專利名稱：用于在數(shù)據(jù)中心中提供物理分離的計算和i/o資源以實現(xiàn)空間和功率節(jié)約的系統(tǒng)的制作方法
用于在數(shù)據(jù)中心中提供物理分離的計算和I/O資源以實現(xiàn)空間和功率節(jié)約的系統(tǒng)
背景技術(shù)：
典型地，常規(guī)計算機服務(wù)器將計算資源(例如，中央處理單元(CPU)和存儲器)以及輸入/輸出(I/o)適配器結(jié)合到數(shù)據(jù)中心中的相同外殼內(nèi)。典型地，利用分開的I/o的少數(shù)系統(tǒng)包含ー些I/o功能，所述I/O功能仍然輸出仍本地捆綁于服務(wù)器的特定I/O結(jié)構(gòu)(fabrics)。結(jié)果，這些硬件類型在物理上彼此靠近，并必須在呈現(xiàn)這種密切接近性的數(shù)據(jù)中心中被供電和冷卻。包含CPU和存儲器的服務(wù)器外殼繼續(xù)要求空氣冷卻，這是由于這些外殼結(jié)合了無
法利用除空氣冷卻外的替換冷卻方法(例如，對機架專有的熱傳導(dǎo))而冷卻的專用I/o設(shè)備和其他組件。典型地，確實具有分開的I/O的服務(wù)器保持位于I/O設(shè)備附近，這是由于這些資源之間的I/o鏈路線纜連接往往是服務(wù)器本地的，并且通常不需要進ー步將它們分離。


詳細描述將參照以下附圖，在以下附圖中，相似的標號指代相似的對象，并且在以下附圖中
圖1A、IB示意了用于在數(shù)據(jù)中心中提供物理分離的計算和I/O資源以實現(xiàn)空間和功率節(jié)約的示例配置機架；
圖2是用于在數(shù)據(jù)中心中提供物理分離的計算和I/O資源以實現(xiàn)空間和功率節(jié)約的示例數(shù)據(jù)中心平面布置圖的頂視 圖3是示意了用于在數(shù)據(jù)中心中提供物理分離的計算和I/O資源以實現(xiàn)空間和功率節(jié)約的方法的實施例的流程圖；以及
圖4示意了可結(jié)合用于在數(shù)據(jù)中心中提供物理分離的計算和I/O資源以實現(xiàn)空間和功率節(jié)約的方法使用的計算機的示例硬件組件。
具體實施例方式傳統(tǒng)的服務(wù)器計算系統(tǒng)連同計算資源(即，計算硬件)一起結(jié)合了輸入/輸出(I/O)資源(S卩，I/O硬件)，典型地，這是由于需要以快的速度在計算和I/O資源之間進行通信。計算資源的示例包括中央處理單元(CPU)和存儲器。系統(tǒng)和方法的實施例通過以下方式將I/O資源(即，硬件和設(shè)備)與服務(wù)器的計算資源(例如CPU和存儲器)分開將服務(wù)器的本地I/O設(shè)備移動至與服務(wù)器的計算資源相隔開的遠程位置。實施例使用光學(xué)技術(shù)，將直接附接的IP根端ロ與服務(wù)器架構(gòu)中的CPU和存儲器分離，并實現(xiàn)計算資源之間所需的快速通信速度和與遠程定位的I/o資源相關(guān)聯(lián)的長距離。具體地，實施例使用光纖線纜(即，光纜)和電-光轉(zhuǎn)換，來促進計算資源與I/o資源之間的通信。計算資源和遠程定位的I/o資源可以被不同地設(shè)計為允許專用于計算資源的液體冷卻和用于I/o資源的空氣冷卻。
此外，可以將數(shù)據(jù)中心隔離為在其冷卻需求方面不同的設(shè)備場所。在隔離計算和I/O資源的情況下，可以提高計算資源的地面空間機架密度，從而提高功率和冷卻效率并提供在機架級集成液體冷卻的安全方式。結(jié)果，可以更高效地執(zhí)行數(shù)據(jù)中心供電和冷卻，從而在數(shù)據(jù)中心級節(jié)約成本。此外，光纜可以將許多服務(wù)器連接至許多I/O設(shè)備，并使用比傳統(tǒng)I/O結(jié)構(gòu)更少的鏈路。I/o設(shè)備可以容納于分離的I/O外殼中，所述I/O外殼可以使用數(shù)據(jù)中心中的傳統(tǒng)空氣冷卻。在不具有使高功率CPU和存儲器存在于I/O外殼中的開銷的情況下，這些I/O設(shè)備將使用數(shù)據(jù)中心的傳統(tǒng)空氣冷卻基礎(chǔ)設(shè)施，而消耗更少能量。圖1A、1B和2示意了與示例空氣冷卻I/O機架150 (圖IB和2所示)物理分離的示例傳導(dǎo)冷卻計算機架110 (圖IA和2所示)。這些圖僅出于示意目的而示出了傳導(dǎo)冷卻計算機架。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，同樣可以應(yīng)用其他類型的液體冷卻。參照圖1A,示例計算機架110包括計算卷(book) 120,計算卷120容納計算硬件，·例如存儲器106和CPU 108。典型地，計算硬件使用比I/O硬件更多的功率，從而對計算硬件來說優(yōu)選液體冷卻。在分離計算和I/O硬件之后，可以通過提供中央冷卻區(qū)來使用液體冷卻來冷卻計算硬件。具體地，計算機架110可以包括熱管104，熱管104將熱量從主要的熱發(fā)生器(例如存儲器106和CPU 108)傳遞至中央傳導(dǎo)液體到液體熱交換器140，從而允許附接位于計算機架后部的基于機架的冷板102 (S卩，熱流板)。給中央熱交換器供應(yīng)冷水144，并且隨著熱交換溫水146離開它。中央熱交換器140還可以連接至利用常規(guī)風扇冷卻的其他組件(例如電源148)。為了冷卻這些組件，產(chǎn)品中的密封隔室可以被設(shè)計為提供空氣的閉環(huán)路徑，該空氣直接進入更小的空氣到液體熱交換器142，該空氣到液體熱交換器142連接至機架后部的相同中央液體到液體熱交換器。除這里詳述的有效實例外，專有液體冷卻機架的另一有效實例是使用獨立的閉環(huán)空氣調(diào)節(jié)(AC)單元，所述空氣調(diào)節(jié)(AC)單元附接至單個機架且在機架的背部處收集加熱空氣的同時將冷空氣提供給機架的前部。參照圖1A，所有計算硬件可以位于計算機架前部130，冷板102位于計算機架110的后部140。連接至遠程I/O機架所需的僅有線纜位于計算機架前部130，在計算機架前部130處，發(fā)現(xiàn)了與外部定位的I/O資源的光通信。具體地，繼續(xù)參照圖1A，計算機架電光(EO)轉(zhuǎn)換設(shè)備112在計算機架前部114處位于計算機架光端口 114附近。計算機架光纜214 (圖2所示)將計算機架光端口 114連接至光纜夾層240 (圖2所示)，光纜夾層240連接至外部定位的I/O資源。結(jié)果，該系統(tǒng)和方法在不將液體帶入服務(wù)器設(shè)備自身中的情況下在服務(wù)器機架處提供液體冷卻。數(shù)據(jù)中心運營者在數(shù)據(jù)中心中優(yōu)選液體冷卻，這是由于運營者通常在地面上具有附著至CRAC單元但不是附著至實際電子裝置的水管線路。由于所有液體冷卻接口都是傳導(dǎo)板，因此不需要快速斷開。參照1B，I/O機架150包括I/O卡152。在I/O機架的后部180處，I/O線纜182促進I/o卡152與數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的其他部分(例如網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和存儲設(shè)備)之間的通信。I/O機架EO轉(zhuǎn)換設(shè)備162位于I/O機架前部170處，或者可替換地位于機架后部180處，靠近I/O機架光端口 164。I/O機架光纜264 (圖2所示)將I/O機架光端口 164連接至光纜夾層240 (圖2所示)。針對I/O機架150使用空氣冷卻來冷卻I/O硬件，其中，174中的冷空氣被提供給機架前部170處的冷通道，并且熱空氣176在機架的后部180處排出。圖2是示例液體冷卻數(shù)據(jù)中心室110和示例空氣冷卻數(shù)據(jù)中心室150的頂視圖。使用計算機架光纜214、光纜夾層240和I/O機架光纜264將液體冷卻室110連接至空氣冷卻室150。計算機架光纜214將計算機架前部130處的計算機架光端ロ 114 (圖IA所示)連接至光纜夾層240。由于在包含計算機架110的室內(nèi)專有地使用液體冷卻，因此可以將接近通道210維持在未經(jīng)調(diào)節(jié)的室溫下，這允許針對冷卻基礎(chǔ)設(shè)施而更經(jīng)濟地使用數(shù)據(jù)中心的該部分。另ー方面，針對I/O機架150使用傳統(tǒng)的空氣冷卻，其中，冷通道270處于I/O機架前部170處，以及熱通道280處于I/O機架后部180處。冷室空氣調(diào)節(jié)(CRAC)單元290用于I/O硬件(例如，I/O卡152 (圖IB所示))的空氣冷卻。將計算資源與I/O資源分離實現(xiàn)了與數(shù)據(jù)中心中的服務(wù)器設(shè)備的功率和冷卻相關(guān)聯(lián)的成本節(jié)約?？梢試@在數(shù)據(jù)中心的這些不同部分中部署的設(shè)備的類型而優(yōu)化數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施。例如，CPU和存儲器可以置于需要極少空氣運動的數(shù)據(jù)中心室中，這是由于用于該室的液體冷卻管路可以移除這些類型的產(chǎn)品中涉及的所有熱量。在相鄰的室中，可以針對I/O硬件而利用常規(guī)的加熱、通風和空氣調(diào)節(jié)設(shè)備(HVAC)或CRAC空氣調(diào)節(jié)單元。數(shù)據(jù)
中心內(nèi)涉及的成本節(jié)約可以用于抵消計算和I/O資源之間的光纜敷設(shè)中涉及的額外成本。用于在數(shù)據(jù)中心中分離計算和I/O資源以實現(xiàn)空間和功率節(jié)約的系統(tǒng)的優(yōu)勢如下。I/o硬件與服務(wù)器的計算硬件(例如CPU和存儲器)分離，從而開啟了彼此分離地設(shè)計產(chǎn)品的機會。如果可以彼此分離地設(shè)計產(chǎn)品，則可以針對每個產(chǎn)品使用不同冷卻手段?？梢葬槍τ嬎阌布褂靡后w冷卻，而可以針對I/o硬件使用空氣冷卻，而無需將冷卻方法共同加到單個產(chǎn)品中。該系統(tǒng)還便于更高效地建立數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施，以節(jié)約服務(wù)器的功率和冷卻的成本。在沒有I/o硬件的情況下，服務(wù)器在數(shù)據(jù)中心中使用更少的地面空間，從而節(jié)約數(shù)據(jù)中心運營者的電、設(shè)備和設(shè)施成本。當使用中央熱交換器140來對系統(tǒng)進行傳導(dǎo)冷卻吋，該系統(tǒng)在不將液體帶入到與計算硬件自身相同的外殼中的情況下在機架級提供液體冷卻。不需要快速斷開，這是由于所有液體冷卻接ロ都是傳導(dǎo)板(即，冷板102)。將液體冷卻采用到計算機架110中可以更有利，并可以得到對數(shù)據(jù)中心客戶來說更快的部署和更快的節(jié)約。此外，使用交換通信結(jié)構(gòu)將遠程I/O設(shè)備連接至服務(wù)器，這通過將許多服務(wù)器連接至許多I/o設(shè)備而更通用。結(jié)果，數(shù)據(jù)中心運營者具有更多的自由來將服務(wù)器與較長距離處的I/o設(shè)備分離，并將不同設(shè)備分到數(shù)據(jù)中心的不同場所。圖3是示意了用于在數(shù)據(jù)中心中提供物理分離的計算和I/O資源以實現(xiàn)空間和功率節(jié)約的方法300的實施例的流程圖。方法300開始302于以下操作將液體冷卻專有地應(yīng)用于位于服務(wù)器基礎(chǔ)設(shè)施的計算機架處的ー個或多個計算設(shè)備(框310)。方法300將空氣冷卻應(yīng)用于位于I/O機架處的ー個或多個I/O設(shè)備，該I/O機架遠離計算機架定位(框320)。方法300使用計算機架前部的一個或多個計算機架EO轉(zhuǎn)換設(shè)備將該ー個或多個計算設(shè)備連接至光纜(框330)。方法300還使用I/O機架前部的ー個或多個I/O機架EO轉(zhuǎn)換設(shè)備將I/O設(shè)備連接至所述光纜(框340)。方法300結(jié)束于框350。圖4示意了可結(jié)合用于在數(shù)據(jù)中心中提供物理分離的計算和輸入/輸出資源以實現(xiàn)空間和功率節(jié)約的方法使用的計算機的示例硬件組件。該計算機具有專有液體冷卻機架440和空氣冷卻機架432、434。專有液體冷卻機架440包含具有外部輸入/輸出的服務(wù)器444，典型地，該服務(wù)器包括存儲器402、處理器414、1/0結(jié)構(gòu)設(shè)備446和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)備448?？諝饫鋮s機架432包含外部輸入/輸出產(chǎn)品420，典型地，外部輸入/輸出產(chǎn)品420包括輸Λ /輸出結(jié)構(gòu)設(shè)備436和輸入/輸出卡408?？諝饫鋮s機架434包括輔助存儲設(shè)備412、常規(guī)服務(wù)器410以及輸入和顯示設(shè)備416?？梢允褂镁W(wǎng)絡(luò)418 (例如，因特網(wǎng)或者其他類型的計算機或電話網(wǎng)絡(luò))，將輔助存儲設(shè)備412、常規(guī)服務(wù)器410、輸入和顯示設(shè)備416、輸入/輸出卡408和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)備相連接。可以使用光輸入/輸出結(jié)構(gòu)450，將專有液體冷卻機架440上的輸入/輸出結(jié)構(gòu)設(shè)備446和空氣冷卻機架432上的輸入/輸出結(jié)構(gòu)設(shè)備436相連接。存儲器402可以包括隨機存取存儲器(RAM)或類似類型的存儲器。輔助存儲設(shè)備412可以包括硬盤驅(qū)動器、軟盤驅(qū)動器、CD-ROM驅(qū)動器、閃存或者其他類型的非易失性數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，并可以與各種數(shù)據(jù)庫或其他資源相對應(yīng)。處理器414可以執(zhí)行實現(xiàn)這里描述的方法步驟的指令。這些指令可以存儲在存儲器402、輔助存儲設(shè)備412中或者從因特網(wǎng)或其他網(wǎng)絡(luò)接收。輸入和顯示設(shè)備416可以分別包括用于將數(shù)據(jù)輸入到計算機400中的任何設(shè)備(例如，鍵盤、鍵區(qū)、光標控制設(shè)備、觸摸屏(可能具有觸筆)或麥克風)以及用于呈現(xiàn)視覺圖像的任何類型的設(shè)備(諸如例如，計算機監(jiān)視器、平面屏幕顯示器或顯示面板)。與輸入/輸出卡408相連接的輸出設(shè)備可以包括用于以硬拷貝格式呈現(xiàn)數(shù)據(jù)的任何類型的設(shè)備(例 如，打印機)以及其他類型的輸出設(shè)備，包括揚聲器或者用于以音頻形式提供數(shù)據(jù)的任何設(shè)備?？赡艿?，該計算機可以包括多個輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和顯示設(shè)備。盡管計算機被示為具有各個組件，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，計算機可以包含附加或不同的組件。此外，盡管符合用于在數(shù)據(jù)中心中提供物理分離的計算和I/o資源以實現(xiàn)空間和功率節(jié)約的方法的實現(xiàn)方式的方面被描述為存儲在存儲器中，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，這些方面也可以存儲在其他類型的計算機程序產(chǎn)品或計算機可讀介質(zhì)(例如輔助存儲設(shè)備)上或從其讀取，所述計算機程序產(chǎn)品或計算機可讀介質(zhì)包括硬盤、軟盤或CD-ROM ;或者其他形式的RAM或ROM。計算機可讀介質(zhì)可以包括用于控制計算機執(zhí)行特定方法的指令。這里使用的術(shù)語和描述是僅作為示意而闡述的，并不意在限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到，在以下權(quán)利要求及其等效物中限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，許多變型是可能的，其中應(yīng)當在可能的最寬意義上理解所有術(shù)語，除非另外指明。
權(quán)利要求
1.一種用于在數(shù)據(jù)中心中提供物理分離的計算和輸入/輸出(I/o)資源的系統(tǒng)，包括 服務(wù)器基礎(chǔ)設(shè)施的計算機架，用于容納一個或多個計算資源，其中，所述計算機架針對所述一個或多個計算資源使用液體冷卻； 遠離所述計算機架定位的I/o機架，用于容納一個或多個I/O資源，其中，所述I/O機架針對所述一個或多個I/o資源使用空氣冷卻；以及 光纜，其實現(xiàn)所述一個或多個計算資源與所述一個或多個I/o資源之間的通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述計算機架包括所述計算機架前部的一個或多個計算機架電光(EO)轉(zhuǎn)換設(shè)備以連接至所述光纜。
3.根據(jù)權(quán)利要求I和2所述的系統(tǒng)，其中，所述計算機架包括一個或多個熱管，所述一個或多個熱管將熱量從所述一個或多個計算資源傳導(dǎo)至熱交換器，所述熱交換器包括位于所述計算機架后部處的一個或多個冷板。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述一個或多個冷板是可分離的，并且，其中在所述計算機架的后部處進行液體冷卻。
5.根據(jù)權(quán)利要求I和2所述的系統(tǒng)，其中，所述I/O機架包括所述I/O機架前部的一個或多個I/o機架電光(EO)轉(zhuǎn)換設(shè)備以連接至所述光纜。
6.根據(jù)權(quán)利要求I和2所述的系統(tǒng)，其中，在所述I/O機架處進行空氣冷卻，其中，冷空氣在所述I/o機架的前部處進入，并且熱空氣在所述I/O機架的后部處排出。
7.根據(jù)權(quán)利要求I和2所述的系統(tǒng)，還包括用于容納所述光纜的光纜夾層。
8.根據(jù)權(quán)利要求I和2所述的系統(tǒng)，其中，所述一個或多個計算資源包括中央處理單元(CPU)和存儲器，并且，其中所述一個或多個計算資源位于所述計算機架的前部處。
9.一種用于在數(shù)據(jù)中心中提供物理分離的計算和輸入/輸出(I/O)資源的方法，所述方法由包括處理器的計算機實現(xiàn)，所述方法包括 使用所述處理器，將液體冷卻應(yīng)用于位于服務(wù)器基礎(chǔ)設(shè)施的計算機架處的一個或多個計算設(shè)備；以及 使用所述處理器，將空氣冷卻應(yīng)用于位于I/o機架處的一個或多個I/O設(shè)備，其中，所述I/o機架遠離所述計算機架定位， 其中，所述一個或多個計算設(shè)備使用光纜與所述一個或多個I/o設(shè)備進行通信。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括使用所述計算機架前部的一個或多個計算機架電光(EO)轉(zhuǎn)換設(shè)備，將所述一個或多個計算設(shè)備連接至所述光纜。
11.根據(jù)權(quán)利要求9和10所述的方法，其中，應(yīng)用液體冷卻的步驟包括使用一個或多個熱管，將熱量從所述一個或多個計算設(shè)備傳導(dǎo)至熱交換器，所述熱交換器包括位于所述計算機架后部處的一個或多個冷板。
12.根據(jù)權(quán)利要求9和10所述的方法，還包括使用所述I/O機架前部的一個或多個I/O機架電光(EO)轉(zhuǎn)換設(shè)備，將所述I/O設(shè)備連接至所述光纜。
13.一種在數(shù)據(jù)中心中具有分離的計算和輸入/輸出(I/O)資源的服務(wù)器系統(tǒng)，包括 計算機架，用于容納一個或多個計算設(shè)備，其中，所述計算機架包括熱交換器，所述熱交換器具有位于所述計算機架后部的一個或多個冷板，以針對所述一個或多個計算設(shè)備提供液體冷卻；遠離所述計算機架定位的I/o機架，用于容納一個或多個I/O設(shè)備，其中，所述I/O機架針對所述一個或多個I/o設(shè)備使用空氣冷卻；以及 光纜，實現(xiàn)所述一個或多個計算設(shè)備與所述一個或多個I/o設(shè)備之間的通信。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的服務(wù)器系統(tǒng)，其中，所述計算機架包括所述計算機架前部的一個或多個計算機架電光(EO)轉(zhuǎn)換設(shè)備以連接至所述光纜。
15.根據(jù)權(quán)利要求13和14所述的服務(wù)器系統(tǒng)，其中，所述計算機機架包括一個或多個熱管，所述一個或多個熱管將熱量從所述一個或多個計算設(shè)備傳導(dǎo)至所述熱交換器。
全文摘要
系統(tǒng)和方法的實施例通過將服務(wù)器的本地I/O設(shè)備移動至與服務(wù)器的計算資源相隔開的遠程位置，將I/O資源與服務(wù)器的計算資源分開，所述計算資源例如是CPU和存儲器。實施例使用光學(xué)技術(shù)來實現(xiàn)計算資源與遠程定位的I/O資源之間所需的快速通信速度。具體地，實施例使用光纖線纜和電光轉(zhuǎn)換來促進計算資源與I/O資源之間的通信。計算資源和遠程定位的I/O資源可以被不同地設(shè)計為允許針對計算資源的傳導(dǎo)液體冷卻和針對I/O資源的空氣冷卻。
文檔編號G06F13/14GK102844725SQ200980163213
公開日2012年12月26日 申請日期2009年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月28日
發(fā)明者A.L.勒斯納, B.魯本施泰因, J.F.哈頓, R.S.塞爾夫 申請人:惠普發(fā)展公司，有限責任合伙企業(yè)