(57)【要約】本発明は、コンピュータラックの上部に置かれた直流電源をもつラック、フレームあるいはシステムに関する。１つの変形例において、ＤＣ電源がコンピュータラックの最上部棚に設けられる。他の変形例において、ＤＣ電源がコンピュータラックの上に設けられる。さらに他の変形例において、背中合わせに構成された二重カラムコンピュータラックが、コンピュータカラムの内の１つの最上部棚に設けられたＤＣ電源で実施される。ＤＣ電源は、障害回復防護をもたらすよう構成された１つ以上の直流電源モジュールで構成される。本発明の他の観点において、電源モジュールが別個のラックに設けられ、１つ以上のコンピュータラックのコンピュータをサポートするよう直流を供給する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラックマウント型コンピュータ装置であって、
ラックと、
該ラックの上部にマウントされた電源と、
該電源の下部にマウントされた複数コンピュータであって、該電源が、該複数コンピュータのうち少なくとも２つに対して直流を供給するよう構成されていることを特徴とする複数コンピュータと
を備える、ラックマウント型コンピュータ装置。
【請求項２】
前記電源が前記ラックの最上部棚にマウントされることを特徴とする、請求項１に記載のラックマウント型コンピュータ装置。
【請求項３】
前記電源が、障害回復防護をもたらすよう構成された２つ以上の直流モジュールを備えることを特徴とする、請求項１に記載のラックマウント型コンピュータ装置。
【請求項４】
前記電源が複数電源モジュールを備え、該複数電源モジュールが、該複数電源モジュール間で負荷分散がなされるよう前記複数コンピュータに対して平行に接続されることを特徴とする、請求項１に記載のラックマウント型コンピュータ装置。
【請求項５】
前記電源が約５６ボルトの出力電圧を供給することを特徴とする、請求項１に記載のラックマウント型コンピュータ装置。
【請求項６】
前記電源が前記コンピュータラックの最上部にマウントされることを特徴とする、請求項１に記載のラックマウント型コンピュータ装置。
【請求項７】
前記ラックが、コンピュータを２カラムで設置するよう構成されることを特徴とする、請求項１に記載のラックマウント型コンピュータ装置。
【請求項８】
前記電源が前記２カラムの内少なくとも１カラムの最上部棚にマウントされることを特徴とする、請求項７に記載のラックマウント型コンピュータ装置。
【請求項９】
前記２カラムのコンピュータ間に空間を設け、該空間が前記ラックにおける空気の流れを容易化することを特徴とする、請求項８に記載のラックマウント型コンピュータ装置。
【請求項１０】
前記電流電源が、障害回復防護をもたらすよう構成された２つ以上の直流モジュールを備えることを特徴とする、請求項９に記載のラックマウント型コンピュータ装置。
【請求項１１】
前記電源が複数直流電源モジュールを備え、該複数の直流電源モジュールが、該複数の直流電源モジュール間で負荷分散がなされるよう前記複数コンピュータに対して並列接続されることを特徴とする、請求項９に記載のラックマウント型コンピュータ装置。
【請求項１２】
これら２カラムのおのおのが、各カラムの最上部棚に設けられた少なくとも２つの直流電源モジュールをもつことを特徴とする、請求項９に記載のラックマウント型コンピュータ装置。
【請求項１３】
前記ラックが、複数カラムのコンピュータを含むよう構成されることを特徴とする、請求項１に記載のラックマウント型コンピュータ装置。
【請求項１４】
前記電源が、少なくとも前記複数カラムの内の１カラムの最上部棚にマウントされることを特徴とする、請求項１３に記載のラックマウント型コンピュータ装置。
【請求項１５】
前記複数コンピュータのおのおのが直流電圧降圧コンバータと中央演算処理装置とを備えることを特徴とする、請求項１４に記載のラックマウント型コンピュータ装置。
【請求項１６】
キャビネット内に設けられた複数コンピュータに対して配電を行うためのシステムであって、該システムが、
キャビネットであって、該キャビネットがコンピュータを設置するための保管空間を規定し、該保管空間が最上部端と底部端とをもつキャビネットと、
複数コンピュータであって、各コンピュータが、該コンピュータのおのおのにおいてお互いに反対側に設けられた前部と後部とをもち、該複数のコンピュータの内の少なくとも２つが前記キャビネット内において背中合わせに設けられている、複数のコンピュータと、
該キャビネットで規定される該保管空間の最上部端に設けられた複数の電源モジュールであって、該複数の電源モジュールが、該複数コンピュータの内の少なくとも２つに直流を供給することを特徴とする、複数電源モジュールと
を備える、システム。
【請求項１７】
前記複数コンピュータに対する冷却流を構成する上で十分な量の空気が、（１）前記空間に入り、その後、該コンピュータを通って出る、あるいは（２）前記複数コンピュータを通って前記空気流空間内に入り、その後、前記空気流空間から出るかのいずれかとなるよう該複数のコンピュータと該キャビネットとが協働して該複数コンピュータ間の空気流空間を規定し、空気流を該空間内に導くことを特徴とする、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記電源モジュールから熱を抽出するようにした該電源モジュールの近く設けられた冷却装置をさらに備える、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記電源モジュールを囲むエリアから空気を除去するようにされた前記キャビネットの最上部端に取り付けられた空気路をさらに備える、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】
前記電源モジュールが、障害回復防護をもたらすよう構成されることを特徴とする、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２１】
前記電源モジュールが、前記複数電源モジュール間で負荷分散がなされるよう前記複数コンピュータに対して並列接続されることを特徴とする、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２２】
ラック内の複数計算ユニットに対して配電を行うためのシステムであって、
２カラムの計算ユニットをマウントするよう構成されるラックであって、該ラックが最上部端と底部端とをもつことを特徴とするラックと、
該ラックの最上部端にマウントされた電源ユニットであって、該電源ユニットが、少なくとも２つの計算ユニットに対して直流を供給するよう構成されることを特徴とする電源ユニットと
を備えるシステム。
【請求項２３】
２カラムに背中合わせの構成で前記ラック内にマウントされた複数計算ユニットをさらに備える、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記計算ユニットが、前記ラック内で水平にマウントされることを特徴とする、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記計算ユニットが、前記ラック内で垂直にマウントされることを特徴とする、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２６】
前記電源ユニットが複数の電源モジュールを備え、該複数の電源モジュールが、背中合わせになるよう前記ラックの最上部端にマウントされることを特徴とする、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２７】
前記電源モジュールが、障害回復防護をもたらすよう構成されることを特徴とする、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記電源モジュールが、前記複数電源モジュール間で負荷分散がなされるよう前記複数コンピュータに対して並列接続されることを特徴とする、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２９】
前記ラックに接続された空気路をさらに備え、該空気路が前記電源モジュールを囲む空間から加熱された空気を除去するようにされたことを特徴とする、請求項２７に記載のシステム。
【請求項３０】
前記ラックに接続された液体路をさらに備え、該液体路が前記電源モジュールを囲む空間から熱を除去するようにされたことを特徴とする、請求項２７に記載のシステム。
【請求項３１】
前記ラックが外周を形成し、前記電源ユニットが、該ラックの最上部端において該外周内でマウントされることを特徴とする、請求項２２に記載のシステム。
【請求項３２】
前記電源ユニットが前記ラックの最上部にマウントされることを特徴とする、請求項２２に記載のシステム。
【請求項３３】
前記複数の計算ユニットのおのおのが電圧降圧コンバータと中央演算処理装置とを備えることを特徴とする、請求項２６に記載のシステム。
【請求項３４】
複数電圧降圧コンバータをさらに備え、該電圧降圧コンバータのおのおのが前記電源ユニットと、該複数の計算ユニットの少なくとも１つとに電気的に接続されることを特徴とする、請求項２６に記載のシステム。
【請求項３５】
ラックと、
該ラックにマウントされた複数計算ユニットと、
第２のラックと、
該第２ラックにマウントされた複数電源モジュールとを備え、該複数電源モジュールが該複数計算ユニットに対して直流を供給することを特徴とする、計算システム。
【請求項３６】
前記複数電源モジュールが、障害回復防護をもたらすよう構成されることを特徴とする、請求項３５に記載の計算システム。
【請求項３７】
第３のラックと、
該第３ラックにマウントされた第２の複数計算ユニットとを備え、前記複数電源モジュールが、第３ラックの第２複数計算ユニットに対して直流を供給することを特徴とする、請求項３５に記載の計算システム。
【請求項３８】
キャビネットと、
二重配置で該キャビネットにマウントされた複数コンピュータと、
該複数コンピュータの内の少なくとも２つに対して結合された直流電源と
を備える、キャビネット内に格納される複数コンピュータに対して配電を行うためのシステム。
【請求項３９】
第２のキャビネットをさらに備え、前記電源が前記第２キャビネット内に収納されることを特徴とする、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４０】
前記電源が複数電源モジュールを備えることを特徴とする、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４１】
前記複数コンピュータと前記複数電源モジュールとに接続された配電バーをさらに備える、請求項４０に記載のシステム。
【請求項４２】
前記複数電源モジュールが、並列配置で前記電源バーに接続され、該電源モジュールが負荷分散用に構成されることを特徴とする、請求項４１に記載のシステム。
【請求項４３】
前記コンピュータが、前記キャビネット内で垂直にマウントされることを特徴とする、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４４】
前記コンピュータが、前記キャビネット内で水平にマウントされることを特徴とする、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４５】
前記第２キャビネットから熱を除去するため前記第２キャビネットに接続された冷却装置をさらに備える、請求項３９に記載のシステム。
【請求項４６】
前記冷却装置が、前記電源を囲むエリアから加熱された空気を除去するようにされた空気路を備えることを特徴とする、請求項４５に記載のシステム。
【請求項４７】
前記冷却装置が、前記電源から熱を除去するようにされた液体路を備えることを特徴とする、請求項４５に記載のシステム。
【請求項４８】
交流を交流直流変流器に供給するステップであって、前記変流器が複数計算ユニットの上に設けられることを特徴とするステップと、
前記交流を直流に変流するステップと、
前記直流を前記複数計算ユニットに向けるステップと
を含む、コンピュータラックのコンピュータに対して電力を配電する方法。
【請求項４９】
電圧降圧コンバータで前記直流を受け入れるステップと、
該直流を、電圧の異なる複数直流出力に変換するステップと
を含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記変流器近くを通過して前記コンピュータラックを励起する前に空気流が前記複数計算ユニットを通り抜けるようにさせるステップをさらに含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５１】
前記複数コンピュータが２カラム配置で重ねられることを特徴とする、請求項４８に記載の方法。
【請求項５２】
前記コンピュータラックの底部端から前記コンピュータラックの最上部端まで前記２カラムの間の空間を空気流が通過するように仕向けるステップをさらに含む、請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記変流機が電源モジュール内に収納されることを特徴とする、請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
少なくとも２つの電源モジュールが、前記複数コンピュータの上で背中合わせの配置で提供されることを特徴とする、請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
前記計算ユニットから前記空気流まで、加熱された空気を吸引するステップをさらに含む、請求項５４に記載の方法。
【請求項５６】
前記電源モジュールから前記空気流まで、加熱された空気を吸引するステップを含む、請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
前記計算ユニットから前記空気流まで、加熱された空気を吸引するステップを含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項５８】
直流を、コンピュータラック内の複数計算ユニットに供給するステップと、
前記複数計算ユニットを通して、上側に向けて流れる空気のカラムに複数空気流を吸引するステップと
を含む、コンピュータラック内の熱分布を調整する方法。
【請求項５９】
前記直流が、前記複数計算ユニットの上に設けられた電源により供給されることを特徴とする、請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
前記直流が、前記コンピュータラックとは別個の第２のラックに設けられた電源により供給されることを特徴とする、請求項５８に記載の方法。
【請求項６１】
前記計算ユニットが背中合わせの配置で設けられることを特徴とする、請求項５９に記載の方法。
【請求項６２】
前記計算ユニットが背中合わせの配置で設けられることを特徴とする、請求項６０に記載の方法。
【請求項６３】
前記電源が、背中合わせの配置で設けられた複数電源モジュールを備えることを特徴とする、請求項６１に記載の方法。
【請求項６４】
電源モジュールから、上側に向けて流れる空気の前記カラムに、加熱された空気を吸引するステップを含む、請求項６３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間を確保し、多数のコンピュータを設置することにかかわる冷却問題に対処するため、あるエリアにおいてコンピュータが構成され、提供される方式に関する。本発明の観点は、特にネットワークサーバあるいはホスト環境においてコンピュータが提供される密度を向上させることを助ける。特に、コンピュータラックにおけるさまざまなコンピュータの電気に対する必要性を支援するための電源ユニットを用いて、コンピュータラック内の複合コンピュータシステムハウスの熱放散を改善する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、２００３年５月１６日に申請された『出力分配システムをもつコンピュータラック』（代理人抄本番号４４３４５−３００１０．００）という件名の米国仮出願連続番号６０／４７１，４３０に対する優先権の利益の享受を請求するものである。
【０００３】
この１０年間にわたる情報テクノロジーの急速な進歩により、サーバファームやサーバクラスタといったコンピュータネットワークセンタの役割がわれわれの社会にとって徐々に重要なものになってきた。サーバファームにより、われわれがどのように生活し、日々のビジネスをどのように実施するかということに大きく影響する世界規模での情報インフラストラクチャをサポートする効率的なデータ保存とデータ配布能力が得られるようになる。
【０００４】
サーバファームは、サーバとして機能するコンピュータのグループすなわちクラスタであり、１箇所でまとめて収納される。例えば、ウェブサーバファームとは、１つ以上のサーバをもつウェブサイト、あるいは複数のサーバを用いるウェブホスティングサービスを提供するインターネットサービスプロバイダのいずれかである。ビジネスネットワークにおいて、サーバファームあるいはクラスタは、中央集中アクセス制御、ファイルアクセス、プリンタ共用、ワークステーションユーザ用バックアップを提供するといったサービスを実施する。
【０００５】
規模の経済性の利点を活かすため、サーバファーム内に収納されるコンピュータ数が過去１０年間増え続けている。これにより、ネットワークホストユニットを収納する空間やこれらのユニットが設置された結合空間に対する必要性が高くなってきた。ネットワーク接続された多数のコンピュータが設けられているコロケーションサイトとして知られるサイトが、このような市場での需要に応じて出現してきた。コンピュータ用空間は、典型的にはそのようなサイトで賃貸される。賃料の計算は、占領される全空間、消費電力、空間を占領するコンピュータで取り扱われる帯域幅に基づいて行われる。これらの因子間の関係から、コロケーションサイトやコンピュータサービスプロバイダの両方とも、あるサイトにおけるコンピュータの密度や性能効率の両方を最大化することが望まれることが多い。コンピュータのあるエリア内に詰め込まれる密度を大きくすることにより、ある数のコンピュータに対して必要とされる空間が小さくなるほどサービスプロバイダは利益を受け；利用可能な空間に関連する究極的に利用可能な帯域幅が非常に大きくなることから、コロケーションサイトも利益を受ける。
【０００６】
他の小さな利益として明らかなものは、ホストコンピュータが占める空間を確保するということである。多くの場合、すでに古くなったホストコンピュータが占める空間の費用が比較的小さいため、これらホストコンピュータの使用終了を見越しておき、それにより、ある期間にわたって継続してサービスすることが正当化されることが経済的にも可能性が高い。一方、最高位のコンピュータだけをサービスで維持することが好まれる場合、性能を損なうことなくそのようなコンピュータの大きさを最小化することで節約ができるということは非常に明確である。こういった多くの利点を実現することができるようにされたコンピュータシステムに対する必要性がある。
【０００７】
典型的には、多数のコンピュータがあるネットワークに接続されている場合、コンピュータはラック内に詰め込まれ、繰り返しカラムあるいはセル内に配置される。コンピュータに対するアクセスは、サービス、ハードウェア更新、ソフトウェアのインストール、ケーブル接続、電源の入切等のために必要である。アクセス空間を可能な限り減らすことにより、あるサイトにおけるある単位面積に与えられるコンピュータシステムの密度を大きくすることができる。したがって、無駄なアクセス空間を減らす一方、比較的廉価な標準的（すなわち多かれ少なかれ標準的な大きさの）ラックの利用を使い続けるという必要性がある。
【０００８】
現在の市場において、広範に使われている標準的なラックは、幅が１９インチ、奥行きが３０インチ、高さが７４インチ程度のものである。少なくとも１つのコロケーションサイトにおいて、これらのラックは約１０から３０ユニットのカラムで並べられ、ラックの両側にはアクセス用のドアがある。アクセス通路がこれらのカラムの両側に設けられる。多くのラックは、ラックの前後に作られたマウンティング穴を通して取り付けられたスライダ上で問題のコンピュータでいっぱいになっている。コンピュータのシャーシデザイン（あるいは構成要素が覆われることなく開放型トレイ上にコンピュータが単に設置されたようなラック）やコンピュータがどのようにラックにマウントされているかに関係なく、コンピュータに含まれるデータ装置には前側からアクセスされる。主ボードＩ／Ｏ、他のＩ／Ｏ、電力コードといった品目では典型的には後側からアクセスされる。後者の設計の観点では、必要なアクセス空間量で非効率性を生じるだけでなく、コンピュータの両側に対して作業を行う必要があるということに関して非効率性が生じることが多い。したがって、１つの側からアクセス可能であり完全に作業可能なネットワークセッティングで利用可能なコンピュータに対する必要性がある。
【０００９】
コンピュータを詰め込むためのさまざまな解決策が何年にもわたって提案されてきた。このような装置の例は、１９９５年１０月２４日付でＨａｓｔｉｎｇｓらに発行された『ＲＡＣＫ−ＭＯＵＮＴＥＤ  ＣＯＭＰＵＴＥＲ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ』という件名の米国特許番号５，４６０，４４１；２０００年６月２０日付でＧａｌｌａｇｈｅｒらに発行された『ＰＡＲＴＩＴＩＯＮＡＢＬＥ  ＣＡＢＩＮＥＴ』という件名の米国特許番号６，０７８，５０３；２００１年１０月９日付でＬａｕｇｈｌｉｎらに発行された『ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＤＩＳＴＲＩＢＵＴＩＮＧ  ＰＯＷＥＲ  ＴＯ  Ａ  ＰＬＵＲＡＬＩＴＹ  ＯＦ  ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ  ＭＯＤＵＬＥＳ  ＨＯＵＳＥＤ  ＷＩＴＨＩＮ  ＡＮ  ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ  ＣＡＢＩＮＥＴ』という件名の米国特許６，３０１，０９５Ｂ１；２００２年１２月１７日付でＣｏｇｌｉｔｏｒｅらに対して発行された『ＨＩＧＨ  ＤＥＮＳＩＴＹ  ＣＯＭＰＵＴＥＲ  ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ  ＳＴＯＲＡＧＥ  ＳＹＳＴＥＭ』という件名の米国特許６，４９６，３６６Ｂ１；２００２年５月２３日付のＦｕｎｇによる『ＤＹＮＡＭＩＣ  ＰＯＷＥＲ  ＡＮＤ  ＷＯＲＫＬＯＡＤ  ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ  ＦＯＲ  ＭＵＬＴＩ−ＳＥＲＶＥＲ  ＳＹＳＴＥＭ』という件名の米国特許公報番号ＵＳ２００２／００６２４５４Ａ１；２００２年９月２６日付のＲａｓｍｕｓｓｅｎらによる『ＡＤＪＵＳＴＡＢＬＥ  ＳＣＡＬＥＡＢＬＥ  ＲＡＣＫ  ＰＯＷＥＲ  ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ』という件名の米国特許公報番号ＵＳ２００２／０１３４５６７Ａ１；２００３年１月２３日付のＲａｙｎｈａｍによる『ＳＥＶＥＲ  ＳＹＳＴＥＭ  ＷＩＴＨ  ＲＥＭＯＶＡＢＬＥ  ＳＥＲＶＥＲ  ＣＡＲＴＲＩＤＧＥＳ』という件名の米国特許公報番号ＵＳ２００３／００１６５０４Ａ１；２００３年２月１３日付のＧａｒｎｅｔｔらによる『ＣＯＭＰＵＴＥＲ  ＳＹＳＴＥＭ』という件名の米国特許公報番号ＵＳ２００３／００３０９８８があるが、これらのおのおのは全てここで引用によって組み込まれている。
【００１０】
サーバファーム中のコンピュータ数が多くなるほど、床面積の消費と熱／換気管理という２つの相反する要素が効いてくるようになる。コンピュータの密度を増やすことなくあるサーバファームにおけるコンピュータ数を増やすということは、さらに空間を必要とすることを意味する。特に人口密度の高い都会において不動産の費用が上昇し続けるにつれて、ある空間の利用率を最大化するという強力なインセンティブがある。さらに、既存のサーバファーム施設の一部では、拡張のために利用可能な空間がない。そのような状況下では、拡張のため、新たなサーバファームを開始するための費用をまかなわなければならない。
【００１１】
その他、ある空間に収納されるコンピュータ数を増加させようとする場合もある。ある空間におけるコンピュータの密度を大きく増加させるための１つの一般的な解決策は、ラック内の個々のコンピュータの大きさを小さくするというものである。他のオプションは、コンピュータ群を保持するラック間の空間を減らすというものである。
【００１２】
しかし、コンピュータの密度を増加させるほど、熱放散に関連する問題が指数級数的に大きくなる。電子構成要素の不具合の主要原因の１つは過加熱である。ＣＰＵといった高性能電子機器はかなりの量の熱を発生する。さらに、次世代型プロセッサは、計算上の要求が大きくなるほど、さらに多くの熱を放出する。したがって、効果的な熱放散に対する要求がさらに高まっている。コンピュータが適切に作動し続けるようにするため、適切な熱放散経路がもたらされなければならない。各コンピュータは数千個の熱発生電子部品を含むため、コンピュータの密度を上げるほど、個々のコンピュータノードやクラスタ全体から熱を除去するための適切な冷却機構を提供するという困難な課題にも対処しなければならない。
【００１３】
計算ユニットの他の電子構成要素と比べて電源もまたかなりの量の熱を発生し、コンピュータラック内の各計算ユニットにわたって分配される電源をもつという従来型の配置では、個々のコンピュータノードレベルだけでなくクラスタレベルでも熱レベルの管理において多くの不利な点がある。電源は、個々の計算ユニットが置かれたコンピュータラックの各レベルにおいてかなりの内部発熱の原因になる。電源を冷却するため、電源の周りの熱を除去するためだけに別個のファンが設けられることが多い。電源ファンそのものもさらに熱発生の原因になる。熱い空気は浮力のため上側に向かって上昇することから、下部レベルあるいはコンピュータラックのスロットに置かれた電源で発生される熱はその上にある計算ユニットを通って、あるいはその周りを通過してしまうため、それ自体の電源や電子構成要素により発生される熱のため、除去する必要のある過剰な熱をもつことにもなる。
【００１４】
コンピュータラック内の電源を再分配して、コンピュータラックに収納されている個々の計算ユニットからの熱除去を容易にするマルチコンピュータプラットフォーム計算システムにより、ラック内の個々の計算ユニットの効率と、計算システム全体の効率との両方に対してかなりの利益をもたらす。熱発生や多数のコンピュータを冷却する能力の管理は、ある位置におけるコンピュータの密度を増加させる能力における第１の制限となるため、改善された熱管理構造をもつコンピュータラックが利用できることでこのような問題を克服し、コンピュータオペレータが、ある空間にさらに多くのコンピュータを設置できるようになる。さらに、電源が個々のコンピュータノードから除去されると、他の装置あるいは構成要素を収納するために追加の空間が用いることができるようになるため、サーバファームの全体密度が改善される。
【００１５】
これにより、高コンピュータ密度が可能になるとともにコンピュータクラスタの熱放散が改善される（例えば、コンピュータ構成要素の熱換気および冷却が改善される）技術的解決策により、サーバファームの運用においてかなりの経済的利益がもたらされる可能性がある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１６】
ここで説明するものは、コンピュータラック、フレーム、シャーシ、あるいはキャビネット内に収納される複数計算ユニットで構成される計算システムであり、ここで、ラック内のさまざまな計算ユニットをサポートするための配電を行うよう計算システム内に電源ユニットあるいは装置を備える。好ましくは、電源システムがコンピュータラックの上部に設けられる。さらに好ましくは、電源ユニットがコンピュータラックの最上部あるいはその上に設けられる。
【００１７】
本発明の１つの観点において、電源がコンピュータラック最上部、あるいはその近くで中央集中される。好ましくは、電源がコンピュータラックの全計算ユニットの上に設置される。コンピュータラックの上部に置かれた中央集中電源ユニットは１つの機能ユニットとして配置され、ラック内の全計算ユニットに対して電力を供給する。その他、中央集中電源ユニットは２つ以上のモジュールで構成され、各モジュールがラック内の計算ユニットのサブセットに対して電力を供給する。他の変形例において、電源ユニットを含む２つ以上のモジュールが協働してラック内の全計算ユニットに電力を供給する。
【００１８】
設計の変形例において、電源はコンピュータラックの最上部棚の中央集中場所に設けられているものの、他の変形例において電源の場所は変わってもよい。電源は２つ以上のグループにグループ分けされ、コンピュータラックの上部のさまざまな場所に設けられる。例えば、２つの別個の電源ユニットがコンピュータラックの最上部の２つの棚に設けられる。２つの別個のユニットは、ラック内のさまざまな計算ユニットに対して電力を供給するための統合ユニットとして機能するよう配置される。その他、２つの別個のユニットがラック内のそれぞれのサブセットのコンピュータに対して機能する各ユニットとお互いに独立して機能するよう配置される。他の変形例において、１つのユニットが最上部棚に設けられる一方、他のユニットは計算ラックの上に設けられてもよい。当業者であればここで論じたことに照らし合わせれば、計算ラックの最上部に電源ユニットを設置するためのさまざまな他の配置も可能であるということを認めうるであろう。
【００１９】
他の変形例において、さまざまな計算ユニットを収納するため二重カラムコンピュータラックが提供される。計算ユニットが、ラック内に背中合わせの配置で２カラム設置される。好ましくは、２カラムのコンピュータの後部はラックの中心でお互いに面して、換気目的のためにそれらの間に空間が設けられる。中心空間カラムの空気を除去する、あるいは置き換えるため、空気吸入あるいは空気圧縮装置が設けられる。空気吸入あるいは空気圧縮装置は計算ラックの最上部あるいは底部に設けられる。計算ユニットは、背中合わせにマウントされた計算ユニットの前部が二重コンピュータラックの前後から作業されるよう前部からのアクセス用に構成される。
【００２０】
２カラムラックの内の１つあるいはその両方の最上部に電源を設けることにより、コンピュータラックに収納される計算ユニットのおのおのにおける電源モジュールの必要性を低下させる、あるいはこの必要性をなくしてもよい。さらに、これにより２カラム計算システムの熱放散効率を改善できる。コンピュータカラムのおのおのは、各カラムの最上部棚に設けられる別個の電源でサポートされる。前述のとおり、電源ユニットは１つ以上の電源モジュールで構成される。その他の場合、ラック内のコンピュータの両カラムは、カラムの内の１つの最上部棚に設けられた１つの電源ユニットで供給される。さらに、２カラムコンピュータラックの最上部に電源ユニットを設けることも可能である。
【００２１】
３カラム以上の計算ユニットあるいはサーバをサポートするコンピュータラックも利益がある。コンピュータラックは、さまざまなコンピュータカラムが外側に向き、コンピュータの各カラムの後部がお互いに内側に向くよう構成される。加熱された空気の換気のため、さまざまなコンピュータカラムの中心に空間が設けられる。カラム中のさまざまなコンピュータに対して電力を供給するため、各カラムは、カラムの最上部棚に設けられた電源ユニットをもつ。その他の場合、ラック内のさまざまなカラムのコンピュータに全電力を供給するため、中央集中電源ユニットを備える。中央集中電源はラック内のカラムの内の１つの中に設けられる、あるいは電源専用の別個のラックに設けられる。電源はまた複数カラムコンピュータラックの最上部に設けてもよい。
【００２２】
ラックの最上部に置かれる電源ユニットをもつ複数の単カラムラックが作業を容易にするためカラム内に設けられる。さまざまなラック内の全電源ユニットを冷却するための冷却機構を備えてもよい。例えば、さまざまな電源ユニットから熱を除去するための媒体を供給するため、冷却材を用いるダクトがさまざまなラックの上部を通って送られる。その他の場合、電源周りに蓄積される熱の除去を容易にするため、空気カラムによりさまざまな電源ユニットの周りで流れるようにしてもよい。
【００２３】
当業者であれば認めうるとおり、二重カラムの背中合わせ配置ラックは１つの列内で隣どうしになるように設けてもよい。ラック間に空間がもたらされても、もたらされなくともよい。二重カラムコンピュータラックのおのおのに、あるいはその最上部に設置されるさまざまな電源ユニットを冷却するため、１つ以上の冷却機構を備えてもよい。
【００２４】
特に多数のコンピュータがもたらされるような場合、コンピュータの冷却性を向上させる必要がある。この必要はコンピュータ密度が増加することで相殺される。本発明の特性はこの必要を満たす助けになりうる。状況によっては、計算ユニット内で受け入れ可能な熱レベルを維持する必要が、周囲の冷却のための法外な支出を行うことなく受け入れ可能な温度でコンピュータが収納される環境を維持する必要と拮抗することがありうる。コンピュータを冷却するようにした本発明のさまざまな特性はこの点で助けになりうる。
【００２５】
コンピュータラックからの熱除去を容易にするためにコンピュータラックにおける電源の再分配を行うことで、ラック内の個々の計算ユニットの効率と、コンピュータラックのさまざまな計算ユニットで構成される計算システムの効率との両方に対してかなりの利点をもたらす。さらに、個々の計算ユニットから除去される電源構成要素の内の１つ以上の部品とともに、計算ユニットを小さな寸法の筺体内に同胞し、これによりさらに多くの計算ユニットをあるコンピュータラック内に設けてもよい。さらに、加熱管理構造の改善されたコンピュータラックがあれば、コンピュータオペレータはある空間においてさらに多くのコンピュータラックを設けることができるようになる。
【００２６】
添付図面において、異なる図でも参照番号は同一部品を示す。これらの図面は、配電システムをもつコンピュータラックの原理の一部を図示するためのものであり、いかなる場合においても本発明を限定することを意図するものではない。これら図面では、提示される原理を明確な形で示す際に設けられた場合を除き、必ずしも縮尺を変えたり、強調したりする必要はないものとする。
【００２７】
（発明の詳細な説明）
本発明の説明を行う前に、他に特別に示されることがない限り、サーバを収納し作動させるための装置は変わりうるため、本発明をこれに限定する必要はないということを理解すべきである。サーバファームおよびサーバラックはここでは例として用いられている。本発明の変形例の一部は、多数の作動中コンピュータあるいはデータ保存アレイがお互い（例えば、電話呼び出しをつなぐため、あるいはデータ転送を管理するため多数のネットワークコンピュータが同一室内に設けられている遠隔通信センタ）の近くにあるような他の応用例にも適用できるということを理解すべきである。
【００２８】
コンピュータラックは、ここでは、ここで開示される本発明のさまざまな観点の機能を示すための代表的な適用例として用いられている。お互いが近接している多数の電子装置あるいはシステムの収納および／または動作のため、本発明のいくつかの変形例がさまざまな適用例で用いられるということを理解すべきである。
【００２９】
『計算ユニット』という用語は、ここで、計算あるいはデータ保存機能を実施するよう設計された電子システムを含むものとして用いられているが、これには、ＣＰＵをもつ電子装置、コンピュータ、サーバ、ワークステーション、プログラム可能電子装置、データ保存装置、データ保存アレイ、あるいはデータプロセッサ等が含まれるが、これらに限定されるものではない。計算ユニットは筺体または箱内に収納される。その他の場合、計算ユニットは筐体のない電子ボードあるいはブレード上に構築される。変形例の一部において、コンピュータボードあるいはブレードが直接バックプレインに挿入されるようコンピュータラックにバックプレインを備える。
【００３０】
さらにまた、本仕様書および添付請求項で用いられるとおり、文脈で明確に記述している場合を除き、『ａ』、『ａｎ』、『ｔｈｅ』という単数形は複数の場合についても言及している。したがって、例えば、『ａ  ｃｏｍｐｕｔｅｒ』は１つのコンピュータ、あるいは複数コンピュータの組み合わせを意味し；『ａ  ｐｏｗｅｒ  ｓｕｐｐｌｙ  ｕｎｉｔ』は１つ以上の電源ユニットあるいはその組み合わせを意味する。
【００３１】
図１Ａを参照すると、代表的なコンピュータラック２の最上部棚に設けられた配電ユニット４をもつラック２が示されている。この変形例において、配電ユニット４は３つの電源モジュール６で構成される。電源モジュール６は、電源モジュール６の下部にある下部棚に設けられる計算ユニット８をサポートするよう構成される。図１Ａにおいて、２つの計算ユニット８がコンピュータラック２内に固定されている。電源ラインカラム１０（例えば、配電バー）は、図１Ｂで示すとおり、電源モジュール６から、下部に設けられた計算ユニットまで電気を送るため、ラック内に構築される。電源ラインカラム１０は別個のソケット１２をもつため、計算ユニットがラックの棚に挿入されると、計算ユニット上の対応ソケットが電気カラム上のソケットと結合し、これにより電気接続が行われる。当業者であれば認めうることであるが、産業界で一般的に用いられている他の内蔵型電気接続についてもコンピュータラックのフレームに適用されるため、計算ユニットがラック内に挿入あるいは固定されると、計算ユニットがソケット内に差し込まれて電源からの電力を受け入れるための別個の電気ケーブルが必要なくなる。その他、電気コードあるいはケーブルを用いて、計算ユニットから電源モジュールまでの電気接続を行ってもよい。
【００３２】
３つの電源モジュールは協働でラック内の全計算ユニットに電力を供給する。これらの電源モジュールはラック内の全計算ユニットに対して電力を供給するための統合型電源ユニットとして構成される、あるいは各モジュールがラック内の計算ユニットのサブセットに対して主に機能するよう構成される。このモジュールはまた、モジュールの内の１つが不具合の場合に障害回復防護をもたらし、他の２つのモジュールはラック内の全計算ユニットに対する電源を引き継ぎ維持する。コンピュータラックの上部に置かれた電源システムは、ラック内の全計算ユニットに対する配電を制御するためのマイクロプロセッサコントローラをもつ。その他、これら３つのモジュールの内のおのおのは配電を制御するためのそれぞれのマイクロコントローラをもつ。各電源の個々のコントローラは、お互いに通信して統合型電源ユニットとして機能できるよう構成される。
【００３３】
空気が各電源モジュールを通して容易に流れることができるよう電源モジュールの前および／または後パネルにベントが設けられる。電源モジュール内の電子構成要素が過加熱されることを防ぐため、電源モジュールの内部あるいはその周囲にファンおよび／または他の熱除去機構が設けられる。
【００３４】
各電源モジュールは、以下の機能あるいは特性の１つ以上をもつよう構成される：冗長機能、ホットスワップ可能特性、ホットプラグ可能特性、無停電電源（ＵＰＳ）特性、他のモジュールとの負荷分散、警報システム（例えば、警報、ブザー、ＬＥＤディスプレイ、ＬＣＤディスプレイ、電圧欠陥信号等）、システム状況インジケータ（例えば、ＬＥＤディスプレイ、ＬＣＤディスプレイ、コンピュータとの通信用データ出力ポート、モニタ、ディスプレイ機構等）、熱防護（例えば、冗長冷却ファン、熱警報、自動温度過昇停止等）、フィードバック制御機構（例えば、出力電流供給ラインあるいは配電バーにおける電流レベル監視用センサ）、遠隔制御および電源出力をサポートするための中央制御装置あるいはコンピュータとの通信用管理インターフェイス、１つ以上の交流入力ポート、１つ以上の直流出力ポート。
【００３５】
１つの実施例において、計算ユニットあるいはサーバボックスに置かれた従来型の電源モジュールに与えられる全ての電源管理機能が除かれ、コンピュータラック上部に置かれた中央集中電源ユニットが全ての電源管理の必要性を満たすよう構成される。その他、計算ユニットあるいはサーバボックスに置かれた従来型電源モジュールに与えられる電源管理機能の一部だけが除かれ、コンピュータラック上部に置かれた中央集中電源ユニットが各計算ユニットの個々の電源モジュールの規模を縮小したものをサポートするよう構成される。こういった構成により、各計算ユニットの電源モジュールの大きさをかなり小さくすることができるようになる。その結果、全計算ユニットの大きさが小さくなる。その他、電源モジュールの大きさが小さくなると、計算ユニットの追加装置（例えば、ハードドライブ）の設置用にさらに空間が利用可能になる。
【００３６】
多数の従来型電源モジュールは、供給された交流を直流に変換するための大規模変換ブロックをもち、この直流が次にコンピュータ内の個々の構成要素に供給される。このコンバータはかなりの熱量を放出するため、このコンバータを冷却するために専用のファンが必要になることが多い。１つの変形例において、計算ユニットからコンバータが除かれ、コンピュータラック上部に置かれた中央集中電源ユニットで交流から直流への変換が管理される。中央集中電源ユニットはラック内の計算ユニットのおのおのに対して直流を供給する。コンバータを除くことで、大きな熱発生構成要素が計算ユニットから除かれる。さらに、コンバータブロックが除かれると、入り込む電流を管理するために必要なエレクトロニクスがマザーボード上に直接、あるいはマザーボードと接続可能なアダプタカードに構築され、かさばる電源モジュールが必要なくなる。計算ユニット筺体内でかなりの空間を通常占める電源モジュールを除くことで、計算ユニットはさらに小さい横断面で構築されるようになり、これにより、あるコンピュータラック上にさらに多くの計算ユニットを設けることができるようになる。
【００３７】
さらに、ラック上部に電源を設けることで、コンピュータラックに収納されるマルチコンピュータシステムにおける主要な発熱因子の１つが中央集中され効率的な熱放散を行うための場所に設けられる。ラック上部に置かれる中央集中電源ユニットから発生する熱はさらに効率的に放散されるが、その理由は、発熱構成要素やその上におかれる他の障壁物が最小化できるためである。さらに、加熱された空気は上方に動く傾向があり、電源をラックの最上部あるいは最上部の近くに設けることで、電源周りの加熱された空気が計算ラックからさらに迅速に出ることができるようになる。さらに、他のコンピュータ構成要素から別個のラックに電源が中央集中されていることから、冷却剤ダクトや専用ファンあるいは空気流カラムといった別個の専用冷却機構を設けて中央集中された電源ユニットを冷却する。
【００３８】
他の変形例において、中央集中された電源ユニットが高電圧入力を受け入れるよう構成され、コンピュータラックのさまざまな計算ユニットに対する電力分配を調節する。１つの実施例において、中央集中電源で電圧降圧され、ラックでサポートされた計算ユニットに調節された交流が供給される。中央集中電源ユニットで供給される分配された交流を受け入れるため、各計算ユニット内に交流直流コンバータが設けられる。他の変形例において、中央集中電源から入る電流を受け入れるため、集積回路ベースの微小交流直流コンバータが各計算ユニット内に置かれる。計算ユニットのマザーボード上に設置するため、微小交流直流コンバータ（例えば、半導体交流／直流コンバータ）をアダプタカード上に集積してもよい。その他、微小交流直流コンバータをマザーボード上に直接マウントしてもよい。
【００３９】
前述のとおり、中央集中電源ユニットは１つ以上の電源モジュールで構成される。電源モジュールは冗長性をもたらすよう構成されるため、１つの電源モジュールが故障すると、ラック内の計算ユニットに対する電力は阻害されない。当業者であれば認めうるとおり、取り外しと設置とを容易にするよう電源モジュールは構成される。１つの変形例において、電源モジュールは、『ホットスワップ』あるいはホット交換が可能になるよう構成される。これにより、ラック内でサポートされている計算ユニット内で実行中の計算機能を妨害することなくシステム管理者が１つ以上の電源モジュールを交換することができるようになる。電源モジュールは、ある電源ラインに対する望みの電圧や電流レベルをサポートするため負荷分散するよう構成される。各電源モジュールは、電流出力を調節するため、それ自体のセンサとフィードバック機構とをもつ。コントローラユニットは、システム内の全モジュールからの電流を調節するよう接続される。例えば、コントローラは電源ライン（例えば、電源ラインカラム）における電流レベルを監視し、各個別電源モジュールの電流出力を変調する。計算ユニットの電力需要が制限される場合、電源モジュールの一部をオフにする、あるいは待機モードにしてもよい。
【００４０】
他の変形例において、電源ユニット４は図２に示すとおり、コンピュータラック２の上に設けられる。この例において、電源ユニット４は３つの電源モジュール６で構成される。モジュール内の電子構成要素から直接熱を除去する、あるいは電源モジュールの構成要素を囲む加熱された空気を除去するため、任意の冷却機構を設けてもよい。
【００４１】
空間を確保しコンピュータ密度を向上させるための１つの方法としてコンピュータの前後両方へのアクセスに対する必要性をなくすというものがある。これは、物理的アクセスを必要とする品目に対するポートをシャーシの前側だけに設けるようなラックあるいはシャーシの設計を行うことで達成される。物理的アクセスを必要とする品目としては、種々のデータドライバあるいは保存装置、物理的入出力ソケットが含まれるが、これらに限定されるものではない。好ましくは、本発明に応じて作製されるコンピュータシャーシの後部にそのようなアクセスポートがないようにする。しかし、変形例の一部において、この『前側からのアクセス』という特性は、コンピュータへのあらゆる物理的付属品が機械の前側に設けられるということを必要としない。物理的アクセスを定期的に必要とするもの、あるいは計算ユニットから前倒しで装置を取り外すことを極力避けるこれら構成要素を計算ユニットの前部にもうける。後ろ側からアクセスされ、アクセス可能なデータドライバであることが通常であるメインボードに設けられるこれらの特性は、本発明によるシャーシの前部において実現される。他の変形例において、コンピュータが作動中にアクセスされないこれら特性は計算ユニットの前部で実現される一方、コンピュータが停止されている際だけアクセスされる特性がユニットの後部で実現される。
【００４２】
上述のようにコンピュータラックを配置することで、ラックあるいは他のサポート構造内においてコンピュータ構成要素を効果的に背中合わせ配置することが可能になる。このような背中合わせの配置により、２カラムのコンピュータの収納のためのコンピュータラックの配置が可能になる。このような設置により、例えばコンピュータが１ユニットだけ奥にマウントされるようなラックコンピュータシステムでは、密度が２倍、あるいはさらに３倍まで高められる可能性をもたらすことが多い。コンピュータシャーシを背中合わせにマウントすることには、全機能コンピュータをお互い背中合わせに設けること、あるいはコンピュータと、接するコンピュータに対するサービスを行うドライブアレイといった装置とを背中合わせに設けることが含まれる。
【００４３】
さらに、計算ユニットがラック内にある際に２カラムのコンピュータのバックプレイン間に空間があるような方式で本発明によるシャーシを背中合わせに設けることで、二重カラムラックから加熱された空気を換気するためのダクトがもたらされる。冷却された、あるいは強制された空気流はその後、コンピュータシャーシを通過し、機械の前部を通って換気されるよう、２カラムの計算ユニット間のバックプレイン空間に（さらに、望みの場合、シャーシの側面間やラックの側パネル間の空間に）供給される。コンピュータを通る後部から前部への冷却ガス流は、特に、電源あるいはＣＰＵといった高温あるいは温度感受性の高い構成要素に向けられる。好みの流れ特性をもたらし、冷却および／または温度安定性を最適化するため、さまざまな入口、ベント、ファン、バッフルが特に配置される、あるいは制御される。周囲温度での強制空気あるいは華氏４０度程度（つまり摂氏５度程度）以下の強制された、および／または冷却された空気が用いられる。コンピュータ間、あるいはそれらを収納するラック間の空間に設けられる空間は、典型的には建屋内にある管路を通って上側から、あるいは熱が上昇するということから有利となる下側からのいずれかからのものである。
【００４４】
コンピュータあるいはラック側面間の後部空間および任意の側空間は他の利点において用いられる。特に環境温度を低く維持することが課題であるような場合、上述の流れとは逆の流れのほうが有利となることある。そのような逆の流れは、発熱構成要素からコンピュータシャーシを通ってファンおよび／または部分真空により周囲空気を吸引して、フードあるいはプレナム、喚起あるいは他の手段によりコンピュータ間の共通空間から周囲空気を換気することで達成される。その他、計算ユニットのハウジング内の空気を２カラムのコンピュータ間の空間内に導くため、ラック内の各計算ユニットがそれぞれのファンをもつようにしてもよい。共通管路を用いて２つのコンピュータカラム間の空間から加熱空気を除き、コンピュータを囲む環境から空気を引き出す、あるいは抽出された空気を冷却するため空調ユニット内に空気を引き入れる。その他、各フードは、コンピュータの置かれたサイトから空気を独立に排気する。前部から後部への流れをもたらすことでコンピュータ構成要素を冷却するだけでなく、他の高密度ネットワークコンピュータでの方策で可能なものよりも低い周囲温度を維持できる。上で望まれているとおり、冷却ガスの流れはホットランニングあるいは温度感受性の高い構成要素にむけて、あるいはそれにより導かれる。
【００４５】
ここで開示されているとおり、ハードウェアおよび／またはコンピュータやラックの構成により、後部から前部への、あるいは前部から後部への冷却流のいずれかをもたらすことが可能である。最終的に望みの結果を得るため、分離式、あるいは組合せ式のいずれかのさまざまな方法やハードウェア構成要素を用いて協働させる。
【００４６】
二重カラムコンピュータラック２２を用いる代表的な装置が図３Ａの側面図で示される。この変形例において、計算ユニット８は２つのカラム内に背中合わせになるよう設けられる。図３Ｂは、全棚がコンピュータでいっぱいになっている二重カラムコンピュータラックの横断面図を示す。コンピュータ８の２つのカラム２５，２６の後部２３，２４はラックの中心部２８でお互いに向き合う。この例において、各ラックの最上部棚は電源モジュール用に確保される。任意の電気ダクト１０を設けて、電源モジュールから、その下部に置かれたさまざまな計算ユニットまで電流をガイドする。電気ダクト１０には個々の計算ユニットとの接続を行うためのソケットがある。
【００４７】
上の例において、計算ユニットが背中合わせの配置になるよう二重カラム構成が示されているが、当業者であれば、計算ユニットの前側がコンピュータラックの中心でお互いに向かい合う前対前構成も可能であるということを認めうるであろう。本変形例において、各計算ユニット内の電子構成要素にわたる空気流を容易にするため、計算ユニットの２つのカラム間の空間内に空気流が強制的に導かれる、あるいはそこから空気流が抽出される。他の変形例において、二重カラム構成は、コンピュータラックの中心で計算ユニットの側面がお互いに面する側面対側面配置におかれた計算ユニットをもつ。他の変形例において、二重カラムラックのコンピュータの一部が背中合わせの配置で設けられる一方、一部は前対前に、あるいは側面対側面に置かれる。さらに、電源モジュールが二重カラム配置で置かれる場合、背中合わせ配置、側面対側面配置あるいは前対前配置で設置してもよい。
【００４８】
図３Ｂで示される変形例において、コンピュータのおのおのは他のカラムの対応するコンピュータとともに並べられるが、二重カラムラック内の２つのカラムの計算ユニットはお互いに並べる必要はない。例えば、１つの変形例において、１つのカラム内の全計算ユニットは対応するカラムの全コンピュータとずらして置いてもよい。他の変形例において、コンピュータの一部はカラムの対応するコンピュータと並べる一方、他のコンピュータは並べない。
【００４９】
１つの変形例において、二重カラム背中合わせラックが６つの直流電源モジュールで構成される。電源モジュールの内３つは前カラムの最上部棚に置かれ、他の３つの電源モジュールは後部カラムの最上部棚に置かれる。電源モジュールのおのおのは１１０ボルトの交流入力あるいは２２０ボルトの交流入力のいずれかを受け入れるよう構成される。各電源モジュールは３０００ワット電源あるいは５６００ワット電源として構成される。電源モジュールのおのおのは５６ボルトの直流出力を維持するよう構成される。電源モジュールの出力は配電バーと並列接続されるため、負荷分散は作動中の６つのモジュールを通して調整される。電源のおのおのは配電バーに流れる電流量を監視するようにしたセンサに接続される。各電源モジュール内に、モジュールの電源出力を変調するための内蔵型フィードバックコントローラをもつ。任意の中央制御装置を備えて６つの全電源モジュールを制御する。中央制御装置は二重カラムラックの下部棚の１つに設置してもよい。中央制御装置は配電バーの電流を監視するようにした外部センサをもってもよい。中央制御装置から６つのモジュールのおのおのに対して電気接続を行うことで、中央制御装置が６つの全電源モジュールと導通する。適切な量の電力がラック内の計算ユニットに確実に供給されるよう、中央制御装置が個々の電源モジュールの出力を制御する。例えば、計算ユニットの全電源必要量が少ない場合、中央制御装置は２つの電源モジュールだけをオンにするか活性化させる。計算ユニットの電力必要量が増加すると、中央制御装置は必要に応じてさらに多くの電源モジュールをオンにするか活性化させる。計算ユニットの電力必要量が低下すると、中央制御装置は個々の電源モジュールに対して停止するか待機状態になるよう指示する。この変形例において、配電バーは、コンピュータラックの前後カラムの全計算ユニットに対して電力を供給するよう二重カラムラックの中央部を下向きに通る。配電バーがお互いに平行な１つ以上の導体ストリップをもってもよい。４８ボルトの直流コンバータカードを設けて配電バーにより供給される入力電圧を降圧し、各計算ユニットの電子構成要素に電力供給するために３つの出力（１２Ｖ，５Ｖ，３Ｖ）を供給する。１つの構成例において、３つの出力１２Ｖ，５Ｖ，３Ｖは３０Ａ，２０Ａ，２０Ａの対応するアンペア率をもつ。直流コンバータカードを計算ユニットのおのおのの内部に設けて計算ユニットのマザーボードに直接接続する。その他、直流コンバータカードが計算ユニット外に置かれ、電気コードすなわち電気接続を行って、対応する計算ユニットのおのおののマザーボードに対して出力電力を供給してもよい。例えば、各計算ユニットをサポートする直流コンバータカード設置のため、各計算ユニットの隣のコンピュータラックにスロットを設ける。コンピュータの２つのカラム間の空間にある加熱された空気の除去あるいは置き換えを助けるため、ラック最上部にファンを設けてもよい。加熱された空気をコンピュータラックから排除するためファン最上部にフードを設けてもよい。例えば、加熱された空気をコンピュータラックから容易に除去するため、このフードを空気ダクトに接続する。
【００５０】
１つの変形例において、電源モジュールの上部にファンを設けることで、二重カラムコンピュータラックの底部から２つのコンピュータカラム間の空間を通ってコンピュータラックを出る前に電源モジュールの周り、あるいはその中を通って空気が吸引される。個々のファンを二重カラムラックの計算ユニットのおのおのに設けて、計算ユニットから加熱された空気を押し出し、２つのコンピュータカラム間の空間内に発生する空気流内に入れる。その他、コンピュータラックの底部に置かれた１組のファンにより空気を２つのカラム間の空間に吸引してもよい。
【００５１】
他の変形例において、電源ユニット４は、図３Ｃに示すとおり、二重カラムコンピュータラック２２の上に設けられる。この例では、各ユニットは２つの電源モジュールで構成され、各ユニットはその下にあるカラムに置かれた全ユニットに対して電源を供給するよう構成される。
【００５２】
１つの変形例において、電源モジュールは２つのコンピュータカラム間の空間の上に設けられる。１組のファンを電源モジュールの上に設けることで、２つのコンピュータカラム間の空間から電源モジュールを通ってコンピュータラックシステムから出るよう空気を吸引してもよい。
【００５３】
他の変形例において、２つの単カラム計算ラックを背中合わせ構成で設置することで二重カラム背中合わせ様式を形成する。フレームあるいは他の支持構成体を設けて２つのラックをお互い固定してもよい。２つのラック間に空間を設けることで、２つのラック間の空間から熱を換気してもよい。計算ラックのおのおのは、１つ以上の電源モジュールを収納するよう構成された上部棚をもつ。
【００５４】
さらに他の変形例において、計算ユニットあるいはサーバの３つ以上のカラムで構成されるコンピュータラックあるいはシャーシをもうけてもよい。例えば、コンピュータ３２，３４，３６の３つのカラムを背中合わせに設けることで、各コンピュータカラムの後部が６０度の角度にある他の２つのコンピュータカラムの後部に面するようにする。図４は、３つの背中合わせ構成を用いる代表的設計の上面図を示す。この変形例において、３カラムシステムは３カラムの棚あるいはスロットをもつ単ラックで構成される。ラックの一部は移動可能あるいは滑動可能であるため、オペレータは作業や保守のために計算ユニットの後部にアクセスできる。その他、３カラムシステムは１つ以上の移動可能あるいは滑動可能ラックで構成される。他の変形例において、５カラムのコンピュータラックシステムを設け、５カラムのコンピュータが五角形の配置で設けられ、５カラムの中心に空気カラムをもつようにする。５カラムのコンピュータのおのおのが、コンピュータの前部が五角形の周囲に面して他の４つのカラムのコンピュータの後部に面するコンピュータ後部をもつよう設けられる。前述のとおり、各ラックはカラム内のコンピュータに対して電力を供給するためラック最上部に電源ユニットをもつ。その他、五角形のラックにある全コンピュータに対して電力を供給するため、１つの電源ユニットを設けてもよい。電源ユニットは１つ以上のラック内に設けられる、あるいはラックシステムの上部に置かれる。その他、ラック内の５つの全コンピュータカラムに対して電力供給を行うため、電源ユニットを別個のラック内に設けることも可能である。ここでは３カラムと５カラムの構成について説明したが、４，６，７，８，９，１０カラムの構成でも可能であることを当業者であれば認めうるであろう。
【００５５】
他の変形例において、複数コンピュータラック内にマウントされた電子装置は、コンピュータラックから別個の専用ラックにマウントされた中央集中配電ユニットによりサポートされる。２つ以上のコンピュータラックが中央集中配電ユニットに対する電気接続をもってもよい。配電ユニットは統合型直流電源ユニットで構成される。その他の場合、配電ユニットは２つ以上の電源モジュールで構成される。さまざまなコンピュータラックの計算ユニットをサポートするため、配電ユニットを構成する電源モジュールは負荷分散電気出力をもつ。１つの変形例において、電源モジュールはさまざまなコンピュータラックに対して直流を供給する。複数モジュールを常にオンにしてもよい。その他、モジュールは必要に応じて電気出力をオンにして、計算ユニットが追加電力を必要とするまで追加の電源をもたらすことの可能な追加モジュールを待機モードにする、あるいはオフにしてもよい。中央集中電源ユニットを収納するコンピュータラックは、単カラムコンピュータラック、二重カラム背中合わせラック、あるいは他のマルチカラムコンピュータラックであってもよい。
【００５６】
図５は、別個の配電ユニットでサポートされる３ラックシステムを示す。この例では、３つのラック４２，４４，４６が隣り合わせで設置され、３つのコンピュータラックのおのおので収納される計算ユニットに対して直流を供給するため、配電ユニット４８が３つの別個のラックに接続される。１つの変形例において、配電ユニット４８が４８ボルト直流電源として構成される。他の変形例において、電源が約５６ボルトの実電源出力を供給するよう構成される。各コンピュータラック（あるいはラック内の各カラム）は、電力がラックあるいはカラム内の計算ユニットのおのおのに対して分配される前に入力電圧を約１４ボルトに降圧するため別個の電圧降圧コンバータをもつ。直流コンバータカードが各計算ユニット内に設けられ、１４ボルトの入力を１２ボルト，５ボルト，３ボルトに変換して計算ユニット内の構成要素の必要電力を供給する。その他、配電ユニットは４８ボルト電源を３つのラック内の全計算ユニットに供給するよう構成され、各計算ユニットは内蔵型４８ボルト直流コンバータボードをもち、入力電圧を降圧して１２ボルト，５ボルト，３ボルトの出力を計算ユニット内の構成要素に供給する。他の変形例において、配電ユニットが４８ボルト直流電源として構成され、各ラック（あるいはラック内のカラム）が配電ユニットからの４８ボルトの直流入力を受け入れるための電圧降圧コンバータをもち、１２ボルト，５ボルト，３ボルトの電源を出力する。さらに他に変形例において、配電ユニットは１２ボルトの直流、５ボルトの直流、３ボルトの直流を計算ユニットに対して直接供給し、これにより降圧電圧コンバータが必要なくなる。
【００５７】
配電ユニットが配電ユニットでサポートされる計算ユニットから別個のラックにある上に示す例において、効率的な機能レベルに配電ユニットの熱レベルを維持するよう専用の冷却システムあるいは熱抽出装置（例えば、ファン、空気流、冷却流用ダクト）を用いる。１つの変形例において、配電ユニットの過加熱を防ぐためのラックを通した空気流を容易化するため、空気流チャネルが配電ユニットラック内に設けられる。他の変形例において、電源モジュールがラック内で背中合わせに構成され、電源モジュールを通した空気流を容易化するため電源モジュールの後側間の空間に空気が強制的に導かれる、あるいはそこから抽出される。冷却された空気はまた、電源モジュール内の電子構成要素の冷却を容易化するため、電源モジュールに強制的に通される。配電ユニットもまた、計算ユニットとは別に、別個の部屋あるいはハウジング内に設けられる。
【００５８】
他の変形例において、計算ユニットはコンピュータラック内に水平でなく垂直に重畳される。図６は、垂直重畳配置を用いるコンピュータラックを図示する。この例において、コンピュータラック５２は５列５４，５６，５８，６０，６２をもち、下側の４列の各列内において、計算ユニット８が隣同士になるようお互いに垂直にマウントされる。電源モジュール６は計算ラック５２の最上部列５４にマウントされる。当業者であれば認めうるとおり、２カラム背中合わせ配置ラックあるいは他のマルチカラムラックシステムでも、このように計算ユニットを垂直にマウントしてもよい。他の設計において、囲みなしで個別計算ユニットを備えてもよい。各計算ユニットを電子ボードあるいはブレード上に設けてもよい。コンピュータラック内における計算ユニットの垂直マウントを容易化するため、コンピュータラックにバックプレインを設けてもよい。
【００５９】
当業者であれば認めうるとおり、設計の必要性に応じてさまざまな直流電圧レベルをもたらすよう配電ユニットを構成してもよい。例えば、配電ユニットは、約４０ボルトから約６０ボルトの間の範囲の比較的一定な直流電圧の直流を供給するよう構成される。配電ユニットもまた、オペレータにより決定されるさまざまな直流出力電圧をもつようにしてもよい。例えば、配電ユニットは、約４０ボルトから約６０ボルトの間の範囲の任意の直流電圧を供給するよう構成してもよい。
【００６０】
直流降圧コンバータは、計算ユニット内の構成要素に電流が供給される前に必要に応じて電圧降圧を行ってもよい。電圧降圧は各ラックまたは各カラムで行ってもよい。必要に応じて、他の電圧降圧コンバータを用いて、コンピュータ内のマザーボードに電流がガイドされる前に電圧をさらに降圧してもよい。上に示した例では、４８ボルトから１２−３−５ボルトへの降圧コンバータと１２ボルトから１２−３−５ボルトの降圧コンバータが計算ユニット内に設けられる。当業者であれば認めうるとおり、これらの電圧降圧コンバータが計算ユニット外に設けられ、電気接続を通してコンピュータボードに対してさまざまなレベル（例えば、１２Ｖ，５Ｖ，３Ｖ）の電流を供給してもよい。
【００６１】
配電システムをもつコンピュータラックに対する電気接続の１つの変形例が図７Ａで示される。この変形例において、３つの直流電源モジュール（ＰＳ）６は、３つの計算ユニット８に対して直流を供給するため並列構成される。各計算ユニット８は内蔵型電圧降圧コンバータ（ＶＣ）７２をもつ。電圧降圧コンバータ７２は、計算ユニット８の計算構成要素（ＣＣ）７４（例えば、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭ等）に対して降圧電圧の直流を供給する。当業者であれば認めうるとおり、本例では３つの電源ユニットと３つの計算ユニットとがここで示されているものの、電源ユニットと計算ユニットとのさまざまな他の組み合わせについても適用可能である。図７Ｂは、計算ユニット８に接続された別個のモジュールとして電圧コンバータ７２を備える場合の電気接続の他の変形例を示す。
【００６２】
電源モジュール６は計算ユニット８と同一のラック内に収納される。例えば、電源モジュール６はラックの上部に収納される一方、計算ユニット８はラックの下部に収納される。その他、計算ユニット８は１つのラック内に収納される一方、電源モジュール６は別個のラック内に収納される。１つの変形例において、電圧コンバータ７４は計算ユニットラック内に収納される。他の変形例において、電圧コンバータ７４は電源モジュール６とともに収納される。
【００６３】
図８Ａにおいて、３つの電源バーに対して直流を供給する３つの電源モジュール６が並列配置される場合の電気接続の他の変形例を示す。前記電源バーのおのおのは複数計算ユニット８に電力を供給する。本例で示される変形例における計算ユニットは統合型電圧降圧コンバータ７２をもつ。図８Ｂは、電圧降圧コンバータ７２が計算ユニット８外に設けられる場合の電気接続の他の変形例を示す。図８Ｃは、４８ボルトから１２ボルトまでの電圧降圧７６が３つの電源バーのおのおのでなされる場合の電気接続の他の変形例を示す。各計算ユニット８内に、１２Ｖの入力と１２Ｖ，５Ｖ，３Ｖの出力をもつ電圧コンバータ７８が設けられる。当業者であれば、さまざまな電圧変換構成がここで実施できるということを認めうるであろう。例えば、一次電圧降圧コンバータ７６は６０Ｖから１５Ｖへの降圧を行い、二次降圧コンバータ７８は１５Ｖから１０Ｖ，５Ｖ，３Ｖへの降圧を行う。他の組み合わせについても適用可能である。さらに、本例では二次電圧降圧コンバータ７８が計算ユニット内に統合されているが、当業者であれば、二次降圧コンバータ７８を計算ユニット外でも用いることができるということを認めうるであろう。
【００６４】
図８Ｄは、１２Ｖ，５Ｖ，３Ｖの対応電圧をもつ３つの別個の直流供給ラインを提供するため、主電源バーの各ノードに３つの電圧変換セット８２，８４，８６を設ける際の電気接続の他の変形例を示す。システム内の各計算ユニッ８は、３つのレベルの直流電源８２，８４，８６のおのおのから電源を受け入れる。当業者であれば、各ノードで用いられる電圧変換の数は３に限られるのではなくシステム設計の必要性に応じて変わりうるということを認めうるであろう。例えば、コンピュータが４つの別個の電圧入力を必要とする場合、４つの電圧降圧コンバータのセットが用いられる。さらに、本例では３つの電圧変換が３つの別個の電圧コンバータで達成されるものの、当業者であれば、１つの電圧入力と３つの降圧電圧出力をもつ統合型ユニットを、３つの電圧降圧ユニット８２，８４，８６の代わりに用いうるということを認めうるであろう。さらに、本例では１２Ｖ，５Ｖ，３Ｖが用いられているものの、ラックでサポートされる計算ユニットの電源の必要性に応じて他の電圧レベルを用いることもできる。
【００６５】
図９は、２つの並列電源バーに対して電力を供給するよう６つの電源モジュールが並列配列され、各電源バーが複数の計算ユニット８をサポートする際の電気接続の他の変形例を示す。この変形例において、電圧降圧コンバータ７２が各計算ユニット８内に設けられている。当業者であれば認めうるとおり、電圧変換７２も別個のモジュールあるいは計算ユニット８外のユニットとして行われる。さらに、１つの変形例において、電源モジュール６および計算ユニット８が二重カラムコンピュータラック内に収納される。例えば、電源モジュール６は二重カラムラックの上部に収納される一方、計算ユニット８は二重カラムラックの下部に収納される。他の変形例において、計算ユニット８は１つの二重カラムラック内に収納される一方、電源モジュール６は別個のラック内に収納される。電源モジュールを収納する別個のラックもまた、電源モジュール内の電子構成要素の冷却を容易化するための１つ以上の空気流チャネルをもつ二重カラム構造をもつようにしてもよい。
【００６６】
コンピュータラック内のさまざまな計算ユニットに対して電力供給を行うためのラックの上部に置かれる配電構成要素をもつラックを備えるコンピュータサーバシステムにより、コンピュータラックの計算ユニットの熱管理においてさまざまな利益がもたらされる。第１に、電源あるいは電源の一部あるいは電源モジュールの一部をなくすことで、コンピュータラック下部において発生する熱を低下させ、さらにこれにより個々のコンピュータ筺体あるいはシャーシ内で発生する熱を減らすことができる。第２に、熱い空気が上方に昇る傾向があることから、ラック上部に対する電源あるいは電源の一部をなくすことで、コンピュータサーバシステム（例えば、さまざまな計算ユニットを内部に設置するコンピュータラック）の熱放散能力が改善される。第３に、計算モジュール内の電源モジュールをなくす、あるいはその大きさを減らすことで、コンピュータハウジングの大きさと横断面積とを減らし、あるラックにおいてさらに多くの計算ユニットを設けることができるようになる。第４に、電源ユニットをコンピュータシステムから分離することで、電源ユニットで発生される熱が専用の冷却機構を用いてさらに効果的にラックから廃棄される。
【００６７】
本仕様書で引用されている全ての特許公開や特許申請は、ここで、それぞれ個別の特許公開や特許申請が特に個別に本文中に入れられるよう全てが引用によって組み込まれている。
【００６８】
本発明は特定の変形例や図面により説明されたが、通常の当業者であれば、本発明は説明された変形例あるいは図に限定されるのではないということを認めうるであろう。さらに、上述の方法や段階がある順番で発生する事象を示している場合、通常の当業者であれば、ある段階の順番は変更可能であり、そのような変更例も本発明の変形例になるということを認めうるであろう。さらに、段階の一部については可能な場合には並列プロセスとして同時に実施される、あるいは上述のとおり順次実施してもよい。
【００６９】
したがって、本発明は添付請求項の考え方や適用範囲内における変更例や改造例を用いて実現できるということを理解すべきである。この記述は、これにより、本発明を限定するものとしてではなく、説明するためのものとみなされるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１Ａ】図１Ａは、コンピュータラック下部に設けられる計算ユニットをサポートする電源を供給するためのラック最上部に設けられた電源モジュールをもつコンピュータラックの変形例を示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａで示されるコンピュータラックの前面図である。電源モジュールから下部ラックの計算ユニットに配電するためのさまざまなソケットをもつ光学電圧アダプタ（例えば、配電バー）が示されている。
【図２】図２は、コンピュータラックの計算ユニットの電気に対する必要性をサポートするためのラック最上部に設けられた配電システムをもつコンピュータラックの他の変形例を示す。
【図３Ａ】図３Ａは、２カラムのコンピュータがラック内で背中合わせに設けられ、電源モジュールが各ラックの最上部棚に設けられる場合の二重カラムコンピュータラックの１つの変形例の側面図を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、計算ユニットを入れた電源ユニット下部に全ラック空間をもつ二重カラムコンピュータラックの（ラック側面からの）横断面図を示す。これら２カラムの計算ユニット間に空間が設けられる。
【図３Ｃ】図３Ｃは、電源ユニットが計算ラック最上部に設けられた二重カラムコンピュータラックの他の変形例を示す。
【図４】図４は、３カラムで背中合わせに配置されたコンピュータラックの１つの変形例の上面図を示す。
【図５】図５は、配電ユニットが、３つの二重カラムコンピュータラックに設けられたコンピュータに電力を供給する際の中央集中電源システムの１つの変形例を示す。この変形例において、配電ユニットは、別個のラック内で背中合わせになるよう固定された直流電源モジュールで構成される。電源ユニットの電源モジュールに対して冷却を行うため、電源ラックが空気流ベントと空気流チャネルとを備える。
【図６】図６は、垂直積み重ね配置を行うコンピュータラックの１つの変形例を示す。
【図７Ａ】図７Ａは、３つの計算ユニットに対して直流を供給するよう３つの直流電源モジュールが並列配置された場合の電気接続の１つの変形例を示す。各計算ユニットは内蔵型電圧降圧コンバータをもつ。
【図７Ｂ】図７Ｂは、計算ユニットに接続された別個のモジュールとして電圧コンバータを備える場合の電気接続の他の変形例を示す。
【図８Ａ】図８Ａは、３つの電源バーに対して直流を供給する３つの電源モジュールが並列配置される場合の電気接続の他の変形例を示す。前記電源バーのおのおのは複数計算ユニットに電力を供給する。
【図８Ｂ】図８Ｂは、電圧降圧コンバータが計算ユニット外に設けられる場合の電気接続の他の変形例を示す。
【図８Ｃ】図８Ｃは、４８ボルトから１２ボルトまでの電圧降圧が３つの電源バーのおのおのでなされる場合の電気接続の他の変形例を示す。各計算ユニット内に、１２Ｖの入力と１２Ｖ，５Ｖ，３Ｖの出力をもつ電圧コンバータが設けられる。
【図８Ｄ】図８Ｄは、１２Ｖ，５Ｖ，３Ｖの対応電圧をもつ別個の直流供給ラインを提供するため、主電源バーの各ノードに３つの電圧変換セットを設ける際の電気接続の他の変形例を示す。システム内の各計算ユニットは、３つのレベルの直流電源のおのおのから電源を受け入れる。
【図９】図９は、２つの電源バーに対して電力を供給するため６つの電源モジュールが並列配列され、各電源バーが複数の計算ユニットをサポートする際の電気接続の他の変形例を示す。この変形例において、電圧降圧コンバータが各計算ユニット内に設けられている。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９】
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【国際調査報告】
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