KR20240028958A - 복수의 발열 구성요소를 냉각하기 위한 방법 및 냉각 조립체 - Google Patents

복수의 발열 구성요소를 냉각하기 위한 방법 및 냉각 조립체 Download PDF

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KR20240028958A
KR20240028958A KR1020230111870A KR20230111870A KR20240028958A KR 20240028958 A KR20240028958 A KR 20240028958A KR 1020230111870 A KR1020230111870 A KR 1020230111870A KR 20230111870 A KR20230111870 A KR 20230111870A KR 20240028958 A KR20240028958 A KR 20240028958A
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모하마드 흐냐이노
알리 셰하드
헨릭 클라바
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오브이에이치
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Abstract

본 발명은 복수의 발열 구성요소를 냉각하기 위한 방법 및 냉각 조립체에 관한 것이다. 냉각 조립체는 열전달 액체를 수용하기 위한 주 액체 입구, 열전달 액체를 배출하기 위한 주 액체 출구 및 복수의 액체 냉각 유닛을 포함한다. 각각의 액체 냉각 유닛은 상응하는 발열 구성요소와 열 접촉하고 내부 액체 도관을 포함하며, 내부 액체 도관에서 흐르는 열전달 액체는 상응하는 발열 구성요소로부터 열 에너지를 수집한다. 액체 냉각 유닛은 복수의 그룹으로 배열되며, 각각의 그룹은 서로 평행하게 유체 연결되는 하나 이상의 액체 냉각 유닛을 포함한다. 이 그룹들은 적어도 하나의 클러스터로 배열되며, 각각의 클러스터는 직렬로 유체 연결되는 2개 이상의 그룹을 포함한다.

Description

복수의 발열 구성요소를 냉각하기 위한 방법 및 냉각 조립체{COOLING ASSEMBLY AND METHOD FOR COOLING A PLURALITY OF HEAT-GENERATING COMPONENTS}
본 출원은 "Cooling Assembly and Method for Cooling a Plurality of Heat-Generating Components"이라는 제목으로 2022년 8월 25일에 출원된 EP 출원번호 22306267.0를 기초로 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 본 명세서에 참조로 포함된다.
본 발명은 전자 장비의 냉각 기술에 관한 것이다. 특히, 복수의 발열 구성요소를 냉각하기 위한 방법 및 냉각 조립체가 개시된다.
전자 장비, 예를 들어, 서버, 메모리 뱅크, 컴퓨터 디스크 등은 통상적으로 장비 랙으로 그룹화된다. 대형 데이터 센터 및 기타 대형 컴퓨팅 설비는 수천 또는 수만 대의 서버를 지원하는 수천 개의 랙을 포함할 수 있다.
데이터 센터가 차지하는 표면적을 줄여 단위 표면적당 전자 장비의 비율을 최적화하려면 각각의 랙에 전자 장비 피스의 개수를 늘리는 것이 바람직할 수 있으며 이는 "고밀도 랙"으로 지칭될 수 있다. 하지만, 백플레인(backplane)에 장착된 장비를 포함하는 랙은 많은 양의 전력을 소비하고 상당한 양의 열 에너지를 발생시킨다. 따라서, 이러한 랙에서는 종종 냉각 요건이 중요하다. 따라서, 주어진 랙에서 발열 구성요소(예를 들어, 전자 장비 피스)의 수를 늘리는 것은 표준 냉각 시스템에 적합하지 않을 수 있다.
따라서, 고밀도 랙에서 복수의 발열 구성요소를 냉각하기 위한 방법 및 냉각 조립체를 제공할 필요가 있다.
본 발명의 실시예는 종래 기술과 관련된 단점에 대한 개발자의 인식에 기초하여 개발되어 왔다.
제1 양태에서, 본 발명의 다양한 구현예들은 복수의 발열 구성요소를 냉각하기 위한 냉각 조립체를 제공하며, 상기 냉각 조립체는 주 액체 입구; 주 액체 출구; 복수의 액체 냉각 유닛을 포함한다. 각각의 액체 냉각 유닛은 냉각될 발열 구성요소 중 상응하는 하나와 열 접촉하며, 열전달 액체를 수용하기 위해 주 액체 입구에 유체 연결되어 있는 액체 입구, 열전달 액체를 복귀시키기 위해 주 액체 출구에 유체 연결되어 있는 액체 출구; 및 액체 입구와 액체 출구 사이에서 연장되는 내부 액체 도관을 포함하며, 내부 액체 도관 내를 흐르는 열전달 액체는 상응하는 발열 구성요소로부터 열에너지를 수집한다. 액체 냉각 유닛은 복수의 그룹으로 배열되며, 각각의 그룹은 서로 병렬로 유체 연결되는 하나 이상의 액체 냉각 유닛을 포함하고, 그룹은 적어도 하나의 클러스터로 배열되며, 각각의 클러스터는 직렬로 유체 연결된 2개 이상의 그룹을 포함한다.
냉각 조립체의 일부 실시예에서, 적어도 하나의 클러스터는 병렬로 유체 연결되는 복수의 클러스터를 포함하고, 클러스터는 서로 병렬로 유체 연결되어 주 액체 입구와 주 액체 출구에 유체 연결된 배열(arrangement)을 형성한다.
냉각 조립체의 일부 실시예에서, 그룹당 액체 냉각 유닛의 제1 수, 클러스터당 그룹의 제2 수, 냉각 조립체의 클러스터의 제3 수는 주 액체 입구에서의 열전달 액체의 제1 온도와 주 액체 출구에서의 열전달 액체의 제2 온도 사이의 차이를 제1 임계값에 또는 임계값 이하로 유지하도록 구성된다.
냉각 조립체의 일부 실시예에서, 제1 임계값은 20℃이다.
냉각 조립체의 일부 실시예에서, 냉각 조립체는 제2 열전달 액체로 충전된 복수의 침지 케이스를 추가로 포함하고, 복수의 발열 구성요소는 복수의 침지 케이스에 침지된다.
냉각 조립체의 일부 실시예에서, 각각의 발열 구성요소는 데이터센터의 서버에 상응한다.
냉각 조립체의 일부 실시예에서, 각각의 클러스터는 제1 전력 소비 수준을 갖는 제1 상응하는 서버와 열 접촉하는 제1 그룹, 및 제1 전력 소비 수준보다 낮은 제2 전력 소비 수준을 갖는 제2 상응하는 서버와 열 접촉하는 제2 그룹을 포함하며, 상기 제2 그룹은 클러스터 내에서 제1 그룹의 하류에 위치한다.
냉각 조립체의 일부 실시예에서, 각각의 클러스터는 제2 전력 소비 수준보다 낮은 제3 전력 소비 수준을 갖는 제3 상응하는 서버와 열 접촉하는 제3 그룹을 포함하고, 상기 제3 그룹은 클러스터 내에서 제2 그룹의 하류에 위치하며; 제3 전력 소비 수준보다 낮은 제4 전력 소비 수준을 갖는 제4 상응하는 서버와 열 접촉하는 제4 그룹을 포함하고, 상기 제4 그룹은 클러스터 내에서 제3 그룹의 하류에 위치한다.
냉각 조립체의 일부 실시예에서, 각각의 클러스터에 대해, 주어진 그룹의 액체 냉각 유닛은 상응하는 제1 전력 소비를 갖는 서버와 연결되고, 주어진 그룹의 하류에 있는 또 다른 그룹의 액체 냉각 유닛은 제1 전력 소비보다 낮은 상응하는 제2 전력 소비를 갖는 서버와 연결되며; 클러스터 내에서 다른 모든 그룹의 상류에 있는 그룹의 액체 냉각 유닛은 가장 높은 전력 소비를 갖는 서버와 연결된다.
냉각 조립체의 일부 실시예에서, 열전달 액체는 물이다.
냉각 조립체의 일부 실시예에서, 액체 냉각 유닛의 각각의 그룹은 복수의 액체 냉각 유닛을 포함하고; 각각의 그룹은 액체 냉각 유닛의 액체 출구에 유체 연결되고 그룹의 액체 냉각 유닛으로부터 열전달을 수용하도록 구성된 출구 매니폴드를 추가로 포함하고; 그룹의 액체 냉각 유닛의 액체 입구에 유체 연결되고, 액체 냉각 유닛의 이전 상류에 있는 그룹의 출구 매니폴드로부터 또는 주 액체 출구로부터 열전달 액체를 수용하도록 구성된 입구 매니폴드를 추가로 포함하며, 입구 매니폴드는 열전달 액체를 그룹의 복수의 액체 냉각 유닛에 분배한다.
냉각 조립체의 일부 실시예에서, 클러스터의 수는 3개이고, 클러스터당 그룹의 수는 4개이며, 그룹당 액체 냉각 유닛의 수는 16개이다.
냉각 조립체의 일부 실시예에서, 클러스터의 수는 48개이고, 클러스터당 그룹의 수는 4개이며, 그룹당 액체 냉각 유닛의 수는 1개이다.
제2 양태에서, 본 발명의 다양한 구현예들은 복수의 발열 구성요소를 냉각하는 방법을 제공한다. 상기 방법은: 복수의 액체 냉각 유닛을 발열 구성요소 상에 장착하여 각각의 액체 냉각 유닛이 냉각될 발열 구성요소 중 상응하는 하나와 열 접촉하는 단계를 포함하며, 각각의 액체 냉각 유닛은 열전달 액체를 수용하기 위한 액체 입구와 열전달 액체를 배출하기 위한 액체 출구를 포함하고; 하나 이상의 액체 냉각 유닛을 유체 연결하여 복수의 액체 냉각 유닛 그룹을 형성하는 단계를 포함하며, 동일한 그룹의 액체 냉각 유닛은 서로 병렬로 유체 연결되고, 2개 이상의 그룹을 유체 연결하여 액체 냉각 유닛 그룹의 적어도 하나의 클러스터를 형성하는 단계를 포함하며, 동일한 클러스터의 그룹은 직렬로 유체 연결되고; 및 열전달 액체를 액체 냉각 유닛의 액체 입구로 전달하기 위한 주 액체 입구와 열전달 액체를 액체 냉각 유닛의 액체 출구로부터 수용하기 위한 주 액체 출구에, 적어도 하나의 클러스터를 유체 연결하는 단계를 포함한다.
본 방법의 일부 실시예에서, 2개 이상의 그룹을 유체 연결하여 액체 냉각 유닛의 그룹의 적어도 하나의 클러스터를 형성하는 단계는 복수의 클러스터를 형성하는 단계를 포함하며, 동일한 클러스터의 그룹은 직렬로 유체 연결되고, 복수의 클러스터는 서로 병렬로 유체 연결되며, 복수의 클러스터는 주 액체 입구 및 주 액체 출구에 유체 연결된다.
본 방법의 일부 실시예에서, 각각의 발열 구성요소는 데이터센터의 서버에 상응한다.
본 방법의 일부 실시예에서, 본 방법은 각각의 서버의 예상 전력 소비에 관한 정보를 포함하는 전력 소비 데이터를 수신하는 단계; 및 전력 소비 데이터에 기초하여 데이터 센터의 서버의 그룹을 결정하는 단계를 포함한다.
본 방법의 일부 실시예에서, 2개 이상의 그룹을 유체 연결하여 액체 냉각 유닛 그룹의 적어도 하나의 클러스터를 형성하는 단계는 제1 전력 소비 수준을 갖는 제1 상응하는 서버와 열 접촉하는 제1 그룹을 배치하는 단계, 및 제1 전력 소비 수준보다 낮은 제2 전력 소비 수준을 갖는 제2 상응하는 서버와 열 접촉하는 제2 그룹을 배치하는 단계를 포함하며, 제2 그룹은 클러스터 내에서 제1 그룹의 하류에 위치한다.
본 방법의 일부 실시예에서, 액체 냉각 유닛 그룹의 적어도 하나의 클러스터를 형성하는 단계는 액체 냉각 유닛의 그룹을 형성하는 단계를 포함하며, 주어진 그룹의 액체 냉각 유닛은 상응하는 제1 전력 소비를 갖는 동일한 서버 그룹의 서버와 연결되고, 주어진 그룹의 하류에 있는 또 다른 그룹의 액체 냉각 유닛은 제1 전력 소비보다 낮은 상응하는 제2 전력 소비를 갖는 서버와 연결되며, 클러스터 내에서 다른 모든 그룹의 상류에 있는 그룹의 액체 냉각 유닛은 가장 높은 전력 소비를 갖는 서버와 연결된다.
본 방법의 일부 실시예에서, 열전달 액체는 물이다.
본 방법의 일부 실시예에서, 액체 냉각 유닛의 각각의 그룹은 복수의 액체 냉각 유닛을 포함하고; 각각의 그룹은 액체 냉각 유닛의 액체 출구에 유체 연결되고 액체 냉각 유닛으로부터 열전달을 수용하도록 구성된 출구 매니폴드를 추가로 포함하고; 액체 냉각 유닛의 액체 입구에 유체 연결되고 액체 냉각 유닛의 이전 상류에 있는 그룹의 출구 매니폴드로부터 또는 주 액체 출구로부터 열전달 액체를 수용하도록 구성된 입구 매니폴드를 추가로 포함하며, 입구 매니폴드는 열전달 액체를 복수의 액체 냉각 유닛에 분배한다.
본 방법의 일부 실시예에서, 클러스터의 수는 3개이고, 클러스터당 그룹의 수는 4개이며, 그룹당 액체 냉각 유닛의 수는 16개이다.
본 방법의 일부 실시예에서, 클러스터의 수는 48개이고, 클러스터당 그룹의 수는 4개이며, 그룹당 액체 냉각 유닛의 수는 1개이다.
본 방법의 일부 실시예에서, 상기 방법은 액체 냉각 유닛의 수, 발열 구성요소의 전력 소비에 관한 정보를 포함하는 데이터, 및 액체 입구와 액체 출구에서의 열전달 액체의 온도 사이의 원하는 온도 차이에 기초하여, 열전달 액체의 유량을 조정하는 단계를 추가로 포함한다.
본 명세서에서, 달리 명시적으로 제공되지 않는 한, 전자 장비는, 이들에만 제한되지는 않지만, "서버", "전자 장치", "운영 시스템", "시스템", "컴퓨터-기반 시스템", "제어 유닛", "모니터링 장치", "제어 장치" 및/또는 관련 작업에 적합한 이들의 조합을 지칭한다.
본 명세서의 문맥에서, 그 밖에 달리 명시하지 않는 한, "제1", "제2", "제3" 등의 용어는, 서로로부터 변형되는 명사들 사이의 임의의 특정 관계를 설명하기 위해서가 아니라 그 명사들을 구분하기 위한 형용사로 사용된다.
본 발명의 구현은 각각 전술한 목적 및/또는 양태 중 적어도 하나를 갖지만, 반드시 이들 모두를 가질 필요는 없다. 위에서 언급한 목적을 달성하기 위한 시도에서 비롯된 본 발명의 일부 양태는 상기 목적을 충족하지 않을 수 있거나 및/또는 본 명세서에 구체적으로 언급되지 않은 다른 목적을 충족할 수 있음을 이해해야 한다.
본 발명의 구현의 추가적인 및/또는 대안의 특징, 양태 및 이점들은 다음의 설명, 첨부 도면 및 하기 청구범위로부터 명백해질 것이다.
본 발명의 더 나은 이해, 뿐만 아니라 다른 양태 및 추가 특징을 위해, 첨부 도면과 함께 사용되는 다음 설명을 참조한다:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 서버 랙의 냉각 시스템의 개략도;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 냉각 시스템의 액체 냉각 유닛의 개략적인 상면도;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 냉각 시스템의 냉각 조립체의 개략적인 흐름도;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 4의 냉각 조립체의 입구 매니폴드와 출구 매니폴드의 개략적인 흐름도;
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 냉각 조립체의 개략적인 흐름도;
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 액체 냉각 유닛을 포함하는 랙-장착형 조립체의 개략적인 흐름도; 및
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 발열 구성요소를 냉각하는 방법의 작동을 보여주는 블록 다이어그램이다.
본 명세서에서 달리 명시적으로 지정되지 않는 한, 도면은 실측이 아님을 유의해야 한다.
본 명세서에 기재된 예 및 조건 용어는 주로 독자가 본 발명의 원리를 이해하는 데 도움을 주기 위한 것이며 그 범위를 구체적으로 인용된 예 및 조건으로 제한하지 않는다. 당업자는 본 명세서에 명시적으로 설명되거나 도시되지는 않았지만, 그럼에도 불구하고, 본 발명의 원리를 구현하는 다양한 시스템을 고안할 수 있음을 이해할 것이다.
또한, 이해를 돕기 위해, 다음 설명은 본 발명의 비교적 단순화된 구현을 설명할 수 있다. 당업자가 이해하는 바와 같이, 본 발명의 다양한 구현은 더 복잡할 수 있다.
일부 경우에, 본 발명에 대한 수정의 유용한 예가 또한 설명될 수 있다. 이것은 단지 이해를 돕기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 정의하거나 경계를 설정하는 것이 아니다. 이러한 수정은 완전한 목록이 아니며, 당업자는 그럼에도 불구하고 본 발명의 범위 내에서 다른 수정을 수행할 수 있다. 또한, 수정의 예가 제시되지 않은 경우, 수정이 불가능하거나 및/또는 설명된 내용이 본 발명의 해당 요소를 구현하는 유일한 방식이라고 해석되어서는 안 된다.
더욱이, 본 발명의 원리, 양태 및 구현 뿐만 아니라 그 특정 예를 인용하는 본 명세서의 모든 내용들은 현재 알려져 있거나 미래에 개발되든 구조적 및 기능적 균등예를 모두 포함하도록 의도된다.
이러한 기본 사항이 준비된 상태에서, 이제 본 발명의 양태의 다양한 구현을 설명하기 위해 일부 비-제한적인 예를 고려할 것이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 서버 랙(500) 또는 간단히 "랙"(500)을 위한 냉각 시스템(10) 및 그 냉각 조립체(100)가 설명된다. 서버 랙(500)은 하나 이상의 발열 구성요소(50)를 포함하며, 냉각 조립체(100)는 하나 이상의 발열 구성요소(50)에 의해 생성된 열 에너지를 수집하고 그에 따라 본 발명의 비-제한적인 실시예를 구현하는 서버 랙(500)에 냉각 용량을 제공하도록 구성된다. 도시된 냉각 조립체(100)는 단지 본 발명의 예시적인 구현예일 뿐이라는 것이 명백히 이해되어야 한다. 따라서, 하기 설명은 단지 본 발명의 예시적인 예에 대한 설명인 것으로 의도된다. 이 설명은 본 발명의 범위를 정의하거나 본 발명의 범위를 명시하려는 의도가 아니다. 일부 경우에, 냉각 조립체(100)에 대한 변형의 유용한 예가 또한 설명될 수 있다. 이것은 단지 이해를 돕기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 정의하거나 경계를 설정하는 것이 아니다. 이러한 변형은 완전한 목록이 아니며, 당업자는 그럼에도 불구하고 본 발명의 범위 내에서 다른 변형을 수행할 수 있다. 또한, 변형의 예가 제시되지 않은 경우(즉 어떠한 변형예도 설명되지 않은 경우), 변형이 불가능하거나 및/또는 설명된 내용이 본 발명의 해당 요소를 구현하는 유일한 방식이라고 해석되어서는 안 된다. 당업자가 이해하는 바와 같이, 이는 해당되지 않는다. 또한, 냉각 조립체(100)는 어떤 경우에는 본 발명의 간단한 구현예를 제공할 수 있으며, 그러한 경우에는 이해를 돕기 위해 이러한 방식으로 제시되었음을 이해해야 한다. 당업자가 이해하는 바와 같이, 본 발명의 다양한 구현예는 더 복잡할 수 있다.
이하에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 본 개시 내용은 랙(500)의 복수의 발열 구성요소(50)를 냉각하는 방법을 설명한다. 따라서, 일단 본 명세서에 제시된 내용이 이해되면, 본 발명의 실시예를 실행하기 위해, 본 명세서에 설명된 방법에 따라 작동 가능하게 제어되도록 구성된 임의의 시스템 변형예가 적용될 수 있다. 또한, 예를 들어, 도 1 내지 도 6에 도시된 냉각 조립체(100)를 사용하여 냉각 조립체(100)의 예를 설명한다. 하지만, 본 발명의 실시예는 다른 형태의 냉각 조립체(100)에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 1은 랙(500)에 냉각을 제공하도록 구성된 냉각 시스템(10)의 개략도이다. 랙(500)은 복수의 구성요소, 예를 들어 서버, 네트워크 스위치, 전력 분배 유닛, 중앙 처리 장치(CPU), 그래픽 처리 유닛(GPU), 신경 처리 장치(NPU), 텐서 처리 장치(TPU), 전원 공급 회로 및 주문형 집적 회로(ASIC), 가령, 예를 들어, 고속 암호화폐 채굴용으로 구성된 ASIC, 랜덤 액세스 메모리 장치, 하드 디스크 드라이브, 사용 중에 열 에너지를 생성하고 도 1에서 발열 구성요소(50)로 표시되는 기타 전기 또는 전자 장치(단순화를 위해 그 중 3개만 도시됨)를 호스팅 할 수 있다.
냉각 시스템(10)은 랙(500)에 호스팅된 모든 구성요소와 발열 구성요소(50)를 안전한 온도 임계값 미만의 온도로 유지하기에 충분한 냉각 용량을 제공한다. 더욱이, 데이터 센터에서, 복수의 냉각 시스템(10) 또는 그 일부가 복수의 상응하는 랙(500)에 독립적으로 냉각을 제공할 수 있다.
이 실시예에서, 냉각 시스템(10)은 열전달 액체를 이송하는 주 냉각 루프(12)를 포함한다. 주 냉각 루프(12)는 랙(500)에 호스팅된 발열 구성요소(50)을 냉각하기 위한 냉각 조립체(100)를 포함하며, 열전달 액체는 냉각 조립체(100) 내에서 흐를 때 열 에너지를 수집한다. 주 냉각 루프(12)는 열전달 액체로부터 열 에너지를 방출하기 위한 열교환기 조립체(15)(예를 들어, 공기-액체 열교환기, 가령, 건식 냉각기, 액체-액체 열교환기, 가령, 플레이트 열 교환기, 또는 임의의 다른 적합한 열교환기)를 추가로 포함한다. 차가운 열전달 액체는 냉각 조립체(100)로 추가로 재안내된다. 냉각 루프(12)는 냉각 루프(12) 내에서 순환하는 열전달 액체의 흐름을 유지하기 위한 펌프(14)를 추가로 포함한다. 대안의 실시예에서, 주 냉각 루프(12)는 액체 공급원(예를 들어, 호수, 강)으로부터 차가운 열전달 액체를 수용하고 가열된 열전달 액체를 액체 공급원 또는 가열된 열전달 액체(예를 들어 호수, 강)를 배치하기에 적합한 다른 개체로 복귀되는 개방 냉각 루프일 수 있다. 열전달 액체는 물, 물과 글리콜의 혼합물, 유체의 2상 액체, 유전체 유체, 또는 본 명세서에 설명된 열 에너지를 수집하는 데 적합한 임의의 액체 또는 유체일 수 있다.
이 실시예에서, 냉각 조립체는 열전달 액체를 수용하기 위한 주 액체 입구(102) 및 열전달 액체를 수용하는 복수의 액체 냉각 유닛(250)(단순화를 위해 그 중 3개만 도시됨)을 포함하며, 각각의 액체 냉각 유닛(250)은 냉각되는 발열 구성요소(50) 중 상응하는 하나와 열 접촉한다. 아래에 더 자세히 설명되는 바와 같이, 각각의 액체 냉각 유닛(250)은 발열 구성요소(50)과 접촉하도록 구성된 외부 열 전달 표면을 갖는다. 이러한 맥락에서, 외부 열 전달 표면은, 발열 구성요소(50)과 외부 열 전달 표면 사이에 적절한 열전달을 보장하기 위해, 공지된 방식으로, 외부 열 전달 표면과 발열 구성요소(50) 사이에 열 페이스트가 제공되는 경우에도 발열 구성요소(50)와 "접촉"한다고 말할 수 있다. 하나 이상의 액체 냉각 유닛(250)은 동일한 발열 구성요소(50)를 냉각하는 데 사용될 수 있다는 것이 고려된다.
보다 구체적으로, 액체 냉각 유닛(250)의 비-제한적인 예가 도 2에 예시되어 있으며, 이는 발열 구성요소(50)에 장착된 액체 냉각 유닛(250)의 상부 평면 개략도이다. 액체 냉각 유닛(250)은 액체이다 예를 들어 서버 랙(500) 내에 장착된 프로세서에서 냉각되는 발열 구성요소(50)에 열 결합되는 냉각 액체 냉각 히트 싱크 또는 "워터 블록"이다. 열전달 액체는 발열 구성요소(50)로부터 열을 흡수하기 위해 액체 냉각 유닛(250)에서 내부 액체 도관을 통해 순환된다. 열전달 액체가 액체 냉각 유닛(250) 밖으로 흘러나감에 따라, 열 에너지도 흡수된다. 도 2가 실측으로 도시된 것은 아니지만, 액체 냉각 유닛(250)과 발열 구성요소(50)의 둘레는 유사할 수 있으며, 그들의 상대적 크기는 단지 예시 목적일 뿐이다.
액체 냉각 유닛(250)은 예를 들어 열전달 액체를 수용하기 위한 각각의 중복 도관(260 및 262)(그 단부만 도시됨)을 통해 주 액체 입구(102)에 유체 연결되는 2개의 중복 액체 입구(256 및 258)를 포함할 수 있다. 따라서, 열전달 액체는 액체 냉각 유닛(250)의 표면을 가로질러 열전달 액체의 열 흡수 가능성을 최대화하기 위해 액체 냉각 유닛(250) 내에서 지그재그로 움직이는 중복 내부 액체 도관(264 및 266)을 통해 흐를 수 있다. 내부 액체 도관(264 및 266)은 뜨거운 열전달 액체 출력을 위해 중복 도관(272 및 274)(그 단부만 도시됨)에 각각 연결 가능한 2개의 중복 액체 출구(268 및 270)에서 종료된다.
대안의 실시예에서, 액체 냉각 유닛(250)의 그 밖의 다른 형상 및/또는 그 내부 액체 도관의 형상이 고려된다. 예를 들어, 액체 냉각 유닛(250)은 나선형 형태를 형성하는 단일 내부 액체 도관을 포함할 수 있다. 적어도 일부 실시예에서, 액체 입구(258), 도관(262), 내부 액체 도관(266), 도관(274) 및 액체 출구(270)는 액체 냉각 유닛(250)이 액체 입구(256), 도관(260), 내부 액체 도관(264), 도관(272) 및 액체 입구(268) 만을 포함하도록 생략될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 액체 냉각 유닛(250)의 액체 출구(268 및 270)는 냉각 조립체(100)의 주 액체 출구에 유체 연결된다. 액체 냉각 유닛(250)들 사이의 유체 연결은 이후에 더 자세히 설명된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 조립체(100)의 액체 냉각 유닛(250)들 사이의 유체 연결을 도시한다. 이 실시예에서, 액체 냉각 유닛(250)들은 서로 유체 연결되어, 액체 냉각 유닛(250) 중 적어도 일부가 병렬 및/또는 직렬로 유체 연결된다. 특히, 액체 냉각 유닛(250)은 복수의 그룹으로 배열되고, 각각의 그룹은 서로 병렬로 유체 연결된 하나 이상의 액체 냉각 유닛(250)을 포함하며, 그룹은 복수의 클러스터로 배열되며, 각각의 클러스터는 두 개 또는 더 많은 그룹이 직렬로 유체 연결된 2개 이상의 그룹을 포함한다.
도 3의 예시적인 실시예에서, 냉각 조립체(100)는 3개의 클러스터(110A, 110B 및 110C)를 포함한다. 클러스터(110A, 110B 및 110C)는 서로 병렬로 유체 연결되어 주 액체 입구(102)와 주 액체 출구(104)에 유체 연결된 배열을 형성한다. 이 실시예에서, 각각의 클러스터(110A, 110B 및 110C)는 4개 그룹의 액체 냉각 유닛(250)을 포함하는데, 이들 중 동일한 그룹의 액체 냉각 유닛(250)은 서로 병렬로 유체 연결되고, 동일한 클러스터의 액체 냉각 유닛(250)의 그룹은 직렬로 유체 연결된다.
이러한 비제한적인 예에서, 클러스터(110A)는 4개의 그룹(112A, 114A, 116A 및 118A)을 포함하며, 각각의 그룹은 16개의 액체 냉각 유닛(250)를 포함한다. 사용 시에, 열전달 액체는 주 액체 입구(102)로부터 제1 그룹(112A0으로 흐르고 제1 그룹(112A)의 액체 냉각 유닛(250)의 내부 액체 도관을 병렬로 횡단한다. 열전달 액체가 그룹(112A)에 의해 출력되면, 열전달 액체는 주 액체 출구(104)로 이송되기 전에 그룹(114A)의 하나 이상의 액체 냉각 유닛(250), 그룹(116A)의 하나 이상의 액체 냉각 유닛(250) 및 그룹(118A)의 하나 이상의 액체 냉각 유닛(250)에서 추가로 흐른다.
클러스터(110A)의 그룹과 병렬로, 열전달 액체는 유사한 방식으로 클러스터(110B 및 110C)의 그룹(112B-118B 및 112C-118C)의 하나 이상의 액체 냉각 유닛(250)의 내부 액체 도관에서 흐른다.
클러스터 수, 클러스터당 그룹 수 및/또는 냉각 조립체(100) 내의 그룹당 액체 냉각 유닛의 수에는 사전 제한이 없다는 점에 유의해야 한다. 냉각 조립체(100)의 실제 구성은, 특정 구현의 요구, 가령, 예를 들어, 냉각 조립체(100)가 설치되는 기반시설의 크기, 발열 구성요소의 수 및 특성, 및/또는 액체 냉각 유닛의 상류 및 하류의 원하는 온도의 열전달 액체에 대해 발열 구성요소의 예외적인 전력 소비에 따라 결정될 것이다.
보다 구체적으로, 냉각 조립체(100)는, 이 실시예에서, 동일한 그룹의 액체 냉각 유닛(250)을 서로 병렬로 유체 연결하기 위해 액체 냉각 유닛(250)의 각각의 그룹에 입구 매니폴드와 출구 매니폴드를 포함한다. 예를 들어, 그룹(114a)은 그룹(112A)의 액체 냉각 유닛(250)의 액체 입구에 유체 연결되는 입구 매니폴드(122)를 포함한다. 도 4를 참조하면, 매니폴드(122)는 그룹(112A)의 하나 이상의 액체 냉각 유닛(250)의 액체 입구(256 및/또는 258)에 연결 가능한 복수의 포트(530)를 갖는 다중-포트 입구(528)를 포함한다. 매니폴드(122)는 주 액체 입구(102)로부터 열전달 액체를 수용하기 위해 하나의 포트(532)를 추가로 포함한다. 그룹(112A)은 그룹(112A)의 하나 이상의 액체 냉각 유닛(250)의 액체 출구(268 및/또는 270)로부터 따뜻한 열전달 액체를 수용하기 위해 복수의 포트(538)를 갖는 다중-포트 출구(534)를 포함하는 출구 매니폴드(124)를 추가로 포함한다. 출구 매니폴드는 따뜻한 열전달 액체를 동일한 클러스터의 또 다른 하류 그룹(예를 들어, 그룹(114A)) 또는 주 출구(104)로 이송하기 위한 포트(536)를 추가로 포함한다.
그룹(112A) 만이 입구 매니폴드(122) 및 출구 매니폴드(124)를 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 이는 단지 도 3의 예시를 단순화하기 위한 것이며 냉각 조립체(100)의 각각의 그룹은 입구 매니폴드(122) 및 출구 매니폴드(124)와 각각 유사한 방식으로 작동하는 입구 매니폴드 및 출구 매니폴드를 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
클러스터(110A)의 그룹과 병렬로, 열전달 액체는 유사한 방식으로 클러스터(110B 및 110C)의 그룹의 하나 이상의 액체 냉각 유닛(250)의 내부 액체 도관에서 흐른다.
도 5는 냉각 조립체(100')로 표시되는 냉각 조립체(100)의 일 실시예를 도시하며, 여기서 액체 냉각 유닛의 각각의 그룹은 단일 액체 냉각 유닛(250)를 포함한다. 따라서, 도 3의 예에서 냉각 조립체(100)에서와 동일한 수의 액체 냉각 유닛에 대해, 냉각 조립체(110')는 더 많은 수의 클러스터를 포함한다. 보다 구체적으로, 이 실시예에서, 냉각 조립체(110')는 48개의 클러스터(도면부호 6101 내지 61048로 표시)를 포함하고, 각각의 클러스터는 4개 그룹의 액체 냉각 유닛(250)을 포함하고, 각각의 그룹은 단일 액체 냉각 유닛(250)를 포함한다.
도 3 및 도 5의 실시예를 고려하면, 당업자가 쉽게 이해할 수 있듯이, 열전달 액체의 온도는 액체 냉각 유닛(250)의 한 그룹의 액체 냉각 유닛으로부터 또 다른 그룹의 액체 냉각 유닛으로 흐르는 열전달 액체에 따라 증가한다. 이와 같이, 액체 냉각 유닛(250)의 그룹들은 액체 냉각 유닛(250)의 그룹 세트로 분할될 수 있다. 예를 들어, 도 3에서, 각각의 클러스터는 제1 그룹, 예를 들어, 클러스터(110A, 110B 및 110C)의 그룹(112A, 112B, 및 112C)을 포함하며, 이들은 제1 전력 소비 수준을 갖는 제1 상응하는 서버와 열 접촉하도록 배치되어 제1 세트를 형성할 수 있다. 각각의 클러스터는 또한 제2 그룹, 예를 들어, 클러스터(110A, 110B 및 110C)의 그룹(114A, 114B, 및 114C)을 포함하며, 이들은 제1 전력 소비보다 낮은 제2 전력 소비 수준을 갖는 제2 상응하는 서버와 열 접촉하도록 배치되어 제2 세트를 구성할 수 있다. 그룹(112A, 112B 및 112C)의 제1 세트의 액체 냉각 유닛(250)은 높은 제1 전력 소비 수준을 갖는 서버에 열적으로 연결된다. 이러한 클러스터(110A, 110B 및 110C)에서, 제2 그룹(114A, 114B, 및 114C)은 각각 클러스터(112A, 112B, 및 112C) 내의 제1 그룹의 하류에 위치된다는 점에 유의해야 한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 주 액체 입구(102)로부터 직접 열전달 액체를 수용하는 발열 유닛 그룹은 제1 세트(602)의 그룹을 형성한다. 이 실시예에서, 제1 세트(602)의 그룹의 액체 냉각 유닛은, 예를 들어, 30℃에서 열전달 액체를 수용하고 35℃에서 열전달 액체를 출력할 수 있다.
제1 세트의 그룹의 액체 냉각 유닛 바로 하류에 있는 액체 냉각 유닛 그룹은 제2 세트(604)의 그룹을 형성한다. 이 예에서, 제2 세트(604) 그룹의 액체 냉각 유닛은 35℃에서 열전달 액체를 수용하고 40℃에서 열전달 액체를 출력할 수 있다. 제2 세트 그룹의 액체 냉각 유닛 바로 하류에 있는 액체 냉각 유닛 그룹은 제3 세트(606)의 그룹을 형성한다. 계속해서 동일한 예에서, 제3 세트(606) 그룹의 액체 냉각 유닛은 40℃에서 열전달 액체를 수용하고 45℃에서 열전달 액체를 출력한다. 제3 세트 그룹의 액체 냉각 유닛 바로 하류에 있는 액체 냉각 유닛 그룹은 제4 세트(608)를 형성한다. 마지막으로, 동일한 예에서, 제4 세트(608) 그룹의 액체 냉각 유닛은 45℃에서 열전달 액체를 수용하고 50℃에서 열전달 액체를 출력한다.
유사하게, 도 3을 참조하면, 4개의 그룹 세트가 냉각 조립체(100)에 형성될 수 있는데, 제1 세트는 그룹(112A, 112B 및 112C)을 포함하고, 제2 세트는 그룹(114A, 114B 및 114C)을 포함하며, 제3 세트는 그룹(116A, 116B 및 116C)을 포함하고, 제4 세트는 그룹(118A, 118B 및 118C)을 포함한다.
즉, 그룹 세트는 도 1의 설명에서 언급한 주 냉각 루프(12) 내의 그룹의 위치에 기반하여 형성된다. 동일한 세트의 그룹은 동일한 온도에서 열전달 액체를 수용할 것으로 예상된다. 따라서, 동일한 클러스터(110A, 110B 및 110C)에서, 상이한 세트의 액체 냉각 유닛(250)이 상이한 온도에서 작동한다. 즉, 동일한 클러스터 내의 상이한 세트의 액체 냉각 유닛(250)에서 흐르는 열전달 액체의 온도는 주 냉각 루프(12)를 따라 증가해야 한다(즉, 이전에 정의된 세트의 수에 따라 증가해야 한다).
일부 실시예에서, 발열 구성요소(50)에 대한 상이한 세트의 액체 냉각 유닛(250)은 발열 구성요소(50)의 전력 소비 데이터에 기초하여 할당된다(allocation). 본 발명의 개시내용에서, 주어진 발열 구성요소(50)의 전력 소비 데이터는 발열 구성요소(50)의 실제 또는 예상 전력 소비 수준을 나타낸다. 실제로, 상기 실제 또는 예상 전력 소비 수준은 발열 구성요소(50)에 의해 방출되는 실제 또는 예상 열 에너지와 관련된다. 결과적으로, 낮은 온도에서 작동하는 액체 냉각 유닛(250)(즉, 주 냉각 루프(12)의 가장 상류에 있는 그룹 세트)는 가장 높은 실제 또는 예상 전력 소비 수준을 갖는 발열 구성요소(50)에 배치될 수 있다. 이는 데이터센터의 운영자가 냉각 조립체(100)의 고장이 발생한 경우 대응 시에 더 많은 시간을 가질 수 있게 하거나 및/또는 발열 구성요소(50)의 과열 가능성을 감소시킬 수 있게 한다. 본 발명의 개발자는, 앞서 언급한 직렬로 연결된 액체 냉각 유닛(250) 그룹의 유체 연결로 "고밀도 랙"의 구현을 가능하게 하였다. 상기 랙은 (표준 냉각 시스템에 의해 냉각되는 랙에 비해) 더 많은 수의 발열 구성요소를 호스팅할 수 있으면서도 본 개시 내용에 설명된 시스템 및 방법에 의해 여전히 효율적으로 냉각될 수 있다.
즉, 주어진 세트의 액체 냉각 유닛(250)은 상응하는 제1 실제 또는 예상 전력 소비 수준을 갖는 발열 구성요소(50)와 연결되고, 동일한 클러스터에 하류에 있는 그 다음 세트의 액체 냉각 유닛(250)은 제1 실제 또는 예상 전력 소비와 동일하거나 그보다 낮은 상응하는 제2 실제 또는 예상 전력 소비를 갖는 발열 구성요소(50)와 연결된다. 최상류에 있는 세트의 액체 냉각 유닛은 가장 높은 전력 소비 수준을 갖는 발열 구성요소(50)와 연결된다.
예를 들어, 제1 세트(602)의 액체 냉각 유닛(250)는 제2 세트(604)의 액체 냉각 유닛(250)와 연결된 발열 구성요소(50)보다 높은 실제 또는 예상 전력 소비 수준을 갖는 발열 구성요소(50)와 연결된다.
도 6은 본 발명의 일부 실시예에 따른 랙-장착형 조립체(300)의 개략도이다. 이 실시예에서, 각각의 발열 구성요소(50)는 발열 구성요소(50)의 침지 냉각을 가능하게 하는 상응하는 랙-장착형 조립체에 배치된다. 도시된 바와 같이, 랙-장착형 조립체(300)는 침지 케이스(305) 및 탈착식 프레임(302)을 포함할 수 있다. 탈착식 프레임(302)은 상응하는 하나 이상의 발열 구성요소(50)를 고정하고 침지 케이스(305)에 침지될 수 있다. 침지 케이스(305), 탈착식 프레임(118) 및 발열 구성요소(50)가 개별 부분으로 도시되어 있지만, 당업자는 일부 실시예에서 이러한 구성요소 중 2개 이상이 결합될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 발열 구성요소(50)의 구성요소는 탈착식 프레임(302) 및/또는 침지 케이스(305)에 직접 고정될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 침지 냉각 시스템은 발열 구성요소가 비전도성(유전체) 냉각 액체와 직접 접촉하는 냉각 시스템으로서, 전자 장치의 적어도 일부 위로 흐르거나 전자 장치의 최소한의 부분이 상기 비전도성 냉각 액체에 잠겨 있다. 예를 들어, 랙-장착형 조립체(300)에서, 침지 케이스(305)는 유전체 침지 냉각 액체(310)를 함유할 수 있다. 또한, 발열 구성요소(50)을 포함하는 탈착식 프레임(302)은 침지 냉각 케이스(116)에 침지될 수 있다. 일부 실시예에서, 유전체 침지 냉각 액체(310) 및 탈착식 프레임(302)은 침지 케이스(305)의 상부에서 개구(도 3에는 도시되지 않음)를 통해 침지 케이스(305) 내로 삽입될 수 있다. 일부 실시예에서, 개구는 발열 구성요소(50)의 작동 중에 적어도 부분적으로 개방된 상태로 유지되어 침지 케이스(305)에 대해 밀봉되지 않은 구성을 제공한다. 이러한 밀봉되지 않은 구성은 밀봉된 구성보다 제조 및 유지가 더 쉬울 수 있지만, 예를 들어 발열 구성요소(50)의 작동 중에 침지 냉각 액체가 끓을 수 있는 2상 시스템에는 부적합할 수 있다.
일부 실시예에서, 침지 케이스(305)는 또한 유전체 냉각 액체를 냉각하기 위한 구조물 또는 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 대류-유도 구조, 가령, 구불구불한 대류 코일이 자연 대류를 통해 유전체 냉각 액체를 냉각하는 데 사용될 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 침지 케이스(305) 내에서 또는 외부 냉각 시스템을 통해, 유전체 냉각 액체를 순환시키기 위해 펌프가 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 기상(gaseous phase)의 유전체 냉각 액체가 응축에 의해 냉각되는 2상 시스템이 사용될 수 있다. 일반적으로, 유전체 냉각 액체를 냉각하기 위한 임의의 기술 또는 조합이 본 명세서에 개시된 원리에서 벗어나지 않고도 사용될 수 있다. 이와 같이, 상기 실시예에서, 액체 냉각 유닛(250)에 의한 냉각에 추가하여, 발열 구성요소(50)는 침지 냉각에 의해 추가로 냉각된다.
도 3의 "주 액체 입구(102)로부터" 및 "주 액체 출구(104)로"라는 표현은 액체 냉각 유닛(250)이 주 액체 입구(102) 및 주 액체 출구(104)에 직접적인 방식으로 유체 연결된다는 것을 의미하는 것이 아니다. 오히려, 주어진 액체 냉각 유닛(250)은 아래에서 더 자세히 설명되는 바와 같이 하나 이상의 다른 액체 냉각 유닛(250)과 직렬로 연결될 수 있다. 따라서, 도 3에 도시된 액체 냉각 유닛(250)은 간접적인 방식으로 주 액체 입구(102) 및 주 액체 출구(104)에 유체 연결될 수 있다.
적어도 일부 실시예에서, 발열 구성요소는 침지 냉각 기술을 사용하여 냉각되지 않으며 주변 공기에 의해 둘러싸일 수 있다는 점에 유의해야 한다. 발열 구성요소(50)은, 예를 들어, 제한 없이, 액체 냉각 유닛(250)에 의해 제공되는 액체 냉각 외에 공냉식 기술을 사용하여(예를 들어, 팬 및/또는 공기-액체 열교환기를 사용하여) 냉각될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일부 실시예에 따라 복수의 발열 구성요소를 냉각하기 위한 방법(700)의 흐름도이다. 방법(700)은, 단계(710)에서, 복수의 액체 냉각 유닛을 발열 구성요소 상에 장착하여 각각의 액체 냉각 유닛은 냉각될 발열 구성요소 중 상응하는 하나와 열 접촉하는 단계를 포함하며, 액체 냉각 유닛은 주 액체 입구(예를 들어 주 액체 입구(102))로부터 열전달 액체를 수용하기 위한 액체 입구(예를 들어 액체 입구(256)), 가열된 열전달 액체를 주 액체 출구(예를 들어 주 액체 출구(104))로 배출하기 위한 액체 출구(예를 들어 액체 출구(268)), 및 액체 입구와 액체 출구 사이에서 연장되는 내부 액체 도관을 포함한다. 사용 시에, 열전달 액체는 상응하는 발열 구성요소로부터 열 에너지를 수집하는 내부 액체 도관 내에서 흐른다.
방법(700)은, 단계(720)에서, 하나 이상의 액체 냉각 유닛을 병렬로 유체 연결하여 복수의 액체 냉각 유닛 그룹(예를 들어, 그룹(112A, 114A, 116A, 118A, 112B, 114B, 116B, 118B, 112C, 114C, 116C 및 118C)을 형성하는 단계를 포함하며, 동일한 그룹의 액체 냉각 유닛은 서로 병렬로 유체 연결된다.
일부 실시예에서, 액체 냉각 유닛들 사이의 유체 연결은 발열 구성요소의 전기적 및/또는 하드웨어 특성을 기반으로 한다. 보다 구체적으로, 방법(700)은 각각의 발열 구성요소(예를 들어, 서버)의 예상 전력 소비에 관한 정보를 포함하는 전력 소비 데이터를 수신하는 단계를 포함할 수 있다. 서버 그룹은 전력 소비 데이터에 기초하여 추가로 결정될 수 있다. 보다 구체적으로, 예상 전력 소비는 액체 냉각 유닛의 필요한 냉각 용량(예를 들어, 유량) 및 액체 냉각 유닛의 상류 및 하류에 있는 열전달 액체의 온도 차이를 결정할 수 있다. 예를 들어, 상응하는 소비 전력 데이터가 동일한 범위 값에 있는 발열 구성요소들은 동일한 그룹으로 그룹핑될 수 있다.
방법(700)은, 단계(730)에서, 2개 이상의 그룹을 직렬로 유체 연결하여 액체 냉각 유닛 그룹의 적어도 하나의 클러스터(예를 들어, 클러스터(110A, 110B 및 110C))를 형성하는 단계를 추가로 포함하고, 동일한 클러스터의 그룹은 직렬로 유체 연결되며, 적어도 하나의 클러스터는 열전달 액체를 수용하기 위한 주 액체 입구 및 가열된 열전달 액체를 배출하기 위한 주 액체 출구(예를 들어, 주 액체 출구(104))에 유체 연결된다.
일부 실시예에서, 동일한 클러스터의 액체 냉각 유닛 그룹은 주어진 그룹의 액체 냉각 유닛이 제1 범위 값에서 상응하는 전력 소비를 갖는 동일한 서버 그룹의 서버와 연결되도록 형성된다. 추가로, 클러스터 하류에 있는 또 다른 그룹의 액체 냉각 유닛은 제1 범위 값과 같거나 그보다 작은 상응하는 제2 전력 소비를 갖는 서버와 연결된다. 최상류에 있는 그룹의 액체 냉각 유닛은 냉각될 서버 중 전력 소비가 가장 높은 서버와 연결된다.
일부 실시예에서, 도 3 및 도 5의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 복수의 클러스터가 형성된다. 이러한 실시예에서, 방법(700)은 복수의 클러스터를 서로 병렬로 유체 연결하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 복수의 클러스터는 주 액체 입구와 주 액체 출구에 유체 연결된다.
일부 실시예에서, 냉각 조립체는 데이터 센터에서 구현되며, 각각의 발열 구성요소는 데이터 센터의 서버에 상응한다. 보다 구체적으로, 각각의 액체 냉각 유닛은 데이터 센터의 상응하는 서버와 열 접촉 상태로 배치된다. 따라서, 냉각 조립체는 냉각을 위해 데이터 센터의 "서버 랙" 또는 서버의 랙에 구현될 수 있다.
일부 실시예에서, 액체 냉각 유닛의 각각의 그룹은 복수의 액체 냉각 유닛을 포함하고, 각각의 그룹은 출구 매니폴드와 입구 매니폴드를 추가로 포함한다. 출구 매니폴드는 상응하는 그룹의 액체 냉각 유닛의 액체 출구에 유체 연결되고, 상기 액체 냉각 유닛으로부터 제1 열전달 액체를 수용한다. 입구 매니폴드는 상응하는 그룹의 액체 냉각 유닛의 액체 입구에 유체 연결되고, 주 액체 출구로부터 또는 액체 냉각 유닛의 이전 상류에 있는 그룹의 출구 매니폴드로부터 제1 열전달 액체를 수용하며, 입구 매니폴드는 제1 열전달 액체를 상응하는 그룹의 복수의 액체 냉각 유닛에 분배한다.
사용 시에, 그룹당 액체 냉각 유닛의 수, 클러스터당 그룹의 수, 냉각 조립체(100)의 클러스터 수를 조정하여 주 액체 입구(102)에서의 열전달 액체의 제1 온도와 주 액체 출구(104)에서의 열전달 액체의 제2 온도 사이의 차이를 온도 임계값에 또는 임계값 이하로 유지하는 것이 바람직할 수 있다. 특정 실시예에서, 온도 임계값은 20℃이다. 상기 온도 차이는 또한 주 액체 입구에서의 제1 열전달 액체의 흐름 및 액체 냉각 유닛(250)의 특성(예를 들어, 내부 액체 도관의 기하학적 특성)에 따라 달라진다는 것이 당업자에게 명백할 것이다.
이를 위해, 일부 실시예에서, 주 액체 입구에서의 열전달 액체의 온도는 30℃이고, 클러스터 수는 3개이며, 클러스터당 그룹 수는 4개이고, 그룹당 액체 냉각 유닛의 수는 16개이다.
일부 다른 실시예에서, 주 액체 입구에서의 열전달 액체의 온도는 30℃이고, 클러스터의 수는 48개이며, 클러스터당 그룹의 수는 4개이고, 그룹당 액체 냉각 유닛의 수는 하나이다.
일부 실시예에서, 방법(700)은 냉각 조립체(100)의 액체 냉각 유닛(250)의 수, 발열 구성요소(250)의 전력 소비에 관한 정보를 포함하는 데이터(즉, 전력 소비 데이터) 및 액체 입구(102)에서의 열전달 액체의 온도와 액체 출구(104)에서의 열전달 액체의 온도 사이의 차이에 따라 유량을 조정하는 단계를 추가로 포함한다.
위에서 설명된 구현이 특정 순서로 수행되는 특정 단계를 참조하여 설명되고 도시되었지만, 이들 단계는 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 결합되거나, 세분 또는 재정렬될 수 있음이 이해될 것이다. 적어도 일부 단계는 병렬 또는 직렬로 실행될 수 있다. 따라서, 단계의 순서 및 그룹화는 본 발명의 제한이 아니다.
본 명세서에 언급된 모든 기술적 효과는 본 발명의 각각의 모든 실시예에서 향유될 필요는 없다는 것이 명백히 이해되어야 한다.
본 발명의 일부 비-제한적 구현예에 따라 액체 냉각 조립체(100) 및 복수의 발열 구성요소를 냉각하는 방법은 다음의 번호가 매겨진 구현예에 기재된 바와 같이 제공된다.
구현예 1. 복수의 발열 구성요소를 냉각하기 위한 냉각 조립체로서, 상기 냉각 조립체는:
주 액체 입구;
주 액체 출구;
복수의 액체 냉각 유닛을 포함하며, 각각의 액체 냉각 유닛은 냉각될 발열 구성요소 중 상응하는 하나와 열 접촉하고, 상기 액체 냉각 유닛은:
열전달 액체를 수용하기 위해 주 액체 입구에 유체 연결되는 액체 입구,
열전달 액체를 복귀시키기 위해 주 액체 출구에 유체 연결되는 액체 출구; 및
액체 입구와 액체 출구 사이에서 연장되는 내부 액체 도관을 포함하고, 상기 내부 액체 도관에서 흐르는 열전달 액체는 상응하는 발열 구성요소로부터 열에너지를 수집하며;
여기서:
액체 냉각 유닛은 복수의 그룹으로 배열되고, 각각의 그룹은 서로 병렬로 유체 연결되는 하나 이상의 액체 냉각 유닛을 포함하며;
그룹은 적어도 하나의 클러스터로 배열되고, 각각의 클러스터는 직렬로 유체 연결된 2개 이상의 그룹을 포함하는, 냉각 조립체.
구현예 2. 구현예 1에 있어서, 적어도 하나의 클러스터는 병렬로 유체 연결되는 복수의 클러스터를 포함하고, 클러스터는 서로 병렬로 유체 연결되어 주 액체 입구와 주 액체 출구에 유체 연결된 배열을 형성하는, 냉각 조립체.
구현예 3. 구현예 1 또는 2에 있어서,
그룹당 액체 냉각 유닛의 제1 수, 클러스터당 그룹의 제2 수, 냉각 조립체의 클러스터의 제3 수는 주 액체 입구에서의 열전달 액체의 제1 온도와 주 액체 출구에서의 열전달 액체의 제2 온도 사이의 차이를 제1 임계값에 또는 임계값 이하로 유지하도록 구성되는, 냉각 조립체.
구현예 4. 구현예 3에 있어서, 제1 임계값은 20℃인, 냉각 조립체.
구현예 5. 구현예 1 내지 4 중 어느 하나에 있어서,
제2 열전달 액체로 충전된 복수의 침지 케이스를 추가로 포함하고, 복수의 발열 구성요소는 복수의 침지 케이스에 침지되는, 냉각 조립체.
구현예 6. 구현예 1 내지 5 중 어느 하나에 있어서, 각각의 발열 구성요소는 데이터센터의 서버에 상응하는, 냉각 조립체.
구현예 7. 구현예 6에 있어서,
각각의 클러스터는:
제1 전력 소비 수준을 갖는 제1 상응하는 서버와 열 접촉하는 제1 그룹, 및
제1 전력 소비 수준보다 낮은 제2 전력 소비 수준을 갖는 제2 상응하는 서버와 열 접촉하는 제2 그룹을 포함하며;
상기 제2 그룹은 클러스터 내에서 제1 그룹의 하류에 위치하는, 냉각 조립체.
구현예 8. 구현예 7에 있어서, 각각의 클러스터는, 추가로:
제2 전력 소비 수준보다 낮은 제3 전력 소비 수준을 갖는 제3 상응하는 서버와 열 접촉하는 제3 그룹을 포함하고, 상기 제3 그룹은 클러스터 내에서 제2 그룹의 하류에 위치하며;
제3 전력 소비 수준보다 낮은 제4 전력 소비 수준을 갖는 제4 상응하는 서버와 열 접촉하는 제4 그룹을 포함하고, 상기 제4 그룹은 클러스터 내에서 제3 그룹의 하류에 위치하는, 냉각 조립체.
구현예 9. 구현예 6에 있어서, 각각의 클러스터에 대해:
주어진 그룹의 액체 냉각 유닛은 상응하는 제1 전력 소비를 갖는 서버와 연결되고, 주어진 그룹의 하류에 있는 또 다른 그룹의 액체 냉각 유닛은 제1 전력 소비보다 낮은 상응하는 제2 전력 소비를 갖는 서버와 연결되며;
클러스터 내의 다른 모든 그룹의 상류에 있는 그룹의 액체 냉각 유닛은 전력 소비가 가장 높은 서버와 연결되는, 냉각 조립체.
구현예 10. 구현예 1 내지 9 중 어느 하나에 있어서, 열전달 액체는 물인, 냉각 조립체.
구현예 11. 구현예 1 내지 8 중 어느 하나에 있어서,
액체 냉각 유닛의 각각의 그룹은 복수의 액체 냉각 유닛을 포함하고;
각각의 그룹은, 추가로:
액체 냉각 유닛의 액체 출구에 유체 연결되고 그룹의 액체 냉각 유닛으로부터 열전달을 수용하도록 구성된 출구 매니폴드; 및
그룹의 액체 냉각 유닛의 액체 입구에 유체 연결되고 주 액체 출구로부터 또는 액체 냉각 유닛의 이전 상류에 있는 그룹의 출구 매니폴드로부터 열전달 액체를 수용하도록 구성된 입구 매니폴드를 포함하며, 상기 입구 매니폴드는 열전달 액체를 그룹의 복수의 액체 냉각 유닛에 분배하는, 냉각 조립체.
구현예 12. 구현예 1 내지 11 중 어느 하나에 있어서,
클러스터 수는 3개이고;
클러스터당 그룹 수는 4개이며;
그룹당 액체 냉각 유닛의 수는 16개인, 냉각 조립체.
구현예 13. 구현예 1 내지 10 중 어느 하나에 있어서,
클러스터 수는 48개이고;
클러스터당 그룹 수는 4개이며;
그룹당 액체 냉각 유닛의 수는 1개인, 냉각 조립체.
구현예 14. 복수의 발열 구성요소를 냉각하는 방법으로서, 상기 방법은:
복수의 액체 냉각 유닛을 발열 구성요소 상에 장착하여 각각의 액체 냉각 유닛이 냉각될 발열 구성요소 중 상응하는 하나와 열 접촉하는 단계를 포함하고, 각각의 액체 냉각 유닛은 열전달 액체를 수용하기 위한 액체 입구와 열전달 액체를 배출하는 액체 출구를 포함하며;
하나 이상의 액체 냉각 유닛을 유체 연결하여 복수의 액체 냉각 유닛 그룹을 형성하는 단계를 포함하고, 동일한 그룹의 액체 냉각 유닛은 서로 병렬로 유체 연결되며,
2개 이상의 그룹을 유체 연결하여 액체 냉각 유닛 그룹의 적어도 하나의 클러스터를 형성하는 단계를 포함하고, 동일한 클러스터의 그룹은 직렬로 유체 연결되며;
열전달 액체를 액체 냉각 유닛의 액체 입구로 전달하기 위한 주 액체 입구, 및 열전달 액체를 액체 냉각 유닛의 액체 출구로부터 수용하기 위한 주 액체 출구에, 적어도 하나의 클러스터를 유체 연결하는, 방법.
구현예 15. 구현예 14에 있어서,
2개 이상의 그룹을 유체 연결하여 액체 냉각 유닛 그룹의 적어도 하나의 클러스터를 형성하는 단계는:
복수의 클러스터를 형성하는 단계를 포함하며, 동일한 클러스터의 그룹은 직렬로 유체 연결되고, 복수의 클러스터는 서로 병렬로 유체 연결되며, 복수의 클러스터는 주 액체 입구 및 주 액체 출구에 유체 연결되는, 방법.
구현예 16. 구현예 14 또는 15에 있어서, 각각의 발열 구성요소는 데이터 센터의 서버에 상응하는, 방법.
구현예 17. 구현예 16에 있어서, 추가로:
각각의 서버의 예상 전력 소비에 관한 정보를 포함하는 전력 소비 데이터를 수신하는 단계; 및
전력 소비 데이터를 기반으로 데이터 센터의 서버 그룹을 결정하는, 방법.
구현예 18. 구현예 16 또는 17에 있어서, 2개 이상의 그룹을 유체 연결하여 액체 냉각 유닛 그룹의 적어도 하나의 클러스터를 형성하는 단계는:
제1 전력 소비 수준을 갖는 제1 상응하는 서버와 열 접촉하는 제1 그룹을 배치하는 단계, 및
제1 전력 소비 수준보다 낮은 제2 전력 소비 수준을 갖는 제2 상응하는 서버와 열 접촉하는 제2 그룹을 배치하는 단계를 포함하며, 제2 그룹은 클러스터 내에서 제1 그룹의 하류에 위치하는, 방법.
구현예 19. 구현예 16 내지 18 중 어느 하나에 있어서, 액체 냉각 유닛 그룹의 적어도 하나의 클러스터를 형성하는 단계는:
액체 냉각 유닛의 그룹을 형성하는 단계를 포함하며, 주어진 그룹의 액체 냉각 유닛은 상응하는 제1 전력 소비를 갖는 동일한 서버 그룹의 서버와 연결되고, 주어진 그룹의 하류에 있는 또 다른 그룹의 액체 냉각 유닛은 제1 전력 소비보다 낮은 상응하는 제2 전력 소비를 갖는 서버와 연결되며, 클러스터 내에서 다른 모든 그룹의 상류에 있는 그룹의 액체 냉각 유닛은 가장 높은 전력 소비를 갖는 서버와 연결되는, 방법.
구현예 20. 구현예 14 내지 19 중 어느 하나에 있어서, 열전달 액체는 물인, 방법.
구현예 21. 구현예 14 내지 20 중 어느 하나에 있어서:
액체 냉각 유닛의 각각의 그룹은 복수의 액체 냉각 유닛을 포함하고;
각각의 그룹은, 추가로:
액체 냉각 유닛의 액체 출구에 유체 연결되고 액체 냉각 유닛으로부터 열전달을 수용하도록 구성된 출구 매니폴드; 및
액체 냉각 유닛의 액체 입구에 유체 연결되고 주 액체 출구로부터 또는 액체 냉각 유닛의 이전 상류에 있는 그룹의 출구 매니폴드로부터 열전달 액체를 수용하도록 구성된 입구 매니폴드를 포함하며, 상기 입구 매니폴드는 열전달 액체를 복수의 액체 냉각 유닛에 분배하는, 방법.
구현예 22. 구현예 14 내지 21 중 어느 하나에 있어서:
클러스터 수는 3개이고;
클러스터당 그룹 수는 4개이며;
그룹당 액체 냉각 유닛의 수는 16개인, 방법.
구현예 23. 구현예 14 내지 22 중 어느 하나에 있어서:
클러스터 수는 48개이고;
클러스터당 그룹 수는 4개이며;
그룹당 액체 냉각 유닛의 수는 1개인, 방법.
구현예 24. 구현예 14 내지 23 중 어느 하나에 있어서, 액체 냉각 유닛의 수, 발열 구성요소의 전력 소비에 관한 정보를 포함하는 데이터, 및 액체 입구와 액체 출구에서의 열전달 액체의 온도 사이의 원하는 온도 차이에 기초하여, 열전달 액체의 유량을 조정하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
본 발명의 전술한 구현에 대한 수정예 및 개선예는 당업자에게 명백할 수 있다. 전술한 설명은 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 의도된다. 따라서 본 발명의 범위는 하기 청구범위의 범위에 의해서만 제한되는 것으로 의도된다.

Claims (11)

  1. 복수의 발열 구성요소를 냉각하기 위한 냉각 조립체로서, 상기 냉각 조립체는:
    주 액체 입구;
    주 액체 출구;
    복수의 액체 냉각 유닛을 포함하며, 각각의 액체 냉각 유닛은 냉각될 발열 구성요소 중 상응하는 하나와 열 접촉하도록 구성되고, 상기 액체 냉각 유닛은:
    열전달 액체를 수용하기 위해 주 액체 입구에 유체 연결되는 액체 입구,
    열전달 액체를 복귀시키기 위해 주 액체 출구에 유체 연결되는 액체 출구; 및
    액체 입구와 액체 출구 사이에서 연장되는 내부 액체 도관을 포함하고, 상기 내부 액체 도관에서 흐르는 열전달 액체는 상응하는 발열 구성요소로부터 열에너지를 수집하며;
    여기서:
    액체 냉각 유닛은 복수의 그룹으로 배열되고, 각각의 그룹은 서로 병렬로 유체 연결되는 하나 이상의 액체 냉각 유닛을 포함하며;
    그룹은 적어도 하나의 클러스터로 배열되고, 각각의 클러스터는 직렬로 유체 연결된 2개 이상의 그룹을 포함하며;
    각각의 발열 구성요소는 데이터센터의 서버에 상응하고, 각각의 서버는 실제 또는 예상 전력 소비 수준을 나타내는 전력 소비 데이터와 연결되며,
    각각의 클러스터는, 추가로:
    제1 실제 또는 예상 전력 소비 수준을 갖는 제1 상응하는 서버와 열 접촉하는 제1 그룹, 및
    제1 실제 또는 예상 전력 소비 수준보다 낮은 제2 실제 또는 예상 전력 소비 수준을 갖는 제2 상응하는 서버와 열 접촉하는 제2 그룹을 포함하고,
    상기 제2 그룹은 클러스터 내에서 제1 그룹의 하류에 위치하는, 냉각 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 클러스터는 병렬로 유체 연결되는 복수의 클러스터를 포함하고, 클러스터는 서로 병렬로 유체 연결되어 주 액체 입구와 주 액체 출구에 유체 연결된 배열을 형성하는, 냉각 조립체.
  3. 제1항에 있어서,
    그룹당 액체 냉각 유닛의 제1 수, 클러스터당 그룹의 제2 수, 냉각 조립체의 클러스터의 제3 수는 주 액체 입구에서의 열전달 액체의 제1 온도와 주 액체 출구에서의 열전달 액체의 제2 온도 사이의 차이를 제1 임계값에 또는 임계값 이하로 유지하도록 구성되는, 냉각 조립체.
  4. 제1항에 있어서, 추가로:
    제2 열전달 액체로 충전된 복수의 침지 케이스를 추가로 포함하고, 복수의 발열 구성요소는 복수의 침지 케이스에 침지되는, 냉각 조립체.
  5. 제1항에 있어서, 각각의 클러스터는, 추가로:
    제2 실제 또는 예상 전력 소비 수준보다 낮은 제3 실제 또는 예상 전력 소비 수준을 갖는 제3 상응하는 서버와 열 접촉하는 제3 그룹을 포함하고, 상기 제3 그룹은 클러스터 내에서 제2 그룹의 하류에 위치하며;
    제3 실제 또는 예상 전력 소비 수준보다 낮은 제4 실제 또는 예상 전력 소비 수준을 갖는 제4 상응하는 서버와 열 접촉하는 제4 그룹을 포함하고, 상기 제4 그룹은 클러스터 내에서 제3 그룹의 하류에 위치하는, 냉각 조립체.
  6. 제1항에 있어서, 각각의 클러스터에 대해:
    주어진 그룹의 액체 냉각 유닛은 상응하는 제1 실제 또는 예상 전력 소비를 갖는 서버와 연결되고, 주어진 그룹의 하류에 있는 또 다른 그룹의 액체 냉각 유닛은 제1 실제 또는 예상 전력 소비보다 낮은 상응하는 제2 실제 또는 예상 전력 소비를 갖는 서버와 연결되며;
    클러스터 내의 다른 모든 그룹의 상류에 있는 그룹의 액체 냉각 유닛은 실제 또는 예상 전력 소비 수준이 가장 높은 서버와 연결되는, 냉각 조립체.
  7. 제1항에 있어서,
    액체 냉각 유닛의 각각의 그룹은 복수의 액체 냉각 유닛을 포함하고;
    각각의 그룹은, 추가로:
    액체 냉각 유닛의 액체 출구에 유체 연결되고 그룹의 액체 냉각 유닛으로부터 열전달을 수용하도록 구성된 출구 매니폴드; 및
    그룹의 액체 냉각 유닛의 액체 입구에 유체 연결되고 주 액체 출구로부터 또는 액체 냉각 유닛의 이전 상류에 있는 그룹의 출구 매니폴드로부터 열전달 액체를 수용하도록 구성된 입구 매니폴드를 포함하며, 상기 입구 매니폴드는 열전달 액체를 그룹의 복수의 액체 냉각 유닛에 분배하는, 냉각 조립체.
  8. 복수의 발열 구성요소를 냉각하는 방법으로서, 상기 방법은:
    복수의 액체 냉각 유닛을 발열 구성요소 상에 장착하여 각각의 액체 냉각 유닛이 냉각될 발열 구성요소 중 상응하는 하나와 열 접촉하는 단계를 포함하고, 각각의 액체 냉각 유닛은 열전달 액체를 수용하기 위한 액체 입구와 열전달 액체를 배출하는 액체 출구를 포함하며;
    하나 이상의 액체 냉각 유닛을 유체 연결하여 복수의 액체 냉각 유닛 그룹을 형성하는 단계를 포함하고, 동일한 그룹의 액체 냉각 유닛은 서로 병렬로 유체 연결되며,
    2개 이상의 그룹을 유체 연결하여 액체 냉각 유닛 그룹의 적어도 하나의 클러스터를 형성하는 단계를 포함하고, 동일한 클러스터의 그룹은 직렬로 유체 연결되며;
    여기서, 열전달 액체를 액체 냉각 유닛의 액체 입구로 전달하기 위한 주 액체 입구, 및 열전달 액체를 액체 냉각 유닛의 액체 출구로부터 수용하기 위한 주 액체 출구에, 적어도 하나의 클러스터를 유체 연결하는 단계를 포함하고, 각각의 발열 구성요소는 데이터센터의 서버에 상응하며,
    상기 방법은, 추가로:
    2개 이상의 그룹을 유체 연결하여 액체 냉각 유닛 그룹의 적어도 하나의 클러스터를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 단계는:
    제1 실제 또는 예상 전력 소비 수준을 갖는 제1 상응하는 서버와 열 접촉하는 제1 그룹을 배치하는 단계, 및
    제1 실제 또는 예상 전력 소비 수준보다 낮은 제2 실제 또는 예상 전력 소비 수준을 갖는 제2 상응하는 서버와 열 접촉하는 제2 그룹을 배치하는 단계를 포함하며, 제2 그룹은 클러스터 내에서 제1 그룹의 하류에 위치하고, 제1 및 제2 서버는 전력 소비 데이터에 기초하여 식별되는, 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    2개 이상의 그룹을 유체 연결하여 액체 냉각 유닛 그룹의 적어도 하나의 클러스터를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 단계는:
    복수의 클러스터를 형성하는 단계를 포함하며, 동일한 클러스터의 그룹은 직렬로 유체 연결되고, 복수의 클러스터는 서로 병렬로 유체 연결되며, 복수의 클러스터는 주 액체 입구 및 주 액체 출구에 유체 연결되는, 방법.
  10. 제8항에 있어서, 추가로:
    각각의 서버의 예상 전력 소비에 관한 정보를 포함하는 전력 소비 데이터를 수신하는 단계;
    전력 소비 데이터를 기반으로 데이터 센터의 서버 그룹을 결정하는, 방법.
  11. 제8항에 있어서, 액체 냉각 유닛 그룹의 적어도 하나의 클러스터를 형성하는 단계는:
    액체 냉각 유닛의 그룹을 형성하는 단계를 포함하며, 주어진 그룹의 액체 냉각 유닛은 상응하는 제1 실제 또는 예상 전력 소비를 갖는 동일한 서버 그룹의 서버와 연결되고, 주어진 그룹의 하류에 있는 또 다른 그룹의 액체 냉각 유닛은 제1 실제 또는 예상 전력 소비보다 낮은 상응하는 제2 실제 또는 예상 전력 소비를 갖는 서버와 연결되며, 클러스터 내에서 다른 모든 그룹의 상류에 있는 그룹의 액체 냉각 유닛은 가장 높은 실제 또는 예상 전력 소비를 갖는 서버와 연결되는, 방법.
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