СТОЙКА АППАРАТУРЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Область техники, к которой относится полезная модель. Настоящее решение относится к аппаратуре вычислительной техники, в частности к стоечным решениям, которые возможно применять как отдельно, так и в центрах обработки данных.
Уровень техники
Из уровня техники известно множество стоек аппаратуры вычислительной техники, в частности известно решение из документа RU 126551 (опубл. 27 марта 2013 года), описывающее шкаф телекоммуникационный, содержащий корпус, образующий внутренний объем для монтажа приборов телекоммуникационного оборудования с кабелями, а также поворотную дверь с замком, дверь снабжена ребрами жесткости, размещенными с образованием на внутренней стороне двери, по меньшей мере, одной ниши, по меньшей мере, одну пару расположенных во внутреннем объеме и закрепленных к внутренней стороне задней стенки кронштейнов, отличающийся тем, что эти кронштейны выполнены в виде уголков, на которых укреплена поворотная рама, выполненная из листового металла с отгибами, на задней стенке укреплены также кабельные органайзеры для укладки волоконно-оптического магистрального кабеля, а на правой и левой боковых стенках шкафа выполнены кронштейны для укладки распределительных кабелей.
Также известно решение по документу RU 124987 (опубл. 20 февраля 2013 года), описывающее шкаф телекоммуникационный, содержащий заднюю панель и поворотную дверь с замком, образующие внутренний объем для монтажа телекоммуникационного оборудования с кабелями, отличающийся тем, что на задней панели установлены верхняя и нижняя стойки, к которым прикреплены органайзер для установки портов и органайзер для укладки шнуров соединительных, пластина-органайзер для крепления оборудования, отличного от стандарта 19", кросс оптический, заземляющая шина, на поворотной двери расположены не менее одного кронштейна для крепления коммутатора и органайзер для укладки шнуров соединительных.
Раскрытие сущности полезной модели. Настоящее решение описывает стойку для аппаратуры вычислительной техники, представляющую собой шкаф, включающий в себя переднюю металлическую раму, снабженную посадочными местами для установки колец органайзера, и заднюю металлическую раму, связанную с передней рамой силовыми элементами в виде металлических горизонтальных балок, горизонтальные и вертикальные панели, ножки шкафа, профили и лотки для установки унифицированных вычислительных модулей, средства коммутации оборудования, расположенные в передней части шкафа, по меньшей мере одну контрольную лампу, расположенную в передней части шкафа, передние уплотнители, размещенные между профилями и передней рамой и имеющие по меньшей мере одно окно, регулируемый по высоте фартук, установленный в нижней части шкафа, по меньшей мере один кабельный ввод, установленный сверху на шкаф, перегородку, разделяющую внутреннее пространство шкафа на по меньшей мере две термоизолированных секции, и систему охлаждения, включающую в себя по меньшей мере одну вентиляторную стену, снабженную по меньшей мере двумя вентиляторами, выполненным с возможностью работы по меньшей мере в трех режимах: полной остановки, вращения вентилятора со средней скоростью, вращения вентилятора с максимальной скоростью, по меньшей мере двумя термодатчиками, расположенными во внутреннем пространстве шкафа по меньшей мере по одному в каждой термоизолированной секции, причем каждая термоизолированная секция обслуживается своим набором вентиляторов, установленным в по меньшей мере одну вентиляторную стену.
Также решение описывает стойку, в которой унифицированные вычислительные модули могут иметь форм-фактор 21 дюйм.
Дополнительно описана стойка, в которой шкаф может быть снабжен лотками для установки унифицированных вычислительных модулей в количестве от 36 до 44.
Настоящая стойка может содержать по меньшей мере два блока питания: первый и второй, причем первый блок питания может обеспечивать работу только одной секции.
Кроме того, описана стойка, в которой второй блок питания может обеспечивать работу по меньшей мере одной вентиляторной стены.
Также описана стойка, которая может содержать по меньшей мере третий блок питания, являющийся резервным по меньшей мере для первого блока питания.
Также описана стойка, в которой блоки питания могут быть размещены в центральной части шкафа.
Дополнительно описана стойка, в которой горизонтальные и вертикальные панели, передние уплотнители, перегородка и фартук могут быть выполнены из металла.
Кроме того, описана стойка, в которой горизонтальные и вертикальные панели, передние уплотнители, перегородка и фартук могут быть выполнены из пластмассы.
Дополнительно описано исполнение стойки, в которой по меньшей мере одно окно переднего уплотнителя может быть закрыто щеткой.
Дополнительно описана стойка, в которой лотки могут являться выдвижными, а также содержать направляющие и по меньшей мере два колеса.
Настоящее решение призвано сократить энергопотребление стойки за счет улучшенного охлаждения, модульности (наличия секций), унификации компонентов (возможность использования одинаковых элементов системы охлаждения для каждой секции), упрощения обслуживания стойки (за счет унификации, возможности обслуживания каждой секции по отдельности). Настоящее решение преимущественным образом предназначено для использования в центрах обработки данных, когда большое количество описанных стоек позволит обеспечить значительную экономию для центра обработки и хранения данных.
Краткое описание чертежей
Фигура 1 показывает общий вид шкафа (корпуса) стойки (фотография).
Фигура 2 показывает общий шкафа (корпуса) стойки (фотография).
Фигура 3 показывает шкаф (корпус) стойки, вид сверху-спереди (фотография).
Фигура 4 показывает шкаф (корпус) стойки, вид снизу-сзади, с расположенными на корпусе колесами и стойками-ножками (фотография).
Фигура 5 показывает пустое внутреннее пространство шкафа (корпуса) стойки без внутренних компонентов (фотография).
Фигура 6 показывает шкаф (корпус) стойки, вид сбоку.
Фигура 7 показывает шкаф (корпус) стойки, вид сзади, с установленной вентиляторной стеной.
Фигура 8 показывает шкаф (корпус) стойки, вид спереди, наполненный внутренними компонентами.
Фигура 9 показывает раму корпуса стойки с верхней и нижней крышками, вид 3\4 сбоку.
Фигура 10 показывает шкаф с индикаторами на панели, вид 3\4 сбоку.
Фигура 11 показывает шину питания стойки (фотография).
Фигура 12 показывает фрагмент вентиляторной стены стойки (фотография).
Осуществление полезной модели Стойка для аппаратуры вычислительной техники представляет собой металлическую конструкцию. Стойка предназначена для подключения и обеспечения работы серверов и систем хранения данных в дата центре, при этом может использоваться и в одиночном исполнении, например, в серверных комнатах небольших организаций.
Как показано на фигурах 1 и 2, стойка представляет собой металлический шкаф высотой с рамой, включающей в себя переднюю металлическую раму и заднюю металлическую раму предпочтительно 2224,70 мм (может быть выполнена высотой от 2000 мм до 2400 мм), шириной предпочтительно 600 мм (может быть выполнена шириной от 500 мм до 800 мм), глубиной предпочтительно 1200 мм (может быть выполнена глубиной от 900 до 1300 мм). В некоторых исполнениях настоящего технического решения стойка представляет собой металлический шкаф высотой 2000 мм или от 2200 мм до 2400 мм в других исполнениях, например, в зависимости от использования колес, роликов или съемных блоков и постаментов, подставок, ножек, фартуков. Стойка может быть выполнена шириной от 500 мм до 700 мм и глубиной от 900 мм до 1300 мм. Стойка может быть выполнена с возможностью установки 21-дюймовых профилей (а также 19 дюймовых профилей) для крепления серверов, систем хранения данных (жестких дисков, накопителей на твердотельной памяти и других), шасси для модулей управления стойкой, сетевого оборудования, органайзеров для укладки проводов, например, состоящие из колец и\или имеющие кольцевидную или концентрическую форму, шасси для подключения блоков питания, а также охлаждающих блоков, в частности воздуховодов, датчиков температуры, перегородок разделения стойки на независимые пространства. При использовании перегородки, разделяющей внутреннее пространство шкафа на по меньшей мере две термоизолированных секции, возможно дополнительно использование системы охлаждения, включающей в себя по меньшей мере одну вентиляторную стену (описана далее).
Настоящее решение может воплощать набор вычислительных узлов и модулей (серверов и стоек) с общими источниками питания и вентиляторами, выполненных по стандарту Open Rack. Стандарт Open Rack направлен унификацию промышленного дизайна стандартных ячеек в дата-центре - рэков (от англ. «гаек» - стеллаж, полка, каркас), включающий в себя, в том числе, организацию юнитов, и в целом внутреннего пространства стойки, например, профилей и лотков для установки унифицированных вычислительных модулей, где модули могут иметь форма-фактор 21 дюйм или 19 дюймов (https://en.wikipedia.org/wiki/Open_Rack).
В некоторых исполнениях стойка может быть оснащена внутренним контроллером управления, который управляет функциональностью и осуществляет коммутацию оборудования предпочтительно всех систем внутри стойки (в некоторых исполнениях по крайней мере частью систем). Настоящий подход в рамках стандарта Open Rack разработан как набор технологий для снижения затрат при производстве, эксплуатации и энергопотребления, а также настоящий подход упрощает первоначальную установку и последующее обслуживание серверов в дата-центре. Кроме того, настоящее решение позволяет работать вычислительной аппаратуре и системам хранения информации при оптимальной температуре, уменьшить количество негативных внешних воздействий (внешние перепады температуры, влажности, пыль и другие факторы). В некоторых исполнениях настоящего решения, которые не призваны ограничивать, а лишь показывают возможные воплощения настоящего технического решения, как это показано ниже, могут быть реализованы следующие детали решения.
Стойка может быть выполнена сочетаемой с технологией холодного коридора и горячего коридора дата-центра. Холодный и горячий коридоры располагаются по разные стороны от стойки. В некоторых исполнениях возможно исполнение без коридоров, с подачей по воздуховодам холодного воздуха (охлажденного, также он может быть дополнительно осушен) и отвода теплого (горячего) воздуха по воздуховодам. Стойка может эксплуатироваться, например, в дата-центре, выполненном по технологии с «Free-cooling» - то есть без дополнительного охлаждения воздуха в чиллерах или при помощи кондиционера, а только за счет охлаждения воздухом той температуры, что поступает из вне («с улицы», при этом возможно прохождение воздуха через системы очистки и системы осушения). В таком варианте холодный воздух попадает с улицы в камеры смешения, откуда после фильтрации нагнетается вентиляторными стенами (описаны подробнее ниже) через модуль увлажнения в холодные коридоры. Теплый отработанный воздух может отводиться через горячий коридор и дополнительно передаваться для дальнейшей эксплуатации в рамках обогрева зданий и помещений. Эксплуатация стоек и техническое обслуживание выполняются в таком варианте в холодном коридоре, что позволяет добиться большего удобства для обслуживающего персонала путем снижения температуры воздуха, при которой персонал производит обслуживание стойки, например, во время горячей замены носителей - магнитных дисков, твердотельных дисков и т.д.
В некоторых исполнениях порты и кабели данных расположены на передней (фронтальной) стороне стойки, как это показано на фигуре 8, при этом возможны исполнения, когда порты и кабели расположены на боковой, боковых, задней (тыльной) стороне стойки, комбинации сторон. Дополнительно порты и кабели могут в некоторых исполнениях располагаться на верхней стороне (крыше) стойки. Такое расположение позволяет дополнительно упростить доступ персонала к портам и кабелям для обслуживания и наладки стоек. Позволяет подключать измерительную аппаратуру без остановки работы стойки и с меньшим риском повредить компоненты стойки при подключении к портам, замене кабелей, их прокладке.
В других исполнениях стойки компоненты стойки могут включать в себя контроллер и/или модуль (-и) управления, который производит мониторинг и контроль за рабочими характеристикам стойки (например, температура в горячем коридоре, напряжение и температура на компонентах, общая потребляемая энергия, влажность входящего воздуха, температура воздуха в холодном коридоре, промежуточная температура, промежуточная влажность, контроль заземления, датчики дыма и т.д.). Контроллер и/или модуль управления может автоматически, в некоторых воплощениях, сообщать автоматической системе управления дата-центром о сбоях и превышениях рабочих характеристик (или отклонениях характеристик в меньшую сторону). Автоматическая система управления дата-центром может на основании полученных от стойки данных выключить стойку и\или послать сигнал оператору или обслуживающему персоналу о необходимости ремонта стойки, а также автоматически отключить стойку в экстренных ситуациях. В других вариантах стойка дополнительно и\или комбинированно может управляться дистанционно оператором.
Индикаторы неисправности стойки и узлов могут располагаться спереди - на передней (фронтальной) стороне стойки, в других исполнениях настоящего технического решения индикаторы неисправности могут дублироваться или располагаться на боковых и\или верхней частях стойки (для контроля со служебных этажей или камеры видеонаблюдения - смотри фигуру 10. Индикаторы, например, могут представлять собой контрольную лампу или светодиод и\или их сочетание. Индикаторы неисправности стойки, расположенные спереди стойки, сверху стойки, сзади стойки позволяют обслуживающему персоналу оперативно выявлять неисправности: сбои оборудования контроля, вышедшие из строя накопителя, перегревы и т.д. В некоторых исполнениях индикаторы неисправностей могут для группы стоек выводится на общий пульт, расположенный в том же помещении, что и серверные стойки, также на этих пультах может быть предусмотрена возможность отключения стоек. Индикаторы неисправности стойки могут включать световые индикаторы (например, LED-маяки, выполненные с использованием цветового кода ошибки\неисправности, или звуковые и\или комбинированные светозвуковые индикаторы, выполненные с использованием последовательностей звуков, характерных для определенного типа ошибки или неисправности).
Компоненты стойки могут быть выполнены с использованием узлов и креплений (например, задвижки, защелки, шпингалеты, кнопки, и т.п.) для операции технического обслуживания (например, смены жестких дисков или твердотельных носителей) без использования специальных инструментов. Доступ к компонентам и узлам стойки может выполняться с фронтальной стороны стойки. В некоторых вариантах боковые стенки (смотри фигуру 6) могут быть демонтированы и, таким образом, может быть обеспечен доступ к внутреннему пространству стойки. Также доступ к компонентам и узлам стойки может выполняться с задней стороны стойки.
Фигура 9 показывает каркас стойки, который может быть выполнен из металлической рамы с верхней и нижней крышками. В некоторых исполнениях допускается выполнение каркаса стойки из полимерных материалов, а также полимерных материалов, армированных металлическими вставками, кроме того ребра также могут содержать специальные шины заземления, которые предпочтительно выполняются из стали или меди, но также могут быть выполнены из алюминия. В исполнениях металлического каркаса стойки предпочтительными материалами являются: сталь, алюминий, медь, силумин, комбинации перечисленных материалов. Стойка может быть снабжена боковыми крышками корпуса, например, которыми могут быть укомплектованы внешние стойки в ряду стоек. Боковые крышки могут быть выполнены из полимерных материалов, а также из металла, кроме того могут быть выполнены из полимерных материалов, армированных металлическими вставками. Боковые крышки могут содержать ребра жесткости, окна, закрываемые заглушками, щетками, люками. Каждый ряд стоек может состоять из одной или более стоек: 2, 3, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 24, 28, 30, 32, 64 стоек. Отдельная стоящая стойка может быть укомплектована обеими боковыми крышками корпуса. При выполнении боковых крышек, содержащих шины заземления, шины заземления могут соединяться между собой при сборке стойки. В некоторых исполнениях каждая стойка в ряду стоек содержит боковые крышки, в некоторых исполнениях только часть стоек содержит боковые крышки, в некоторых исполнениях боковая крышка одной стойки одновременно является боковой крышкой соседней стойки.
Шина питания
В одном из исполнений стойки может использоваться подход к распределению мощности через централизованную распределительную систему электроэнергии. В таком исполнении стойка может быть оснащена шиной питания, выполненной с возможностью подключения к общей шине дата-центра, например, по трем фазам, 380-400 В переменного тока, до 220-230 В на фазу, или двум фазам. Стойка может быть дополнительно выполнена с возможностью преобразовывать при помощи встроенного в стойку преобразователя напряжения в 12 В постоянного тока для питания компонентов стойки. Могут использоваться блоки питания 210-230 В для преобразования напряжения от 230 В до 12 В или из 120 В до 10 В или до 12 В. В каждой стойке может быть установлено до 10 блоков питания, но реальное установленное количество блоков питания зависит от мощности каждого источника питания и типа, количества узлов и компонентов, используемых в конкретной стойке. В некоторых вариантах исполнения стойка может не содержать блоков питания, в других исполнениях стойка может содержать 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 16, 18, 20, 24 блока питания. В качестве фазового распределителя могут, в качестве неограничивающего примера, использоваться трехфазные PDU - от англ. power distribution unit, PDU) - устройство для распределения электрической энергии - в блоке распределения питания. Например, HP Basic 11kVA/60309/C13 C19/INTL PDU или блок Rittal PDU managed СЕЕ 16A, 3P, 42×C13, 1665 мм или схожие аналоги. PDU обеспечивает связь между собой и входными разъемами блока питания с помощью шнуров питания.
Как показано на фигуре 11, узлы получают питание от шины питания в стойке, причем питание поступает от блока распределения мощности в центральной части шкафа, следует понимать, что некоторые исполнения решения допускают расположение блока распределения мощности в нижней и верхней частях шкафа, использование нескольких блоков распределения мощности, расположения блоков распределений мощности вверху, внизу, в центральной части, любой из перечисленных позиций, в частности, в одном из исполнений может быть два блока распределения мощности расположенных в центральной части шкафа. Шина питания состоит из двух параллельных медных рельсов ±12 В и земли, см. фиг. 11. В некоторых исполнениях шина питания может быть выполнена как большее количество рельсов, например, 3, 4, 5 или 6 рельсов и рельс заземления. В некоторых исполнениях рельсы (или часть из них) могут быть выполнены из стали, алюминия. В некоторых вариантах исполнения часть рельсов может быть выполнена из меди, часть - из стали, часть - из алюминия. В стойке могут быть использованы два блока питания - один для верхней части стойки, другой для нижней части. В других исполнениях решения в стойке могут быть задействованы от 2 до 20 блоков питания в зависимости от компонентов стойки. Блоки питания и шины могут быть выполнены независимыми по питанию друг от друга, что обеспечивает дополнительный уровень избыточности распределения мощности. Кроме того, в других исполнениях решения, блоки питания могут быть выполнены с возможностью подачи питания на соседние блоки питания или компоненты, например, в случае выхода одного из блоков питания из строя. В некоторых осуществлениях решения часть блоков питания может быть отключена и нести в себе резервную функцию, т.е. включаться только при выходе из строя какого-то из блоков питания или падении мощности, напряжения или тока на шине питания.
Как показано на фигуре 12, вентиляторная стена расположена на задней (тыльной) стороне стойки и используется для охлаждения узлов. Дополнительно могут быть размещены вентиляторы на нижней, боковой, боковых верхней и передней стороне стойки. Воздушный поток проходит от передней (фронтальной) стороны к задней (тыльной) стороне стойки через каждый узел или часть узлов, обеспечивая тем самым отвод тепла от компонентов стойки. В некоторых исполнениях воздушный поток может иметь обратное направление.
Вентиляторная стена может быть установлена непосредственно, примыкая к компонентам с задней (тыльной) стороны стойки (как это показано на фигуре 7), но может быть выполнена с заступами (для создания дополнительного притока воздуха). Вентиляторная стена может быть выполнена с отдельным питанием или с питанием от указанных выше блоков питания стойки. Вентиляторная стена может быть выполнена с возможностью подключения к шине питания и\или контроллерам для мониторинга нагрузки на вентиляторы и контроля вышедших вентиляторов из строя. Узлы и другое активное оборудование стойки выполнены для работы в диапазоне входной температуры 18-40°С при включенных или выключенных вентиляторах вентиляторной стены. Вентилятор может быть выполнен с диаметром от 100-120 и до 140-160 мм. В один ряд в вентиляторном ряду могут быть установлены от двух до пяти вентиляторов, а вся вентиляторная стена может включать от 2 (однорядная стена) до 100 вентиляторов (50 рядов по 2 в каждом), в других вариантах, в каждом ряду может быть установлено 4 вентилятора - по 4 на каждую ноду \ рэк (юнит). В некоторых исполнениях решения вентиляторная стена может содержать 48 вентиляторов (по 24 штуки в каждой секции - нижней части и в верхней части стойки). Один ряд вентиляторов может, в альтернативных исполнениях, охлаждать две, три или четыре ноды. Вентиляторная стена может иметь несколько секций или частей, количество вентиляторов в которых может различаться. Дополнительно каждая нода стойки может быть выполнена воздушно изолированной от соседних нод. В таком исполнении решения каждый ряд вентиляторов вентиляторной стены работает изолированно с одной, например, нодой. В некоторых исполнениях решения стойка содержит по меньшей мере два блока питания: первый и второй, причем первый блок питания обеспечивает работу только одной секции стойки. Кроме того, в некоторых исполнениях стойка может включать по меньшей мере третий блок питания, являющийся резервным по меньшей мере для первого блока питания или второго блока питания и обоих блоков питания. Такой резервный блок питания может позволить запитать как компоненты, ноды, вычислительные модули стойки или служебные компоненты, так и вентиляторную стену целиком или отдельные вентиляторы. Блок(и) питания могут быть размещены в центральной секции шкафа, что позволяет, например, проводить диагностику и замену блоков без разбора вычислительных модулей.
Система охлаждения стойки, выполненная с использованием вентиляторной стены, может быть выполнена для работы со следующими показателями. Разница температур между входным и выходным воздушным потоком (холодный и горячий коридор стойки) может находиться в диапазоне 15-20°С (зависит от температуры на входе и нагрузки на стойку). Температура на входе (холодного коридора) может колебаться от 18 до 40°С, а давление ±10 Па в холодном проходе, ±5 Па в горячем коридоре (относительно атмосферного давления).
При этом система охлаждения стойки, выполненная с использованием вентиляторной стены, может иметь следующие характеристики потребления воздуха. Например, при диапазоне энергопотребления стойки (8-15 кВт) удельный расход воздуха потребляемой мощности в стойке может быть, например, при 15 кВт около 2300 метров кубических в час при температуре на входе (в холодном коридоре) около 25°С. При этом другое возможное потребление воздуха (при 40°С в холодном коридоре и 15 кВт потребляемой мощности) может быть около 4500 метров кубических в час.
Помимо системы распределения электроэнергии, система охлаждения в стойке может использоваться компонентами совместно. Например, в узлах могут быть установлены собственные вентиляторы, или в узлах может не быть вентиляторов, и в таком случае все вентиляторы расположены позади всего оборудованием стойки и собраны в стене вентилятора на задней (тыльной) стороне стойки.
Система управления
Модули управления или, например, RMC (контроллеры удаленного управления) используются для управления подсистемами питания и охлаждения, состояния каждого узла стойки и мониторинга состояние узлом и компонентов. Модули дистанционного управления RMC обеспечивают управление релейными выходами для включения/выключения цепей управляемых устройств. Модули RMC представляют собой систему электронных модулей и могут быть настроены для работы с релейными выходами, устройств может быть связано, например, кабелем RS 485 типа «витая пара», осуществляя таким образом управление до 130 цепями. Для реализации функций управления, например, шина IPMI - интеллектуальный интерфейс управления платформой, от англ. Intelligent Platform Management Interface, предназначена для автономного или текущего мониторинга (в том числе в реальном времени) и управления функциями, встроенными непосредственно в аппаратное и микропрограммное обеспечения серверных платформ. Ключевые характеристики IPMI
- мониторинг, восстановление функций управления, журналирование и инвентаризация, которые доступны независимо от процессора, BIOS'a и операционной системы. Функции управления платформой могут быть доступны, даже если система находится в выключенном состоянии. Шина IPMI используется для управления нодами стойки и интеграции с инфраструктурой стойки, выведена с тыльной стороны каждой ноды и коммутируется в тыльной стороне, в некоторых исполнениях возможно коммутирование через боковые стороны. Для восстановления поврежденных прошивок ноды стойка может использовать прошивки BIOS и ВМС (описан далее), которые могут быть использованы для аварийного механизма восстановления прошивок. Восстановление прошивки может быть активировано автоматической системой мониторинга дата центра или оператором непосредственно на каждой стойке, ноде - по нажатию кнопки на фронтальной панели стойки (в некоторых вариантах исполнения стойки - на верхней, боковой, тыльной стороне). Восстановление может происходить как из резервной копии, находящейся в микросхеме флэш-памяти (или иной памяти) стойки и\или ноды стойки, так и из внешнего сетевого хранилища по протоколам tftp и\или http.
Компоненты и узлы стойки, такие как, например, система охлаждения, блоки питания, термодатчики и т.д., управляются и контролируются контроллером (-ами) удаленного управления RMC. Это модули на базе ВМС (описан далее) / MCU (Microcontroller Unit - это микроконтроллер, то есть, микросхема, применяемая для управления разнообразными электронными устройствами) / FPGA (Программируемая пользователем вентильная матрица (ППВМ, англ. field-programmable gate array, FPGA)
- полупроводниковое устройство, которое может быть сконфигурировано производителем или разработчиком после изготовления), которые имеют подключение к каждой части стойки через платы и кабели стойки, в некоторых исполнениях через рельсы. RMC может использовать интерфейсы LAN, I2C (шина внутренней связи для создания управляющей электроники) или IPMB (от англ. Intelligent Platform Management Bus - шина управления протокола и модулей IPMI) и протокол IPMI 2.0 -интеллектуальный интерфейс управления платформой версии 2.0- для связи с узлами и компонентами и IPMI или его аналоги для связи с службами управления центрами обработки данных. В некоторых исполнениях могут использоваться протоколы на основе HTTP или XML, такие как, например, Redfish (протокол-разновидность IPMI, имеющий шифрование, причем протокол и модель данных могут быть разделены, что позволяет обновлять их отдельно друг от друга). Другие варианты воплощения возможны и не должны ограничиваться перечисленными выше примерами. Одним из возможных вариантов является использование плат управления (СВ) для каждой зоны охлаждения. СВ - это модуль на базе ВМС, MCU или FPGA со встроенной системой на базе Linux. Каждый СВ контролирует скорость вращения вентиляторов и узлы одной зоны охлаждения. Такой подход обеспечивает распределенную систему управления, где зоны охлаждения независимы друг от друга. Ограниченное количество контролируемых компонентов (вентиляторы, узлы) обеспечивает гибкость и высокую скорость передачи данных между СВ и компонентами. Все СВ должны быть объединены с RMC, который является точкой входа для системы контроля уровня оператора и постоянного тока.
Список функций системы управления (все функции должны быть реализованы как в автоматическом, так и в ручном режимах): контроль скорости вращения вентилятора; контроль системы распределения электроэнергии; состояние узла и состояние питания; получение информации об узлах (тип узла, энергопотребление, температура критических элементов, МАС-адреса и т.д.); мониторинг работоспособности каждого контролируемого компонента и, при необходимости, его восстановление (из прошивки, например, как это было показано выше); контроль температуры на входе (холодный коридор) и выходе (горячий коридор); «бесшовное» обновление СВ / RMC в кратчайшие сроки для с проверкой целостности встроенного ПО (программного обеспечения).
Управление стойкой и коммутациями
Все коммутации управления между компонентами стойки должны быть проложены внутри стойки через объединительные платы. Компоненты стойки могут быть подключены через Ethernet или другие кабели. Узлы взаимодействуют с RMC через интерфейсы IPMI или I2C через объединительные платы. Каждый узел может иметь свою собственную плату в шасси, которая подключается к объединительной плате в стойке и далее соединяется с RMC или СВ через объединительную плату в стойке. В некоторых исполнениях решения каждой ноде или группе нод стойки может соответствовать один или несколько, в других исполнениях, управляющих компьютеров.
Стойка может быть оборудована коммутатором, работающим со скоростью, например, 100 Мбит/с для объединения сетевых соединений с микросхемами ВМС или объединительных плат и RMC (управляющие платы компании ВМС Software, Inc.), например, ВМС Remedy Change Management - это модуль, который позволяет определить и реализовать стандартизированные процессы внедрения изменений, охватывающие весь жизненный цикл запроса на внесение изменения оборудования - от его подачи, внедрения и до контрольной проверки. Этот коммутатор может быть расположен в том же блоке, что и модули RMC, и иметь один или несколько внешних портов RJ45 (100 Мбит в секунду или 1 Гбит в секунду) для связи с другими компонентами. RMC и узел ВМС получают IP-адрес через DHCP-сервер, предоставляемый оператором и\или автоматизированной службой дата центра.
Контроль за потреблением энергии
Для предотвращения чрезвычайных ситуаций и полного контроля за потреблением энергии в стойке может быть реализована возможность снижения или ограничения общего потребления мощности (для каждой стойки или группы стоек в других исполнениях). Блокировка мощности выполняется путем переключения состояний управляющим компьютером конкретного узла. Управление питанием управляется RMC, могут использоваться несколько способов управления (в качестве примеров): автоматическое управление в случае чрезвычайной ситуации; автоматическое управление в случае достижения некоторого предела или порога срабатывания (предел должен быть предварительно установлен командой по одному (или нескольким) из вышеперечисленных интерфейсов); вручную, например, оператором с помощью команды управления при помощи протокола по одному (или нескольким) из вышеперечисленных интерфейсов и их аналогов.
Каждый из перечисленных выше примеров управления может позволять, например, с помощью команд по одному (или нескольким) из вышеперечисленных интерфейсов ограничивать мощность, перераспределять мощность в группе стоек, полностью ограничивать мощность одной или нескольких стоек.
Наполнение стойки и организация внутреннего пространства
Стойка может быть выполнена с возможностью наполнения нодами (юнитами). Юнит (от англ. Unit, RU - англ. Rack \ Unit, RMU - англ. Rack Mount Unit) - единица измерения специального оборудования, для учета, например, габаритов при размещении модулей (нод или рэков) внутри стойки. Настоящая стойка может размещать от 1 до 50 юнитов (но может функционировать и без юнитов), в некоторых исполнениях стойка включает 41 юнит для установки оборудования, где высота юнита составляет от 25 мм до 355 мм, а ширина может составлять от 400 до 600 мм (в качестве примера).
В некоторых исполнения решения стойка, как это показано на фигуре 8, может быть разделена на две половины, термоизолированные секции, например, условно разделенные по вертикали), то есть шкаф (стойка) снабжен лотками для установки унифицированных вычислительных модулей по 18 юнитов каждая при общем количестве юнитов в 36 штук. В других исполнениях решения стойка может быть разделена на две секции по 24 юнита в каждой секции. В других исполнениях решения секции могут иметь разное количество юнитов, причем юниты могут быть разных типов, размеров и конфигураций. Некоторые юниты каждой из секций могут быть сконфигурированы для установки сетевого оборудования (например, свитчей) типоразмеров 19 дюймов и 21 дюймов. В некоторых исполнениях секций может быть большее количество, например, 3, 4, 5, 6 и т.д., причем все секции могут иметь одинаковое количество юнитов, а могут иметь и различное количество юнитов. Сами юниты внутри одной секции могут быть все одинаковыми, одинакового типоразмера, а могут отличаться по наполнению и типоразмеру.
На задней (тыльной) стороне стойки, вертикально или горизонтально, или под углом к основанию стойки могут быть установлены металлические шины электропитания (12 В и земля), которые крепятся или соединяются с шасси блоков питания. Данные шины предназначены для предоставления 12 В юнитам или нодам или группам нод или юнитов.
За шиной электропитания, также в тыльной стороне стойки, может быть установлена вентиляторная стена, включающая вентиляторы, например, типоразмера 100 мм, 120 мм или 140 мм каждый, в некоторых исполнениях все вентиляторы имеют одинаковые размеры, в некоторых исполнениях размеры вентиляторов могут различаться. В некоторых исполнениях решения вентиляторная стена может содержать по 24 вентилятора на каждую половину стойки (всего 48 вентиляторов). В других исполнениях вентиляторная стена может включать от 10 до 60 вентиляторов, причем вентиляторы могут быть выполнены упорядоченно, например, в шахматном порядке, или, в других исполнениях, в разнобой, что зависит от конфигурации стойки и наличия активных юнитов или нод. Вентиляторы предназначены для охлаждения компонентов нод и юнитов. Вентиляторы устанавливаются в каркас, который крепится к стойке с задней (тыльной) стороны стойки. В некоторых исполнениях может быть установлено несколько каркасов, например, один каркас под вентиляторы одного типоразмера, а другой каркас для вентиляторов иного типоразмера. Также каркасы могут подбираться таким образом, чтобы питание всех вентиляторов в одном каркасе осуществлялось с одного источника питания. Каждый вентилятор подключен к сети 12 В и сети управления. Управление скоростью вентиляторов осуществляется модулями управления зонами охлаждения. Модули могут представлять собой систему на базе ARM CPU Aspeed AST1250, и предназначены для управления нодами, вентиляторами, блоками питания путем подключения к обозначенному оборудованию по интерфейсам I2C (ПС, англ. Inter-Integrated Circuit). Разработан фирмой Philips Semiconductors в начале 1980-х как простая 8-битная шина внутренней связи для создания управляющей электроники), PWM (Модуляция с широтно-импульсной модуляцией (PWM); контроллеры являются управляющими микросхемами для источников питания в режиме переключения, которые регулируют целевой параметр путем модуляции рабочего цикла), PMBus (от англ. Power Management Bus, шина управления питанием, PMBus) и Ethernet (LAN). Управление скоростью вентиляторов может осуществляется индивидуально для части стойки или групп юнитов. В некоторых исполнениях решения стойка может быть условно разделена зоны управления, по каждой из которых индивидуально отдельным контроллером и\или компьютером (примеры которых указаны выше) может производиться управление: а) питанием, б) скоростью вращения вентиляторов, в) контролем за отказами оборудования в целом и отдельных компонент. Вентиляторы выполнены с возможностью работы по меньшей мере в трех режимах: полной остановки, вращения вентилятора со средней скоростью, вращения вентилятора с максимальной скоростью. Кроме того, в других исполнениях решения, вентиляторы могут работать с разной скоростью в одной вентиляторной стене. Так, например, выход из строя твердотельного накопителя, магнитного диска, процессора, вентилятора. Последующая индикация (например, на фронтальной стороне стойки) и сигнал, переданный контроллером, позволяет точнее и быстрее идентифицировать неисправный (-ые) компоненты, не затрагивая работу других компонентов в других частях стойки.
Другими словами, части стойки могут быть физически разделены на двух-, трех- или четырехюнитные зоны охлаждения (возможны также имплементации с пятью и более юнитами, а также одноюнитные). С тыльной стороны стойки, на уровне шины электропитания, могут быть вертикально установлены карты расширения («бекплейны») для подключения в них нод и модулей управления зонами охлаждения. Каждый бекплейн рассчитан на подключение оборудования в нескольких юнитах.
На передней (фронтальной) стороне стойки может быть установлен разъем IEC С14 (в качестве примера, или, в других вариантах, штепсельная розетка, или разъем С11 или С12, штырьевого или гнездового типа) для подключения внешних приборов по напряжению 220 В. Разъем может располагаться как слева, так и справа, посередине, внутри каркаса стойки. Такая конфигурация разъема позволяет оператору стойки оперативно подключать контрольно-измерительную аппаратуру к питанию. Кроме того, стойка может быть снабжена портами видеосигнала, портами для передачи служебной информации и т.д. Слева и справа передней (фронтальной) части стойки, предпочтительно вертикально, могут быть установлены боковые кабельные органайзеры для крепления кабелей. Дополнительно могут быть установлены горизонтальные кабельные органайзеры. Размер органайзеров может составлять от 20 до 150 мм по каждому из измерений (например, иметь форму круга с диаметром 150 мм, прямоугольника с размерами 20 мм на 150 мм, квадрата со стороной 70 мм, эллипса, вписанного в прямоугольник со сторонами 50 мм и 100 мм). Снизу стойки, по фронту и тылу крепится металлическая планка (которая может быть выполнена из полимера, пористого полимера и разных пластмасс, резины и\или смесей каучука и т.д.) для предотвращения прохода воздуха через низ стойки, то есть для предотвращения прохода воздуха из холодного в горячий коридор. Металлическая планка (фартук) в некоторых исполнениях может регулироваться по высоте, за счет соединения ее со стойкой посредством винтовых соединений и выполнения в планках отверстий, превышающих диаметр винтового соединения. На верхней стороне стойки могут быть расположены отверстия с задвижкой для прокладки кабелей, отверстия дополнительно могут содержать поролон, пористый полимер или щетки для уменьшения проникновения грязи, влаги, воздуха, препятствовать теплообмену через окно. В некоторых исполнениях в верхней стороне стойки могут быть выполнены разъемы, позволяющие герметично прокладывать кабели.
Стойка может выть выполнена с применением шасси для перемещения стойки, как это показано на фигуре 4, например, четыре (под каждым углом стойки) или шесть колес (равномерно по периметру нижней плоскости стойки или по три с двух сторон стойки) для транспортировки стойки могут располагаться в горизонтальной нижней плоскости стойки. Колеса крепятся к нижней части стойки. В некоторых исполнениях могут использоваться ролики или шаровые конструкции вместо или совместно с колесами. В некоторых вариантах шасси с колесами стойки могут использоваться амортизаторы для снижения вибраций стойки и компонентов стойки при перемещении. Амортизаторы могут быть масляными, газовыми, резиновыми, полимерными, выполненными в виде пружин сжатия, пружин растяжения, рессор, комбинации перечисленных исполнений амортизаторов. В некоторых исполнениях шасси выполнено с возможностью блокировки всех или части опорных элементов (колес, роликов, шаровых конструкций).
В других исполнениях решения стойки могут иметь в дополнение или отдельно от шасси стойки-ножки. Стойки-ножки могут использоваться для корректировки и выравнивания положения стойки на поверхности (пола), контроля углов отклонения или для придания дополнительной стабильности конструкции стойки. Стойка может быть снабжена одним, двумя, тремя, четырьмя или большим количеством жидкостных уровней.
Фигура 3 показывает, что сверху стойки, например, на верхней внешней панели корпуса, и, например, в передней и задней частях, над юнитами и вентиляторами могут быть установлены складывающиеся термодатчики, которые подключены к модулям управления стойкой. Датчики могут быть сложены - выставлены в положение для транспортировки и\или извлечения и замены, например, механически или с помощью отдельных приводов, управляемых модулями управления стойкой. При нахождении стойки в рабочем положении, датчики могут быть разложены - выставлены в рабочее положение для измерения температуры. В других исполнениях решения термодатчики могут быть установлены во внутреннем пространстве шкафа, например, расположенными во внутреннем пространстве шкафа по меньшей мере по одному в каждой термоизолированной секции, причем каждая термоизолированная секция может обслуживаться своим набором вентиляторов, установленным по меньшей мере в одну вентиляторную стену. Термодатчики могут выполнены с возможностью мониторинга температуры индивидуально, когда каждый из термодатчиков замеряет фактическое значение температуры, или, в других исполнениях решения, термодатчики могут замерять перепад температур (разницу температур), например, по разнице показаний друг друга.
Внутри профилей стойки, как показано на фигуре 5, на каждый юнит могут быть установлены L-образные профили для установки нод. Эти профили можно извлечь без специального инструмента для установки оборудования, например, превышающего высотой более 1 юнита. Стойка может содержать лотки, которые могут быть выполнены раздвижными (например, частично) и\или выдвижными, причем возможно сочетание перечисленных подходов, когда лоток может быть выдвинут и раздвинут, например, пополам. Лотки могут быть выполнены с помощью направляющих и по меньшей мере с двумя колесами и\или направляющими.