[发明专利]数据中心的电子器件机架的混合液体-空气冷却系统的优化控制器

说明书

利用优化控制器，通过在满足与液体泵和制冷风扇相关的约束条件集的同时共同优化CDU的液体泵速度和制冷风扇的风扇速度来最小化CDU和制冷风扇的总能量消耗。总能量消耗包括液体泵能量成本和风扇能量成本。优化控制器将同时控制泵速度和风扇速度以最小化总能量成本，同时使用优化函数或优化模型将处理器温度保持在预定参考温度之下。优化模型包括液体冷却动力学和空气冷却动力学两者，并将动力学转换成凸优化问题。执行优化以确定一组泵速度和风扇速度，使得目标函数在满足约束条件的同时达到最小值。

技术领域

本发明的实施方式总体上涉及数据中心。更具体地，本发明的实施方式涉及数据中心中的电子器件机架的混合液体-空气冷却系统的优化控制器。

背景技术

散热是计算机系统和数据中心设计中的重要因素。随着高性能电子组件(诸如，封装在服务器内部的高性能处理器)的数目稳步增加，从而使服务器的常规操作期间产生和消散的热量增加。如果允许服务器运行的环境随着时间而升高温度，则数据中心内使用的服务器的可靠性降低。保持合适的热环境对于数据中心中的这些服务器的正常运行以及服务器性能和寿命来说是至关重要的。这需要更有效和高效的散热解决方案，特别是在冷却这些高性能服务器的情况下尤其如此。

功率密集型处理器能够实现诸如深度学习的密集计算的解决方案。具有这种处理器(即，高功率中央处理单元(CPU)和/或通用处理单元(GPU))的电子服务器具有每体积空间的非常高的功率密度，并且因此，传统的简单空气冷却受到很大的挑战。与仅采用空气冷却方法相比，直接对芯片的液体冷却为那些功率密集型处理器提供了更好的冷却性能并节省了能量消耗。实际上，并非由处理器产生的所有热量均通过液体冷却消除，并且仍存在一定比例的热量是通过空气冷却消除的。因此，整个环境是混合液体-空气冷却系统。在混合液体-空气冷却系统中，经由冷却剂分配单元(CDU)中的泵速度控制来控制液体流动速率，并且经由电子器件机架的背面上的风扇速度控制来控制气流速率。传统的冷却系统已经不足以降低冷却系统的能量消耗。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种数据中心的电子器件机架，其包括：多个计算节点，所述多个计算节点堆叠布置，每个计算节点均包括附接到液体冷板的至少一个处理器；多个制冷风扇，所述制冷风扇中的每个均与所述计算节点中的一个对应，以向相应的计算节点提供空气冷却；冷却剂分配单元(CDU)，联接到所述计算节点中的每个，以经由相应的液体冷板向相应的处理器提供液体冷却，其中，所述冷却剂分配单元包括液体泵，以提供冷却液体来移除由每个计算节点的所述处理器产生的热量；以及机架管理控制器(RMC)，联接到所述冷却剂分配单元、所述制冷风扇和所述计算节点，其中，所述机架管理控制器配置成：从所述计算节点、所述制冷风扇和所述冷却剂分配单元中的每个收集实时运行数据，基于所收集的实时运行数据，使用预定优化函数执行优化，以确定所述液体泵的最优泵速度和所述制冷风扇的最优风扇速度，使得所述优化函数的表示总功率消耗的输出达到最小值，基于所述最优泵速度控制所述液体泵的泵速度，以及分别基于与所述制冷风扇对应的所述最优风扇速度，控制所述制冷风扇的风扇速度。

根据本申请的另一方面，提供了一种数据中心，其包括多个电子器件机架，其中，所述电子器件机架中的每个均包括：多个计算节点，所述多个计算节点以堆叠布置，每个计算节点均包括附接到液体冷板的至少一个处理器；多个制冷风扇，所述制冷风扇中的每个均与所述计算节点中的一个对应，以向相应的计算节点提供空气冷却；冷却剂分配单元(CDU)，联接到所述计算节点中的每个，以经由相应的液体冷板向相应的处理器提供液体冷却，其中，所述冷却剂分配单元包括液体泵，以提供冷却液体来移除由每个计算节点中的所述处理器产生的热量；以及机架管理控制器(RMC)，联接到所述冷却剂分配单元、所述制冷风扇和所述计算节点。所述机架管理控制器配置成：从所述计算节点、所述制冷风扇和所述冷却剂分配单元中的每个收集实时运行数据，基于所收集的实时运行数据，使用预定优化函数执行优化，以确定所述液体泵的最优泵速度和所述制冷风扇的最优风扇速度，使得所述优化函数的表示总功率消耗的输出达到最小值，基于所述最优泵速度，控制所述液体泵的泵速度，以及分别基于与所述制冷风扇对应的所述最优风扇速度，控制所述制冷风扇的风扇速度。