔버(518)에 연결된다. 저온 행 캡슐화 구조(506)의 상면은 냉각 모듈(502)에 연결된다. 저온 행 캡슐화 구조(506)의 인클로저 상의 서버 랙 포트(508)는 서버 랙(510)에 연결된다. 서버는 전방-후방 기류 패턴을 달성하도록 서버 랙에 설치될 수 있다. 서버 랙의 앞면은 저온 행 캡슐화 구조(506)의 내부 공간과 교차한다. 하나 이상의 팬이 저온 행 캡슐화 구조(506)로부터 찬 공기를 흡인하여 서버를 냉각하고 서버 랙에 설치된 랙 장착 유닛으로부터 더운 공기를 방출한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 하나 이상의 팬은 팬 유닛에 봉인되고 서버 랙에 동작 가능하게 부착될 수 있다. 서버 냉각실(500)은 다양한 모드로 동작될 수 있다. 한 모드에서, 아무런 외부 공기도 서버 냉각실(500)로 유입되지 않는다. 서버로부터 방출된 더운 공기가 혼합 챔버(518)와 냉각 모듈(502)로 다시 순환된다. 다른 모드에서, 외부의 찬 공기가 서버 냉각실(500)로 유입된다. 천정 댐퍼(514)가 열리는데 비해 혼합 챔버 상의 댐퍼(512)는 닫힌다. 외부의 찬 공기가 냉각 모듈(502)을 통과하여 저온 행 캡슐화 구조(506)에 들어간다.
일 실시예에서, 천정 댐퍼(514)는 닫히고 혼합 챔버 상의 댐퍼(512)는 열린다. 서버에 의해 방출된 더운 공기의 일부가 하나 이상의 천정 배기 팬(516)을 통해 서버 냉각실(500)의 외부로 배기된다. 더운 공기의 일부는 개구 댐퍼(512)를 통해 혼합 챔버(518)에 들어간다. 혼합 챔버 내부의 더운 공기는 냉각 모듈(502)로 흡인되어 냉각 코일(504)과 열을 교환한다. 그러면 찬 공기가 중력에 의해 저온 행 캡슐화 구조(506)에 들어가서 저온 행 캡슐화 구조(506)의 내부 공간의 내부 기압을 낮춘다.
다른 실시예에서, 천정 댐퍼(514)는 열리는데 비해 혼합 챔버 상의 댐퍼(512)는 닫힌다. 외부의 찬 공기는 개구 댐퍼(514)를 통해 혼합 챔버(518)에 들어가서, 냉각 모듈(504)을 통과하여, 저온 행 캡슐화 구조(506)의 내부 공간으로 가라앉는다.
일부 실시예에서, 댐퍼(512, 514)의 개폐는 온도 제어 유닛에 의해 제어될 수 있다. 외부 온도가 적절한 수준에 도달하면, 온도 제어 유닛은 천정 댐퍼(514)를 열어 외부 공기가 룸으로 들어가게 하고 혼합 챔버 상의 댐퍼(512)를 닫아 서버로부터 방출된 더운 공기가 혼합 챔버에 들어가는 것을 방지한다. 외부 온도가 서버 냉각실(500)에게 너무 높으면, 온도 제어 유닛은 천정 댐퍼(514)를 닫아 더운 외부 공기가 실내로 유입되는 것을 방지하고, 댐퍼(512)를 열어 서버로부터 방출된 더운 공기가 혼합 챔버로 돌아가게 한다. 외부의 자연의 찬 공기를 활용하면 냉각 모듈(100)을 통해 액체를 순환시킬 필요를 감소시키므로 데이터 센터의 에너지 소비를 상당히 줄이게 된다. 일부 실시예에서, 댐퍼(512, 514)의 개폐와 천정 배기 팬(516)의 동작은 모두 서버 냉각실의 내부와 외부의 온도를 감시하고 댐퍼와 팬을 룸 냉각에 있어 최적 효율을 달성하도록 동작시키는 온도 제어 유닛과 같은 전자 장치에 의해 제어된다.
데이터 센터의 위치에 따라, 외부의 찬 공기의 습도는 달라질 수 있다. 외부의 찬 공기의 습도가 낮으면, 외부 공기는 습도 수준이 서버의 신뢰성 있는 동작을 위한 요건을 만족시키도록 조절되어야 할 수 있다. 비록 서버 제조자들이 서버 장비의 신뢰성 있는 동작을 위한 습도에 대한 요건을 현저히 완화해 왔지만, 데이터 센터 서버 냉각실 내부의 주위 공기의 적절한 습도는 여전히 데이터 센터 내의 장비의 성능과 신뢰성에 중요하다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 가습기가 혼합 챔버(518)에 설치되어 혼합 챔버를 통과하는 공기의 습도를 조절할 수 있다.
도 6은 예시적인 냉각 모듈(600), 저온 행 캡슐화 구조(602), 서버 랙(604), 서버 랙에 배치된 예시적인 팬이 없는 RMU 서버(606) 및 서버 랙에 동작 가능하게 부착된 팬 유닛(608)을 포함한다. 조절된 찬 공기는 저온 행 캡슐화 구조(602)의 상부에 배치된 냉각 모듈(600)을 통해 저온 행 캡슐화 구조(602)에 들어간다. 그러나, 서버 랙(604)에 설치된 RMU 서버가 아무런 서버 팬도 구비하지 않으므로, 팬 유닛(608)은 저온 행 캡슐화 구조(602)로부터 냉각 공기를 흡인하여 서버 랙에 설치된 서버를 냉각하도록 서버 랙(604)에 동작 가능하게 부착된다. 팬 유닛(608)은 하나 이상의 팬을 포함한다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 팬(610)은 서버 랙(604)과 인터페이싱한 팬 유닛(608)의 면에 설치된다. 일부 실시예에서, 팬 유닛(608)은 서버 랙(604)에 인접 배치될 수 있다. 다른 실시예에서, 팬 유닛(608)은 하나 이상의 클램프 또는 파스너에 의해 서버 랙(604)에 부착될 수 있다. 하나 이상의 팬(610)은 저온 행 캡슐화 구조(602)의 내부 공간으로부터 조절된 찬 공기를 흡인하여 서버 랙(604)에 설치된 팬이 없는 RMU 서버를 냉각한다. 일부 실시예에서, RMU 서버의 뒷면은 팬 유닛(608)의 동작을 촉진하여 RMU 서버를 통해 공기를 흡인할 수 있게 하는 하나 이상의 큰 공기 포트를 가질 수 있다.
도 7은 예시적인 냉각 모듈(700), 저온 행 캡슐화 구조(702), 서버 랙(704), 서버 랙에 배치된 예시적인 팬이 없는 랙 장착 유닛(RMU) 서버(706) 및 팬 유닛(708)을 포함한다. 이 예의 시스템은 하나 이상의 팬(710)을 포함하는 팬 유닛(708)이 하나 이상의 튜브를 통해 서버 랙에 연결된 것을 제외하면 도 6에 도시된 것과 비슷하다. 일부 실시예에서, 이들 튜브(712)는 금속 덕트로 이루어진다. 다른 실시예에서, 튜브(712)는 플렉시블한 재료로 이루어진 호스이다.
일부 실시예에서, 튜브(712)는 하나 이상의 랙(704)에 설치된 하나 이상의 랙 장착 유닛의 측면(뒷면 등)에 부착된다. 일 실시예에서, 랙 장착 유닛의 각각의 뒷면은 튜브(712)에 연결될 수 있는 포트를 포함한다. 하나 이상의 팬(710)은 저온 행 캡슐화 구조(702)의 내부 공간으로부터 조절된 찬 공기를 흡인하여 서버 랙(704)에 설치된 팬이 없는 RMU 서버를 냉각한다.
도 8은 예시적인 냉각 모듈(800), 저온 행 캡슐화 구조(802), 서버 랙(804) 및 서버 랙에 배치된 예시적인 팬이 없는 랙 장착 유닛(RMU) 서버(806)를 보여준다. 이 예의 시스템은 하나 이상의 팬(808)이 열 캡슐화 구조(802)의 상면에 동작 가능하게 부착된 것을 제외하면 도 6에 도시된 것과 비슷하다. 팬(808)은 저온 행 캡슐화 구조(802)의 내부 공간으로부터 조절된 찬 공기를 밀어 서버 랙(804)에 설치된 팬이 없는 RMU 서버를 냉각한다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 팬(808)은 팬 유닛에 봉인될 수 있다.
도 9는 예시적인 냉각 모듈(900), 저온 행 캡슐화 구조(902), 서버 랙(904) 및 서버 랙에 장착된 예시적인 팬이 없는 랙 장착 유닛(RMU) 서버(906)를 보여준다. 이 예의 시스템은 하나 이상의 팬(910)이 냉각 모듈(900)의 일 측면(908)에 동작 가능하게 부착된 것을 제외하면 도 6에 도시된 것과 비슷하다. 팬(910)은 저온 행 캡슐화 구조(902)의 내부 공간으로부터 조절된 찬 공기를 밀어 서버 랙(904)에 설치된 팬이 없는 RMU 서버를 냉각한다. 일부 다른 실시예에서, 하나 이상의 팬(910)은 냉각 모듈(900)의 양 측면에 동작 가능하게 부착될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 팬(910)은 냉각 모듈(900)의 상면에 동작 가능하게 부착될 수 있다.
본 발명은 특정한 실시예를 참조하여 설명되었다. 예컨대, 본 발명의 실시예들은 특정한 구성 요소 및 구성을 참조하여 설명되었지만, 해당 분야의 통상의 지식을 가진 자(당업자)는 구성 요소와 구성의 상이한 조합도 역시 사용할 수 있다는 것을 알 것이다. 다른 실시예들이 당업자에게 명백할 것이다. 따라서 본 발명은 첨부된 특허청구범위에 지시된 것에 의해서만 한정되도록 의도된다.

Claims (16)

  1. 서버 냉각 시스템으로서,
    내부 공간을 정의하고, 랙(rack)과 결합되도록 구성된 랙 포트를 포함하는 인클로저;
    상기 인클로저에 의해 형성된 내부 공간에 냉각 공기를 공급하도록 동작하는 냉각 및 혼합 모듈;
    내부에 설치된 팬이 없는 하나 이상의 랙 장착 유닛을 포함하는 랙 - 상기 랙은 상기 하나 이상의 랙 장착 유닛의 각각의 앞면이 상기 인클로저에 의해 정의된 상기 내부 공간과 인터페이싱하도록 상기 서버 랙 포트에 결합됨 - ; 및
    상기 팬이 없는 하나 이상의 랙 장착 유닛을 통해 상기 내부 공간으로부터 공기를 흡인(draw)하도록 상기 팬이 없는 하나 이상의 랙 장착 유닛의 각각의 뒷면에 동작 가능하게 부착된 하나 이상의 냉각 팬
    을 포함하는 서버 냉각 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 냉각 팬은 팬 유닛에 봉인되는 서버 냉각 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 팬 유닛은 상기 팬이 없는 하나 이상의 랙 장착 유닛의 각각의 뒷면이 인터페이싱하는 상기 랙의 뒷면에 부착되는 서버 냉각 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    하나 이상의 튜브가 상기 팬 유닛을 상기 팬이 없는 하나 이상의 랙 장착 유닛의 각각의 뒷면에 연결하는 서버 냉각 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    각각의 튜브는 하나 이상의 호스(hose)를 포함하는 서버 냉각 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 및 혼합 모듈은 하나 이상의 구불어진 코일을 포함하며, 상기 코일의 내부에는 냉각된 물이 상기 냉각 및 혼합 모듈을 통과하는 공기를 냉각하도록 흐르는 서버 냉각 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 및 혼합 모듈은 상기 냉각 공기를 상기 인클로저의 상면으로부터 상기 내부 공간으로 공급하는 서버 냉각 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    각각의 팬이 없는 랙 장착 유닛은 블레이드 컴퓨터 랙 서버를 포함하는 서버 냉각 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 냉각 팬에 의해 상기 내부 공간으로부터 상기 팬이 없는 하나 이상의 랙 장착 유닛을 통해 흡인된 공기는, 상기 랙에 설치된 상기 팬이 없는 하나 이상의 랙 장착 유닛을 냉각하는 서버 냉각 시스템.
  10. 서버 냉각 시스템으로서,
    내부 공간을 정의하고, 랙과 결합되도록 구성된 랙 포트를 포함하는 인클로저;
    상기 인클로저에 의해 형성된 내부 공간에 냉각 공기를 공급하도록 동작하는 냉각 및 혼합 모듈;
    내부에 설치된 팬이 없는 하나 이상의 랙 장착 유닛을 포함하는 랙 - 상기 랙은 상기 하나 이상의 랙 장착 유닛의 각각의 앞면이 상기 인클로저에 의해 형성된 상기 내부 공간과 인터페이싱하도록 상기 서버 랙 포트에 결합됨 - ; 및
    상기 냉각 공기를 상기 내부 공간 안으로 밀어 넣고, 상기 팬이 없는 하나 이상의 랙 장착 유닛을 통해 나오게 하는 상기 인클로저의 상면에 동작 가능하게 부착된 하나 이상의 냉각 팬
    을 포함하는 서버 냉각 시스템.
  11. 서버 냉각 시스템으로서,
    내부 공간을 정의하고, 랙과 결합되도록 구성된 랙 포트를 포함하는 인클로저;
    상기 인클로저에 의해 형성된 내부 공간에 냉각 공기를 공급하는 냉각 및 혼합 모듈;
    내부에 설치된 팬이 없는 하나 이상의 랙 장착 유닛을 포함하는 랙 - 상기 랙은 상기 하나 이상의 랙 장착 유닛의 각각의 앞면이 상기 인클로저에 의해 형성된 상기 내부 공간과 인터페이싱하도록 상기 서버 랙 포트에 결합됨- ; 및
    상기 냉각 공기를 상기 내부 공간 안으로 밀어 넣고, 상기 팬이 없는 하나 이상의 랙 장착 유닛을 통해 나오게 하는 상기 냉각 및 혼합 모듈의 하나 이상의 측면에 동작 가능하게 부착된 하나 이상의 냉각 팬
    을 포함하는 서버 냉각 시스템.
  12. 서버 냉각 방법으로서,
    적어도 하나의 랙의 앞면에 의해 정의되는 적어도 하나의 측부를 갖는 내부 공간을 실질적으로 캡슐화하는 단계 - 상기 적어도 하나의 랙은 내부에 설치된 팬이 없는 하나 이상의 랙 장착 유닛을 포함함 - ;
    상기 정의된 공간으로 냉각 공기를 공급하도록 냉각 공기원(cooling air source)을 도입하는 단계; 및
    상기 냉각 공기를 상기 정의된 공간으로부터 상기 팬이 없는 하나 이상의 랙 장착 유닛을 통해 흡인하도록, 하나 이상의 냉각 팬을 상기 적어도 하나의 랙에 설치된 상기 팬이 없는 하나 이상의 랙 장착 유닛의 각각의 뒷면에 동작 가능하게 부착하는 단계
    를 포함하는 서버 냉각 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 냉각 공기원은 상기 정의된 공간의 상면으로부터 냉각 공기를 공급하는 서버 냉각 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 하나 이상의 냉각 팬은 팬 유닛에 봉인되는 서버 냉각 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    하나 이상의 튜브가 상기 팬 유닛을 상기 팬이 없는 하나 이상의 랙 장착 유닛의 각각의 뒷면에 연결하는 서버 냉각 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    각각의 튜브는 하나 이상의 호스를 포함하는 서버 냉각 방법.
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