CN111225543B - 一种浸没式液冷服务器管理***和服务器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种浸没式液冷服务器管理***和服务器，包括：若干容器，每个容器内部包括通信连接的多个节点和交换机；循环泵；至少2个换热单元，换热单元、循环泵和容器经由冷却液管道流体连通，并且换热单元包括用于监控冷却液状态并控制循环泵；***管理单元，***管理单元配置为与各个容器内的交换机通信连接以监控容器内所有节点的工作状态，并与换热单元的控制器通信连接，以通过换热单元的控制器控制循环泵的转速和冷却液状态。本发明的方案实现了***内所有容器节点、PDU以及换热单元的资源动态调度，并针对***内关键元件失效情况提供了冗余方案和调控策略，提升了***可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及服务器散热领域，并且更具体地，涉及一种浸没式液冷服务器管理***和服务器。
背景技术
随着云计算、大数据等新型互联网技术的快速发展，数据中心的建设规模迅猛增长，在全球大力倡导的节能减排背景下，政府部门纷纷出台限制建设高PUE(Power UsageEffectiveness，电源使用效率)值的数据中心的政策，采用风冷方式的传统数据中心发展遭遇瓶颈。浸没式液冷是一种将发热元件直接浸没在冷却液中，依靠液体循环流动带走发热元件运行产生的热量的冷却技术。浸没式液冷由于发热元件与冷却液直接接触，散热效率更高，噪音更低，能够支持更高的计算密度，更加高效节能，使得数据中心能够取得极低的PUE值。
浸没式液冷技术主要分为两相浸没和单相浸没两种技术方向。两相浸没液冷技术是指冷却液在循环散热过程中发生了相变。单相浸没液冷技术是指冷却液在循环散热过程中始终保持液相状态，在冷却液的挥发控制方面更有优势。
业界内采用单相浸没液冷技术设计的服务器***一般由密闭容器、循环泵、换热单元和管路等组成。密闭容器内安装有服务器节点等IT设备，并灌入冷却液实现IT设备的浸没。循环泵推动冷却液的流动使得冷却液在换热单元内实现冷热交换最终实现给服务器散热的目的。
浸没式液冷***采用的是完全不同于风冷服务器***的架构组成，***层面的监控和管理也需要全新的设计。除了监控和管理服务器节点、电源的状态之外，还需要监控和管理容器内的温度、压力、液位、流速、换热单元工作状态和循环泵转速等。浸没液冷服务器***通常有多个服务器容器和换热单元，一旦***内某一主要工作元件发生故障，如果没有有效的冗余应对措施对***资源进行动态调度和管理，可能会导致***温度过高和服务器过载等问题，将会对***的工作效率和可靠性产生风险和不利影响。
单相浸没式液冷服务器***基本结构如图1所示。图中箭头表示液体管路以及液体的流动方向。***主要组成部分包括容器、循环泵和换热单元。容器内包括IT设备和与IT设备直接接触的冷却液，IT设备工作产生的热量可以直接传递到冷却液中，循环泵推动液体按照图1中箭头所示方向流动，并在换热单元中实现热冷交换，从而达到给IT设备散热的目的。
当前监控和管理的方案主要是各个子***内部进行独立的监控和管理。一是服务器节点的监控和管理。如图2所示，容器内的IT设备主要有PDU(Power Distribution Unit，电源分配单元)、交换机和服务器节点。PDU实现对服务器节点和交换机的集中供电，交换机实现服务器节点之间以及服务器与外界的数据交换以监控管理服务器节点。二是IT设备以外的设备监控和管理。换热单元内包含控制器，用于监控容器内的温度传感器、液位传感器以及液体流速等信息并管理循环泵的转速和阀门开关状态等。
可以看出，目前的单相浸没式液冷服务器***缺乏***层面的整体监控与管理方案，缺乏***内关键元件失效情况下的冗余方案和调控对策。
发明内容
鉴于此，本发明实施例的目的在于提出一种浸没式液冷服务器管理***，以提升单相浸没式液冷服务器***资源动态调度和管理能力，针对***内关键元件失效情况提供冗余方案和调控策略，提升***可靠性。
基于上述目的，本发明实施例的一方面提供了一种浸没式液冷服务器管理***，包括：
若干容器，每个所述容器内部包括通信连接的多个节点和交换机；
循环泵；
至少2个换热单元，所述换热单元、循环泵和容器经由冷却液管道流体连通，并且所述换热单元包括用于监控冷却液状态并控制所述循环泵；
***管理单元，所述***管理单元配置为与各个所述容器内的交换机通信连接以监控所述容器内所有节点的工作状态，并与所述换热单元的控制器通信连接，以通过所述换热单元的控制器控制所述循环泵的转速和冷却液状态。
在一些实施方式中，所述换热单元采用冗余式结构。
在一些实施方式中，所述***管理单元包括控制器、多种转换芯片以及多种总线接口，所述转换芯片用于将所述控制器的接口进行拓展和/或做电平/协议转换。
在一些实施方式中，所述***管理单元配置为分配工作任务到各个节点并对所述各个节点的状态进行监测，并且响应于某一节点出现失效状态，所述***管理单元将所述节点上的工作任务动态调控到其他的正常节点上。
在一些实施方式中，所述***管理单元通过以太网接入所述容器中的交换机，以通过所述交换机与所述容器中的节点BMC之间进行数据交换，以获取所述节点的工作状态，并通过控制所述节点的BMC，控制所述节点的上下电和/或复位。
在一些实施方式中，所述***管理单元通过电源管理总线管理各个容器中的电源分配单元以进行电源分配。
在一些实施方式中，所述***管理单元通过RS485总线控制所述换热单元的控制器，以监控并管理所述换热单元的状态以及所述循环泵的转速。
在一些实施方式中，所述供电设备采用冗余式结构。
在一些实施方式中，所述***用于单相浸没式液冷服务器。
本发明实施例的另一方面提供了一种浸没式液冷服务器，包括上述任一项所述的***。
本发明具有以下有益技术效果：本发明实施例提供的一种浸没式液冷服务器管理***在现有的单相浸没式液冷服务器监控和管理上，增加***层面的管理单元，级别高于各个子***的监控管理，可实现***内所有容器节点、PDU以及换热单元的资源动态调度，并针对***内关键元件失效情况提供冗余方案和调控策略，提升***可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
图1是现有技术中的浸没式液冷服务器***结构图；
图2是现有技术中的浸没式液冷服务器***管理拓扑图；
图3是根据本发明的浸没式液冷服务器***管理拓扑图；
图4是根据本发明的***管理单元的组成框图；
图5是根据本发明的***管理单元的***管理拓扑图。
具体实施方式
以下描述了本发明的实施例。然而，应该理解，所公开的实施例仅仅是示例，并且其他实施例可以采取各种替代形式。附图不一定按比例绘制；某些功能可能被夸大或最小化以显示特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅是作为用于教导本领域技术人员以各种方式使用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参考任何一个附图所示出和描述的各种特征可以与一个或多个其他附图中所示的特征组合以产生没有明确示出或描述的实施例。所示特征的组合为典型应用提供了代表性实施例。然而，与本发明的教导相一致的特征的各种组合和修改对于某些特定应用或实施方式可能是期望的。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。
基于上述目的，本发明的实施例一方面提出了一种浸没式液冷服务器管理***，包括：若干容器，每个容器内部包括通信连接的多个节点和交换机；循环泵；至少2个换热单元，换热单元、循环泵和容器经由冷却液管道流体连通，并且换热单元包括用于监控冷却液状态并控制循环泵；***管理单元，***管理单元配置为与各个容器内的交换机通信连接以监控容器内所有节点的工作状态，并与换热单元的控制器通信连接，以通过换热单元的控制器控制循环泵的转速和冷却液状态。
在一些实施例中，所述换热单元采用冗余式结构。***中换热单元的数量与容器的数量呈1：N(N≥1)的比例关系，即一个换热单元可给至少一个容器提供循环换热，且***中至少有2个换热单元。换热单元采取冗余式设计，例如如图3所示，换热单元1常规工作状态下仅为容器1和容器2提供换热，为容器3和容器4换热的冗余通道为关闭状态。假设换热单元2失效，无法为容器3和容器4进行换热，***管理控制器监控到失效状态，可调度换热单元1开启为容器3和容器4换热的冗余通道，保证所有容器的换热正常进行。
在一些实施例中，所述***管理单元包括控制器、多种转换芯片以及多种总线接口，所述转换芯片用于将所述控制器的接口进行拓展和/或做电平/协议转换。该控制器的主控芯片与服务器节点BMC芯片属同类芯片。
在一些实施例中，所述***管理单元配置为分配工作任务到各个节点并对所述各个节点的状态进行监测，并且响应于某一节点出现失效状态，所述***管理单元将所述节点上的工作任务动态调控到其他的正常节点上。
在一些实施例中，所述***管理单元通过以太网接入所述容器中的交换机，以通过所述交换机与所述容器中的节点BMC之间进行数据交换，以获取所述节点的包括温度、负载、日志的工作状态，并通过控制所述节点的BMC，控制所述节点上下电和/或复位。
在一些实施例中，所述***管理单元通过电源管理总线管理各个容器中的电源分配单元，控制所述电源分配单元为各个供电设备做电源分配，并控制所述各个供电设备的开启和/或关闭。
在一些实施例中，所述***管理单元通过RS485总线控制所述换热单元的控制器，以监控并管理所述换热单元的状态以及所述循环泵的转速。
在一些实施例中，所述供电设备采用冗余式结构。供电设备为整体呈N+N冗余式结构，即同时有2个供电设备为一个用电单元供电。
在一些实施例中，所述***用于单相浸没式液冷服务器。在现有的单相浸没式液冷服务器监控和管理上，增加***层面的管理单元，级别高于各个子***的监控管理，可实现***内所有容器节点、电源分配单元以及换热单元的资源动态调度。当然，应当理解，本发明还可用于其他的浸没式液冷服务器***。
在根据本发明的一个实施例中，如图3所示，图中双线箭头表示液体流动方向，单线箭头表示管理单元与***内主要部件之间的信息交互。
以图3所示***结构为例，本***管理单元采取的管理策略如下：通过各个容器内的交换机，可以监控并管理各个容器内所有服务器节点的工作状态，如上下电、开关机、配置等状态信息。在正常情况下，***管理单元可以分配工作任务到各个节点，但保证各个节点应处于非满载状态。当某一节点出现失效状态时，***管理单元可以实时监控到该状态并动态调控工作任务到其他的节点上；通过电源管理总线(Power Management Bus，PMBus)管理各个容器中PDU(Power Distribution Unit，电源分配单元)，控制PDU为各个PSU(Power Supply Unit，供电设备)做电源分配，并能够控制开启或关闭各个PSU。其中PSU为整体呈N+N冗余式结构，即同时有2个PSU为一个用电单元供电；通过数据总线与换热单元的控制器进行信息交互，间接地监控容器内部的传感器状态，并能够控制循环泵转速和管道阀门的状态。换热单元采取冗余式设计，如图3所示，换热单元1常规工作状态下仅为容器1和容器2提供换热，为容器3和容器4换热的冗余通道为关闭状态。假设换热单元2失效，无法为容器3和容器4进行换热，***管理控制器监控到失效状态，可调度换热单元1开启为容器3和容器4换热的冗余通道，保证所有容器的换热正常进行。
为清楚的说明该设计方案的可实现性，进一步地结合图4、图5来说明。如图4所示，***管理单元的主要组成部分为：控制器，该控制器的主控芯片与服务器节点BMC芯片属同类芯片；各类转换芯片，将控制器的接口进行拓展或做电平/协议转换；各类总线接口。如图5所示，***管理单元以太网接入交换机与各个节点的BMC之间进行数据交换，可以获取节点的工作状态，包括温度、负载、日志等，并可通过控制节点中的BMC，控制节点上下电、复位等，从而达到监控管理节点的目的；***管理单元通过PMBus对各个容器的PDU进行监控和管理，每个PDU内的PSU均为冗余设计，***管理控制器可以通过PMBus进行电源管理，保证节点供电的可靠性；以及，***管理单元通过RS485总线控制换热单元的控制器，实现对换热单元的状态、循环泵转速的监控和管理。本***管理单元是在原***管理层上介入增加的具有更高***级的管理单元，针对本单元有可能发生失效的情况，原***的管理仍然会正常工作，不会发生***失控的情况。
在技术上可行的情况下，以上针对不同实施例所列举的技术特征可以相互组合，或者改变、添加以及省略等等，从而形成本发明范围内的另外实施例。
从上述实施例可以看出，本发明实施例提供的一种浸没式液冷服务器管理***在现有的单相浸没式液冷服务器监控和管理上，增加***层面的管理单元，级别高于各个子***的监控管理，可实现***内所有容器节点、PDU以及换热单元的资源动态调度，并针对***内关键元件失效情况提供冗余方案和调控策略，提升***可靠性。
基于上述目的，本发明实施例的另一个方面，提出了一种浸没式液冷服务器，包括上述任一项所述的***。
所述浸没式液冷服务器包括***管理单元，所述***管理单元包括存储器、和至少一个处理器，存储器存储有可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时执行上述任意一种管理策略。
此外，上述管理策略以及***单元也可以利用控制器以及用于存储使得控制器实现上述管理策略或单元功能的计算机程序的计算机可读存储介质实现。
存储器作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中的所述管理策略对应的程序指令/模块。处理器通过运行存储在存储器中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例的管理策略。
存储器可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作***、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据管理策略所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至本地模块。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
所述执行所述管理策略的计算机设备的任何一个实施例，可以达到与之对应的前述任意实施例相同或者相类似的效果。
最后需要说明的是，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例管理策略中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各管理策略的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(ROM)或随机存储记忆体(RAM)等。
此外，典型地，本发明实施例公开所述的装置、设备等可为各种电子终端设备，例如手机、个人数字助理(PDA)、平板电脑(PAD)、智能电视等，也可以是大型终端设备，如服务器等，因此本发明实施例公开的保护范围不应限定为某种特定类型的装置、设备。本发明实施例公开所述的客户端可以是以电子硬件、计算机软件或两者的组合形式应用于上述任意一种电子终端设备中。
此外，根据本发明实施例公开的管理策略还可以被实现为由CPU执行的计算机程序，该计算机程序可以存储在计算机可读存储介质中。在该计算机程序被CPU执行时，执行本发明实施例公开的管理策略中限定的上述功能。
此外，应该明白的是，本文所述的计算机可读存储介质(例如，存储器)可以是易失性存储器或非易失性存储器，或者可以包括易失性存储器和非易失性存储器两者。作为例子而非限制性的，非易失性存储器可以包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦写可编程ROM(EEPROM)或快闪存储器。易失性存储器可以包括随机存取存储器(RAM)，该RAM可以充当外部高速缓存存储器。作为例子而非限制性的，RAM可以以多种形式获得，比如同步RAM(DRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据速率SDRAM(DDRSDRAM)、增强SDRAM(ESDRAM)、同步链路DRAM(SLDRAM)、以及直接Rambus RAM(DRRAM)。所公开的方面的存储设备意在包括但不限于这些和其它合适类型的存储器。
本领域技术人员还将明白的是，结合这里的公开所描述的各种示例性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，已经就各种示意性组件、方块、模块、电路和步骤的功能对其进行了一般性的描述。这种功能是被实现为软件还是被实现为硬件取决于具体应用以及施加给整个***的设计约束。本领域技术人员可以针对每种具体应用以各种方式来实现所述的功能，但是这种实现决定不应被解释为导致脱离本发明实施例公开的范围。
结合这里的公开所描述的各种示例性逻辑块、模块和电路可以利用被设计成用于执行这里所述功能的下列部件来实现或执行：通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立的硬件组件或者这些部件的任何组合。通用处理器可以是微处理器，但是可替换地，处理器可以是任何传统处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以被实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器结合DSP和/或任何其它这种配置。
结合这里的公开所描述的方法或算法的步骤可以直接包含在硬件中、由处理器执行的软件模块中或这两者的组合中。软件模块可以驻留在RAM存储器、快闪存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域已知的任何其它形式的存储介质中。示例性的存储介质被耦合到处理器，使得处理器能够从该存储介质中读取信息或向该存储介质写入信息。在一个替换方案中，所述存储介质可以与处理器集成在一起。处理器和存储介质可以驻留在ASIC中。ASIC可以驻留在用户终端中。在一个替换方案中，处理器和存储介质可以作为分立组件驻留在用户终端中。
在一个或多个示例性设计中，所述功能可以在硬件、软件、固件或其任意组合中实现。如果在软件中实现，则可以将所述功能作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上或通过计算机可读介质来传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，该通信介质包括有助于将计算机程序从一个位置传送到另一个位置的任何介质。存储介质可以是能够被通用或专用计算机访问的任何可用介质。作为例子而非限制性的，该计算机可读介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储设备、磁盘存储设备或其它磁性存储设备，或者是可以用于携带或存储形式为指令或数据结构的所需程序代码并且能够被通用或专用计算机或者通用或专用处理器访问的任何其它介质。此外，任何连接都可以适当地称为计算机可读介质。例如，如果使用同轴线缆、光纤线缆、双绞线、数字用户线路(DSL)或诸如红外线、无线电和微波的无线技术来从网站、服务器或其它远程源发送软件，则上述同轴线缆、光纤线缆、双绞线、DSL或诸如红外线、无线电和微波的无线技术均包括在介质的定义。如这里所使用的，磁盘和光盘包括压缩盘(CD)、激光盘、光盘、数字多功能盘(DVD)、软盘、蓝光盘，其中磁盘通常磁性地再现数据，而光盘利用激光光学地再现数据。上述内容的组合也应当包括在计算机可读介质的范围内。
应当理解的是，在本文中使用的，除非上下文清楚地支持例外情况，单数形式“一个”旨在也包括复数形式。还应当理解的是，在本文中使用的“和/或”是指包括一个或者一个以上相关联地列出的项目的任意和所有可能组合。
上述本发明实施例公开实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器、磁盘或光盘等。
上述实施例是实施方式的可能示例，并且仅仅为了清楚理解本发明的原理而提出。所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种浸没式液冷服务器管理***，其特征在于，包括：
四个容器，四个所述容器从上至下依次对齐地排列，每个所述容器内部包括通信连接的多个节点和交换机；
八个循环泵，其中四个循环泵在四个容器的一侧分别连接到四个容器，另外的四个循环泵在四个容器的另一相对侧连接到四个容器；
第一换热单元和第二换热单元，所述第一换热单元位于四个容器的一侧并连接到位于四个容器的一侧的四个循环泵，所述第一换热单元经由冷却液管道流体分别与所述一侧的每个循环泵和每个对应的容器形成四个循环回路，所述第二换热单元位于四个容器的另一相对侧并连接到位于四个容器的另一相对侧的四个循环泵，所述第二换热单元经由冷却液管道流体分别与所述另一相对侧的每个循环泵和每个对应的容器形成四个循环回路，所述第一换热单元常规工作状态下仅为其中两个容器提供换热并使为另外两个容器换热的冗余通道处于关闭状态，并且响应于所述第二换热单元在失效状态下无法为换热的冗余通道处于关闭状态的另外两个容器进行换热，所述第一换热单元开启为另外两个容器换热的冗余通道以为另外两个容器提供换热；
***管理单元，所述***管理单元配置为监控所述第二换热单元的失效状态并调度所述第一换热单元开启为另外两个容器换热的冗余通道，所述***管理单元进一步配置为与各个所述容器内的交换机通信连接以监控所述容器内所有节点的工作状态，并分别与所述第一换热单元的控制器和所述第二换热单元的控制器通信连接，以通过所述第一换热单元的控制器和所述第二换热单元的控制器控制各自的所述循环泵的转速和冷却液状态，并且所述***管理单元通过以太网接入各个容器中的交换机与各个节点的BMC之间进行数据交换，以获取节点的工作状态，并通过控制节点中的BMC，控制节点上下电和/或复位；所述***管理单元通过电源管理总线对各个容器的电源分配单元进行监控和管理。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述第一换热单元和所述第二换热单元均采用冗余式结构。
3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述***管理单元包括控制器、多种转换芯片以及多种总线接口，所述转换芯片用于将所述控制器的接口进行拓展和/或做电平/协议转换。
4.根据权利要求3所述的***，其特征在于，所述***管理单元配置为响应于某一节点出现失效状态，所述***管理单元将所述节点上的工作任务动态调控到其他的正常节点上。
5.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述电源分配单元采用冗余式结构。
6.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述***用于单相浸没式液冷服务器。
7.一种浸没式液冷服务器，其特征在于，包括如权利要求1-6中任一项所述的***。
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