Серверная платфoрма
Автoр: Слепухин Андрей Феликcoвич
Изoбретение oтнocитcя к oблаcти кoмпьютернoй техники и, в чаcтнocти, к cерверным платфoрмам, предназначенным для прoведения выcoкoпрoизвoдительных вычиcлений и кoмпьютернoгo мoделирования. Серверная платформа cодержит корпуc, который разделен по направлению движения охлаждающего воздуха на переднюю и заднюю cекции, c направляющими для блейд-cерверов, блейд-cерверы, блоки питания и вентиляторы. Направляющие для блейд-cерверов выполнены на чаcти длины корпуcа и раcположены в его задней cекции. Вентиляторы попарно объединены в охлаждающие модули и размещены в передней секции корпуса, свободной от направляющих. Между блейд-серверами, которые устанавливают с задней стороны корпуса внутрь его задней секции, и охлаждающими модулями имеется свободная полость, выполняющая функцию воздушного коллектора. Блоки питания размещены над блейд-серверами таким образом, что названная полость гидравлически сообщается с пространством корпуса, в котором установлены блоки питания, а на торцевых поверхностях блейд-серверов, обращенных наружу с задней секции корпуса, выполнены разъемы межинтерфейсного обмена. Конструкция отличается простотой, удобством и имеет большой рабочий ресурс вентиляторов при меньших габаритах, что обеспечивает надежность функционирования системы охлаждения. 5 з.п. ф-лы, 7 ил., 2 табл.
Предлагаемое изобретение относится к области компьютерной техники и, в частности, к серверным платформам, предназначенным для проведения высокопроизводительных вычислений и компьютерного моделирования. Такие платформы могут успешно применяться в народном хозяйстве для обработки больших объемов информации при обработке сейсмических данных, аудио/видео информации в телекоммуникациях, проведении расчетов в области нанотехнологий, биотехнологии, а также при выполнении самых разнообразных научных и прикладных исследований.
Известно корпусное устройство (патент RU 2321975, МПК Н05К 7/20, опубл. 2008.04.10), во внутреннем объеме которого размещены электрические блоки, например блейд-серверы. Для отвода тепла, выделяющегося при работе электрических блоков, устройство снабжено системой охлаждения, имеющей подводящую и отводящую линии хладагента, которые подключены к холодильной машине. Недостатком этого устройства является сложность системы охлаждения и необходимость использования холодильной установки, которая обеспечивает отвод тела, выделяемого электрическими блоками.
Известен также приборный узел (патент RU 2316805, МПК G06F 1/20, Н05К 7/20, опубл. 2008.02.10), содержащий шкаф, во внутреннем пространстве которого размещены электрические встроенные модули. Тепло, выделяемое названными модулями, отводится с помощью системы охлаждения, содержащей блок охлаждения, который смонтирован в донной части шкафа. Воздух через охлаждающее устройство, линии подвода нагретого воздуха и нагнетания охлажденного воздуха подается с помощью вентиляторов. В качестве охлаждающего устройства применен водно-воздушный теплообменник.
Недостатком этого устройства является необходимость использования отдельного теплообменника, что увеличивает габариты установки в целом и требует подвода холодной воды, означающего усложнение конструкции и снижение ее надежности.
Для функционирования обоих вышеуказанных устройств, являющихся аналогами, необходимо наличие водяной системы охлаждения. Конструктивно более простым техническим решением может быть устройство с воздушной системой охлаждения.
В качестве прототипа выбрано устройство (заявка на патент США - US 20070207720, МПК Н05К 5/00, опубл. 2007.09.06), имеющее систему воздушного охлаждения и содержащее корпус, который разделен по направлению движения охлаждающей газовой среды на переднюю и заднюю секции, с направляющими для блейд-серверов, блейд-серверы, блоки питания и вентиляторы.
Вентиляторы установлены в задней секции корпуса, размещены за блейд-серверами и предназначены для перемещения холодного воздуха из окружающей среды через блейд-серверы, обеспечивая при этом отвод тепла от названных серверов. Стыковка отдельных блейд серверов обеспечивается посредством коммутационной платы, размещенной между блейд-серверами и вентиляторами, заключенными в отдельные блоки. В случае удаления одного или нескольких блейд-серверов из корпуса охлаждение остальных блейд-серверов может быть ухудшено, поскольку охлаждающий воздух устремляется через свободную полость (ранее занятую блейд-сервером). Эта полость имеет меньшее гидравлическое сопротивление, чем полости, занятые серверами. Для предотвращения такого эффекта в устройстве применена система заслонок, которые перекрывают доступ воздуха в незанятые блейд-серверами ячейки корпуса.
Данное устройство имеет нижеперечисленные недостатки.
- Холодный воздух, обтекая блейд-серверы, нагревается. Так как вентиляторы расположены в задней части корпуса, то они работают в напряженном тепловом режиме, поскольку через них проходит горячий воздух (вентиляторы обеспечивают прокачку воздуха через выделяющие тепло блейд-серверы). Данный фактор приводит к сокращению сроков службы вентиляторов, понижает надежность их работы.
- Расположение коммутационной платы в середине корпуса приводит к однозначной жесткой коммутации блейд-серверов. Это во многих случаях является большим неудобством в эксплуатации всего устройства в целом и, кроме того, приводит к необходимости увеличения высоты корпуса.
Задачей настоящего изобретения является создание устройства, которое отличается конструктивной простотой, удобством эксплуатации, имеет больший рабочий ресурс вентиляторов, меньшие габариты и позволяет осуществлять оперативную коммутацию между отдельными блейд-серверами.
Поставленная задача решается тем, что в серверной платформе, содержащей корпус, который разделен по направлению движения охлаждающей газовой среды на переднюю и заднюю секции, с направляющими для блейд-серверов, блейд-серверы, блоки питания и вентиляторы, направляющие для блейд-серверов выполнены на части длины корпуса и расположены в его задней части, вентиляторы попарно объединены в охлаждающие модули и размещены в передней части корпуса, свободной от направляющих. Блейд-серверы установлены в направляющих с задней стороны корпуса внутрь его задней секции. Названные серверы и охлаждающие модули так размещены внутри корпуса, что между ними имеется свободная полость, выполняющая функцию воздушного коллектора.
Блоки питания размещены над блейд-серверами таким образом, что названная полость гидравлически сообщается с пространством корпуса, в котором установлены блоки питания, а на наружных торцевых поверхностях блейд-серверов, расположенных на задней стороне корпуса, выполнены разъемы межинтерфейсного обмена.
Конструктивно охлаждающие модули могут содержать корпус с передней решетчатой панелью и два установленных друг над другом вентилятора, причем крепление модуля к корпусу серверной платформы осуществляют посредством разъемного соединения.
Корпус серверной платформы может быть выполнен со съемной верхней крышкой и внутри корпуса размещены направленные вдоль его длины перегородки, образующие направляющие для устанавливаемых сзади блейд-серверов.
Внутри корпуса серверной платформы над блейд-серверами и перпендикулярно по отношению к направляющим блейд-серверов размещают поперечную перегородку, предназначенную для установки узлов коммутации электропитания между блейд-серверами.
Блоки питания могут выполняться в виде автономных модулей, каждый из которых имеет корпус с размещенными внутри него элементами питания и вытяжным вентилятором.
В качестве разъемов межинтерфейсного обмена возможно применение «InfiniBand» или «Ethernet».
Сущность изобретения поясняется графическими материалами.
На фиг.1 представлена схема серверной платформы.
Фиг.2 - схематический вид платформы спереди.
Фиг.3 - схематический вид платформы сзади.
Фиг.4 - вид серверной панели спереди в изометрии.
Фиг.5 - вид серверной панели сзади в изометрии.
Фиг.6 - изображение стойки с серверными платформами спереди.
Фиг.7 - изображение стойки с серверными платформами сзади.
Серверная платформа содержит корпус 1, который по направлению движения охлаждающего воздуха (показано стрелками) делится на переднюю 2 и заднюю секции 3. В продольных направляющих, которые выполнены на части длины корпуса в задней секции корпуса, установлены блейд-серверы 4. В передней секции 2 корпуса 1 размещены охлаждающие модули 5, снабженные вентиляторами 6. Между названными модулями и блейд-серверами 4 имеется полость 7, выполняющая функцию воздушного коллектора. Над блейд-серверами размещены блоки питания 8, снабженные вытяжными вентиляторами 9. Полость 7 гидравлически через канал 10 сообщается с блоками питания 8. На наружных торцевых поверхностях блейд-серверов, расположенных на задней стороне корпуса, выполнены разъемы 11, 12 межинтерфейсного обмена, например «InfiniBand» или «Ethernet».
Конструктивно охлаждающие модули могут быть выполнены в виде коробчатого корпуса 13 (фиг.4) с передней решетчатой панелью 14 и двумя установленными друг над другом вентиляторами. Крепление каждого из модулей к корпусу серверной платформы осуществляют посредством разъемного соединения, например винтового соединения.
Как видно из фиг.4, корпус 1 серверной платформы выполнен разборным и снабжен верхней крышкой 15. Внутри корпуса смонтированы перегородки 16, являющиеся направляющими для блейд-серверов 4 и образующими ячейки, в которые сзади внутрь задней секции корпуса устанавливают названные блейд-серверы. Стыковка блейд-серверов с блоками питания обеспечивается посредством поперечной перегородки 17 (фиг.4), на которой размещены узлы коммутации 18. Блоки питания 8 так же как и блейд-серверы установлены с задней стороны корпуса и над ними. В принципе блоки питания могут быть размещены и под блейд-серверами. В каждом из блоков питания внутри его корпуса установлен вытяжной вентилятор.
Серверную платформу эксплуатируют следующим образом. Серверы размещают в серверной стойке в несколько рядов по высоте (фиг.6, 7). При подаче электропитания на электронные блоки каждой из серверных платформ воздух из помещения, в котором установлена стойка, вентиляторами 6 блока охлаждения 5 начинает нагнетаться внутрь корпуса 1 платформы. Холодный воздух из блока охлаждения подается вентиляторами в полость 7, выполняющую функцию воздушного коллектора. Из последнего воздух распределяется между ячейками, в которых установлены блейд-серверы 4, а также поступает в канал 10. Этот канал гидравлически связан с полостями, в которых размещены блоки питания 8. Воздух, проходя сквозь ячейки, охлаждает блейд-серверы и выбрасывается наружу с задней стороны корпуса. Размещенный в каждом из боков питания 8 вентилятор 9 обеспечивает перемещение холодного воздуха из полости 7 насквозь через тепловыделяющие элементы блока, обеспечивая их охлаждение. Нагретый в блоках питания воздух также выбрасывается в окружающую среду.
Размещение блейд-серверов в задней секции корпуса позволило обеспечить легкую кабельную коммутацию серверов в результате свободного доступа к внешним разъемам 11, 12 межинтерфейсного обмена, например «InfiniBand» или «Ethernet», с использованием внешнего коммутатора 19.
Компоновка серверной платформы в соответствии с настоящим изобретением позволила получить следующие преимущества по сравнению с прототипом:
- повышение надежности функционирования системы охлаждения в результате расположения вентиляторов блока охлаждения в холодной зоне;
- увеличение срока службы вентиляторов и уменьшение эксплуатационных расходов в результате их эксплуатации при комнатной температуре;
- упрощение конструкции серверной платформы;
- уменьшение высоты серверной платформы за счет сокращения затрат на коммуникационное оборудование;
- возможность подключения стандартных периферийных плат расширения уменьшенного размера (low profile) за счет размещения блейд-сервера в задней секции серверной платформы;
- увеличение плотности размещения оборудования в стандартной серверной стойке высотой 42 U до 8 серверных платформ (обычно это не более 4-6 платформ в стойке).
В соответствии с настоящим изобретением разработана серверная платформа, основные характеристики которой показаны в табл.1. Характеристики блейд-сервера показаны в табл.2.
Автoр: Слепухин Андрей Феликcoвич
Изoбретение oтнocитcя к oблаcти кoмпьютернoй техники и, в чаcтнocти, к cерверным платфoрмам, предназначенным для прoведения выcoкoпрoизвoдительных вычиcлений и кoмпьютернoгo мoделирования. Серверная платформа cодержит корпуc, который разделен по направлению движения охлаждающего воздуха на переднюю и заднюю cекции, c направляющими для блейд-cерверов, блейд-cерверы, блоки питания и вентиляторы. Направляющие для блейд-cерверов выполнены на чаcти длины корпуcа и раcположены в его задней cекции. Вентиляторы попарно объединены в охлаждающие модули и размещены в передней секции корпуса, свободной от направляющих. Между блейд-серверами, которые устанавливают с задней стороны корпуса внутрь его задней секции, и охлаждающими модулями имеется свободная полость, выполняющая функцию воздушного коллектора. Блоки питания размещены над блейд-серверами таким образом, что названная полость гидравлически сообщается с пространством корпуса, в котором установлены блоки питания, а на торцевых поверхностях блейд-серверов, обращенных наружу с задней секции корпуса, выполнены разъемы межинтерфейсного обмена. Конструкция отличается простотой, удобством и имеет большой рабочий ресурс вентиляторов при меньших габаритах, что обеспечивает надежность функционирования системы охлаждения. 5 з.п. ф-лы, 7 ил., 2 табл.
Предлагаемое изобретение относится к области компьютерной техники и, в частности, к серверным платформам, предназначенным для проведения высокопроизводительных вычислений и компьютерного моделирования. Такие платформы могут успешно применяться в народном хозяйстве для обработки больших объемов информации при обработке сейсмических данных, аудио/видео информации в телекоммуникациях, проведении расчетов в области нанотехнологий, биотехнологии, а также при выполнении самых разнообразных научных и прикладных исследований.
Известно корпусное устройство (патент RU 2321975, МПК Н05К 7/20, опубл. 2008.04.10), во внутреннем объеме которого размещены электрические блоки, например блейд-серверы. Для отвода тепла, выделяющегося при работе электрических блоков, устройство снабжено системой охлаждения, имеющей подводящую и отводящую линии хладагента, которые подключены к холодильной машине. Недостатком этого устройства является сложность системы охлаждения и необходимость использования холодильной установки, которая обеспечивает отвод тела, выделяемого электрическими блоками.
Известен также приборный узел (патент RU 2316805, МПК G06F 1/20, Н05К 7/20, опубл. 2008.02.10), содержащий шкаф, во внутреннем пространстве которого размещены электрические встроенные модули. Тепло, выделяемое названными модулями, отводится с помощью системы охлаждения, содержащей блок охлаждения, который смонтирован в донной части шкафа. Воздух через охлаждающее устройство, линии подвода нагретого воздуха и нагнетания охлажденного воздуха подается с помощью вентиляторов. В качестве охлаждающего устройства применен водно-воздушный теплообменник.
Недостатком этого устройства является необходимость использования отдельного теплообменника, что увеличивает габариты установки в целом и требует подвода холодной воды, означающего усложнение конструкции и снижение ее надежности.
Для функционирования обоих вышеуказанных устройств, являющихся аналогами, необходимо наличие водяной системы охлаждения. Конструктивно более простым техническим решением может быть устройство с воздушной системой охлаждения.
В качестве прототипа выбрано устройство (заявка на патент США - US 20070207720, МПК Н05К 5/00, опубл. 2007.09.06), имеющее систему воздушного охлаждения и содержащее корпус, который разделен по направлению движения охлаждающей газовой среды на переднюю и заднюю секции, с направляющими для блейд-серверов, блейд-серверы, блоки питания и вентиляторы.
Вентиляторы установлены в задней секции корпуса, размещены за блейд-серверами и предназначены для перемещения холодного воздуха из окружающей среды через блейд-серверы, обеспечивая при этом отвод тепла от названных серверов. Стыковка отдельных блейд серверов обеспечивается посредством коммутационной платы, размещенной между блейд-серверами и вентиляторами, заключенными в отдельные блоки. В случае удаления одного или нескольких блейд-серверов из корпуса охлаждение остальных блейд-серверов может быть ухудшено, поскольку охлаждающий воздух устремляется через свободную полость (ранее занятую блейд-сервером). Эта полость имеет меньшее гидравлическое сопротивление, чем полости, занятые серверами. Для предотвращения такого эффекта в устройстве применена система заслонок, которые перекрывают доступ воздуха в незанятые блейд-серверами ячейки корпуса.
Данное устройство имеет нижеперечисленные недостатки.
- Холодный воздух, обтекая блейд-серверы, нагревается. Так как вентиляторы расположены в задней части корпуса, то они работают в напряженном тепловом режиме, поскольку через них проходит горячий воздух (вентиляторы обеспечивают прокачку воздуха через выделяющие тепло блейд-серверы). Данный фактор приводит к сокращению сроков службы вентиляторов, понижает надежность их работы.
- Расположение коммутационной платы в середине корпуса приводит к однозначной жесткой коммутации блейд-серверов. Это во многих случаях является большим неудобством в эксплуатации всего устройства в целом и, кроме того, приводит к необходимости увеличения высоты корпуса.
Задачей настоящего изобретения является создание устройства, которое отличается конструктивной простотой, удобством эксплуатации, имеет больший рабочий ресурс вентиляторов, меньшие габариты и позволяет осуществлять оперативную коммутацию между отдельными блейд-серверами.
Поставленная задача решается тем, что в серверной платформе, содержащей корпус, который разделен по направлению движения охлаждающей газовой среды на переднюю и заднюю секции, с направляющими для блейд-серверов, блейд-серверы, блоки питания и вентиляторы, направляющие для блейд-серверов выполнены на части длины корпуса и расположены в его задней части, вентиляторы попарно объединены в охлаждающие модули и размещены в передней части корпуса, свободной от направляющих. Блейд-серверы установлены в направляющих с задней стороны корпуса внутрь его задней секции. Названные серверы и охлаждающие модули так размещены внутри корпуса, что между ними имеется свободная полость, выполняющая функцию воздушного коллектора.
Блоки питания размещены над блейд-серверами таким образом, что названная полость гидравлически сообщается с пространством корпуса, в котором установлены блоки питания, а на наружных торцевых поверхностях блейд-серверов, расположенных на задней стороне корпуса, выполнены разъемы межинтерфейсного обмена.
Конструктивно охлаждающие модули могут содержать корпус с передней решетчатой панелью и два установленных друг над другом вентилятора, причем крепление модуля к корпусу серверной платформы осуществляют посредством разъемного соединения.
Корпус серверной платформы может быть выполнен со съемной верхней крышкой и внутри корпуса размещены направленные вдоль его длины перегородки, образующие направляющие для устанавливаемых сзади блейд-серверов.
Внутри корпуса серверной платформы над блейд-серверами и перпендикулярно по отношению к направляющим блейд-серверов размещают поперечную перегородку, предназначенную для установки узлов коммутации электропитания между блейд-серверами.
Блоки питания могут выполняться в виде автономных модулей, каждый из которых имеет корпус с размещенными внутри него элементами питания и вытяжным вентилятором.
В качестве разъемов межинтерфейсного обмена возможно применение «InfiniBand» или «Ethernet».
Сущность изобретения поясняется графическими материалами.
На фиг.1 представлена схема серверной платформы.
Фиг.2 - схематический вид платформы спереди.
Фиг.3 - схематический вид платформы сзади.
Фиг.4 - вид серверной панели спереди в изометрии.
Фиг.5 - вид серверной панели сзади в изометрии.
Фиг.6 - изображение стойки с серверными платформами спереди.
Фиг.7 - изображение стойки с серверными платформами сзади.
Серверная платформа содержит корпус 1, который по направлению движения охлаждающего воздуха (показано стрелками) делится на переднюю 2 и заднюю секции 3. В продольных направляющих, которые выполнены на части длины корпуса в задней секции корпуса, установлены блейд-серверы 4. В передней секции 2 корпуса 1 размещены охлаждающие модули 5, снабженные вентиляторами 6. Между названными модулями и блейд-серверами 4 имеется полость 7, выполняющая функцию воздушного коллектора. Над блейд-серверами размещены блоки питания 8, снабженные вытяжными вентиляторами 9. Полость 7 гидравлически через канал 10 сообщается с блоками питания 8. На наружных торцевых поверхностях блейд-серверов, расположенных на задней стороне корпуса, выполнены разъемы 11, 12 межинтерфейсного обмена, например «InfiniBand» или «Ethernet».
Конструктивно охлаждающие модули могут быть выполнены в виде коробчатого корпуса 13 (фиг.4) с передней решетчатой панелью 14 и двумя установленными друг над другом вентиляторами. Крепление каждого из модулей к корпусу серверной платформы осуществляют посредством разъемного соединения, например винтового соединения.
Как видно из фиг.4, корпус 1 серверной платформы выполнен разборным и снабжен верхней крышкой 15. Внутри корпуса смонтированы перегородки 16, являющиеся направляющими для блейд-серверов 4 и образующими ячейки, в которые сзади внутрь задней секции корпуса устанавливают названные блейд-серверы. Стыковка блейд-серверов с блоками питания обеспечивается посредством поперечной перегородки 17 (фиг.4), на которой размещены узлы коммутации 18. Блоки питания 8 так же как и блейд-серверы установлены с задней стороны корпуса и над ними. В принципе блоки питания могут быть размещены и под блейд-серверами. В каждом из блоков питания внутри его корпуса установлен вытяжной вентилятор.
Серверную платформу эксплуатируют следующим образом. Серверы размещают в серверной стойке в несколько рядов по высоте (фиг.6, 7). При подаче электропитания на электронные блоки каждой из серверных платформ воздух из помещения, в котором установлена стойка, вентиляторами 6 блока охлаждения 5 начинает нагнетаться внутрь корпуса 1 платформы. Холодный воздух из блока охлаждения подается вентиляторами в полость 7, выполняющую функцию воздушного коллектора. Из последнего воздух распределяется между ячейками, в которых установлены блейд-серверы 4, а также поступает в канал 10. Этот канал гидравлически связан с полостями, в которых размещены блоки питания 8. Воздух, проходя сквозь ячейки, охлаждает блейд-серверы и выбрасывается наружу с задней стороны корпуса. Размещенный в каждом из боков питания 8 вентилятор 9 обеспечивает перемещение холодного воздуха из полости 7 насквозь через тепловыделяющие элементы блока, обеспечивая их охлаждение. Нагретый в блоках питания воздух также выбрасывается в окружающую среду.
Размещение блейд-серверов в задней секции корпуса позволило обеспечить легкую кабельную коммутацию серверов в результате свободного доступа к внешним разъемам 11, 12 межинтерфейсного обмена, например «InfiniBand» или «Ethernet», с использованием внешнего коммутатора 19.
Компоновка серверной платформы в соответствии с настоящим изобретением позволила получить следующие преимущества по сравнению с прототипом:
- повышение надежности функционирования системы охлаждения в результате расположения вентиляторов блока охлаждения в холодной зоне;
- увеличение срока службы вентиляторов и уменьшение эксплуатационных расходов в результате их эксплуатации при комнатной температуре;
- упрощение конструкции серверной платформы;
- уменьшение высоты серверной платформы за счет сокращения затрат на коммуникационное оборудование;
- возможность подключения стандартных периферийных плат расширения уменьшенного размера (low profile) за счет размещения блейд-сервера в задней секции серверной платформы;
- увеличение плотности размещения оборудования в стандартной серверной стойке высотой 42 U до 8 серверных платформ (обычно это не более 4-6 платформ в стойке).
В соответствии с настоящим изобретением разработана серверная платформа, основные характеристики которой показаны в табл.1. Характеристики блейд-сервера показаны в табл.2.
Таблица 1.
| Основные характеристики | Значения |
| Форм-фактор и количество blade-модулей | 10 двухпроцессорных модулей с «горячей заменой» в шасси высотой 5U |
| Питание | 8 блоков питания по 650 Вт с избыточностью N+1 |
| Энергопотребление шасси (max.) | 4350 Вт |
| Охлаждение | 10 вентиляторов с «горячей заменой» в передней секции серверной платформы |
| Рабочая температура | 10-35°С |
| Габаритные размеры (ВхШхГ), мм | 220×430×740 |
Таблица 2.
| Основные характеристики | Значения |
| Количество процессоров | 2 |
| Слоты расширения | 1 слот расширения PCI-Express 2.0×16 |
| Интерконнект | любой, включая ConnectX DDR и QDR InfiniBand, а также 10G Ethernet |
| Габаритные размеры (ВхШхГ), мм | 44×170×605 |
Опытная эксплуатация серверных платформ, выполненных в соответствии с настоящим изобретением в Научно-исследовательском вычислительном центре (НИВЦ) МГУ им. М.В.Ломоносова, показала их высокую надежность и эффективность
