KR20120102661A - 블레이드 인클로저용 방열 버스 바 - Google Patents

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KR20120102661A
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blade
cooling
tbb
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fluid
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KR1020127013829A
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마이클 알. 크라우스
브랜든 루벤스타인
로이 제이해미
프레드 비. 월리
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휴렛-팩커드 디벨롭먼트 컴퍼니, 엘.피.
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Abstract

블레이드 인클로저용 냉각 시스템을 제공한다. 냉각 시스템은 블레이드 인클로저의 중간에 위치한 방열 버스 바(TBB)(122)를 포함한다. TBB(122)에는 앞면과 뒷면이 있다. 블레이드가 블레이드 인클로저에 삽입되면, 블레이드에 있는 열 전달 판(584)이 TBB(122)의 앞면이나 뒷면과 열적으로 접촉하게 된다. 이에 따라, TBB(122)가 냉각되고, 블레이드가 냉각된다.

Description

블레이드 인클로저용 방열 버스 바{THERMAL BUS BAR FOR A BLADE ENCLOSURE}
블레이드 인클로저 내에 설치된 컴퓨터 블레이드를 갖춘 데이터 센터가 많이 보급되어 있다. 컴퓨터 블레이드는 파워를 전달하고 공유 기반설비 또는 인클로저를 통해 다른 블레이드 및 장치에 접속하는 장치이다. 컴퓨터 블레이드는 인클로저 내에 설치된 랙(rack)이 될 수 있다. 또한, 컴퓨터 블레이드는 파워를 제공하고 공유 기반설비 또는 인클로저를 통해 다른 블레이드와 장치에 접속하는 장치가 될 수 있다. 컴퓨터 블레이드는 다수의 여러 기능을 수행할 수 있다. 블레이드로는 블레이드 서버, 입출력(I/O) 블레이드, 메모리 블레이드, 전원 블레이드, I/O 접속 블레이드 등이 있을 수 있다. 컴퓨터 블레이드에 파워가 집중됨에 따라, 블레이드를 냉각시키는 것이 과제로 되고 있다.
블레이드는 일반적으로 주변 공기를 블레이드 인클로저를 통해 유입함으로써 블레이드에 설치된 구성요소에 의해 생기는 열을 제거하여 냉각된다. 이러한 해결 방안은 주변 공기를 특정의 온도 및 습도로 조절하여야 한다. 조절이 이루어지지 않으면, 구성요소는 충분히 냉각되지 않고, 습도로 인해 손상되거나, 오염이 생길 수 있다. 공기를 조절하는 것은 데이터 센터가 필요로 하는 에너지의 중요한 부분을 사용할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 의한 블레이드 인클로저(100)의 등각 투영도이다.
도 1b는 본 발명의 실시예에 의한 블레이드 인클로저(100)의 절단 측면도이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 의한, 냉각 베이스(120)의 상부 커버를 제거한 냉각 어셈블리(106)의 등각 투영도이다.
도 2b는 본 발명의 실시예에 의한, 냉각 베이스(120)의 상부 커버를 제거한 냉각 어셈블리(106)의 상면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 냉각 어셈블리(106)의 냉각 경로를 나타내는 도면이다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 의한 냉각 어셈블리(106)의 냉각 경로를 나타내는 도면이다.
도 4b는 본 발명의 실시예에 의한 도 4a로부터 TBB의 온도 구배를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 블레이드의 등각 투영도이다.
도 1 내지 도 5와 이하의 구체적인 설명은 본 기술분야의 당업자에게 본 발명의 최적의 실시예의 제조 및 실시하도록 하는 특정의 예를 나타낸다. 본 발명의 원리를 설명하기 위해, 당업자라면 본 발명의 범위 내에 속하는 이들 실시예로부터 여러 변형예를 이해할 수 있을 것이다. 당업자라면, 이하에 설명하는 특징들은 본 발명의 여러 변형예를 형성하기 위한 여러 방법에서 조합될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 개시된 특정의 실시예에 한정되는 것이 아니며, 청구범위와 그 등가의 범위에 의해서만 제한된다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 의한 블레이드 인클로저(blade enclosure)(100)의 등각 투영도이다. 블레이드 인클로저(100)는 좌우 패널(102), 상부 패널(104), 및 냉각 어셈블리(106)를 포함한다. 블레이드 인클로저(100)의 앞면에는 그 중앙에 제1 열(112)의 소형 구멍 또는 슬롯이 있으며, 그 양측에 더 큰 구멍 또는 슬롯으로 이루어진 좌측 열(108) 및 우측 열(110)이 있다. 냉각 어셈블리(106)는 블레이드 인클로저(100)의 바닥에 위치하며, 블레이드 인클로저의 중간을 통해 연장하는 방열 버스 바(thermal bus bar: TBB)를 포함한다. 일례로, 소형 슬롯으로 이루어진 열(112)은 전원 블레이드를 수용하도록 구성되어 있으며, 대형 슬롯으로 이루어진 2개의 슬롯은 다수의 여러 유형의 컴퓨터 블레이드를 수용하도록 구성되어 있다.
도 1a는 수평 방향의 슬롯을 나타내고 있지만, 다른 예에서는 수직 방향으로 배향될 수도 있다. 도 1a는 전원 블레이드를 수용하도록 구성된 소형 슬롯으로 된 중앙의 열(112)을 나타내고 있지만, 다른 예에서는 전원 슬롯이 블레이드 슬롯과 동일한 크기이어도 되고 다수의 행으로서 인클로저 내에 배치되어 있어도 된다. 일례로, 블레이드 인클로저는 대칭이며, 블레이드 인클로저의 뒷면은 앞면의 미러 이미지(즉, 3개의 열로 된 슬롯)이다. 다른 예에서, 뒷면의 슬롯 구성은 앞면의 슬롯 구성과 상이할 수 있다.
도 1b는 본 발명의 실시예에 의한 블레이드 인클로저(100)의 절단 측면도이다. 블레이드 인클로저(100)는 상부 패널(104), 앞면의 다수의 슬롯(132), 뒷면의 다수의 슬롯(130), 및 냉각 어셈블리(106)를 포함한다. 냉각 어셈블리(106)는 냉각 베이스(cooling base)(120)와 방열 버스 바(TBB)(122)를 포함한다. 냉각 베이스는 블레이드 인클로저(100)의 바닥 부분에 위치한다. TBB(122)는 냉각 베이스(120)의 상부에 부착되며, 블레이드 인클로저(100)의 중간을 통해 연장되어 있다.
TBB(122)는 블레이드 인클로저(100)의 앞면과 뒷면 상의 슬롯에 삽입된 블레이드를 냉각시킨다. 블레이드(124)는 블레이드 인클로저(100)의 앞면(132)에 있는 다수의 슬롯 중의 하나에 축 X를 따라 설치/삽입되도록 위치된다. 삽입되면, 블레이드(124)의 뒷면(126)이 TBB(122)의 앞면의 표면(128)과 열적으로 접촉하게 될 것이다. 블레이드 인클로저(100)의 뒷면의 슬롯에는 다른 블레이드(도시 안 됨)가 삽입될 수도 있다. 삽입되면, 블레이드의 뒤쪽 단부가 TBB(122)의 뒷면과 열적으로 접촉하게 될 것이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 의한, 냉각 베이스(120)의 상부 커버를 제거한 냉각 어셈블리(106)의 등각 투영도이다. TBB(122)는 냉각 베이스(120)와 직각을 이루도록, 그 중간에, 그리고 상부에 위치한 대략 직사각형의 부분이다. TBB(122)는 다수의 유체 채널을 포함하며, 이러한 채널에 의해 냉각 유체가 냉각 베이스(120)로부터 TBB(122) 위와 그 주위로 펌핑되고 다시 냉각 베이스(120)로 되돌아가게 된다(도 3 참조). 냉각 베이스(120)는 파이핑, 펌프, 및 TBB(122)용의 열 교환기를 유지하는 사각형의 인클로저이다.
도 2b는 본 발명의 실시예에 의한, 냉각 베이스(120)의 상부 커버를 제거한 냉각 어셈블리(106)의 상면도이다. 냉각 어셈블리는 TBB(122), 다수의 TBB 펌프(252), 열 교환기(244), 및 열 교환기 펌프(246)를 포함한다. 다수의 파이프는 냉각 어셈블리 내의 여러 요소를 서로 연결하는 것이지만, 도시하고 있지는 않다. 제1 유체 시스템이 냉각 어셈블리(106) 내에 완전히 함유되어 있다. 제1 유체 냉각 시스템은 TBB 유체 입구(248)로부터 TBB(122) 내의 유체 채널을 통해 위쪽으로, TBB 유체 출구(25)로 나와서, 열 교환기(244)를 통해, 펌프(252)로, 그리고는 다시 TBB 유체 입구(248)로 이동하도록 되어 있다. 제1 유체 시스템은 TBB(122)를 냉각시켜, TBB(122)와 열적으로 접촉하는 블레이드를 냉각시킨다. 제1 유체 냉각 시스템은 열을 TBB로부터 열 교환기(244)로 내보낸다. 일례로, 다수의 TBB 펌프(252)는 하나 또는 그 이상의 펌프가 고장이 난 경우라도, 제1 유체 시스템을 통해 순환을 할 수 있도록 구성될 수 있다.
제2 유체 냉각 시스템은 외부 냉각 시스템 입구(242)로부터 열 교환기 펌프(246)로, 열 교환기(244)를 통해, 그리고 외부 냉각 시스템 출구(240)로 이동한다. 동작에 있어서, 외부 냉각 시스템 입구(242) 및 외부 냉각 시스템 출구(240)는 외부 유체 냉각 시스템에 연결될 것이다. 이 외부 유체 냉각 시스템은 냉각된 유체를 외부 냉각 시스템 입구(242)에 제공하고 가열된 유체를 외부 냉각 시스템 출구(240)로부터 제거한다. 일례로, 열 교환기 펌프(246)는 블레이드 인클로저(100)의 외부에 위치될 수 있다. 일례로, 제1 및 제2 냉각 시스템은 하나의 유체 냉각 시스템에만 조합될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 냉각 어셈블리(106) 내의 냉각 경로를 나타낸다. 도 3은 TBB(122)의 위로 이동하는 다수의 입력 냉각 채널(350)을 나타내며, 이 입력 냉각 채널 사이에 TBB(122)의 아래로 이동하는 다수의 복귀 냉각 채널(352)이 위치한다. 동작에 있어서, 냉각된 유체는 냉각 채널(350)의 위로 펌핑되고 복구 냉각 채널(352)의 아래로 펌핑한다. 냉각된 유체가 TBB(122)의 주위로 이동함에 따라, TBB(122)와 열적으로 접촉하는 블레이드로부터 열이 제거된다. 가열된 유체는 TBB로부터 빠져나가고 열 교환기를 통해 흐른다(서로 교차하는 화살표 354와 356으로 나타냄). 블레이드로부터의 열은 열 교환기 내의 외부적으로 냉각된 유체에 전달되고, 냉각된 유체는 TBB(122)로 복귀한다. 외부적으로 냉각된 유체는 냉각 어셈블리(106)(화살표 356으로 표시)로 들어가서 열 교환기를 통해 냉각 어셈블리(106)로부터 빠져나온다. 외부적으로 냉각된 유체가 열 교환기를 통해 이동함에 따라, 블레이드의 열이 외부적으로 냉각된 유체로 전달되고, 냉각 어셈블리(106)로부터 빠져나온다.
일례로, 입력 냉각 채널(350) 사이에 복귀 냉각 채널(352)이 위치한다. 입력 냉각 채널 사이에 복귀 냉각 채널을 위치시킴으로써, TBB(122)의 온도 구배(temperature gradient)가 일정하게 유지된다. 도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 의한 냉각 어셈블리(106) 내의 냉각 경로(cooling pathway)를 나타낸다. 도 4a는 TBB(122)의 한쪽에서 상방으로 향하는 모든 입력 냉각 채널(460)과 TBB(122)의 다른 쪽에서 하방으로 향하는 모든 복귀 냉각 채널(462)을 나타낸다. 이에 의해, TBB(122)에 불균일한 온도 구배가 생긴다.
도 4B는 본 발명의 실시예에 의한, 도 4A로부터 TBB의 온도 구배를 나타낸다. 냉각 유체가 TBB(122)로 들어가는 하부 오른쪽에서, 온도 구배가 가장 크다. 이 영역(464)은 블레이드 인클로저에서 가장 높은 수준의 냉각을 제공할 것이다. 냉각 유체가 TBB(122)의 오른쪽에서 상방으로 이동하고, 이어서 TBB(122)의 왼쪽에서 하방으로 이동함에 따라, TBB(122)와 열적으로 접촉하는 임의의 블레이드로부터 열이 제거됨에 따라 유체가 가열된다. 냉각 유체가 TBB(122)의 하부 왼쪽(영역 466)에 도달하면, 유체가 가장 높은 온도로 가열된 상태가 되고, 온도 구배가 가장 작게 된다. 이러한 TBB(122)에서의 영역(466)은 블레이드 인클로저를 최소로 냉각시킬 것이다.
일례로, TBB(122) 내의 냉각 채널은 다른 구성, 예를 들어 TBB를 가로질러(또는 위아래로) 흐르는 채널을 구비하는 구성도 가능하다. 이들 채널은 TBB를 균일하게 냉각시키도록 구성될 수 있거나, TBB(122)의 상부 및 하부 냉각 영역의 구역을 생성하도록 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 블레이드(580)의 등각 투영도이다. 블레이드(580)는 인쇄 회로(PC) 기판(582), 열 전달 판(584), 컴포넌트(586), 및 다수의 열 파이프(588)를 포함한다. 열 전달 판(584)은 PC 기판(582)의 뒤쪽 단부에 설치되는 대략 사각형의 판이다. 열 전달 판에는 앞면(590)과 뒷면(도시 안 됨)이 있다. 열 전달 판은 PC 판(582)의 상면에 직각으로 설치된다. 컴포넌트(586)는 PC 기판(582)의 상면에 설치된다. 다수의 열 파이프(588)의 가열된 단부가 컴포넌트(586)의 상부에 위치한다. 다수의 열 파이프(588)의 냉각된 단부는 열 전달 판(584)에 연결된다. 일례로, 블레이드(58)로부터의 전기 신호와 전력 신호는 블레이드(580)의 뒤쪽 단부를 통해 블레이드 인클로저(100)에 연결될 수 있지만, 도시하지는 않는다.
블레이드(580)가 블레이드 인클로저(100)의 앞면 내의 다수의 블레이드 슬롯 중의 하나에 삽입되면, 열 전달 판(584)의 뒷면이 TBB(122)의 앞면(128)과 열적으로 접촉하게 될 것이다. 동작 중에, 컴포넌트(586)에 의해 생기는 열은 다수의 열 파이프(588)의 가열된 면으로 전달될 것이다. 열 파이프는 열을 열 전달 판(584)으로 전달할 것이다. 열 전달 판으로부터의 열은 TBB로 전달될 것이다. TBB 내에서 순환하는 냉각된 유체는 TBB로부터 열을 제거하여 블레이드(580)를 냉각시킬 것이다. 다른 예에서, 컴포넌트(586)로부터 생기는 열은 다수의 열 파이프 대신에 또는 이에 추가로 여러 다른 방법을 사용하여 열 전달 판(584)으로 전달될 수 있다. 블레이드(580)는 블레이드 사이드, 블레이드 엔드 커버, 로킹 장치 등의 다른 구성요소를 포함할 수 있다.

Claims (14)

  1. 블레이드 인클로저(blade enclosure)에 있어서,
    제1 면(102), 상기 제1 면의 반대쪽에 있는 제2 면(102), 앞면(132), 및 상기 앞면의 반대쪽에 있는 뒷면(130)을 가지며, 상기 앞면 및 뒷면에 다수의 블레이드를 수용하기 위한 다수의 구멍(opening)이 형성된 인클로저 구조체(enclosure structure); 및
    상기 인크로저 구조체 내에 설치된 냉각 어셈블리(cooling assembly)(106)
    를 포함하며,
    상기 냉각 어셈블리는,
    대략 사각형의 형태를 가지며, 상기 블레이드 인클로저의 내부에 위치하고, 상기 인클로저 구조체의 앞면과 평행하며, 상기 인클로저 구조체의 앞면과 뒷면 사이에 위치하는 방열 버스 바(thermal bus bar: TBB)(122);
    상기 TBB(122)를 통해 연장된 다수의 냉각 유체 채널(cooling fluid channel);
    상기 다수의 냉각 유체 채널 중의 하나 이상에 연결된 냉각 유체 입구(cooling fluid inlet)(248);
    상기 다수의 냉각 유체 채널 중의 하나 이상에 연결된 냉각 유체 출구(cooling fluid outlet)(250);
    상기 인클로저 구조체의 앞면(132) 내의 다수의 슬롯에 대해 개방되어 있으며, 블레이드가 상기 인클로저 구조체의 앞면에 있는 다수의 슬롯 중의 하나에 설치되면, 상기 블레이드의 뒤쪽 단부(back end)(126)와 열적으로 접촉하도록 구성된, 상기 TBB(122)의 앞면; 및
    상기 인클로저 구조체의 뒷면(130)에 있는 다수의 슬롯에 대해 개방되어 있으며, 블레이드가 상기 인클로저 구조체의 뒷면에 있는 다수의 슬롯 중의 하나에 설치되면, 상기 블레이드의 뒤쪽 단부와 열적으로 접촉하도록 구성된, 상기 TBB(122)의 뒷면을 포함하며,
    상기 냉각 유체 입구(248), 상기 냉각 유체 채널 및 상기 냉각 유체 출구(250) 사이에 유체 냉각 경로가 형성되는 것을 특징으로 하는 블레이드 인클로저.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 어셈블리는,
    대략 사각형으로 형성되고, 상기 인클로저 구조체의 바닥 부분에 위치하고, 상부에 상기 TBB(122)가 설치된 냉각 베이스(cooling base)(120);
    상기 냉각 베이스(120)의 내부에 위치된 하나 이상의 TBB 펌프(252);
    상기 냉각 베이스(120)의 내부에 위치된 열 교환기(heat exchanger)(244); 및
    상기 하나 이상의 TBB 펌프(252), 상기 열 교환기(244), 상기 냉각 유체 입구(248), 및 상기 냉각 시스템 출구(250)에 연결되어 있고, 상기 TBB(122), 상기 열 교환기(244) 및 상기 하나 이상의 TBB 펌프(252) 사이에 재순환하는 유체 경로를 형성하는 제1 파이프 시스템(piping system)을 포함하는, 블레이드 인클로저.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 냉각 어셈블리는 다수의 TBB 펌프(252)를 더 포함하며,
    상기 제1 파이프 시스템은 상기 다수의 TBB 펌프(252)를 재순환하는 유체 경로에 여분으로 연결하도록 구성된, 블레이드 인클로저.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 냉각 어셈블리는,
    외부 유체 입구(242) 및 외부 유체 출구(240);
    상기 외부 유체 입구(242) 및 외부 유체 출구(240)를 상기 열 교환기(244)와 연결하는 제2 파이프 시스템; 및
    상기 외부 유체 입구 및 외부 유체 출구에 연결되고, 냉각 유체를 상기 외부 유체 입구에 제공하고, 가열된 유체를 상기 외부 유체 출구로부터 제거하도록 구성된 외부 유체 냉각 시스템을 더 포함하는, 블레이드 인클로저.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 유체 입구(248) 및 냉각 유체 출구(250)가 외부 냉각 유체 공급 시스템에 연결되어, 냉각 유체를 상기 냉각 시스템 입구에 제공하고, 가열된 유체를 상기 냉각 시스템 출구로부터 제거하도록 구성된, 블레이드 인클로저.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 냉각 유체 채널은 제1 세트의 입력 채널(350)과 제2 세트의 출력 채널(352)을 포함하며, 상기 제1 세트의 입력 채널(350)은 상기 제2 세트의 출력 채널(352)과 서로 교대로 위치하도록 된, 블레이드 인클로저.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 냉각 유체 채널은 제1 세트의 다수의 슬롯에 대하여 가장 높은 수준의 냉각을 제공하고, 제2 세트의 다수의 슬롯에 대하여 가장 낮은 수준의 냉각을 제공하도록 구성된, 블레이드 인클로저.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 블레이드 인클로저는 상기 인클로저 구조체의 앞면에 있는 다수의 슬롯 중의 하나에 삽입되는 하나 이상의 블레이드를 더 포함하며,
    상기 블레이드의 뒷면이 상기 TBB의 앞면과 열적으로 접촉하도록 된, 블레이드 인클로저.
  9. 제8항에 있어서,
    블레이드 서버(blade server), 메모리 블레이드(memory blade) , 입출력(I/O) 블레이드, 블레이드 페브릭(blade fabric), 전원 블레이드 등의 여러 유형의 컴퓨터 블레이드(computer blade) 중에서 컴퓨터 블레이드가 선택되는, 블레이드 인클로저.
  10. 블레이드 인클로저를 냉각시키기 위한 방법에 있어서,
    블레이드 인클로저의 앞면에 다수의 블레이드 설치용 슬롯을 제공하는 단계로서, 블레이드를 상기 블레이드 인클로저의 앞면에 있는 다수의 블레이드 설치용 슬롯 중의 하나에 설치하는 경우, 블레이드의 뒷면에 있는 열 전달 판(heat transfer plate)이 상기 블레이드의 중간에 위치한 방열 버스 바(TBB)의 앞면과 열적으로 접촉하도록 된, 앞면에 다수의 블레이드 설치용 슬롯을 제공하는 단계;
    상기 블레이드 인클로저의 뒷면에 다수의 블레이드 설치용 슬롯을 제공하는 단계로서, 블레이드를 상기 블레이드 인클로저의 뒷면에 있는 다수의 블레이드 설치용 슬롯 중의 하나에 설치하는 경우, 블레이드의 뒷면에 있는 열 전달 판이 상기 TBB의 뒷면과 열적으로 접촉하도록 된, 뒷면에 다수의 블레이드 설치용 슬롯을 제공하는 단계; 및
    상기 TBB를 냉각시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    컴퓨터 블레이드(computer blade)를 상기 블레이드 인클로저에 설치하는 것에 의해, 상기 컴퓨터 블레이드 상의 열 전달 판이 상기 블레이드 인클로저의 TBB에 열적으로 연결되도록 하는 단계를 더 포함하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 컴퓨터 블레이드는 블레이드 서버(blade server), 메모리 블레이드(memory blade) , 입출력(I/O) 블레이드, 블레이드 페브릭(blade fabric), 전원 블레이드 등의 여러 유형의 컴퓨터 블레이드(computer blade) 중에서 선택되는, 방법.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 TBB는 상기 블레이드 인클로저 내에 포함된 재순환용 유체 냉각 시스템에 의해 냉각되는, 방법.
  14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 TBB는 전체적으로 균일하게 냉각되는, 방법.
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