数据中心的可变流量计算机冷却系统及其运行方法技术方案

技术编号:5028899 阅读:178 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
此处披露了具有多个液体冷却的计算机系统的数据中心。每个计算机系统都包括处理器,所述处理器与允许直接对所述处理器进行液体冷却的冷却板耦合。所述冷却板还被布置为将适合的冷却液流提供给所述处理器的不同部分,从而使温度较高的区域接收更大流速的冷却液。以可变的方式调整冷却液流以反映不同的活动级别。通过最大化离开所述计算机系统的冷却液的温度,所述系统可以利用周围空气的自由冷却温度并不再需要冷却器。还提供了与区域供热系统耦合的数据中心并且从计算机系统抽取的热量用于抵消碳排放并降低数据中心的总体拥有成本。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有液体冷却的计算机的数据中心,具体地说,涉及具有在保持所需 处理器芯片温度的情况下使冷却液输出温度达到最高的冷却系统的数据中心。
技术介绍
数据中心是容纳大量计算机系统的设施。这些计算机系统被布置为向用户提供计 算机处理服务。通常,计算机系统安放于将单独计算机电连接到用户和其他计算机的机架 中。标准大小的机架可容纳近40到80个计算机系统。所述计算机系统可以包括多个组件, 其中包括一个或多个处理器、微控制器、半导体、存储设备等。每个数据中心可以有许多具 有计算机系统的机架同时运行。在运行期间,计算机系统产生大量热能。通常,每个计算机系统可以产生大约200W 到250W的热量。一般而言,诸如基于CMOS的半导体之类的半导体当以较低的温度运行时, 其速度更快、功耗更低。因此,出于可靠性和性能原因,数据中心包括大量冷却系统以消散 由计算机系统产生的热量。此外,机架通常位于专门设计的通过空气冷却和调节来保持适 当环境条件的房间内。通过在计算机系统上移动冷却和调节后的空气来实现计算机系统的 冷却。然后将空气从房间排出并重新调节其温度以供以后使用。数据中心的冷却系统可以 包括多个组件。这些组件包括一个或多个冷却器、加湿器、空调压缩机、冷凝器、风扇和泵。数据中心被认为是最具成本效益的计算配置,因为多个用户共享的数据中心内的 计算机中心具有非常高的利用率(约为25% )。该利用率远高于利用率通常为1-3%的分 布式个人计算机和服务器。但是,典型数据中心的电效率仅为30%,因为运行所需的辅助设 备消耗了数据中心使用的电力的其余70%。由于数据中心内使用的计算机系统继续以更快 的速度运行,因此所产生的相应热能也更高。因此,数据中心运行所需的冷却系统和功率调 节将继续消耗数据中心使用的电力的更多部分。数据中心内使用的冷却系统被进行大小调节以便在最大或最坏的状况下运行。通 常,数据中心在最大运行条件下运行的时间少于10%。因此,冷却系统在大部分时间内未被 充分使用,但是仍消耗大量电力。由于计算机系统组件(如处理器)与空气之间的热阻,使 得冷却系统的大小进一步复杂化。为了提供足够的性能,冷却系统需要对空气进行冷却以 便在计算机处理器和冷却空气之间提供60°c的温度梯度。因此,如果数据中心希望计算机 处理器在75°C-85°C之间运行,则冷却系统需要提供最高25°C的空气。由于数据中心内空 气分布的低效率,因此空调系统的工作点通常需要非常低。由于现有数据中心冷却系统非常复杂,因此,数据中心的电力需求也十分巨大。最 近的研究估计小型数据中心每年浪费的能量相当于近3250MWh的化石燃料以及630吨二氧 化碳。根据为了帮助降低温室气体排放而签订的条约,有些国家已经引入了税收机制来对 一氧化碳排放者收费。这些税费可能高达$85/吨二氧化碳。因此,排放税对数据中心的财 务生存能力具有巨大的影响。尽管现有的数据中心冷却系统足以满足它们的预期目标,但是希望具有其辅助设4备所需的电力更少,并且其碳排放更少甚至为零的数据中心。
技术实现思路
提供了一种具有多个计算机系统的数据中心。每个计算机系统具有至少一个处理 器、多个电子组件和电力电子设备。液冷回路通过流体耦合到与所述多个计算机系统关联 的所述处理器中的每个处理器。所述液冷回路包含冷却液。第一多个冷却液控制设备耦合 到所述液冷回路,其中所述第一多个冷却液控制设备中的每个冷却液控制设备与到所述处 理器的冷却液流关联并被布置为控制所述冷却液流。此外,换热器耦合到所述液冷回路。还提供了一种具有包含第一侧和第二侧的处理器的计算机系统。一组电子组件电 耦合到所述处理器。电力变换器(power converter)电耦合到所述处理器和一组电子组件 以便为它们提供电力。液冷回路在热力上耦合到所述处理器、所述一组电子组件和所述电 力变换器。冷却板在热力上耦合到所述处理器并通过流体耦合到所述液冷回路。所述冷却 板包括具有第一直径的第一多个喷嘴和具有第二直径的第二多个喷嘴。所述第一多个喷嘴 和所述第二多个喷嘴直接通过流体将所述处理器的第一侧耦合到所述液冷回路。还提供了一种运行计算机冷却系统的方法。所述方法包括确定处理器的功率图的 步骤,其中所述功率图包括处于第一热通量的第一部分和处于第二热通量的第二部分。冷 却液以第一流速和第三温度流向所述第一部分。冷却液还以第二流速和所述第三温度流向 所述第二部分。然后通过所述处理器将所述冷却液加热为第四温度。冷却液然后以所述第 四温度流向存储器组件。然后通过所述存储器组件将所述冷却液加热为第五温度。接着冷 却液以所述第五温度流向电力变换器和其他电子组件。最后通过所述电力变换器和其他电 子组件将所述冷却液加热为第六温度。附图说明图1是示例性实施例数据中心的示意图;图2A-2B是图1的数据中心内使用的液体冷却处理器的侧平面图;图3是与图2的处理器一起使用的冷却板的透视图;图4是图2的处理器的功率图的图示;图5是与图2的处理器一起使用的示例性实施例冷却板的仰视平面图;图6是图2的液体冷却处理器的一个实施例的示意图;图7是跨图2的处理器的冷却液流的一个实施例的示意图;图8是跨图2的处理器的冷却液流的备选实施例的示意图;图9是使用传导性集热器的计算机系统冷却系统的侧平面图;图10是使用配合性(compliant)集热器的备选实施例计算机冷却系统的侧平面 图;图11是具有液体冷却传导性收集器的另一备选实施例计算机冷却系统的侧平面 图;图12是示出相对冷却成本与冷却液温度的图;以及图13是与区域供热系统耦合以最小化总体碳排放的数据中心的示意图。具体实施例方式在描述本专利技术的上下文中(尤其是在下面的权利要求的上下文中)使用术语 “一”、“一个”和“该”以及类似的引用应被认为是既表示单数,也表示复数,除非此处另有所 指或上下文中明确否认。与数量结合使用的修饰语“大约”包括所声称的值并且具有上下 文中所指的意义(例如,它包括与特定量的测量关联的误差度)。此处披露的所有范围都包 括端点,并且端点可以独立地相互组合。现在参考图1,其中示出了数据中心20的示例性图示。数据中心20包括多个被布 置为提供计算机处理服务的计算机系统22。每个计算机系统包括一个或多个处理器24和 关联的电子组件26(例如通常在计算机数据中心系统中使用的随机存取存储器或只读存 储器)。每个计算机系统22还包括电力电子模块28,模块28提供诸如调节输入电力以提 供计算机系统22所需的电气特性的直流_直流电力变换器之类的组件。应该理解,尽管图1中仅示出了四个计算机系统22,但是数据中心20可以包含任 意数量的计算机系统22,例如,最多可以包含100个机架,每个机架容纳40个计算机系统 22。此外,尽管此处的描述提及单个处理器,但是计算机系统22可以包括多个处理器。计 算机系统22还可以包含多芯片模块(“MCM”)。MCM是包括多个集成电路的电子封装,所述 多个集成电路的封装方式允许系统作为单个集成电路运行。如下面将更详细描述的,每个计算机系统22都耦合到液体冷却系统30。冷却系统 30将诸如水、乙二醇或水与乙二醇的混合物之类的冷却液输送到每个计算机系统22。在一 个实施例中,冷却系统30进入计算机系统22本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种数据中心,包括:多个计算机系统,所述多个计算机系统中的每个计算机系统都具有至少一个处理器、多个存储器组件和多个电力变换器以及其他电子组件;液冷回路,其通过流体耦合到与所述多个计算机系统关联的所述处理器中的每个处理器,所述液冷回路包含冷却液;第一多个冷却液控制设备,其耦合到所述液冷回路,所述第一多个冷却液控制设备中的每个冷却液控制设备都与流向和所述多个计算机系统关联的所述处理器的冷却液流关联并被布置为控制所述冷却液流;换热器,其耦合到所述液冷回路。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员:TJ布鲁斯克威勒R林德曼B麦克尔EM吕切
申请(专利权)人:国际商业机器公司
类型:发明
国别省市:US[美国]

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