(57)【要約】【課題】省スペースで設置可能な液冷式のサーバ冷却装置等の提供を目的とする。【解決手段】サーバ冷却装置は、第１のサーバを搭載可能な第１のラックの側面と第２のサーバを搭載可能な第２のラックの側面との間の領域に配置され、冷却液を給排液する、冷却液配管と、前記冷却液配管と前記第１のサーバ又は前記第２のサーバの発熱部に付加された受熱部とに接続され、前記冷却液を前記受熱部に対して給排液する給排手段と、を備える。【選択図】      図６
2020154360.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のサーバを搭載可能な第１のラックの側面と第２のサーバを搭載可能な第２のラックの側面との間の領域に配置され、冷却液を給排液する、冷却液配管と、
前記冷却液配管と前記第１のサーバ又は前記第２のサーバの発熱部に付加された受熱部とに接続され、前記冷却液を前記受熱部に対して給排液する給排手段と、を備える
サーバ冷却装置。
【請求項２】
前記領域に配置され、前記第１のサーバと前記第２のサーバから排気される空気を冷却する熱交換器を備える、
請求項１のサーバ冷却装置。
【請求項３】
前記熱交換器は、前記第１のサーバから排気される空気を冷却し前記第２のサーバに供給する第１の熱交換器と、前記第２のサーバから排気される空気を冷却し前記第１のサーバに供給する第２の熱交換器とを含む、
請求項２のサーバ冷却装置。
【請求項４】
前記冷却液配管は、前記第１の熱交換器及び前記第２の熱交換器の内側に配置される、
請求項３のサーバ冷却装置。
【請求項５】
前記第１の熱交換器および前記第２の熱交換器の排気側又は吸気側に送風機を有する、
請求項３又は４のサーバ冷却装置。
【請求項６】
前記第１のラックと前記第２のラックを取り囲む筐体を備え、
前記第１のラック及び前記第２のラックは、互いの側面が対向し、一方のラックに搭載されるサーバの吸気口が他のラックに搭載されるサーバの排気口と同じ方向を向くよう配置され、
前記筐体内で空気の流路は前記第１のサーバと前記第２のサーバと前記第１の熱交換器及び前記第２の熱交換器との間で形成される
請求項３乃至５のいずれかのサーバ冷却装置。
【請求項７】
前記領域は隔壁で仕切られ、前記隔壁は一部において空気を流入及び流出させる
請求項１乃至６のいずれかのサーバ冷却装置。
【請求項８】
前記受熱部は第１の受熱部と第２の受熱部を含み、
前記第１の受熱部から前記第２の受熱部に冷却液を中継する中継手段を備える、
請求項１乃至７のいずれかのサーバ冷却装置。
【請求項９】
前記第１のサーバと、
前記第２のサーバと、
前記第１のラックと、
前記第２のラックと、
請求項１乃至８のいずれかのサーバの冷却装置と、を備えるサーバシステム。
【請求項１０】
第１のサーバを搭載可能な第１のラックの側面と第２のサーバを搭載可能な第２のラックの側面との間の領域に、配置された冷却液配管を通して冷却液を給排し、
前記冷却液配管と前記第１のサーバ又は前記第２のサーバの発熱部に付加された受熱部とに接続される給排手段により、前記冷却液を前記受熱部に給排する、
サーバの冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、サーバを冷却するサーバ冷却装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、熱交換器を挟んで２つのサーバ間で冷気を循環させる冷却技術が開示されている。
【０００３】
特許文献２には、サーバのリア側（後端）に水冷のための配管が設けられる冷却システムが開示されている。
【０００４】
特許文献３には、２つの計算ラックの前面側に冷却タワーを配し、全体を閉鎖構造としている閉鎖ループ冷却システムが開示されている。冷却タワーから各計算ラックのコンピュータ装置の前面から空気が供給され、コンピュータ装置の排気は、計算ラックの側面又は背面から冷却タワーに流入する。排気の熱は、冷却タワー内で水冷式の熱交換器で回収される。冷却された空気は、２つの計算ラックの前面へと循環して、コンピュータ装置の吸気として利用され、コンピュータ装置の各サーバを空冷する。特許文献３のシステムは、閉鎖構造であるため、コンピュータ装置で発生した熱は外部に伝わらない。
【０００５】
さらに特許文献３のシステムは、高温となる部品に対して冷却プレートを取り付けて、直接液冷（Direct Liquid Cooling）することが開示されている。空冷と直接液冷のシステムを組み合わせると冷却能力を高めることができる。このとき直接液冷のための配管は、一般的に行われているように、計算ラックのリア側に配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１９１９７４号公報
【特許文献２】特開２０１６−０４２３５０号公報
【特許文献３】特表２０１６−５０５９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２、３のように、水冷配管がラックのリア側に配置されると、サーバシステム全体の設置面積が大きくなってしまう。本開示は、省スペースで設置可能な液冷式のサーバ冷却装置等の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示に係るサーバ冷却装置は、第１のサーバを搭載可能な第１のラックの側面と第２のサーバを搭載可能な第２のラックの側面との間の領域に配置され、冷却液を給排液する、冷却液配管と、前記冷却液配管と前記第１のサーバ又は前記第２のサーバの発熱部に付加された受熱部とに接続され、前記冷却液を前記受熱部に対して給排液する給排手段と、を備える。
【０００９】
本開示に係るサーバシステムは、前記第１のサーバと、前記第２のサーバと、前記第１のラックと、前記第２のラックと、第１のサーバを搭載可能な第１のラックの側面と第２のサーバを搭載可能な第２のラックの側面との間の領域に配置され、冷却液を給排液する、冷却液配管と、前記冷却液配管と前記第１のサーバ又は前記第２のサーバの発熱部に付加された受熱部とに接続され、前記冷却液を前記受熱部に対して給排液する給排手段と、を備える。
【００１０】
本開示に係るサーバの冷却方法は、第１のサーバを搭載可能な第１のラックの側面と第２のサーバを搭載可能な第２のラックの側面との間の領域に、配置された冷却液配管を通して冷却液を給排し、前記冷却液配管と前記第１のサーバ又は前記第２のサーバの発熱部に付加された受熱部とに接続される給排手段により、前記冷却液を前記受熱部に給排する。
【発明の効果】
【００１１】
本開示によれば、省スペースで設置可能な液冷式のサーバ冷却装置等を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、第１実施形態の適用されたサーバシステムの水平断面図である。
【図２】図２は、第１実施形態の適用されたサーバシステムの垂直断面図である。
【図３】図３は、第１実施形態において送風機を用いた場合を示す図である。
【図４】図４は、第１実施形態において中継手段を用いた場合を示す図である。
【図５】図５は、第１実施形態における給排手段の他の態様を示す図である。
【図６】図６は、第２実施形態の構成の一例を示す図である。
【図７Ａ】図７Ａは、第２実施形態の構成の第１の変形例を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、第２実施形態の構成の第２の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［第１実施形態］
本実施形態に係るサーバシステムと、そのサーバシステムに備えられ、サーバを冷却するサーバ冷却装置について説明する。
【００１４】
＜＜構成＞＞
図１は、第１実施形態のサーバシステムの水平断面図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ断面の鉛直方向断面図である。本実施形態に係るサーバ冷却装置が適用されるサーバシステムは、少なくとも２つのサーバラックを有する。図１及び図２において、サーバシステムは、サーバラック９０ａ、９０ｂを備える。サーバラック９０ａは、第１のラックの一例であり、サーバラック９０ｂは、第２のラックの一例である。サーバラック９０ａ、９０ｂのそれぞれの数は、１つに限らず２つ以上でも良い。
【００１５】
サーバ冷却装置は少なくとも直接液冷機構を有する。直接液冷機構は、冷却液が流れる配管からの冷却液をサーバ内に供給して、電子部品を冷却液で冷却する機構である。サーバ冷却装置は直接液冷機構に加えて、空冷機構を備えてもよい。液冷式の熱交換器を介する空冷機構は、間接液冷機構とも呼ぶ。第１実施形態に対応する図面では、直接液冷機構及び空冷機構の両方が示されている。
【００１６】
各図において、サーバラック９０ａの側の構成にはaの符号を付し、サーバラック９０ｂの側の構成にはｂの符号を付している。
【００１７】
＜サーバラック９０ａ、９０ｂ＞
サーバシステムのサーバラック９０ａには複数のサーバ２０ａが鉛直方向に搭載され、サーバラック９０ｂには複数のサーバ２０ｂが鉛直方向に搭載される。サーバ２０ａ、２０ｂは、第１のサーバ、第２のサーバの一例である。
【００１８】
本実施形態において、サーバラック９０ａ、９０ｂは、互いに間隔を空けて、床の上に、あるいは筐体の内部に横に並べて配置される。サーバラック９０ａ、９０ｂは、互いのサーバ２０ａ、２０ｂの一方の側面が向かい合い、さらに、サーバ２０ａのフロント側とサーバ２０ｂのリア側が同じ方向を向くよう、配置される。このように、図１においてサーバラック９０ａ、９０ｂは、サーバシステムの中心点を中心に互いに点対称に配置されているといえる。
【００１９】
サーバラック９０ａ、９０ｂはラックマウント機構を有する。一般的にサーバラック９０ａ、９０ｂは米国電子工業会（ＥＩＡ：Electronic Industries Alliance）規格（ＥＩＡ−３１０規格）に準じた寸法に従って設計される。ＥＩＡ−３１０規格に従うサーバラックは１９インチラックと呼ばれる。ただし本実施形態を適用できるサーバラック９０の規格は限定されない。
【００２０】
＜サーバ２０ａ、２０ｂ＞
サーバ２０ａ、２０ｂは、フロント側（前面）の開口部（吸気口）から空気を吸引し、リア側（背面）の開口部（排気口）から空気を排出する。ただし、サーバ２０ａ、２０ｂのフロント及びリアの向きは、互いに逆方向となっている。サーバ２０ａ、２０ｂはＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などの高消費電力部品を備える。高消費電力部品は発熱し、高温になるため、特に冷却する必要がある。サーバ内を空気が通過することで、サーバ上の高消費電力部品を空冷することができる。また高消費電力部品はコールドプレート等を用いて直接液冷することができる。高消費電力部品は、サーバ２０ａ、２０ｂの開口部の近くに配置される。サーバ２０ａ、２０ｂは、図２に示すように、サーバラック９０ａ、９０ｂに多段に積み重ねられて搭載される。各サーバ２０ａ、２０ｂは、ラックマウントサーバであっても、ブレードサーバであってもよい。
【００２１】
サーバ冷却装置の空冷機構と直接液冷機構の詳細については、後述するが、本実施形態では空冷機構と直接液冷機構を組み合わせている。これにより、サーバ冷却装置の冷却能力を高めることができる。高発熱部品を直接液冷することにより、例えばサーバ全体の消費電力量の７０％から８０％に起因して発生した熱を除去することができる。残りの２０％から３０％の消費電力量により発生した熱は、空冷される。空冷の対象となる２０％から３０％の熱は、主に電源ユニット（ＡＣ−ＤＣ変換）、各部の電源回路（ＤＣ−ＤＣ変換）、並びに直接液冷を行わないＬＳＩ（Large-scale Integrated Circuit）及び各種電子部品での電力の消費により発生した熱である。
【００２２】
＜ラックマウント機構＞
サーバラック９０ａのラックマウント機構は、サーバ２０ａを固定するための４本の柱（柱１１ａ、柱１２ａ、柱１３ａ、柱１４ａ）を含む。同様に、サーバラック９０ｂのラックマウント機構は、サーバ２０ｂを固定するための４本の柱（柱１１ｂ、柱１２ｂ、柱１３ｂ、柱１４ｂ）を含む。ＥＩＡ−３１０規格において、ラックの横幅は、柱の中心同士の間隔が４６５ ｍｍとなるよう定められている。４本の柱には、ＥＩＡ−３１０規格で設定されたＥＩＡユニバーサルピッチで、サーバ２０ａ、２０ｂを取り付けるための取り付け穴が設けられる。サーバ２０ａ、２０ｂは、ラックマウントレールを介して４本の柱に対して取り付けられる。ラックマウントレールは、固定されるサーバ毎に固有の形状を有している。搭載するサーバ２０ａ、２０ｂの奥行寸法に合わせて、サーバラック９０ａ、９０ｂの奥行は設定される。サーバラック９０の奥行は、一般的には柱の間隔が７００ ｍｍから８００ ｍｍの間となるよう設定される。本実施形態において、ラックマウント機構は、以上に限定されない。
【００２３】
本実施形態において、サーバ２０ａ、２０ｂは、水平に、ラックマウント機構に対して固定されるが、垂直に固定されてもよい。サーバ２０ａ、２０ｂの天井側の面を上面、床側を下面とし、上面と下面以外であって吸気口側の面である全面及び排気口側の面である背面を除いた面を側面とする。
【００２４】
本実施形態におけるサーバ冷却装置のサーバ冷却装置における空冷機構の構成について説明する。
【００２５】
本開示においてサーバラック９０ａ、９０ｂの間の領域を冷却機構の主な配置領域と呼ぶ。冷却機構の主な配置領域は、サーバラック９０ａ、９０ｂの側面に挟まれた空間だけでなく、その空間をサーバラック９０ａ、９０ｂの側面に平行な方向に延長した空間、すなわち側面に挟まれた空間からサーバラック９０ａ、９０ｂの前後にはみ出た空間を含んでもよい。
【００２６】
＜隔壁３０＞
サーバ冷却装置における冷却機構の主な配置領域は、隔壁３０ａ、３０ｂによって他の領域と分離されてもよい。隔壁３０の形状は図１の形態に限られない。隔壁３０は１つであっても、２つ以上であってもよい。
【００２７】
隔壁３０ａ、３０ｂのうち、サーバラック９０ａのフロント側の部分３１ａ、サーバラック９０ｂのフロント側の部分３１ｂ、サーバラック９０ａのリア側の部分３２ａ、及びサーバラック９０ｂのリア側の部分３２ｂは、空気の流入及び流出を可能にするために、例えばメッシュ構造とされてもよい。隔壁の一部分３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂは壁がない構造であってもよい。
【００２８】
隔壁３０が設けられると、例えばサーバラック９０aの熱い排気が、サーバラック９０ｂに吸気として引き込まれることを防ぐことができる。よってサーバ２０ａ、２０ｂの冷却効率を上げることができる。
【００２９】
＜密閉筐体１００＞
サーバ冷却装置はさらに密閉筐体１００を備えてもよい。密閉筐体１００は、サーバラック９０aとサーバラック９０ｂと冷却機構の主な配置領域との全体の、例えば上下前後左右を密閉する。サーバラック９０ａ、９０ｂを囲い込むことにより、サーバ２０の吸気及び排気は密閉筐体に閉じ込められる。サーバ２０ａ、２０ｂの開口部と、開口部の前後の密閉筐体１００の壁の間には、空気の通路となる空間が設けられてもよい。密閉筐体１００の密閉の程度は可能な限り高いことが好ましいが、密閉筐体１００の内側に空気を留める程度であってもよい。
【００３０】
密閉筐体１００により、サーバ２０ａのフロント側とサーバ２０ｂのリア側が同じ方向を向くよう、配置される場合、空気が密閉筐体１００内で循環可能になる。
【００３１】
密閉筐体１００が設けられると、サーバ２０ａ、２０ｂが置かれるマシン室の空気と、密閉筐体１００内の空気を遮断することができる。空気が遮断されると、後述する冷却に使用する水の温度を、高くすることが可能になる。また、空気が遮断されることにより、サーバ２０ａ、２０ｂの吸気温度をマシン室の環境温度よりも高くすることが可能になる。よって水冷設備に関する消費電力を小さくすることができる。さらに、マシン室の空調設備をサーバ２０の空冷に利用しないことが可能になる。よってマシン室の空調設備の消費電力を小さくすることができる。
【００３２】
＜熱交換器４０＞
本実施形態において空冷機構の主な配置領域の空気の流入及び流出が可能な部分に、液冷式の熱交換器４０ａ、４０ｂが収められる。熱交換器４０ａ、４０ｂは、第１の熱交換器、第２の熱交換器の一例である。例えば、熱交換器４０は各サーバラックのリア側にそれぞれ設けられる。図１において、サーバシステムは、熱交換器４０ａ、４０ｂを備える。熱交換器４０ａ、４０ｂはサーバ２０ａ、２０ｂのリア側からの排気を吸気し、冷却する。熱交換器４０ａ、４０ｂは冷却した空気を、サーバ２０ａ、２０ｂのフロント側に吸気として供給する。熱交換器４０ａ、４０ｂは、熱交換器４０ａ、４０ｂの高さが、サーバラックの下部から上部までの高さと同じになるよう設計される。サーバシステムの外部から水冷式熱交換器４０ａ、４０ｂへの給液、及び外部への排液のための配管（図示せず）は、密閉筐体１００の床下（図１の紙面奥側）、又は天井（図１の紙面手前側）から接続される。
【００３３】
本実施形態に係るサーバ冷却装置の空冷機構は、水冷式の熱交換器４０ａ、４０ｂを用いるので、サーバ２０ａ、２０ｂは間接水冷されているともいえる。
【００３４】
本実施形態におけるサーバ冷却装置の直接液冷機構の構成について説明する。直接液冷機構は、冷却液配管及び冷却液給排手段を有する。
【００３５】
＜冷却液配管＞
図１に示すように、冷却機構の主な配置領域に冷却液供給用配管５０ａ、５０ｂと冷却液排出用配管６０ａ、６０ｂが配置される。冷却液供給用配管５０ａ、５０ｂ及び冷却液排出用配管６０ａ、６０ｂは、冷却液配管の一例である。冷却液供給用配管５０ａ、５０ｂは、冷却液を外部から供給し、冷却液排出用配管６０ａ、６０ｂは冷却液を外部へ運び出す。冷却液供給用配管５０ａ、５０ｂ及び冷却液排出用配管６０ａ、６０ｂは、サーバシステムの外部に、密閉筐体１００の床下（紙面下側）、及び天井（紙面上側）から接続される。
【００３６】
冷却液はサーバシステムの外部の冷却装置で冷却されてもよい。冷却液の冷却には、空冷方式の他、地下水・海水・土壌等の熱容量の大きな排熱先を用いる方式やヒートポンプ等、様々な冷却方式が採用されてよい。
【００３７】
本実施形態において冷却液供給用配管５０ａ、５０ｂ及び冷却液排出用配管６０ａ、６０ｂは、図１に示すように熱交換器４０ａ、４０ｂの内側に配置される。図１において、冷却液供給用配管５０ａ、５０ｂ及び冷却液排出用配管６０ａ、６０ｂの配置は、冷却機構の主な配置領域の奥行方向に並ぶ配置であるが、配置はこれに限定されない。例えば、冷却液配管は、図１の紙面左右方向に並ぶ配置であってもよい。
【００３８】
冷却液供給用配管５０ａ、５０ｂ及び冷却液排出用配管６０ａ、６０ｂの材質及び形状は問わない。本実施形態において、冷却液供給用配管５０ａ、５０ｂ及び冷却液排出用配管６０ａ、６０ｂがそれぞれ２本ずつ配置されているが、これに限られない。供給用と排液用の配管はそれぞれ１本ずつであってもよいし、２本より多くてもよい。本実施形態では、冷却液として水が用いられるが、その他冷媒となり得る液体が用いられてもよい。
【００３９】
冷却液供給用配管５０ａ、５０ｂは、給液用マニホールドを備える。冷却液排出用配管６０ａ、６０ｂは排液用マニホールドを備える。図１には、給液用マニホールドと排液用マニホールドが示されている。給液用マニホールドは、冷却液供給用配管５０ａ、５０ｂの冷却液の流れを分岐させ、後述する給排手段からサーバ内に分配する。排液用マニホールドは、給排手段を通ってきた冷却液を一つにまとめ、冷却液排出用配管６０ａ、６０ｂに排水する。本実施形態において給液用マニホールドと排液用マニホールドは、冷却液供給用配管５０ａ、５０ｂ及び冷却液排出用配管６０ａ、６０ｂに直結、または一体に形成された金属製の分岐配管であり、直径は１インチ程度の物が用いられる。ただし給液用マニホールドと排液用マニホールドのサイズや材質は問わない。
【００４０】
冷却機構の主な配置領域内に冷却液配管を設けることで、省スペースでサーバの冷却機構を設けることができる。冷却液配管がサーバラックの側面側に配置されることにより、密閉筐体１００内の空気の循環を妨げないようにすることができる。加えて、２つのサーバラックで冷却液配管を共有することで、部品を少なくすることができる。また２つのサーバラック９０の間かつサーバ２０の開口部の近くに冷却液配管を設けることで、後述の冷却液の給排手段の長さを短くすることができる。
【００４１】
＜給排手段＞
給排手段は、給液用マニホールドと排液用マニホールドと連通して接続され、冷却液配管（冷却液供給用配管５０ａ、５０ｂ）の冷却液をサーバ２０ａ、２０ｂに付加された受熱部に分配する。本実施形態において、給排手段は直径１０ ｍｍ程度のゴム製ホースである。ただし給排手段の冷却液の分配方法、材質やサイズは問わない。材質は金属、ガラス、樹脂であってもよい。給液用マニホールド及び排液用マニホールドと給排手段との接続及び、サーバ２０ａ、２０ｂと給排手段の接続には、例えばカプリングなどの流体継手を使用してもよい。
【００４２】
給排手段は供給手段５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂと、排出手段６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂとを含む。供給手段５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂは、給液用マニホールドから、サーバ２０ａ、２０ｂのフロント側又はリア側の給液口を介して、受熱部に冷却液を分配する。分配された冷却液によりサーバの受熱部は高発熱部品を冷却する。排出手段６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂは、受熱部を通って熱くなった冷却液をフロント側又はリア側の排液口から排液用マニホールドに排出する。
【００４３】
＜受熱部＞
サーバ２０ａ、２０ｂの高発熱部品（図示せず）の上には、図１に破線で示すように、液冷式の受熱部が取り付けられる。受熱部として、一般的なサーバに取り付けられているヒートシンクを取り外して、コールドプレートが付加されてもよい。高発熱部品とコールドプレートの間には放熱グリースなど熱界面材料（ＴＩＭ：Thermal interface material）が塗布される。コールドプレート内に水を流すことで、サーバ２０ａ、２０ｂの高発熱部品の熱を冷却水に移動させることができる。熱くなった冷却水は排出手段によりサーバの外に運び出される。空気を水冷する前述の間接水冷に対して、高発熱部品を水で直接冷却するこの冷却機構を直接水冷と呼ぶ。
【００４４】
＜＜動作＞＞
＜間接液冷（空冷）機構の動作＞
サーバ２０ａ、２０ｂの放熱により、空気の対流が発生し、サーバ２０ａ、２０ｂの開口部から空気が排出される。サーバ２０ｂのリア側から排気された空気は液冷式の熱交換器４０ａに吸気され、冷却される。熱交換器４０ａで冷却され、排気された空気は、サーバ２０ａのフロント側から吸気され、サーバ２０ａの冷却に利用される。サーバ２０ａのフロント側とサーバ２０ｂのリア側が同じ方向を向くよう、配置されており、さらに２つのサーバラックは密閉筐体１００により密閉されているため、空気は密閉筐体１００内で循環する。よってサーバ２０ａの排気は熱交換器４０ｂで冷却され、排気された空気は、サーバ２０ｂのフロント側から吸気され、サーバ２０ｂの冷却に利用される。本実施形態において密閉筐体１００内の空気の流路は天井側から見て１つの閉曲線を描いている。
【００４５】
＜直接液冷機構の動作＞
サーバシステムの外部から冷却水が冷却液配管に供給される。冷却水は冷却液供給用配管５０ａの給水用マニホールドを通り、第１の給水手段５１ａを用いて、サーバ２０ａのフロント側に分配される。分配された冷却水は、サーバ２０ａ内のフロント側に位置する高発熱部品に付加されたコールドプレート内を流れ、高発熱部品を直接水冷する。コールドプレート内で吸熱し、温度が上がった冷却水は、第１の排水手段６１ａを用いて、サーバ２０ａから排水用マニホールドに移動する。温度が上がった冷却水は排水用マニホールドを通って冷却液排出用配管６０ａに排出される。サーバの熱は冷却液排出用配管を通ってサーバシステム外部に運ばれる。
【００４６】
サーバ２０ａのリア側においても同様に、給液用マニホールドから、第２の給水手段５２ａを用いて、冷却水が分配される。分配された冷却水はリア側に位置する高発熱部品を冷却し、第２の排水手段６２ａを用いて、サーバ２０ａから排液用マニホールドに移動する。温度が上がった冷却水は排水用マニホールドから排出用配管６０ｂへ排出され、サーバの熱はサーバシステム外部に運ばれる。
【００４７】
サーバ２０ｂのフロント側及びリア側の直接水冷の動作も、サーバ２０ａの直接水冷の動作と同様である。
【００４８】
本実施形態において、フロント側の給水口から給水された冷却水は、フロント側の排水口から排出されている。ただし冷却水の給排手段の態様はこれに限られない。フロント側の給水口から給水された冷却水は、コールドプレートを通って、リア側の排水口から排出される構成であってもよい。
【００４９】
＜第１実施形態による効果＞
特許文献２、３のように、水冷配管がラックのリア側に配置されると、サーバシステム全体の設置面積が大きくなってしまう。本実施形態によれば、冷却液配管が２つのサーバラックの間の領域に設けられているため、サーバシステムが省スペースで設置可能となる。
【００５０】
特許文献３の冷却システムにおいて、排気はラックの側面から中央の冷却タワーに引き込まれる。よって専用のブレード構造のコンピュータボードが必要となり、コストが上昇する。また通常のラックマウントサーバに特許文献３の方式を適用すると、排気をラックの背面から中央の冷却タワーまで回り込ませるように引き込む必要が生じるので、ラックの奥行が長くなる。本実施形態によれば、サーバのリア側から熱交換器に空気を引き込む構成であるため、サーバの種類を問わない、省スペースで設置可能なサーバラックの冷却システムを提供することができる。
【００５１】
また本実施形態によれば、冷却液配管の配置が空気の流路の内側に設けられているため、サーバの排気を効率よく循環させるサーバシステムを提供することができる。
【００５２】
さらに本実施形態によれば、サーバの排気は水冷式熱交換器により間接水冷され、高発熱部品は直接水冷されることから、水冷式サーバシステムを提供することが可能になる。加えて本実施形態によれば、サーバラックを密閉筐体で取り囲んでいるため、マシン室の空調に頼らずにサーバシステムを冷却することができる。したがってマシン室の空調設備を増強する場合に比べて、消費電力を抑えることができ、データセンター等の運営費を抑えることが可能になる。
【００５３】
［第１実施形態の変形例］
＜ファン７０＞
本実施形態に係るサーバシステムのサーバ冷却装置は、空気を強制的に循環させる送風機としてブロアーファン７０を備えてもよい。ファン７０は、熱交換器４０の吸気側又は排気側の冷却機構の主な配置領域内に設けられる。図３は、熱交換器４０ａ、４０ｂの排気側にファン７０ａ、７０ｂを備える場合を示す図である。
【００５４】
ファン７０ａ、７０ｂを熱交換器４０ａ、４０ｂの吸気側に配置するか、排気側に配置するかは使用する部品や冷却対象の消費電力量などに応じて選択することができる。なお、吸気側と排気側の両方にファンを配置することも可能であるが、ファンの消費電力が増える割に、冷却性能は片側にファンを配置する場合と比較して大幅には改善しないなどデメリットが多い。よってファンは一般的に、熱交換器の両側には配置されない。
【００５５】
直接液冷の対象でない部分での消費電力が大きい場合、熱交換器の冷却性能が不足することがある。ファン７０ａ、７０ｂを備えることにより、熱交換器のすぐ近くに、空気を強制循環させる機構を設けることで、空冷による冷却性能を高めることができる。
【００５６】
＜中継手段＞
本実施形態に係るサーバシステムのサーバ冷却装置は、さらに冷却液の中継手段を備えてもよい。図４は、給排手段がさらに中継手段５６ａ、５６ｂ、５７ａ、５７ｂを備える場合を示す図である。図４においてサーバ２０ａ、２０ｂはフロント側及びリア側にそれぞれ、２つの給水口と２つの排水口と第１の受熱部と第２の受熱部とを備える。給水口及び排水口はそれぞれ、中継手段５６ａ、５６ｂ、５７ａ、５７ｂ、供給手段５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂ、又は排出手段６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂを介して、サーバ内で受熱部に連通して接続されている。なお、給水口及び排水口の位置はフロント側及びリア側に限られず、サーバ２０ａ、２０ｂの側面、上面、下面に設けられてもよい。
【００５７】
供給手段５１ａが、サーバ２０ａのフロント側に給液口を介して、受熱部に水を分配した後、第１の中継手段５６ａは、フロント側の排液口から別の給水口に水を供給する。その後、水は別の受熱部の中を通り、排出手段６１ａへ排出される。
【００５８】
近年、ＣＰＵだけではなく複数のＧＰＵを搭載可能とした薄型ラックマウントサーバなど、高性能かつ高密度なサーバが利用されている。高密度なサーバでは、直接水冷の対象となる高消費電力部品が多くなる。例えば１つのサーバ内に２個のＣＰＵと８個のＧＰＵが設けられる場合がある。この場合、ＣＰＵとＧＰＵの水冷のための給排水部も、例えばサーバのフロント側とリア側にそれぞれに２か所ずつ設けたほうが有利となりうる。よって中継手段を設けることで高密度なサーバも効果的に冷却することができる。
【００５９】
＜給排手段の変形例＞
給排手段の態様は図１の態様に限られない。図５は、図１に示した給排手段の他の態様を示す図である。図５に示す供給手段５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂは、それぞれ分岐し、２つの受熱部に冷却液を供給する。図５に示す排出手段６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂは２つの受熱部からの冷却液を回収する。
【００６０】
図１、図５において、給排手段はサーバ２０ａ、２０ｂの両方の、フロント側及びリア側に接続されているが、給排手段の配置はこれに限られない。給排手段はサーバのリア側に接続され、フロント側に接続されない構成であってもよいし、フロント側に接続され、リア側に接続されない構成であってもよい。
【００６１】
サーバラック９０に複数のサーバ２０が搭載される場合、それぞれのサーバに対して給排手段が設けられてもよい。
【００６２】
［第２実施形態］
図６は、第２実施形態によるサーバシステムの一例を示す図である。本実施形態において、第１実施形態と同様の構成には同じ符号を付した。
【００６３】
第２実施形態によるサーバシステムのサーバ冷却装置は、少なくとも冷却液配管５０、６０と給排手段５２ａ、５２ｂ、６２ａ、６２ｂとを備える。図６において、サーバ２０ａの排気口とサーバ２０ｂの排気口は同じ方向を向いて、床の上に配置されている。サーバラック９０ａは、第１のラックの一例であり、サーバラック９０ｂは、第２のラックの一例である。サーバラック９０ａ、９０ｂのそれぞれの数は、１つに限らず２つ以上でも良い。
【００６４】
冷却液配管は、サーバ２０ａを搭載可能なサーバラック９０ａの側面とサーバ２０ｂを搭載可能なサーバラック９０ｂの側面との間の領域に配置され、冷却液を給排液する。冷却液配管は、給液用マニホールドを有する冷却液供給用配管５０と、排液用マニホールドを有する冷却液排出用配管６０とを備える。給液用マニホールドと排液用マニホールドは給排手段に連通して接続される。給排手段は、冷却液配管とサーバ２０ａ、２０ｂの発熱部に付加された受熱部とに接続され、冷却液を受熱部に対して給排液する。
【００６５】
＜第２実施形態の変形例＞
第２実施形態において、冷却液供給用配管５０と冷却液排出用配管６０は１組に限られない。図７Ａ、図７Ｂは、第２実施形態によるサーバシステムの第１の変形例と第２の変形例を示す図である。第１の変形例において、図１に示すサーバシステムのサーバラックと同様にサーバラック９０ａ、９０ｂは横に並べて、フロント側が異なる方向を向くように配置されている。冷却液供給配管５０ｂは、供給手段５２ａを介してサーバラック９０ａのリア側に付された受熱部に冷却液を供給する。冷却液供給配管５０ａは、供給手段５２ｂを介してサーバラック９０ｂのリア側に付された受熱部に冷却液を供給する。第２の変形例において、サーバラック９０ａ、９０ｂは横に並べて、フロント側が同じ方向を向くように配置されている。冷却液供給配管５０ａは、供給手段５１ｂを介してサーバラック９０ｂのフロント側に付された受熱部に冷却液を供給する。
【００６６】
サーバラック９０ａ、９０ｂを第１の変形例、第２の変形例のように配置するときも、図６と同様に、サーバラック９０ａ、９０ｂは１組の冷却液配管５０、６０を共有してもよい。
【００６７】
＜第２実施形態による効果＞
本実施形態によれば、冷却液配管が第１のサーバを搭載可能な第１のラックの側面と第２のサーバを搭載可能な第２のラックの側面との間の領域に配置され、給排手段は、第１のサーバ又は前記第２のサーバの発熱部に対して冷却液配管の冷却液を給排液するので、サーバシステムが省スペースで設置可能となる。
【００６８】
上述した各実施形態は本発明を具体化した一例に過ぎず、請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内であれば、種々変更することができるものである。
【符号の説明】
【００６９】
１００    密閉筐体
２０    サーバ
３０    隔壁
４０    熱交換器
５０    冷却液供給用配管
６０    冷却液排出用配管
７０    ファン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
2020154360.tif 000009
【図７Ｂ】
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