[发明专利]模块化数据中心冷却

说明书

提供模块化布置用于在数据中心环境中容纳电子装备和相关冷却结构。模块化单元通过单独夹层和相关阀根据需要给装备的单独部分提供冷却空气。所述单元可以通过竖直堆叠、并排布置和背对背布置互连。许多单元可互连以形成一单体。所述单体可互连以形成更大单元。如此，数据中心可以任何期望布置构造，而不需要复杂的冷却设计。

相关申请的交叉引用

本申请是于2013年3月15日提交的题名“MODULAR DATA CENTER COOLING”的美国专利申请No.61/799698的非临时申请，该美国专利申请的内容作为引用并入本文，并且本申请要求美国法律允许的全部内容的优先权。

下列专利申请出版物作为引用并入本文，但是不要求它们的优先权：美国专利申请出版物No.US2010/0149754-A1和US2010/0142544-A1。

技术领域

本发明的实施例涉及数据中心的设计和操作。与现有标准和方法可成本有效地支持相比，本发明以每平方英尺更高功率分布应用于数据中心的设计和操作。

背景技术

数据中心增长在过去十年中是爆炸性的，无论在最大设施的配置平方英尺、尺寸方面，还是在设计所设计用于的每平方英尺的平均瓦特方面。最后一点的薄弱环节在于建造更大和更有效的数据中心。在增加数据中心配置密度方面，冷却总是薄弱环节，并且是平均设施中的最大能量成本，从而消耗数据中心使用的电能的约60％。

在冷却数据中心的电子数据处理(EDP)装备时作为关键点出现的两个问题：

1、冷却高密度配置

比如互联网中心公司(如Google、Amazon、Ebay)使用的服务器场和现在的云供应商(其它基于效用计算模型的公司)高度关注于配置使用大量能量并排出大量热量的电子数据处理装备。在更加通用的其它数据中心(比如大学研究中心)中，会发现计算群，其也配置许多服务器作为1或2U“披萨盒”服务器或刀片服务器。

2、冷却功率日益增加的中央处理单元(CPU)芯片

自从Gordon Moore在40多年前做出最初预测之后，与CPU功率的增加有关的摩尔定律一直非常好地支持。然而，面向更强大CPU芯片的主要问题变成冷却。现代多核心CPU芯片排出的热量变得更难以控制，尤其在标准1或2U“披萨盒”服务器的空间有限封装中，由于十分大的大规模生产的规模经济，1或2U“披萨盒”服务器仍是最成本有效的模型。甚至在刀片服务器中，封装尽可能多的CPU单元的愿望导致在底盘中十分有限的空间用于完成冷却。

这些问题(如何保持更强大的CPU芯片足够冷却，如果将它们产生的热量排出数据中心机房)的组合以及能源昂贵问题变得越来越难以控制。

服务器的尺寸和功率需求之间的关系是描述为功率密度的比率。当对于服务器的给定物理尺寸，功率需求上升时，所谓的“功率密度”增加。同时，冷却需求也增加。排出的热量等于进入的功率是明显的关系。

标准方法使用活地板作为冷却气流夹层，然后根据需要将气流引导出该夹层。该方法在过去的低功率密度环境中工作，但是具有显著的问题。为了提升冷却等级，必须提升移动更多空气(冷却介质)。为此，可以使空气更快地移动或者增加空气密度(加压空气)。另一选择是使用其它冷却方法来更有效地移动热量，(水或相变液体)通过在装备架和/或装备装置本身处进行冷却。

移动更多空气或加压空气具有现实成本，并且利用传统方法是效率不高的。从进入的热量等于出去的热量方面来看，大多数数据中心具有比它们实际所需的更多的冷却吨位。它们仅仅不能在需要的地方有效地得到冷却空气。建造HVAC系统具有一整套管道、阀门、恒温器等以仅有效地进行该任务，根据传统方法论建筑的数据中心不具有足够的空间，并且，简言之，具有用于数据中心的常规冷却方法的问题和局限性。