描述了数据中心浸入式冷却系统。该系统包括：浸入槽；热交换器，用于从加热的冷却剂提取热量并将加热的冷却剂转换成冷却的冷却剂；冷却剂供应管线，用于将冷却的冷却剂从热交换器供应至浸入槽；以及冷却剂返回管线，用于将加热的冷却剂从浸入槽返回到热交换器，其中浸入槽还包括容纳电子装置的多个设备隔室以及设置成围绕多个设备隔室的加热冷却剂贮存器，其中，冷却的冷却剂从底部进入设备隔室，其中设备隔室中的加热的冷却剂在顶部处离开设备隔室，并被收集到加热冷却剂贮存器中，以及其中加热冷却剂贮存器中的加热的冷却剂经由冷却剂返回管线返回到热交换器。加热冷却剂贮存器还为系统提供多种操作场景中所需的缓冲功能。
冷却剂供应管线，用于将冷却的冷却剂从热交换器供应至所述浸入槽，其中，所述热交换器配置成从加热的冷却剂提取热量并将所述加热的冷却剂转换成所述冷却的冷却剂；以及冷却剂返回管线，用于将所述加热的冷却剂从所述浸入槽返回到所述热交换器，其中，所述浸入槽包括：多个设备隔室，分别容纳多个电子装置，以及
加热冷却剂贮存器，设置成围绕所述多个设备隔室，并用于暂时地积聚所述加热的冷却剂，以将所述冷却的冷却剂与所述加热的冷却剂隔离开，其中，在被供应至所述浸入槽之后，所述冷却的冷却剂从所述设备隔室的底部进入所述设备隔室，提取从所述电子装置生成的热量，并且被转换成所述加热的冷却剂，其中，所述设备隔室中的所述加热的冷却剂在所述设备隔室的顶部处离开所述设备隔室，并且进入到所述加热冷却剂贮存器中，以及其中，所述加热冷却剂贮存器中的所述加热的冷却剂经由所述冷却剂返回管线返回到所述热交换器。
2.根据权利要求1所述的浸入式冷却单元，其中，所述浸入槽还包括一个或多个分隔壁，所述一个或多个分隔壁用于使所述多个设备隔室中的任意相邻的设备隔室分隔开，以防止所述冷却的冷却剂/所述加热的冷却剂在任意相邻的设备隔室之间循环。
3.根据权利要求2所述的浸入式冷却单元，其中，所述多个设备隔室具有相同的高度，以及其中，所述加热冷却剂贮存器中的液位低于所述多个设备隔室的高度，以防止所述加热冷却剂贮存器中的所述加热的冷却剂循环回到所述多个设备隔室中的任一个中。
4.根据权利要求3所述的浸入式冷却单元，其中，所述分隔壁与构成所述多个设备隔室的其他壁具有相同的高度。
5.根据权利要求3所述的浸入式冷却单元，其中，所述分隔壁高于构成所述多个设备隔室的其他壁，以防止在所述顶部处从所述多个设备隔室中的任一个离开的所述加热的冷却剂进入相邻的设备隔室。
6.根据权利要求5所述的浸入式冷却单元，其中，较高的分隔壁中的每个包括安装在所述设备隔室的顶部处的延伸件。
7.根据权利要求2所述的浸入式冷却单元，其中，所述冷却的冷却剂被防止进入所述多个设备隔室中的未被占用的任一个设备隔室。
8.根据权利要求7所述的浸入式冷却单元，其中，在所述多个设备隔室中的未被占用的任一个设备隔室的底部处安装有阻挡面板，以防止所述冷却的冷却剂进入。
9.根据权利要求1所述的浸入式冷却单元，其中，所述热交换器是液体对液体热交换器或液体对空气热交换器。
10.根据权利要求1所述的浸入式冷却单元，还包括设置在所述冷却剂返回管线上的液体泵。
多个浸入式冷却单元，联接至所述热交换器，其中，所述浸入式冷却单元中的每个均包括：浸入槽；
冷却剂供应管线，用于将冷却的冷却剂从热交换器供应至所述浸入槽，其中，所述热交换器配置成从加热的冷却剂提取热量并将所述加热的冷却剂转换成所述冷却的冷却剂；以及冷却剂返回管线，用于将所述加热的冷却剂从所述浸入槽返回到所述热交换器，其中，所述浸入槽包括：多个设备隔室，分别容纳多个电子装置，以及
加热冷却剂贮存器，设置成围绕所述多个设备隔室，并用于暂时地积聚所述加热的冷却剂，以将所述冷却的冷却剂与所述加热的冷却剂隔离开，其中，在被供应至所述浸入槽之后，所述冷却的冷却剂从所述设备隔室的底部进入所述设备隔室，提取从所述电子装置生成的热量，并且被转换成所述加热的冷却剂，其中，所述设备隔室中的所述加热的冷却剂在所述设备隔室的顶部处离开所述设备隔室，并且进入到所述加热冷却剂贮存器中，以及其中，所述加热冷却剂贮存器中的所述加热的冷却剂经由所述冷却剂返回管线返回到所述热交换器。
12.根据权利要求11所述的数据中心冷却系统，其中，所述浸入槽还包括一个或多个分隔壁，所述一个或多个分隔壁用于使所述多个设备隔室中的任意相邻的设备隔室分隔开，以防止所述冷却的冷却剂/所述加热的冷却剂在任意相邻的设备隔室之间循环。
13.根据权利要求12所述的数据中心冷却系统，其中，所述多个设备隔室具有相同的高度，以及其中，所述加热冷却剂贮存器中的液位低于所述多个设备隔室的高度，以防止所述加热冷却剂贮存器中的所述加热的冷却剂循环回到所述多个设备隔室中的任一个中。
14.根据权利要求13所述的数据中心冷却系统，其中，所述分隔壁与构成所述多个设备隔室的其他壁具有相同的高度。
15.根据权利要求13所述的数据中心冷却系统，其中，所述分隔壁高于构成所述多个设备隔室的其他壁，以防止在所述顶部处从所述多个设备隔室中的任一个离开的所述加热的冷却剂进入相邻的设备隔室。
16.根据权利要求15所述的数据中心冷却系统，其中，较高的分隔壁中的每个包括安装在所述设备隔室的顶部处的延伸件。
17.根据权利要求12所述的数据中心冷却系统，其中，所述冷却的冷却剂被防止进入所述多个设备隔室中的未被占用的任一个设备隔室。
18.根据权利要求17所述的数据中心冷却系统，其中，在所述多个设备隔室中的未被占用的任一个设备隔室的底部处安装有阻挡面板，以防止所述冷却的冷却剂进入。
19.根据权利要求11所述的数据中心冷却系统，其中，所述热交换器是液体对液体热交换器或液体对空气热交换器。
20.根据权利要求11所述的数据中心冷却系统，还包括设置在所述冷却剂返回管线上的液体泵。
用于浸入式冷却的精确冷却与流体管理优化方案
技术领域
[0001] 本发明的实施方式总体涉及数据中心。更具体地，本发明的实施方式涉及用于数据中心的浸入式冷却。
背景技术
[0002] 浸入式冷却是一种计算机冷却实践方案，其中诸如中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、存储器、SSD和包括完整服务器的其他电子器件的计算机部件被完全浸没在导热介电液体或冷却剂中，然后通过使用循环系统使其冷却，该循环系统利用液体泵、管道系统、液体对液体热交换器和/或干冷器(散热器)型冷却器来排出冷却剂中的热量。
[0003] 浸入式冷却适用于需要高功率密度热管理的场景。随着诸如CPU和GPU的处理器的功率密度(即，热设计功耗)的增加，热管理可能成为挑战。当多个高密度处理器被封装到一个系统(例如，一个服务器)中时，这可能变得更具挑战性。传统的空气冷却解决方案(例如，利用散热器或热管)可能无法满足这些场景下的冷却需求，并且浸入式冷却可代表一种有前景的解决方案。
[0004] 然而，需要解决一些技术难题才能使基于浸入式冷却的解决方案可以以商业规模安装。一些现有的基于浸入式冷却的解决方案存在缺点。例如，对于这些解决方案中的一些，经加热的冷却剂和经冷却的冷却剂没有分隔开，并且冷却剂不是单独用于不同设备。结果，可能导致冷却剂管理效率低下以及热管理不良。具体地，不适当的冷却剂返回设计可能导致诸如经加热的冷却剂再循环、冷却剂旁路、内部冷却剂涡流、热点等的问题。挑战涉及例如长期性能、长期可靠性、电子器件与冷却剂之间的兼容性、硬件设计等。
发明内容
[0005] 根据本申请的一个方面，提供了一种浸入式冷却单元，其包括：
[0006] 浸入槽；
[0007] 冷却剂供应管线，用于将冷却的冷却剂从热交换器供应至所述浸入槽，其中，所述热交换器配置成从加热的冷却剂提取热量并将所述加热的冷却剂转换成所述冷却的冷却剂；以及
[0008] 冷却剂返回管线，用于将所述加热的冷却剂从所述浸入槽返回到所述热交换器，其中，所述浸入槽包括：
[0009] 多个设备隔室，分别容纳多个电子装置，以及
[0010] 加热冷却剂贮存器，设置成围绕所述多个设备隔室，
[0011] 其中，在被供应至所述浸入槽之后，所述冷却的冷却剂从所述设备隔室的底部进入所述设备隔室，提取从所述电子装置生成的热量，并且被转换成所述加热的冷却剂，其中，所述设备隔室中的所述加热的冷却剂在所述设备隔室的顶部处离开所述设备隔室，并且进入到所述加热冷却剂贮存器中，以及其中，所述加热冷却剂贮存器中的所述加热的冷却剂经由所述冷却剂返回管线返回到所述热交换器。
[0012] 根据本申请的另一方面，提供了一种数据中心冷却系统，其包括：
[0013] 热交换器；以及
[0014] 多个浸入式冷却单元，联接至所述热交换器，其中，所述浸入式冷却单元中的每个均包括：
[0015] 浸入槽；
[0016] 冷却剂供应管线，用于将冷却的冷却剂从热交换器供应至所述浸入槽，其中，所述热交换器配置成从加热的冷却剂提取热量并将所述加热的冷却剂转换成所述冷却的冷却剂；
[0017] 以及
[0018] 冷却剂返回管线，用于将所述加热的冷却剂从所述浸入槽返回到所述热交换器，其中，所述浸入槽包括：
[0019] 多个设备隔室，分别容纳多个电子装置，以及
[0020] 加热冷却剂贮存器，设置成围绕所述多个设备隔室，
[0021] 其中，在被供应至所述浸入槽之后，所述冷却的冷却剂从所述设备隔室的底部进入所述设备隔室，提取从所述电子装置生成的热量，并且被转换成所述加热的冷却剂，其中，所述设备隔室中的所述加热的冷却剂在所述设备隔室的顶部处离开所述设备隔室，并且进入到所述加热冷却剂贮存器中，以及其中，所述加热冷却剂贮存器中的所述加热的冷却剂经由所述冷却剂返回管线返回到所述热交换器。
附图说明
[0022] 本发明的实施方式在附图的图中通过示例而非限制的方式示出，在附图中，相同的附图标记表示类似的元件。
[0023] 图1是示出根据一个实施方式的具有浸入式冷却的数据中心系统的示例的框图。
[0024] 图2是示出根据一个实施方式的具有浸入式冷却的数据中心系统的示例的框图。
[0025] 图3是示出根据一个实施方式的具有浸入式冷却的数据中心系统的示例的框图。
[0026] 图4是示出根据一个实施方式的具有浸入式冷却的数据中心系统的示例的框图。
具体实施方式
[0027] 将参考下面讨论的细节描述本发明的各种实施方式和方面，并且附图将示出各种实施方式。以下描述和附图是对本发明的说明，而不应被理解为限制本发明。描述了许多具体细节以提供对本发明的各种实施方式的透彻理解。然而，在某些情况下，没有描述众所周知的或常见的细节以便提供对本发明的实施方式的简明讨论。
[0028] 说明书中对“一个实施方式”或“实施方式”的引用意味着结合该实施方式所描述的特定特征、结构或特性可以包括在本发明的至少一个实施方式中。在说明书中各处出现的短语“在一个实施方式中”不一定都指向同一实施方式。
[0029] 本公开的实施方式涉及用于精确冷却和冷却剂管理优化的创造性浸入式冷却槽设计。冷却的液体冷却剂可以从底部进入一个或多个设备隔室。当冷却剂从电子器件提取热量时，冷却剂的温度增加，并因此冷却剂的密度变低。较热且密度较低的冷却剂倾向于上升到设备隔室内的顶部。因此，在使设备冷却之后，经加热的液体冷却剂可以在顶部处离开设备隔室。在一个实施方式中，在返回到热交换器之前，经加热的冷却剂可以在离开IT设备隔室之后暂时地积聚在设置于浸入槽中的加热冷却剂贮存器中。因此，可以在浸入槽内在供应液体(即，经冷却的冷却剂)与返回液体(即，经加热的冷却剂)之间实现完全隔离。
[0030] 在一个实施方式中，浸入槽可包括多个彼此分隔开的设备隔室，使得冷却剂在正常操作条件下不会在不同设备隔室之间循环。两个邻近的或相邻的设备隔室可以通过壁、面板或任何其他合适的结构彼此分隔开。
[0031] 因此，在本公开的实施方式中，实现了有效的冷却剂管理。具体地，将经冷却的冷却剂和经加热的冷却剂彼此分隔开，并且避免了冷却剂短路径或再循环。为冷却剂供应和冷却剂返回提供了简化设计。由于返回侧上具有较小的阻力，因而该设计是节能的。由于从设备隔室排出的经加热的冷却剂在被泵送回热交换器之前被合并并收集在加热冷却剂贮存器中，从而避免在浸入槽内产生热点。此外，由于设备隔室可以容纳具有不同的形状因子(例如，1U、2U和4U)的不同类型的电子设备(例如，服务器)，因而该设计是灵活的。该设计特别适用于安装在不同设备隔室中的装置与不同功耗配置相关联的场景。
[0032] 根据本公开的一个方面，浸入式冷却单元包括至少一个浸入槽或浸入式容器、冷却剂供应管线和冷却剂返回管线。冷却剂返回管线配置成将较暖的冷却剂从浸入槽返回到热交换器。冷却剂供应管线用于将较冷的冷却剂(例如，冷却液体)从热交换器供应至浸入槽。热交换器配置成从经由冷却剂返回管线而从浸入槽接收到的较暖的冷却剂提取热量，其转而将较暖的冷却剂转换成较冷的冷却剂。
[0033] 在一个实施方式中，浸入槽包括一个或多个设备隔室以容纳或存储一个或多个电子装置(例如，服务器刀片)，所述一个或多个电子装置被浸没在容纳于一个或多个设备隔室中的冷却剂中。冷却剂贮存器形成在设备隔室与浸入槽之间的空间中。较冷的冷却剂从底部进入设备隔室，向上行进穿过设备隔室的空间，以交换从电子装置生成的热量并转换成较暖的冷却剂。较暖的冷却剂在顶部处离开设备隔室，且溢出并进入至冷却剂贮存器中。然后，将较暖的冷却剂从冷却剂贮存器的底部移除，并经由冷却剂返回管线返回到热交换器。因此，较热的冷却剂被积聚并且泵送回热交换器，而不是直接将其泵回。
[0034] 在一个实施方式中，浸入槽还包括用于使任何相邻的设备隔室分隔开的一个或多个分隔件或壁，以防止冷却剂在相邻的设备隔室之间循环。设备隔室中的每个均可以配置成具有相同的尺寸(例如，高度和/或宽度)和相同的配置。冷却剂贮存器中的流体液位可以维持在设备隔室的高度之下，从而防止冷却剂贮存器中的冷却剂循环回到设备隔室中的任一个中。分隔件可以与设备隔室的壁具有相同的高度，或具有比其高的高度，从而防止冷却剂进入相邻的设备隔室。
[0035] 根据本公开的另一方面，数据中心冷却系统包括联接至热交换器的一个或多个浸入式冷却单元的阵列。浸入式冷却单元中的每个均包括如上所述的部件中的至少一些。
[0036] 图1示出了根据一个实施方式的浸入式冷却单元的示例。参考图1，浸入式冷却单元可以是布置在数据中心内的浸入式单元之一。根据一个实施方式，浸入式冷却单元包括至少一个浸入槽或浸入式容器、冷却剂供应管线和冷却剂返回管线。冷却剂返回管线配置成将较暖的冷却剂从浸入槽返回到热交换器。冷却剂供应管线用于将较冷的冷却剂(例如，冷却液体)从热交换器供应至浸入槽。热交换器配置成从经由冷却剂返回管线而从浸入槽接收到的较暖的冷却剂提取热量，其转而将较暖的冷却剂转换成较冷的冷却剂。
[0037] 在一个实施方式中，浸入槽包括一个或多个设备隔室，以容纳或存储浸没在容纳于其中的冷却剂中的一个或多个电子装置。冷却剂可以是适用于浸入式冷却的任何介电冷却剂。电子装置可以是数据处理系统，诸如具有至少一个处理器、存储器、存储设备和/或网络接口等的服务器。服务器可以是Web服务器、应用服务器或后端服务器，后端服务器配置成通过网络(例如，互联网)向各种客户端提供数据服务。这些部件可能在正常操作期间生成热量。冷却剂贮存器形成在设备隔室与浸入槽之间的空间中。较冷的冷却剂从底部进入设备隔室，向上行进穿过设备隔室的空间以交换从电子装置/部件生成的热量，并转换成较暖的冷却剂。较暖的冷却剂在顶部处离开设备隔室，并且溢出并进入至热冷却剂贮存器中。然后，将较暖的冷却剂从冷却剂贮存器的底部移除，并经由冷却剂返回管线返回至热交换器。此外，热冷却剂贮存器用作缓冲槽，为浸入式流体回路提供缓冲功能。系统压力可能因为流体温度的变化而发生变化，在这种情况下，缓冲槽提供维持系统压力的功能。
[0038] 参考图1和图2，示出了表示根据一个实施方式的具有浸入式冷却的数据中心系统100、200的示例的框图。图1和图2涉及相同的实施方式，但从不同的视角示出。冷却剂供应管线112将经冷却的液体冷却剂供应至浸入槽110。具有一致高度的设备隔室130A至130G布置成使得经冷却的冷却剂从底侧进入设备隔室130A至130G。应理解的是，设备隔室130A至
130G的数量是说明性的，并且不对本公开进行限制。提供分隔壁132A至132F以将任意两个相邻的设备隔室130A至130G分隔开。分隔壁132A至132F具有一致的高度，并且可以与构成设备隔室130A至130G的其他壁具有相同的高度。加热冷却剂贮存器124(也简称为冷却剂贮存器)在浸入槽110内设置成围绕设备隔室130A至130G。在正常操作条件下，加热冷却剂贮存器124中的流体液位低于设备隔室130A至130G的高度。因此，在使安装在设备隔室130A至
130G内部的装置冷却之后，经加热的液体冷却剂在顶部处离开设备隔室130A至130G(例如，从设备隔室130A至130G上溢或溢出)，并且在返回到热交换器118之前被收集在加热冷却剂贮存器124中。冷却剂返回管线114设置成将经加热的冷却剂或较暖的冷却剂从加热冷却剂贮存器124返回到热交换器118。可以在冷却剂返回管线114上设置液体泵116，来促进经加热的冷却剂的返回。热交换器118可以是液体对液体热交换器(例如，冷却剂分配单元“CDU”)、液体对空气热交换器，或者可以是能够从经加热的冷却剂有效地去除热量的任何合适类型的热交换器。然后，经由冷却剂供应管线112将已经在热交换器118中冷却的冷却剂送回至浸入槽110，从而完成回路。
[0039] 冷却剂返回管线114可以设置在冷却剂贮存器124的下部或底部。结果，较暖的冷却剂在设备隔室130A至130G内向上行进，在冷却剂贮存器124内向下流动，并且在浸入槽110的下部或底部处离开浸入槽110，经由冷却剂返回管线114回到热交换器118。
[0040] 如图2所示，由于加热冷却剂贮存器124中的流体液位126设计成低于设备隔室130A至130G的高度，因而已经离开设备隔室130A至130G的经加热的冷却剂/较暖的冷却剂不能再循环回到设备隔室130A至130G中。
[0041] 参考图3，示出了表示根据一个实施方式的具有浸入式冷却的数据中心系统300的示例的框图。图3与图2类似，并且此处不再对已经参考图2描述的相同元件进行描述。图3与图2的不同之处在于，分隔壁132A至132F高于构成设备隔室130A至130G的其他壁，以确保从设备隔室130A至130G中的一个溢出的经加热的冷却剂不能进入相邻的设备隔室，而仅可以进入加热冷却剂贮存器124。在一个实施方式中，为了增加分隔壁132A至132F的高度，可以在原始分隔壁132A至132F的顶部上安装延伸件(例如，阻挡面板)134A至134F。在一个实施方式中，延伸件134A至134F仅安装在与被占用的设备隔室(即，在其中实际安装有装置的设备隔室)相关联的分隔壁上。
[0042] 参考图4，示出了表示根据一个实施方式的具有浸入式冷却的数据中心系统400的示例的框图。图4与图2类似，并且此处不再对已经参考图2描述的相同元件进行描述。图4与图2的不同之处在于，防止经冷却的冷却剂进入没有被电子装置占用的设备隔室130E至130G。换言之，冷却剂仅流过被占用的设备隔室130A至130D。为了防止冷却剂进入未占用的设备隔室，在一个实施方式中，可以在未被占用的设备隔室的底部处安装阻挡面板。在该设计中，IT隔室内的流体量可以根据安装的IT设备的实际数量而改变，在这些情况下，冷却剂贮存器124还用作流体缓冲槽。作为示例，当安装更多IT设备时，流体液位126更低，当安装更少的IT设备时，流体液位126更高。
[0043] 在一个实施方式中，可以例如使用相应的流量控制逻辑或流量控制装置来单独地或独立地控制进入设备隔室的冷却剂的每个的体积和/或冷却剂流速。流量控制装置可以组装在IT设备上。或者，在具有多个浸入槽110的场景下，可以根据槽的热密度来调节流体流速。每个电子装置均可以具有不同的工作负载并且可以在操作期间生成不同的热量。通过单独控制冷却剂体积和流速，可以单独对每个设备隔室的温度(例如，使用温度传感器和/或工作负载计算器)进行控制，以防止特定设备隔室出现热点。当然，也可以使用用于防止冷却剂进入未占用的设备隔室的其他合适的装置。
[0044] 在前述说明书中，已经参考本发明的具体示例性实施方式对本发明的实施方式进行了描述。将显而易见的是，在不背离所附权利要求书中阐述的本发明的更宽泛精神和范围的情况下，可对本发明作出各种修改。因此，应在说明性意义而不是限制性意义上来理解本说明书和附图。
