KR20120012816A - 서버 팜 냉각 시스템을 위한 차가운 행 캡슐화 - Google Patents

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Abstract

데이터 센터들의 효과적인 냉각을 지향한 장치들, 방법들 및 시스템들이다. 본 발명의 몇몇 실시예들은 인클로져를 통해 차가운 행들의 캡슐화를 가능케 하고, 서버 팬들로 하여금 차가운 행 캡슐화 구조로부터 차가운 공기를 빨아들여 서버 랙들 상에 설치된 서버들을 냉각하게 할 수 있다. 다른 특별한 실시예에서, 개시된 시스템들은 외부 차가운 공기를 차가운 행 캡슐화 구조 안에 혼합하여 서버들을 냉각하는데 사용될 수 있다. 몇몇의 실시예들에서, 본 발명은 데이터 센터 룸의 레이즈드 서브플로어(raised sub floor) 설계를 활용하는 것을 수반한다.

Description

서버 팜 냉각 시스템을 위한 차가운 행 캡슐화{COLD ROW ENCAPSULATION FOR SERVER FARM COOLING SYSTEM}
본 발명 개시는 일반적으로 데이터 센터에 대한 냉각 시스템과 관련이 있다.
웹 이메일, 웹 서치, 웹 사이트 호스팅 그리고 웹 비디오 공유 등과 같은 인터넷 서비스의 빠른 성장은 데이터 센터 내의 서버들로부터 컴퓨팅 및 저장 능력에 대한 점점 더 높은 요구를 야기하고 있다. 서버들의 성능은 향상되고 있는 반면, 집적 회로들의 저전력 설계 노력에도 불구하고 서버들의 전력 소비 역시 증가하고 있다. 예를 들면, 가장 광범위하게 사용되는 서버 프로세서들 중 하나로서, AMD의 옵테론(Opteron)은 최대 95 와트(watts)에서 동작한다. 인텔의 제온(Xeon) 서버 프로세서는 110 내지 165 와트 사이에서 동작한다. 그러나, 프로세서들은 단지 서버의 일부분이며, 냉각 팬(cooling fans)이나 저장 장치와 같은 서버의 다른 부분들은 추가 전력을 소비한다.
서버들은 전형적으로 데이터 센터의 랙들(racks)에 위치된다. 랙들에 대해서는 많은 물리적 구성들이 있다. 전형적인 랙 구성은 서버 블레이드(server blades)와 같은 복수의 장비 유닛들이 랙 내부에 장착되고, 수직으로 적층(stack)되는 마운팅 레일(mounting rails)을 포함한다. 가장 광범위하게 사용되는 것 중에 하나인 19인치 랙은 1U 또는 2U 서버들과 같은 마운팅 장비에 대한 표준화된 시스템이다. 전형적으로 이러한 타입의 랙 상의 하나의 랙 유닛은 높이는 1.75 인치이고, 폭은 19 인치이다. 하나의 랙 유닛에 설치될 수 있는 서버는 일반적으로 1U 서버로서 명명된다. 데이터 센터들 내에서 표준 랙은 보통, 서버들, 저장 장치들, 스위치들 및/또는 통신 장비들로 밀집되어 있다.
전형적으로, 냉각을 위해 섀시를 통해 공기를 빼내는 냉각 팬들을 가진 서버들의 신뢰할 만한 작동을 위해 데이터 센터 룸(data center room)은 용인될 만한 온도 및 습도에서 유지되어야 한다. 옵테론 또는 제온 프로세서들에 의해 동력을 공급받는 서버들로 빽빽이 적층된 랙의 전력 소비는 7000 내지 15,000 와트일 수 있다. 결과적으로, 서버 랙들은 매우 집중된 열 부하를 발생시킬 수 있다. 랙들의 서버들에 의해서 소실된 열은 데이터 센터 룸으로 배출된다. 밀집된 랙들에 의해서 공동으로 발생된 열은 랙에 있는 장비의 성능 및 신뢰도에 역효과를 가질 수 있는데, 왜냐하면 그것들은 냉각을 위해 주변 공기에 의지하고 있기 때문이다. 따라서, 난방(heating), 환기(ventilation), 공기 조절(air conditioning) 시스템(HVAC system)은 종종 효율적인 데이터 센터 설계의 중요한 부분이다.
전형적인 데이터 센터는 10 내지 40 메가와트의 전력을 소비한다. 에너지 소비의 대부분은 서버들 및 HVAC 시스템들의 작동 사이에서 나누어진다. HVAC 시스템은 데이터 센터에서의 전력사용의 25 내지 40 퍼센트를 차지하는 것으로 추정되었다. 40 메가와트의 전력을 소비하는 데이터 센터에 대해, HVAC 시스템들은 10 내지 16 메가와트의 저력을 소비할 수 있다. 현저한 비용 절감은 에너지 사용을 줄이는 효과적인 냉각 시스템들 및 방법들을 활용함으로써 이룰 수 있다. 예를 들면, HVAC시스템의 전력소비를 데이터 센터에 사용되는 전력의 25 퍼센트에서 10퍼센트로 줄이는 것은 수천 가구에 전력을 공급하기에 충분한 6 메가와트의 전력을 아끼는 것으로 해석된다.
데이터 센터 룸에서, 서버 랙들은 전형적으로 그것들 사이에 차고 뜨거운 통로가 교대로 있는 행들로 배치되어 있다. 랙 앞쪽에 위치한 차가운 행들로부터 조절된 공기를 빨아들여, 랙 뒤쪽의 뜨거운 행들을 통해 열을 내뿜는 프론트 투 백 공기흐름 패턴(front-to-back airflow pattern)을 이루기 위해 랙들의 안에 모든 서버들이 설치된다. 언더플로어 공기 분배 시스템(under floor air distribution system)을 수용하기 위해 레이즈드 플로어 룸 설계(A raised floor room design)가 일반적으로 사용되며, 이 시스템에서는 차가워진 공기가 차가운 통로들을 따라 레이즈드 플로어에 있는 통풍구들(vents)을 통해서 공급된다.
데이터 센터의 효과적인 냉각에 있어서 중요한 요소는 데이터 센터 안쪽의 공기 흐름 및 순환을 관리하는 것이다. 컴퓨터 룸 공기 조절기(Computer Room Air Conditioners; CRAC) 유닛들은 랙들 사이의 통풍구를 포함하는 바닥 타일들(floor tiles)을 통해 차가운 공기를 공급한다. 서버들에 추가하여, CRAC 유닛들도 현저한 양의 전력을 소비한다. 하나의 CRAC 유닛은 최대 3개의 5마력 모터를 가지고 있을 수 있고, 데이터 센터를 냉각시키기 위해 최대 150 CRAC 유닛들이 필요할 수 있다. CRAC 유닛들은 공동으로 데이터 센터 내의 현저한 양의 전력을 소비한다. 예를 들면, 차갑고 뜨거운 행 구성을 가진 데이터 센터룸 내에서, 뜨거운 행들로부터의 뜨거운 공기는 뜨거운 행 밖으로 이동하고, CRAC 유닛들로 순환한다. CRAC 유닛들은 공기를 냉각시킨다. CRAC 유닛들의 모터들에 의해 동력을 받는 팬(fan)들은 레이즈드 서브플로어(raised sub-floor)에 의해서 정해진 언더플로어 플레넘(underfloor plenum)에 냉각된 공기를 공급한다. 냉각된 공기를 언더플로어 플레넘 안으로 몰아 넣는 것에 의해 야기된 압력은 차가워진 공기를 서브플로어의 통풍구들을 통해 위쪽으로 몰아 넣으며, 그것을 서버 랙들이 마주하고 있는 차가운 통로에 공급한다. 충분한 공기 흐름률을 달성하기 위해, 전형적인 데이터 센터 룸의 도처에 수백 개의 강력한 CRAC 유닛들이 설치될 수 있다. 그러나, CRAC 유닛들은 일반적으로 데이터 센터 룸의 코너들에 설치되기 때문에, 공기 흐름률을 효과적으로 증가시키기 위한 그것들의 능력은 부정적인 영향을 받는다.
본 발명은 레이즈드 서브플로어 설계(raised sub-floor design)가 사용된 데이터 센터의 효과적인 냉각을 지향한 시스템들 및 방법들을 제공한다. 특정한 실시예에서, 본 발명은 하나 이상의 서버 랙들과 인터페이스하도록 구성된 적어도 하나의 서버 랙 포트를 포함하는 차가운 행 캡슐화 구조(a cold row encapsulation structure) 및 상기 차가운 행 캡슐화 구조의 위쪽 표면에 연결된 냉각 모듈을 제공한다. 상기 서버 랙 포트들은 상기 서버 랙들의 정면이 상기 차가운 행 캡슐화 구조에 의해 정의된 내부 공간과 인터페이스하도록, 상기 서버 랙들과 맞물리도록 구성되어 있다. 몇몇의 실시예들에서, 차가운 행 캡슐화 구조의 안팎으로 공기의 누출을 줄이기 위해 서버 랙 포트들과 서버랙들은 클램프들(clamps) 및/또는 실링 개스킷들(sealing gaskets)에 의해 단단히 연결되어 있다. 차가운 행 캡슐화 구조는 다양한 공기 흐름 경로 및 공기 취급 메카니즘을 가능하도록 하기 위해 레이즈드 서브플로어(raised sub-floor) 위에 있다.
본 발명의 몇몇 실시예들은, 서버 랙들의 정면으로부터 차가운 행 캡슐화 구조로부터의 차가운 공기를 빨아들이고 서버 랙들의 이면으로부터 뜨거운 공기를 배출하기 위해 랙들에 설치된 서버들의 냉각 팬들을 활용한다. 차가운 행 캡슐화 구조의 윗부분에 설치된 냉각 모듈은 냉각 모듈 내부에 설치된 냉각 코일을 통해 뜨거운 공기를 냉각시킨다. 몇몇의 실시예들에서는, 냉각 모듈 내의 뜨거운 공기와 열교환하기 위해 코일의 내부에 냉수가 사용된다. 본 발명의 일 실시예에서, 시스템들 및 방법들은 외부 공기를 유입함이 없이 데이터 센터 서버 냉각 룸 안의 뜨거운 공기를 냉각시키는 것을 지향한다. 서버 팬들에 의해서 배출된 뜨거운 공기는 하나 이상의 팬 유닛들에 의해서 부분적으로 냉각될 수 있고, 또는 단순히 룸으로 재순환될 수 있다. 뜨거운 공기 또는 부분적으로 냉각된 뜨거운 공기는 차가운 행 캡슐화 구조 위에 위치할 수 있는 냉각 모듈들로 들어간다. 뜨거운 공기 또는 부분적으로 냉각된 뜨거운 공기는 냉각 모듈들 내부의 물을 기초로 한 냉각 코일들에 의해 냉각되고, 냉각된 공기는 중력 및 차가운 행 캡슐화 구조의 내부 공간 안쪽에 생성된 저기압을 통하여 차가운 행 캡슐화 구조로 들어간다. 서버 팬들은 차가운 행 캡슐화 구조에 연결된 서버 랙 포트들로부터 차가운 공기를 빨아들여 서버를 냉각시키고 서버 랙들의 이면으로부터 뜨거운 공기를 배출한다.
본 발명의 다른 실시예들에서, 시스템들 및 방법들은 서버들을 냉각시키기 위해 외부 공기를 혼합시키는 것을 수반한다. 일 실시예에서, 데이터 센터 내의 천장 댐퍼들(dampers)은 온도 조절 유닛에 의해 조절될 수 있고, 외부 온도가 특정 임계값에 도달했을 때 열릴 수 있다. 외부 공기는 데이터 센터로 들어가고, 차가운 행 캡슐화 구조 위에 설치된 냉각 모듈을 통해 지나간다. 서버 팬들은 차가운 행 캡슐화 구조로부터 차가운 공기를 빨아들인다. 뜨거운 공기는 천장 배출 팬에 의해 외부로 배출된다. 몇몇의 실시예들에서, 데이터 센터 서버 냉각 룸의 공기 내의 습기를 제어하기 위해, 특히 외부 공기가 서버들 및 다른 장비에 대한 작동 요구조건을 만족시키지 못할 때, 외부 공기를 조절하기 위하여 가습기가 사용될 수 있다. 그러나 최근에는, 기술적 진보에 의해 서버 장비 제조업자는 습도 요구 조건을 현저히 완화하였다.
도면과 함께 하기의 상세한 설명은 본 발명의 다양한 실시예의 특성 및 이점의 좀더 나은 이해를 제공할 것이다.
도 1은 차가운 행 캡슐화 구조의 예 및 냉각 모듈 예를 보여주는 도면이다.
도 2는 통합된 서버 랙들이 있는 차가운 행 캡슐화 구조의 예 및 냉각 모듈의 예를 보여주는 도면이다.
도 3은 차가운 행 캡슐화 구조, 냉각 모듈, 지붕에 있는 배기 팬들, 내부 및 외부 공기 순환을 조절하는 댐퍼들이 있는 혼합 챔버 및 하나 이상의 지지 빔(beam)들이 있는 레이즈드 서브플로어(raised sub-floor)를 가진 데이터 센터 서버 냉각 룸의 예를 보여주는 도면이다.
도 4는 차가운 행 캡슐화 구조의 바닥에 있는 금속 판과 고정된 레이즈드 서브플로어에 있는 지지 빔의 예를 보여주는 도면이다.
도 5는 통합된 서버 랙들이 있는 차가운 행 캡슐화 구조의 예, 서버 랙들 중 하나에 배치된 서버의 예 및 냉각 모듈의 예를 보여주는 도면이다.
도 6은 냉각 모듈의 예에 의해 조절된 차가운 공기를 빨아들이는 서버 팬이 있는 서버의 예를 보여주는 도면이다.
후술되는 실시예들 및 그것들의 양태들은 범위가 제한적이지 않고 예시적인 예들인 것으로 의도되는 장치들, 방법들 및 시스템들과 함께 설명되고 도시된다.
도 1은 냉각 모듈(100)의 예 및 차가운 행 캡슐화 구조(106)의 예를 설명한다. 차가운 행 캡슐화 구조(106)는 프레임(frame), 패널들(panels), 문들(doors) 및 서버 랙 포트들(server rack ports)을 가질 수 있다. 서버 랙 포트는 서버 랙에 연결될 수 있는 차가운 행 캡슐화 구조(106)의 개구부이다. 차가운 행 캡슐화 구조(106)는 랙이 장착된 유닛이 내부 공간과 인터페이스할 수 있도록 하는 적어도 하나의 서버 랙 포트를 포함하는 내부 공간을 정의하는 하우징(housing)을 생성하는 강철, 복합 재료 또는 탄소 재료와 같은 다양한 재료들로 만들어질 수 있다.
냉각 모듈(100)은 차가운 행 캡슐화 구조(106)의 위에 위치하여 배치되고, 차가운 행 캡슐화 구조(106)의 위쪽 표면에 연결될 수 있다. 냉각 모듈(100)은 하나 이상의 냉각 코일(102)을 포함한다. 냉각 코일들(102)의 내부를 통과하는 액체는 냉각 모듈(100)을 통해 지나가는 비교적 뜨거운 공기와 열을 교환하고, 그것으로 공기를 냉각하는데 사용된다. 일 실시예에서, 냉각 모듈(100)은 내부에 냉각 코일(102)들이 위치해 있는 인클로져를 추가로 포함한다. 냉각 모듈 인클로져는 공기가 인클로져 안으로 들어갈 수 있는 하나 이상의 개구부(104)를 가질 수 있다. 몇몇의 실시예에서, 개구부(104)는 공기 필터들을 가질 수 있다. 냉각 모듈 인클로져는 차가운 행 캡슐화 구조(106)의 위쪽 표면에 연결되어 있는 하나 이상의 개구부를 가질 수 있고, 그 개구부들을 통해 차가운 공기가 냉각 모듈에서 나가고, 차가운 행 캡슐화 구조에 의해 정해진 내부 공간으로 들어간다.
몇몇의 실시예에서, 냉각 코일(102)의 내부에 물이 열 교환기로서 이용된다. (도시되지 않은) 물 펌프, 물 냉각 장비, 그리고 관련 배관이 냉각 코일(102)에 냉각된 물을 제공한다. 다른 실시예에서, 워터 글리콜 솔루션(water glycol solution), 증기 및 냉각제(refrigerant)와 같은 다른 타입의 액체들이 열 교환기로서 냉각 코일(102) 내부에서 이용된다.
몇몇의 실시예들에서, 냉각 코일(102)들은 뱀 모양의 배관 라인들일 수 있다. 다른 실시예들에서는, 냉각 코일(102)들은 곧은 배관 라인들과 같은, 다른 형태일 수 있다. 차가운 행 캡슐화 구조(106)의 크기, 냉각 요구사항들, 공기 흐름의 속도 및 냉각 코일(102)들의 물리적 특성에 따라, 냉각 모듈(100)의 냉각 코일들의 수는 변할 수 있다. 일 실시예에서, 냉각 모듈(100) 내부에서 두 개의 냉각 코일들이 사용된다.
일반적으로 차가운 공기는 뜨거운 공기에 비해서 무겁기 때문에, 냉각 코일(102)들에 의해서 냉각된 차가운 공기는, 일반적으로, 아래쪽에 위치하고 냉각 모듈(100)에 연결될 수 있는 차가운 행 캡슐화 구조(106)에 의해서 정해진 내부 공간 안으로 아래쪽으로 이동한다. 차가운 행 캡슐화 구조(106)는 내부 공간을 정하는 인클로져(enclosure)를 포함한다. 인클로져는 복수의 서버 랙들과 인터페이스하도록 구성된 적어도 하나의 서버 랙 포트(110)를 포함한다. 서버 랙 포트(110)는 서버 랙들의 정면이 차가운 행 캡슐화 구조(106)의 내부 공간과 교차하도록 서버 랙들과 인터페이스하도록 구성된다. 일 실시예에서, 6개의 표준 서버 랙들이 서버 랙 포트(110)에 연결될 수 있다. 다른 실시예에서, 12개의 표준 서버 랙들이 서버 랙 포트(110)에 연결될 수 있다. 몇몇의 실시예에서, 서버 랙들과 서버 랙 포트(110)들은 하나 이상의 클램프(112)들을 통해서 함께 연결될 수 있다. 다른 실시예에서, 서버 랙들과 서버 랙 포트(110)들은 서로 이웃하여 배치될 수 있다. 몇몇의 다른 실시예들에서는, 서버랙 포트(110)와 서버 랙들을 단단히 연결하기 위하여 개스킷(gasket)들과 같은 실링(sealing) 재료들이 사용될 수 있다. 서버들은 앞쪽에 있는 차가운 행 캡슐화 구조(106)로부터 조절된 공기를 빨아들여, 랙들 뒤에 열을 배출하는 프론트 투 백 공기흐름 패턴(front-to-back airflow pattern)을 달성하기 위해 랙들 안에 설치된다.
일 실시예에서, 차가운 행 캡슐화 구조(106)는 둘 이상의 서버 랙 포트(110)를 포함할 수 있다. 서버 랙 포트(110)는 서버들 또는 서버에 설치된 다른 장치들의 정면이 차가운 행 캡슐화 구조(106)에 의해 정해진 내부 공간과 인터페이스하도록 서버 랙과 맞물릴 수 있다. 이런 구성은 프론트 투 백 공기흐름 패턴을 달성하여, 도 4에서 도시된 것처럼, 서버들 또는 랙에 장착된 다른 유닛들의 냉각 팬들이 내부 공간으로부터 공기를 빨아들여, 프로세서들과 다른 컴포넌트들에 의해 가열된 공기를 백 패널(back panel) 밖으로 배출한다. 다른 실시예들에서, 서버 랙과 차가운 행 캡슐화 구조는 실질적으로 밀폐될 수 있으며, 서버를 냉각시키기 위해 차가운 행 캡슐화 구조(106)의 내부 공간 안의 조절된 차가운 공기가 서버들 내부의 서버 팬들에 의해 빨아들여진다. 다른 실시예들에서, 서버 랙과 차가운 행 캡슐화 구조(106)는 서로 이웃하여 위치해서, 차가운 행 캡슐화 구조(106)의 내부 공간 안의 조절된 차가운 공기가 서버 내부의 서버 팬들에 의해서 서버로 빨아들여질 수 있다. 비교적 뜨거운 공기는 차가운 행 캡슐화 구조(106) 위의 냉각 모듈(100)로 순환되고, 냉각 코일(102)들과 열을 교환한다. 냉각 모듈(100)로부터의 차가운 공기는 차가운 행 캡슐화 구조(106)로 가라앉고, 서버들 내부의 서버 팬들에 의해서, 서버들의 뒤쪽으로 빨아들여진다. 몇몇의 실시예들에서, 서버 랙들은 서버들 및 다른 장비들로 드문드문 채워져 있다. 서버들과 다른 장비들은 랙 내에서 수직으로 적층되기 때문에, 부족(scarcity)은 차가운 행 캡슐화 구조의 내부 공간에 개방된 틈들을 만들어낼 수 있다. 차가운 공기는 차가운 행 캡슐화 구조(106)의 내부 공간으로부터 새어나갈 수 있고, 뜨거운 공기는 내부 공간으로 재순환될 수 있어서, 그것에 의해 냉각 효율을 감소시킨다. 공기의 누출을 막기 위해, 틈들은 틈들을 통하여 공기가 차가운 행 캡슐화 구조로부터 빠져나가고 들어가는 것을 막는 서버 랙에 장착된 패널에 의해서 블록(block)될 수 있다.
일 실시예에서, 차가운 행 캡슐화 구조(106)는 바닥에 안정성 제어 유닛(114)을 추가로 포함할 수 있다. 안정성 제어 유닛(114)은 지진과 같은 자연 재해가 일어나는 동안 지진성 운동을 버틸 수 있도록 지어진 컴포넌트들을 추가로 포함할 수 있다. 몇몇의 실시예들에서, 안전성 제어 유닛은, 도 4에서 도시된 것처럼, 서브플로어의 지지 빔으로 고정될 수 있는 금속판을 포함할 수 있다. 안정성 제어 유닛(114)이 사용될 때, 차가운 행 캡슐화 구조(106)는 지면으로부터 올려질 수 있다. 결과적으로, 차가운 행 캡슐화 구조(106)의 밑면으로부터 차가운 공기는 새어나갈 수 있고 뜨거운 공기는 유입될 수 있다. 일 실시예에서, 공기 누출을 막기 위해, 차가운 행 캡슐화 구조(106)의 밑면은 그 밑면을 밀폐하는 패널에 의해서 에워싸일 수 있으며, 그 패널 위에 안정성 제어 유닛(114)이 부착될 수 있다.
일 실시예에서, 하나 이상의 문(108)들이 차가운 행 캡슐화 구조(106)의 인클로져 상에 설치될 수 있다. 문(108)은 열리고 닫힐 수 있어서, 데이터 센터 직원이 서버 정비와 같은 여러 가지 업무를 위해 차가운 행 캡슐화 구조에 들어갈 수 있다. 문(108)은 차가운 공기가 차가운 행 캡슐화 구조(106) 밖으로 새어나가는 것을 막기 위해 단열될 수 있다.
차가운 행 캡슐화 구조(106)의 크기는 원하는 서버 랙들의 수, 서버들의 냉각 요구사항 등에 따라 상당히 다양할 수 있다. 일 실시예에서, 여섯 내지 열두 개의 표준 서버 랙들이 차가운 행 캡슐화 구조(106)의 각각의 서버 랙 포트(110)들에 연결될 수 있다. 다른 여섯 내지 열두 개의 표준 서버 랙들이 차가운 행 캡슐화 구조의 반대편에 있는 서버 랙 포트들에 연결될 수 있다. 서로 마주보고 있는 서버 랙 포트들 사이의 거리는 4 피트일 수 있다. 차가운 행 캡슐화 구조(106)의 높이는 12 피트일 수 있고, 깊이 역시 12 피트일 수 있다.
도 2는 냉각 모듈(200), 차가운 행 캡슐화 구조(206), 및 통합된 서버 랙들(208 및 210)의 예를 도시한다. 이 예에서의 시스템은 서버 랙들이 시스템의 통합 부분인 것을 제외하고, 도 1에서 보여진 것과 유사하다. 이 실시예에서, 서버 랙들은 차가운 행 캡슐화 구조(206)의 일부분이기 때문에, 차가운 행 캡슐화 구조(206)와 서버 랙들(208 및 210) 사이의 연결 및 밀폐는 더 이상 필요하지 않다. 서버들은 프론트 투 백 공기흐름 패턴을 달성하기 위해 통합된 서버 랙들(208 및 210) 안에 설치될 수 있다. 통합된 서버 랙들(208 및 210)의 정면은 차가운 행 캡슐화 구조(206)의 내부 공간과 교차한다. 서버들 내부의 서버 팬들은 차가운 행 캡슐화 구조(206)로부터 차가운 공기를 빨아들여 서버들을 냉각시키고, 서버 랙들의 뒤쪽으로부터 비교적 뜨거운 공기를 내뿜는다. 그 후 뜨거운 공기는 하나 이상의 개구부(204)들을 통해 냉각 모듈(200)에 순환되고, 하나 이상의 냉각 코일들(202)과 열을 교환한다. 냉각 모듈(200)은 차가운 행 캡슐화 구조(206)의 위쪽에 위치할 수 있고, 차가운 행 캡슐화 구조(206)의 상면의 개구부와 냉각 모듈(200)의 밑면을 통해 차가운 행 캡슐화 구조(206)의 위쪽 표면에 연결될 수 있다. 특히, 서버 팬들이 차가운 행 캡슐화 구조로부터 차가운 공기를 빨아들여 차가운 행 캡슐화 구조(206)의 내부 공간에 저기압을 생성할 때, 차가운 공기는 일반적으로 아래쪽으로 움직인다.
앞서 개시된 것과 같이, 도 1 및 도 2에서 도시된 냉각 시스템은 내부 공간으로부터 공기를 빨아들여, 차가운 행 캡슐화 구조(106)의 내부로 냉각된 공기를 제공하도록 데이터 센터 서버 냉각 룸에 의해 정해진 내부 공간에서 동작할 수 있다. 그러나, 몇몇의 구현예들에서, 냉각 시스템들은 외부 공기가 사용되도록 해주는 공기 흐름 제어장치를 포함하는 데이터 센터 냉각 룸과 관련하여 동작할 수도 있다. 도 3은 하나 이상의 천장 배기 팬들(316), 외부 공기의 흡입을 조절하는 천장 댐퍼들(314), 혼합 챔버(318), 혼합 챔버(318)에 들어가는 공기의 순환을 제어하는 댐퍼들(312) 및 레이즈드 서브플로어(raised sub-floor)(332)를 갖는 데이터 센터 서버 냉각 룸(300)의 예를 도시한 것이다. 하나 이상의 지지 빔들(322)이 레이즈드 서브플로어(332)를 유지한다. 하나 이상의 통풍구들(320)이 레이즈드 서브플로어 상에 있어서 공기가 내부 공간(330)과 서브플로어 공간(324) 사이에서 교환될 수 있다. 몇몇의 실시예들에서, 하나 이상의 팬 유닛들(328)은 서브플로어 공간(324)에서 내부 공간(330)으로 공기가 흐르게 하도록 작용할 수 있다. 몇몇의 실시예들에서, 팬 유닛은 하나 이상의 팬들을 포함하는 CRAC 유닛일 수 있다. CRAC 유닛들은 데이터 센터 룸의 코너들에 위치할 수 있다. CRAC 유닛들은 통풍구들(320)를 포함하는 바닥 타일들을 통해 공기를 공급할 수 있다. 예를 들면, 뜨거운 행들로부터의 뜨거운 공기는 뜨거운 행으로부터 이동해 나와서 CRAC 유닛들에 순환된다. CRAC 유닛은 공기를 부분적으로 냉각하거나, 또는 단순히 내부 공간에 공기를 되돌려 재순환시킬 수 있으며, 내부 공간에서는 냉각 모듈(302)이 공기를 더 조절하고, 그것을 인클로져(306)에 공급하도록 동작한다. CRAC 유닛들의 모터에 의해 동력을 받는 팬들은 레이즈드 서브플로어에 의해 정해진 언더플로어 플레넘(underfloor plenum)으로 공기를 공급한다. 언더플로어 플레넘으로 공기를 밀어넣음으로써 생기는 압력은 서브 플로어의 통풍구들을 통해 공기를 위쪽으로 몰아내어, 그것을 서버 냉각 룸(500)의 내부 공간으로 공급한다.
냉각 모듈(302)은 하나 이상의 냉각 코일(304)을 포함하고, 혼합 챔버(318)에 연결된다. 차가운 행 캡슐화 구조(306)의 위쪽 표면은 냉각 모듈(302)에 연결된다. 차가운 행 캡슐화 구조(306)의 인클로져 상에 있는 서버 랙 포트들(308)은 서버 랙들(310)에 연결된다. 서버들은 프론트 투 백 공기흐름 패턴을 달성하기 위해 서버 랙들 내에 설치될 수 있다. 서버 랙들의 정면은 차가운 행 캡슐화 구조(306)의 내부 공간과 교차한다. 서버들 내부의 서버 팬들은 차가운 행 캡슐화 구조(306)로부터 차가운 공기를 빨아들여 서버들을 냉각하고, 서버 랙들에 뜨거운 공기를 배출한다.
서버 냉각 룸(300)은 여러 가지 모드들에서 동작할 수 있다. 일 모드에서, 어떤 외부 공기도 서버 냉각 룸(300)으로 유입되지 않는다. 팬 유닛들(328)은 서버들로부터 부분적으로 배출된 뜨거운 공기를 부분적으로 냉각시킬 수 있고, 부분적으로 냉각된 뜨거운 공기를 다시 내부 공간으로 순환시킬 수 있다. 부분적으로 냉각된 뜨거운 공기는 다시 혼합 챔버(318) 및 냉각 모듈(302)로 순환된다. 다른 모드에서는, 어떤 외부 공기도 서버 냉각 룸(300)으로 유입되지 않는다. 팬 유닛(328)들은 단순히 서버들로부터 배출된 뜨거운 공기를 다시 내부공간으로 재순환시킨다. 뜨거운 공기는 다시 혼합 챔버(318) 및 냉각 모듈(302)로 순환된다. 다른 모드에서는, 외부 차가운 공기가 서버 냉각 룸(300)으로 유입된다. 천장 댐퍼들(314)은 혼합 챔버 상의 댐퍼들(312)이 닫혀있는 동안 개방된다. 외부 차가운 공기는 냉각 모듈(302)을 통과하여 지나가고, 차가운 행 캡슐화 구조(306)로 들어간다.
일 실시예에서, 천장 댐퍼들(314)은 닫히고, 혼합 챔버 상의 댐퍼들(312)은 개방된다. 서버들로부터 배출된 뜨거운 공기 중 일부는 하나 이상의 천장 배기 팬들(316)을 통하여 서버 냉각 룸(300) 밖으로 배출되고, 뜨거운 공기 중 일부는 개방된 댐퍼들(312)을 통하여 혼합 챔버(318)로 들어간다. 혼합 챔버 내부의 뜨거운 공기는 냉각 모듈(302)로 빨아들여지고, 냉각 코일들(304)과 열을 교환한다. 이 후 차가운 공기는 중력 및 차가운 행 캡슐화 구조(306)의 내부 공간의 저기압을 통해 차가운 행 캡슐화 구조(306)로 들어간다.
다른 실시예에서, 천장 댐퍼들(314)은 개방되고, 혼합 챔버 상의 댐퍼들(312)은 닫힌다. 외부의 차가운 공기는 개방된 댐퍼들(314)을 통해 혼합 챔버(318)로 들어가고, 냉각 모듈(304)을 통해 지나가며, 그리고 차가운 행 캡슐화 구조(306)의 내부 공간으로 가라앉는다.
몇몇의 실시예들에서, 댐퍼들(312 및 314)의 개방 및 닫힘은 온도 제어 유닛에 의해 제어될 수 있다. 외부 온도가 적당한 수준에 도달할 때, 온도 제어 유닛은 외부 공기가 룸으로 들어가도록 하기 위해 천장 댐퍼들(314)을 개방하고, 서버들로부터 배출된 뜨거운 공기가 혼합 챔버로 들어가는 것을 막기 위해 혼합 챔버 상의 댐퍼들(312)을 닫는다. 서버 냉각 룸(300)에 대해 외부 온도가 너무 뜨거울 때, 온도 제어 유닛은 뜨거운 외부 공기가 실내로 유입되는 것을 막기 위해 천장 댐퍼들(314)를 닫고, 서버들로부터 배출된 뜨거운 공기가 다시 혼합 챔버로 가도록 하기 위해 댐퍼들(312)을 개방한다. 외부 자연의 차가운 공기를 활용하는 것은 데이터 센터의 에너지 소비를 현저히 감소시키는데, 그것은 냉각 모듈(100)을 순환하고 있는 액체를 냉각시킬 필요성을 감소시키기 때문이다. 몇몇의 실시예들에서, 댐퍼들(312 및 314)의 개방과 닫힘, 그리고 천장 배기 팬들(316)의 작동은 모두 서버 냉각 룸의 내부 및 외부의 온도를 감시하고, 냉각 룸에서 최적의 효율성을 달성하기 위해 댐퍼들 및 팬들을 작동시키는 온도 제어 유닛과 같은 전자 장치에 의해 제어된다.
데이터 센터의 위치에 따라서, 외부 차가운 공기의 습도는 다양할 수 있다. 외부 차가운 공기의 습도가 낮을 때, 습도 수준이 서버들의 신뢰성 있는 작동에 대한 요구사항을 만족시키도록 외부 공기는 조절되어야 할 수 있다. 서버 제조업자들은 서버 장비의 신뢰성 있는 작동을 위한 습도에 관한 요구사항을 현저히 완화하였음에도 불구하고, 데이터 센터 서버 냉각 룸 내부의 주위 공기의 적절한 습도는 데이터 센터 내의 장비의 성능 및 신뢰도에 대해 여전히 중요하다. 몇몇의 실시예들에서, 혼합 챔버를 통해 지나가는 공기의 습도를 조절하기 위해 혼합 챔버(318) 내에 하나 이상의 가습기들이 설치될 수 있다.
도 4는 차가운 행 캡슐화 구조의 바닥의 금속 판(406)과 고정되는 전부 나사산을 낸 금속 막대(all threaded metal rod)(414)와 함께 지지 빔(support beam)(412)의 세부사항에 대한 예를 도시한 것이다. 몇몇의 실시예들에서, 금속 막대(414)는 바닥의 용접된 모든 나사 커플링에 의해 지지 빔(412)과 함께 고정되어 있다. 몇몇의 실시예들에서, 볼트(408) 및 걸쇠 부재(clasp member)(410)가 금속 막대(414)에 금속 판(406)을 고정시키기 위해 사용될 수 있다. 금속 판(406)은 차가운 행 캡슐화 구조의 바닥에 위치할 수 있다. 몇몇의 실시예들에서, 금속 판(406)은 차가운 행 캡슐화 구조의 안정성 제어 유닛의 일부분일 수 있다. 다른 실시예들에서, 레이즈드 서브플로어의 지지 빔들은 지진과 같은 지진성 사건에 대한 내성을 제공할 수 있다. 전부 나사산을 낸 금속 막대(414)는 용접된 모든 나사 커플링(418)에 의해 바닥에 고정될 수 있다. 금속 막대(414)는 또한 지진과 같은 지진성 사건에 대한 내성을 제공한다. 하나 이상의 지지 빔 및 전부 나사산을 낸 금속 막대들에 차가운 행 캡슐화 구조를 고정하는 것에 의해서, 시스템은 레이즈드 서브플로어의 지지 빔들에 의해 제공된 지진성 보호를 활용한다. 몇몇의 실시예들에서, 추가적인 전부 나사산을 낸 금속 막대들은 추가적인 지진성 보호를 제공한다.
도 5는 냉각 모듈(500), 차가운 행 캡슐화 구조(502), 서버 랙들(504)에 대한 예 및 서버 랙 상에 배치된 서버(506)의 예를 도시한 것이다. 이 예에서의 시스템은 도 2에서 도시된 것과 유사하다. 조절된 차가운 공기는 차가운 행 캡슐화 구조(502)의 위에 위치한 냉각 모듈(500)을 통해 차가운 행 캡슐화 구조(502)로 들어간다. 서버(506) 내부의 서버 팬들은 차가운 행 캡슐화 구조(502)의 내부 공간으로부터 조절된 차가운 공기를 빨아들여, 서버(506)를 냉각시킨다.
도 6은 냉각 모듈(600), 냉각 코일들(602), 서버(604) 및 서버(604) 내부의 서버 팬(606)의 예를 도시한 것이다. 냉각 모듈(600) 및 냉각 코일들(602)로부터의 조절된 차가운 공기는 서버 팬들(606)에 의해 빨아들여지고, 서버(604)를 통해 지나가면서 서버를 냉각시킨다. 이 후 비교적 뜨거운 공기는 서버 팬(606)에 의해 서버(604) 밖으로 내뿜어진다.
본 발명은 특정한 실시예들에 관하여 설명되었다. 예를 들면, 본 발명의 실시예들은 특정한 컴포넌트들 및 구성들에 관하여 설명되었으나, 이 분야의 숙련자들은 컴포넌트들 및 구성들의 서로 다른 조합이 사용될 수도 있다는 것을 알게 될 것이다. 다른 실시예들은 이 분야의 보통 기술자들에게는 명백할 것이다. 따라서, 첨부된 청구항들에 의해 지시된 것을 제외하고는, 본 발명이 제한되는 것을 의도하는 것은 아니다.

Claims (7)

  1. 서버 냉각 시스템으로서,
    플로어(floor), 측면 벽들 및 상기 플로어 위에 배치된 레이즈드 서브플로어(raised sub-floor)에 의해 정해진 서브플로어 공간;
    상기 서브플로어 공간 위에 배치되고, 상기 서브플로어, 상기 측면 벽들 및 천장에 의해 정해진 내부 공간;
    상기 내부 공간 내에 배치된 인클로져(enclosure) - 상기 인클로져는 상기 내부 공간을 정하고, 랙과 맞물리도록 구성된 서버 랙 포트를 포함함 -;
    상기 인클로져에 의해 정해진 상기 내부 공간으로 차가운 공기를 공급하도록 작동하는 냉각 및 혼합 모듈;
    그 안에 설치된 하나 이상의 랙 장착 유닛들(rack-mounted units)을 포함하는 랙 - 상기 랙은 상기 하나 이상의 랙 장착 유닛들의 각각의 정면이 인클로져에 의해 정해진 상기 내부 공간과 인터페이스하도록 상기 서버 랙 포트와 맞물려 있음 -; 및
    상기 하나 이상의 랙 장착 유닛들의 상기 각각의 정면을 통해 상기 내부 공간으로부터 공기를 빨아들이고, 상기 하나 이상의 랙 장착 유닛들로부터 상기 내부 공간으로 가열된 공기를 배출하도록 작동하는 하나 이상의 냉각 팬들
    을 포함하는 서버 냉각 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 서브플로어는 상기 플로어 위에 장착되어 있는 하나 이상의 지지 빔에 의해 지지되는 서버 냉각 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 랙은 상기 서브플로어 및 상기 하나 이상의 지지 빔 중 적어도 하나의 지지 빔에 고정되는 서버 냉각 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 랙 장착 유닛들 중 적어도 하나 이상의 랙 장착 유닛은 상기 하나 이상의 냉각 팬들 중 적어도 하나의 냉각 팬을 포함하는 서버 냉각 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 레이즈드 서브플로어는 하나 이상의 통풍구를 포함하고, 그 통풍구를 통해 상기 서브플로어 공간과 상기 내부 공간 사이에서 공기가 교환되는 서버 냉각 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 서브플로어 공간으로 상기 서버 냉각 시스템 외부의 공기를 선택적으로 유입하는 하나 이상의 외부 공기 제어 유닛들을 더 포함하는 서버 냉각 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 레이즈드 서브플로어의 상기 하나 이상의 통풍구들을 통해 상기 서브플로어 공간에서 상기 내부 공간으로 공기가 흐르게 하도록 작동하는 하나 이상의 팬 유닛들을 더 포함하는 서버 냉각 시스템.
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