DE202004003309U1

DE202004003309U1 - Cooling of a computer cluster uses individual fans to draw air over motherboards with main fan to evacuate housing

Info

Publication number: DE202004003309U1
Application number: DE202004003309U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-03-01
Filing date: 2004-03-01
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2014-03-02

Abstract

The computer housing [2] has openings [4] for the inlet of cool air. The air passes across the motherboards [5] in the central duct [7] using fans [11]. The duct connects with a central outlet [10] that has a main fan [15] delivering heated air to the main housing outlet [13]. Air enters the main housing through a filter [17].

Description

Technisches Gebiettechnical area

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die effiziente und energiesparende Kühlung von modernen luftgekühlten Cluster-Super-Computern.The present invention relates focuses on the efficient and energy-saving cooling of modern air-cooled cluster super computers.

Klassische Supercomputer wurden seit je her mit Flüssigkeit gekühlt. Freon bei hohen Minusgraden wurde von Cray Research verwendet, um die Vektor-Supercomputer in den 80er und 90er Jahren zu kühlen. Die CMOS-Technologie machte es Anfang der 90er Jahre möglich Vektor-Supercompter auch mit Luft zu kühlen, die Firmen Fujitsu und NEC haben sich mit diesen Systemen bis über die Jahrtausendwende hinweg durchgesetzt.Classic supercomputers have been around since ever with liquid cooled. Freon at high minus degrees was used by Cray Research to cool the vector supercomputers in the 80s and 90s. The CMOS technology made it possible to use vector supercompters in the early 1990s To cool air the companies Fujitsu and NEC have with these systems up to the Enforced at the turn of the millennium.

Auch moderne Parallelrechner werden immer leistungsfähiger. Das sogenannte "Clustern" von baugleichen Motherboards mit einem und mehreren Prozessoren auf einer einzigen Platine und künftig auf einem einzigen Chip wird in Zukunft die hohen in Technik und Wissenschaft geforderten Rechenleistungen zu einem erschwinglichen Preis möglich machen. Zentraler Punkt bei solchen Rechenanlagen ist nach wie vor das Thema einer modularen und kompakten Bauform, bei gleichzeitig ausreichender Kühlung von großen Rechenclustern. Beides sind sich widersprechende Forderungen, weshalb die hier vorliegende Erfindung vorgeschlagen wird.Even modern parallel computers are ever more powerful. The so-called "clustering" of identical construction Motherboards with one and more processors on a single Circuit board and on in the future In the future, a single chip will be the high one in technology and science make required computing power possible at an affordable price. The central point in such computing systems is still the topic a modular and compact design, with sufficient at the same time cooling of great Computing clusters. Both are contradictory demands, why the present invention is proposed.

Stand der TechnikState of the art

Der einschlägige Stand der Technik beschreibt Rechnersysteme, die auf einem Doppelboden aufgestellt werden und eine generelle Kühlung durch die Wärmeabfuhr der in einem Rechenzentrum durch die Rechner erwärmte Luft mittels eines Kühlkreislauf und angeschlossenem Wärmetauscher einer Kälteanlage erfahren, die die erwärmte Luft im Rechnerraum mit Hilfe von einem geschlossenen Kühlkreislauf über Kondensatoren, die das Kältemittel in einem geschlossenen Kühlkreislauf entspannen, abkühlt. Die dabei vom geschlossenen Kühlkreislauf aufgenommene Wärme wird nach Kompression des Kühlmittels mit Hilfe eines sich ausserhalb des geschlossenen Rechnerraumes befindlichen Wärmetauschers wieder abführt. Im Rechnerraum wird die erwärmte Luft, die sich an der Decke des Rechnerraums sammelt, in die oberen Lufteinführungskanäle mit Hilfe von Ventilatoren an und über den Kondensator gesaugt, und anschliessend die somit erzeugte Kaltluft in einen Doppelboden geblasen und dem Rechnerraum von unten durch Lüftungsschlitze wieder zuführt. Bei dieser Kühlmethode wird die durch die Geräte erwärmte Raumluft als ganzes abgekühlt und den zu kühlenden Geräten eher weniger gezielt wieder zugeführt. Genaue Stömungsberechnungen werden bei dieser Methode nicht gemacht, was dazu führen kann, daß die warme Luft an der Decke nur relativ ungezielt angesaugt und die Kaltluft nur über nach Gutdünken angeordnete Lüftungsschlitze wieder zugeführt wird. Eine an jeder Stelle im Rechnerraum gezielte Kühlung ist deshalb nicht sichergestellt, weil Verwirbelungen dafür sorgen können, daß bestimmte die Luft in bestimmten Teil-Räumen ständig zirkuliert ohne abgeführt zu werden (Strudeleffekt schnell fliessender Gewässer), was zu einer Überhitzung des betreffenden Teil-Raumes führt. Befinden sich in eben diesem Raum zu kühlende Geräte, steht diesen Geräten zur Kühlung nur warme Luft zur Verfügung, wodurch diese überhitzt werden können. Da solche Räume nur mit Hilfe aufwändiger Simulationsrechnungen ermittelbar sind, der Rechenaufwand mit seinen Kosten jedoch noch in keinem Verhältnis zum Nutzen steht, werden solch komplexe Strömungssimulationen für Rechenzentren derzeit noch nicht durchgeführt. Im übrigen müsste immer dann, wenn auch nur ein kleiner Teil der Geräteaufstellung verändert wird, auch eine neue Strömungssimulation gemacht werdem, die im Zweifel eine Neuanordnung der Klimaschränke für ein optimiertes Ansaugen der Warmluft zur Folge hätte, was unverhältnismässig hohe Kosten bedeuten würde.The relevant state of the art describes Computer systems that are set up on a raised floor and general cooling through the heat dissipation the air warmed by the computers in a data center by means of a cooling circuit and connected heat exchanger a refrigeration system experienced that the warmed Air in the computer room with the help of a closed cooling circuit via condensers, which is the refrigerant in a closed cooling circuit relax, cool down. The closed cooling circuit absorbed heat after compression of the coolant with the help of an outside of the closed computer room located heat exchanger leads again. The heated one is in the computer room Air that collects on the ceiling of the computer room into the upper one Air intake ducts with the help of fans on and over sucked the condenser, and then the cold air thus generated blown into a double floor and through the computer room from below vents feeds again. With this cooling method through the devices heated Indoor air cooled as a whole and the one to be cooled devices fed back rather less specifically. Accurate flow calculations are not done with this method, which can lead to that the warm air on the ceiling is only sucked in relatively untargeted and the cold air only over at your convenience arranged ventilation slots fed again becomes. A targeted cooling at every point in the computer room is therefore not ensured because turbulence can cause certain the air in certain sub-rooms constantly circulates without being discharged to become (swirl effect of fast flowing waters), causing overheating of the sub-area in question. If there are devices to be cooled in this room, these devices are available Cooling only warm air available causing it to overheat can be. Because such spaces only with the help of more elaborate Simulation calculations can be determined, the computing effort with its However, costs are still disproportionate to the benefits complex flow simulations for data centers not yet carried out. Otherwise, should always if even a small part of the device configuration is changed, also a new flow simulation In case of doubt, a rearrangement of the climate cabinets for an optimized Sucking in the warm air would result in what was disproportionately high Would mean costs.

Darstellung der Erfindungpresentation the invention

Aus dem oben letzgenannten Grund schlägt die Erfindung einen Weg vor, einen Großteil der durch einen Großrechner erzeugte Wärme gezielter abzuführen, als dies heute der Fall ist.For the reason mentioned above beats the Invention a way, much of it through a mainframe generated heat more targeted, than is the case today.

Ziel der Erfindung ist es durch eine Kombination der beiden Prinzipien des Kühlens mit Luft und einer zentralen Absaugvorrichtung die erwärmte Luft so gezielt zu führen, dass in erster Linie nur die zu kühlenden Geräte von der Kaltluft umströmt werden und die Kaltluftzufuhr nicht willkürlich, sondern gezielt erfolgt. Zu diesem Zweck wird das Gesamtsystem so gebaut, daß an einer zentralen Stelle die Luft gesammelt und abgeführt oder abgesaugt werden kann. Dies geschieht dadurch, dass das gesamte Computersystem eine Form hat, die alle Öffnungen zum Absaugen der durch die Computerelektronik erwärmeten Luft in einem im Gehäuse zentral gelegenen Raum zusammenführt, quasi sammelt, und dann insgesamt abführt. Erreicht wird dies durch eine Anordnung der Computersysteme zum Beispiel im Kreis, Rechteck oder Viel-Eck, je nachdem, wie groß das gesamte Computersystem, welches sich wiederum aus kleineren, beispielsweise quaderförmigen Rechnerschrank-Baugruppen, sogenannten "Nestern" zusammensetzt, dimensioniert ist. Diese Ansammlung von Nestern wird im folgenden "Horst" genannt. Dieser Horst besitzt einen Innenraum, der von Nestern bis auf eine oder wenige Öffnungen vollständig eingeschlossen ist und nach oben oder zur Seite eine Öffnung oder Öffnungen hat, durch die die erwärmte Luft komplett abgeführt wird.The aim of the invention is through a Combination of the two principles of cooling with air and a central one Suction device the heated To direct air that primarily only the devices to be cooled are flowed around by the cold air and the cold air supply is not arbitrary, but targeted. For this purpose, the overall system is like this built that on the air is collected and discharged at a central point or can be suctioned off. This happens because of the entire computer system has a shape that all openings to the Extraction of the air heated by the computer electronics in a central location in the housing merges the space quasi collects, and then dissipates altogether. This is achieved through an arrangement of the computer systems, for example in a circle, rectangle or polygon, depending on the size of the entire computer system, which in turn consists of smaller, for example cuboid, computer cabinet assemblies, so-called "nests" composed, dimensioned is. This cluster of nests is referred to below as "nest". This Horst has an interior that ranges from nests to one or few openings Completely is enclosed and an opening or openings up or to the side through which the warmed Air completely removed becomes.

Die Kaltluft wird dabei an den Frontseiten der Nester angesaugt, gezielt über die in den Nestern angeordneten und zu kühlenden Bauelemente – Motherboards, Speicherplatinen, Leiterplatten und Platinen, Festplatten, Netzteile, sowie I/O-und Netzwerk-Controllern – geleitet und in den Innenraum des Horstes gedrückt, wo sie dann zentral abgeführt wird. Die Luftzirkulation wird dabei durch Ventilatoren erzwungen, die an den Rückwänden der Nester, bzw. an der Rückwand des Innenraumes des Horstes angebracht sind und die erwärmte Luft in den Innenraum des Horstes zwingen.The cold air is drawn in at the front of the nests, specifically via the nests orderly and to be cooled components - motherboards, memory boards, printed circuit boards and circuit boards, hard drives, power supplies, as well as I / O and network controllers - are led and pressed into the interior of the nest, where they are then removed centrally. The air circulation is forced by fans that are attached to the rear walls of the nests or on the rear wall of the interior of the nest and force the heated air into the interior of the nest.

Vorteilhafte Wirkung der Erfindungadvantageous Effect of the invention

Die vorteilhafte Wirkung ist, daß die im Rechnerraum vorhandene Kaltluft ausschliesslich in bzw. über die zu kühlenden elektronischen Geräte eingeführt wird, was eine deutlich effizientere Nutzung der Kaltluft ermöglich und mit deutlich weniger elektrischem und mechanischem Kühlaufwand und Kühlverlusten verbunden ist. Die Kaltluft strömt nur da, wo sie auch gebraucht wird, was zusätzlich eine deutliche Reibungsverlustminderung bedeutet. Des weiteren werden mit dieser Methode Wärmestaus im Rechenzentrumsraum vermieden, die punktuell in Rechenzentren zum Defekt von immer den gleichen Teilen an immer derselben Stelle führen können. In unserem Fall wird ausschließlich die erwärmte Luft ohne Ausnahme gesammelt und komplett nach ausserhalb des Rechnerraums abgeführt oder der im Rechnerraum befindlichen Kältemaschine komplett gesammelt gezielt zugeführt. In herkömmlichen Rechnezentren kann es dazu kommen, daß die Ventilatoren der Kondensatoren unter Umständen, durch Wirbeleffekte verursacht, auch die bereits erzeugte Kaltluft wieder ansaugen, das die Wärmeabfuhr vermindert und punktuell an anderen Stellen zu Wärmestaus führt.The advantageous effect is that the Computer room available cold air exclusively in or via the to be cooled electronic devices introduced becomes what enables a significantly more efficient use of the cold air and with significantly less electrical and mechanical cooling effort and cooling losses connected is. The cold air flows only where it is needed, which also significantly reduces friction loss means. Furthermore, with this method heat accumulation Avoided in the data center room, which selectively in data centers for the defect of always the same parts in the same place to lead can. In our case it is exclusive the warmed Air collected without exception and completely outside the computer room dissipated or the chiller in the computer room is completely collected targeted feeding. In conventional data centers it can happen that the Fans of the capacitors may be caused by vortex effects, also suck in the cold air that has already been generated, which increases the heat dissipation reduced and leads to heat accumulation at other points.

Ein positiver Nebeneffekt der Anordnung ist, daß der Horst mit angeschlossener Absaugvorrichtung wie ein Schalldämpfer wirken kann, wenn er entsprechend ausgeführt wird, und den Lärmpegel in einem Rechenzentrum allein dadurch enorm senkt, daß die die Warmluft ansaugenden Lüfter sich im Innern des Horstes befinden und nicht wie bei herkömmlichen Rechnersystemen an der Rückseite oder an der Vorderseite der Rechnerschränke.A positive side effect of the arrangement is that the Horst with connected suction device act like a silencer can, if executed appropriately, and the noise level in a data center simply by reducing the Warm air intake fan are inside the nest and not like conventional ones Computer systems on the back or at the front of the computer cabinets.

Beschreibung eines Weges zur Ausführung der Erfindungdescription one way to execute the invention

Eine mögliche Ausführung der Erfindung wird in Zeichnung 1 / 5 und 2 / 5 dargestellt. In einem Rechnerraum (1) wird ein doppelwand-zylinderförmig geformtes Rechnergehäuse (2) – "Horst" genannt – aufgestellt, welches an der Frontseite (3) kleine gezielt angeordnete Lufteinlassöffnungen (4) besitzt, durch die die Kühlluft an-, beziehungsweise in das Gehäuse eingesaugt wird und über die Computer-Motherboards (5) Richtung Innenwand (6) des Doppelwand-Zylinders strömt. Die Innenwand umschliesst den zylindrischen Hohlraum (7) des Horstes. Das Doppelwand-Zylinder-Gehäuse ist oben und unten durch entsprechende Abdeckplatten (8) und (9) geschlossen, wobei die obere Abdeckplatte (8) in der Mitte einen kreisförmigen Ausschnitt (10) hat. An der Innenwand (6) des Zylinders (2) befinden sich Lüfter (11), die relativ gleichmässig verteilt die Zylinderinnenwand (6) bestücken. Diese Lüfter drehen so, dass die Luft durch das Gehäuse (2) in die zylindrische Mitte (7) des Horstes (2) gezogen wird.A possible embodiment of the invention is shown in drawings 1/5 and 2/5. In a computer room ( 1 ) a double-walled cylindrical computer housing ( 2 ) - called "Horst" - set up, which on the front ( 3 ) small targeted air inlet openings ( 4 ) through which the cooling air is sucked in or sucked into the housing and via the computer motherboards ( 5 ) Towards the inner wall ( 6 ) of the double wall cylinder flows. The inner wall encloses the cylindrical cavity ( 7 ) of the nest. The double wall cylinder housing is covered at the top and bottom by appropriate cover plates ( 8th ) and ( 9 ) closed, the upper cover plate ( 8th ) in the middle a circular cutout ( 10 ) Has. On the inner wall ( 6 ) of the cylinder ( 2 ) there are fans ( 11 ), which distributes the cylinder inner wall relatively evenly ( 6 ) equip. These fans rotate so that the air passes through the case ( 2 ) in the cylindrical center ( 7 ) of the nest ( 2 ) is pulled.

Der dadurch in der Mitte (7) entstehende Druck zwingt die Luft durch die Öffnung (10) in einen Luftablasskanal (12), der die abzuführende Warmluft entweder durch einen Auslass (13) nach ausserhalb des Rechnerraumes abführt oder alternativ gezielt Kondensatoren (16) eines geschlossenen Kühlkreislaufs zuführt. Ein zentraler Ventilator (15) hilft dabei den Luftstrom durch den Auslass zu treiben. Unter Umständen ist es nötig im Horst einen Luftzuführungs-Schacht (14) vorzusehen, der für eine zusätzliche Vertikalströmung im Innenraum (7) sorgt. Sofern die erwärmte Luft nach ausserhalb des Rechnerraumes abgegeben wird, muss dem Rechnerraum Frischluft von aussen über eine Öffnung im Rechnerraum zugeführt werden. Diese Luftzufuhr besitzt einen Filter (17) und einen Kondensator (16), um je nach Bedarf im Sommer die zugeführte Luft zu kühlen. In diesem Fall kann der Kondensator deutlich kleiner ausfallen, als im Fall des geschlossenen Kühlkreislaufs, da die durch den Rechner erwärmte Luft komplett aus dem Rechnerraum abgeführt wird und die zugeführte Frischluft nur vorgekühlt werden muss. Im Winter und in den Übergangszeiten braucht dieser Kondensator überhaupt nicht eingestzt werden, da die Aussentemperatur reicht, um die elektronischen Bauelemente zu kühlen. Drei andere mögliche Ausführungen des Horstes mit einer aufeinander- und aneinander gestellten Anordnung von gleichen Teil-Baugruppen (Nestern) werden in Zeichnung 3 / 5, 4 / 5 und 5 / 5 dargestellt. Der Strömungsverlauf ist in den Zeichnungen durch die Pfeile (19) gekennzeichnet. In Zeichnung 5/5 werden die Zwischenräume der quadratisch ausgeführten Nester mit Frontplatten (20) verschlossen.The one in the middle ( 7 ) resulting pressure forces the air through the opening ( 10 ) in an air discharge duct ( 12 ), which either transfers the warm air through an outlet ( 13 ) leads outside of the computer room or alternatively targeted capacitors ( 16 ) of a closed cooling circuit. A central fan ( 15 ) helps to drive the airflow through the outlet. It may be necessary to have an air supply shaft in the nest ( 14 ) to be provided for an additional vertical flow in the interior ( 7 ) cares. If the heated air is discharged outside the computer room, fresh air must be supplied to the computer room from the outside via an opening in the computer room. This air supply has a filter ( 17 ) and a capacitor ( 16 ) to cool the supplied air in summer as required. In this case, the condenser can be significantly smaller than in the case of the closed cooling circuit, since the air heated by the computer is completely removed from the computer room and the fresh air supplied only has to be pre-cooled. This capacitor does not need to be used at all in winter and in the transition periods because the outside temperature is sufficient to cool the electronic components. Three other possible versions of the nest with a stacked and stacked arrangement of the same sub-assemblies (nests) are shown in drawings 3/5, 4/5 and 5/5. The flow pattern is shown in the drawings by the arrows ( 19 ) marked. In drawing 5/5 the spaces between the square nests with front panels ( 20 ) locked.

ZusammenfassungSummary

Rechenanlagen mit Luftkühlung wurden in der Vergangenheit nur unvollständig gezielt gekühlt. Die vorliegende Erfindung schlägt einen Weg vor, insbesondere große Cluster-Computer, die prinzipiell eine stereotype Bauform haben und luftgeühlt werden, kompakt unterzubringen und gezielt zu kühlen. Dies verringert Reibungsverluste und ermöglicht eine effizientere Kühlung als die des klassischen Doppelboden/Wärmetauscherprinzips.Computer systems with air cooling were only incompletely chilled in the past. The present invention suggests a way forward, especially big ones Cluster computers, which are basically stereotyped and air cooled compact housing and targeted cooling. This reduces friction losses and enables more efficient cooling than that of the classic double floor / heat exchanger principle.

Claims

Arrangement with an up, down and at the Sides closed double-walled housing, in which electronic components are housed and cold air is sucked in through the perforated front side, which cools the electronic components to be flowed around, the exhaust air heated by the cooling with the aid of fans which are attached to the rear wall of the housing is delivered outside the housing, characterized in that the hot air is collected in a collecting container attached to the rear wall of the housing through one or more openings in this container or passed on.

Arrangement according to claim 1, characterized in that the closed sides of the case form a circle and thus a double-walled cylinder form.

Arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that the entire air collection box on the rear or inner wall geometrically so executed is that he has a property that dampens the sound of the fans.

Arrangement according to claim 1 to 3, characterized in that the upper opening of the box over the air suction line with a chiller of a closed Cooling circuit connected is.

Arrangement according to claim 1 to 3, characterized in that the Exhaust device with an opening is connected to outside the computer room.

Arrangement according to claim 4 and 5, characterized in that the exhaust device An additional has a central fan.

Arrangement according to claims 6, characterized in that this casing in the lower area of the arrangement an additional duct for air supply has, through the inlet additional air into the interior of the air collection container flows in with the help of the vertical flow that forms, the removal of the warm air supported.