[0003] 本发明的各种实施例总体而言涉及半导体设计技术，并且更具体地，涉及包括冷却系统的数据中心。

[0004] 数据中心可以包括大量计算机设备，其包括例如一个或更多个服务器。通常，每台计算机设备都被安装在机架(rack)上，所述机架用于保护该计算机设备免受外部冲击并简化其管理。计算机设备会根据其用途来产生热量，需要对热量进行适当地管理以避免操作中断或故障。因此，数据中心通常采用冷却系统来抑制计算机设备的热量生成。数据中心的温度管理通常会消耗大量能源，并且通常可能很昂贵。因此，高度期望在该领域中进行任何改进以提高数据中心的可靠性和能量效率。

[0019] 下面参考附图更详细地描述本发明的各种实施例。提供这些实施例，使得本公开透彻且完整的，并将本发明的范围充分传达给本领域中的技术人员。

[0020] 将参考附图更详细地描述本发明。附图是根据本发明的一个实施例的数据中心的各种组件的简化示图。照此，可以预期由于例如制造技术和/或公差而引起的附图的配置和形状的变化。因此，数据中心不应被解释为限于本文中所示的特定配置和形状，而是可以包括不偏离如在所附权利要求中所限定的本发明的精神和范围的配置和形状的偏差。

[0021] 本文中参考本发明的理想实施例的截面图和/或平面图来描述本发明。然而，本发明的实施例不应被解释为限制发明构思。尽管将示出和描述本发明的一些实施例，但是本领域普通技术人员将理解，可以在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行改变。

[0022] 还将理解的是，当一个元件被称为“连接至”或“耦接至”另一元件时，它可以直接位于另一元件上、连接至另一元件或耦接至另一元件、或者可能存在一个或多个中间元件。此外，连接/耦接可以不限于物理连接，而是还可以包括非物理连接，例如无线连接。

[0023] 另外，还将理解的是，当一个元件被称为在两个元件“之间”时，它可以是两个元件之间的唯一元件，或者也可以存在一个或更多个中间元件。图1是示意性地示出根据本发明的一个实施例的数据中心的示图。图1是示出具有多个区域AA、BB和CC的数据中心的一部分的平面图。

[0024] 参考图1，数据中心可以包括制冷剂引入管100、多个机架200_1至200_n、多个旋转装置300_1至300_n以及多个温度感测装置400_1至400_n。

[0025] 制冷剂引入管100可以包围多个区域AA、BB和CC中的每个。注意，尽管在图1中示出了三个区域AA、BB和CC，但是本发明不限于这种方式，并且通常数据中心可以具有至少一个区域。制冷剂引入管100可以以任何合适的形式来部署。例如，制冷剂引入管100可以被设计成蜘蛛网或网格的形式。制冷剂引入管100可以通过引入诸如液氮LN2的制冷剂来将区域AA、BB和CC中的每个的环境温度保持在伪低温状态下。本文中使用的该术语低温状态意指将所述区域保持在低温温度，即，保持在小于适于CMOS器件的操作的123.15K的温度。例如，根据一个实施例，合适的低温温度可以是77K±7K的温度，并且可以使用液氮LN2作为制冷剂来获得。例如，合适的制冷剂可以是汽化温度为77K的液氮LN2。但是，本发明不限于使用液氮作为制冷剂。也可以使用具有比氮低的汽化温度的制冷剂。尽管未示出，但是根据一个实施例，当从侧面查看时，制冷剂引入管100可以包括在水平方向上延伸的一个或多个引入管或者以蜘蛛网或网格的形式的引导管。

[0026] 机架200_1至200_n可以分布在区域AA、BB和CC中。机架200_1至200_n中的第一数量的机架可以被设置在第一区域AA中，机架200_1至200_n中的第二数量的机架可以被设置在第二区域BB中，并且机架200_1至200_n中的第三数量的机架可以被设置在第三区域CC中。优选地，每个区域AA、BB和CC中的第一数量的机架、第二数量的机架和第三数量的机架可以是相同的。机架200_1至200_n可以被均匀地设置在数据中心的第一区域AA、第二区域BB和第三区域CC中。机架200_1至200_n可以以相同的方式被设计为在构造的材料、尺寸和形状上都相同。下面详细描述合适的机架设计的示例。

[0027] 旋转装置300_1至300_n中的每个可以使机架200_1至200_n中的对应一个旋转。例如，旋转装置300_1至300_n中的每个可以被设置在机架200_1至200_n中的相应一个的底部部分，并且可以使机架200_1至200_n中的相应机架围绕相应的旋转轴线顺时针或逆时针地旋转。每个旋转装置的旋转轴线可以是在相应机架的高度方向上延伸的直线。旋转轴线可以穿过旋转装置及其相应的机架的中心点。旋转装置300_1至300_n可以以相同的方式被设计为相同，如下面详细描述的。

[0028] 温度感测装置400_1至400_n可以感测它们相应的机架200_1至200_n的内部温度。温度感测装置400_1至400_n中的每个可以被安装在机架200_1至200_n的相应机架中，以测量相应机架的温度。温度感测装置400_1至400_n中的每个可以包括至少一个温度传感器。
在所示的实施例中，温度感测装置400_1至400_n中的每个可以包括多个传感器。例如，图2中示出了包括六个温度传感器S1至S6的温度感测装置400_1。温度感测装置400_1至400_n可以以相同的方式被设计，这将在下面详细描述。

[0029] 图2代表性地示出了图1所示的机架200_1至200_n之中的第一机架200_1、旋转装置300_1至300_n之中的第一旋转装置300_1、以及温度感测装置400_1至400_n之中的第一温度感测装置400_1。

[0030] 参考图2，诸如服务器之类的计算机设备(未示出)可以被安装并储藏在第一机架200_1中，该第一机架200_1可以指代用于安全且容易地管理计算机设备的储藏箱。计算机设备可能会根据其使用来产生热量。该计算机设备可以包括诸如DRAM的存储模块。DRAM通常可以包括CMOS器件，并且DRAM可以在伪低温温度下(例如，在77K±7K的低温温度下)稳定地操作。此外，由于在伪低温状态下DRAM几乎不需要刷新操作，因此与在室温下操作DRAM相比，就功耗而言，在低温状态下操作DRAM更有利。

[0031] 第一机架200_1可以具有圆柱形的外部外观。这是为了在第一机架200_1围绕旋转轴线旋转时，通过尽可能均匀地进入第一机架200_1的制冷剂引入管100来反映伪低温状态。在本实施方式中，尽管作为示例描述了第一机架200_1具有圆柱形的外部外观，但是本发明不限于此，并且第一机架200_1也可以具有多边形的柱状外观。

[0032] 第一旋转装置300_1可以包括第一支撑板301_1和第一电机303_1。

[0033] 第一支撑板301_1可以支撑第一支架200_1。第一支撑板301_1可以是圆形板，并且具有比第一支架200_1的底表面的面积大的面积。在本实施例中，尽管第一支撑板301_1是圆形板并且具有比第一机架200_1的底表面的面积大的面积，但是本实施例不限于此，并且第一支撑板301_1可以是多边形板，并且其面积等于或小于第一机架200_1的底表面的面积。

[0034] 第一支撑板301_1可以被牢固地附接到第一机架200_1，使得第一机架200_1与第一支撑板301_1一起旋转。例如，尽管未示出，但是可以采用用于将第一机架200_1固定在第一支撑板301_1上的固定元件。固定元件可以执行保持第一机架200_1的功能，使得当第一支撑板301_1旋转时，第一机架200_1不移动而是被固定。可以采用任何合适的固定元件。例如，在一个实施例中，第一支撑板301_1可以包括凸缘(rim)，所述凸缘围绕第一机架200_1的底部边缘并且包括固定元件，该固定元件包括至少三个螺钉，所述至少三个螺钉可以穿过凸缘的相应孔而紧靠在第一机架200_1的底部边缘的侧表面上。第一电机303_1可以使第一支撑板301_1旋转。第一电机303_1可以在控制装置700的控制下运行，将在下面描述该控制装置700。例如，第一电机303_1可以在控制装置700的控制下使第一支撑板301_1以第一旋转速度旋转，或者可以使第一支撑板301_1以比第一旋转速度慢的第二旋转速度旋转，或者使第一支撑板301_1停止。第一电机303_1可以是将供应给其的电力转换成转子轴的旋转运动的电动机，该转子轴直接且固定地耦接到第一支撑板301_1，以从而使第一旋转板301_1旋转。可以使用任何合适的电动机。

[0035] 第一温度感测装置400_1可以包括第一温度传感器S1至第六温度传感器S6。第一温度传感器S1至第六温度传感器S6可以被设置为在第一机架200_1中成对地彼此面对。例如，第一温度传感器S1和第二温度传感器S2可以被设置为在第一机架200_1的内表面的上部处彼此面对，第三温度传感器S3和第四温度传感器S4可以被设置为在第一机架200_1的内表面的中部处彼此面对，并且第五温度传感器S5和第六温度传感器S6可以被设置为在第一机架200_1的内表面的下部处彼此面对。第一温度传感器S1、第三温度传感器S3和第五温度传感器S5可以在第一机架200_1的高度方向上被设置为在同一条线上，并且第二温度传感器S2、第四温度传感器S4和第六温度传感器S6可以在第一机架200_1的高度方向上被设置为在同一条线上。在本实施例中，尽管作为示例描述了第一温度感测装置400_1包括第一温度传感器S1至第六温度传感器S6，并且一些温度传感器S1、S3和S5/S2、S4和S6被设置在同一条线上，但是本实施例不限于此。可以根据机架的尺寸来设置各种数量的温度传感器，并且一些温度传感器S1、S3和S5/S2、S4和S6可以被设置在偏离预定角度(例如，大约90度)的位置处。

[0036] 图3是示出图1中所示的数据中心的框图。应当注意，在图3中未示出在图1中所示的制冷剂引入管100和机架200_1至200_n。

[0037] 参考图3，数据中心可以包括多个温度感测装置400_1至400_n、多个旋转装置300_1至300_n、制冷剂供应装置500、主机装置600和控制装置700。温度感测装置400_1至400_n和旋转装置300_1至300_n可以与图1和图2中所示的那些基本相同。

[0038] 温度感测装置400_1至400_n可以产生与机架200_1至200_n的内部温度相对应的多条温度信息T1<1:6>至Tn<1:6>。例如，在第一温度感测装置400_1中所包括的第一温度传感器S1可以产生与第一机架200_1的上部的一侧的内部温度相对应的第一温度信息T1<1>，第二温度传感器S2可以产生与第一机架200_1的上部的另一侧的内部温度相对应的第二温度信息T1<2>，第三温度传感器S3可以产生与第一机架200_1的中部的一侧的内部温度相对应的第三温度信息T1<3>，第四温度传感器S4可以产生与第一机架200_1的中部的另一侧的内部温度相对应的第四温度信息T1<4>，第五温度传感器S5可以产生与第一机架200_1的下部的一侧的内部温度相对应的第五温度信息T1<5>，并且第六温度传感器S6可以产生与第一机架200_1的下部的另一侧的内部温度相对应的第六温度信息T1<6>。

[0039] 制冷剂供应装置500可以将制冷剂(例如，液氮LN2)供应给制冷剂引入管100。尽管未示出，但是制冷剂供应装置500可以包括用于产生制冷剂的液化厂、用于储藏制冷剂的储罐等。制冷剂可以包括液氮LN2，但是，本发明不在这方面进行限制，并且应当理解，可以使用其他合适的制冷剂。由于液氮的汽化或蒸发温度为大约77K，因此制冷剂引入管100的环境温度可以保持在大约77K。液氮LN2可能是优选的，因为它比其他制冷剂(诸如，例如液氦)便宜，并且还提供了有效的低温温度。可以基于从控制装置700产生的控制信号CTRL来控制制冷剂供应装置500的操作。

[0040] 主机装置600可以产生与机架200_1至200_n在每个时隙(time slot)内的使用率相对应的一条或多条简档信息RF(profile information)。例如，主机装置600可以产生与机架200_1至200_n在每个时隙内的相应使用率相对应的第一简档信息至第n简档信息RF。可选地，主机装置600可以将机架200_1至200_n分成n/m个组，每个组都具有'm'个机架，并且产生与各个组在每个时隙内的使用率相对应的第一条简档信息至第n/m条简档信息RF。
主机装置600可以产生与机架200_1至200_n在每个时隙内的整个使用率相对应的一个简档信息RF。该使用率可以指机架200_1至200_n中的每个中所包括的计算机设备的实际使用率，并且可以由主机装置600实时检查。

[0041] 控制装置700可以适用于基于与各个机架200_1至200n相对应的一条信息或更多条信息来控制旋转装置300_1至300_n中的每个的旋转速度，以将每个机架的内部温度控制在合适的低温温度范围内。

[0042] 控制装置700可以基于简档信息RF和温度信息T1<1:6>至Tn<1:6>来控制旋转装置300_1至300_n。例如，控制装置700可以基于简档信息RF来激活多个旋转控制信号EN1至Enn，以便单独地、共同地(意味着全部机架200_1至200_n)或成组(基于上述由主机装置600对机架的分组，每组2个机架或更多个机架)地控制多个旋转装置300_1至300_n中的每个。
另外，控制装置700可以基于温度信息T1<1:6>至Tn<1:6>来单独激活旋转控制信号EN1至Enn，以便控制多个旋转装置300_1至300_n中的每个。

[0043] 旋转装置300_1至300_n可以分别基于旋转控制信号EN1至Enn而被控制。旋转装置300_1至300_n可以依据旋转控制信号EN1至ENn是否被激活而单独地、共同地或成组地被控制。

[0044] 在下文中，参考图4和图5来描述根据本发明的一个实施例的具有上述结构的数据中心的操作。

[0045] 图4是示出基于温度信息T1<1:6>至Tn<1:6>的数据中心的操作的流程图。

[0046] 参考图4，在步骤S10中，温度感测装置400_1至400_n可以分别测量机架200_1至200_n的内部温度，并且产生与由在机架200_1至200_n的每个中的多个传感器S1至S6所记录的内部温度相对应的温度信息T1<1:6>至Tn<1:6>。

[0047] 在步骤S12中，控制装置700可以基于温度信息T1<1:6>至Tn<1:6>来将机架200_1至200_n中的每个的内部温度与阈值温度进行比较，并且在步骤S14和S16中，基于比较结果来控制旋转装置300_1至200 300_n以调整它们的旋转速度。例如，控制装置700可以将第一机架200_1的内部温度T1<1:6>中的每个与阈值温度进行比较，并且当比较结果指示第一机架200_1的内部温度T1<1:6>中的至少一个高于阈值温度时，控制第一旋转装置300_1以使第一机架200_1以第一旋转速度(即，相对更高的速度)来旋转。另一方面，控制装置700可以将第一机架200_1的内部温度中的每个与阈值温度进行比较，并且当比较结果指示第一机架200_1的所有内部温度均低于阈值温度时，控制第一旋转装置300_1以使第一机架200_1以比第一旋转速度慢的第二旋转速度(即，相对更低的速度)来旋转或者使第一机架200_1停止。可以在考虑伪低温温度(例如，77K)的情况下设置阈值温度。例如，阈值温度可以被设置为比伪低温温度高的温度。

[0048] 图5是示出基于简档信息RF的数据中心的操作的流程图。

[0049] 参考图5，在步骤S20中，主机装置600可以测量机架200_1至200_n在每个时隙内的使用率，并且产生与机架200_1至200_n在每个时隙内的使用率相对应的简档信息RF。例如，主机装置600可以产生与机架200_1至200_n在每个时隙内的相应使用率相对应的第一简档信息至第n简档信息RF。例如，针对第一机架200_1的使用率的第一简档信息、针对第二机架200_2的使用率的第二简档信息、…、针对第n机架200_n的使用率的第n简档信息。当机架被分类为n/m个组(每组具有预定数量的‘m’个机架)时，主机装置600可以产生n/m条组简档信息，每条组简档信息RF对应于机架200_1至200_n的对应组在每个时隙的使用率。换句话说，主机装置600可以产生与各个组在每个时隙内的使用率相对应的第一条简档信息至第n/m条简档信息RF。或者，主机装置600可以产生与所有机架200_1至200_n在每个时隙内的整体使用率相对应的一个简档信息RF。在一个实施例中，在步骤S20中，主机装置600可以测量机架200_1至200_n在每个时隙内的使用率，并且产生以下各项中的至少一个：a)与机架200_1至200_n在每个时隙内的使用率相对应的简档信息RF，(b)n/m条组简档信息，每条组简档信息RF与机架200_1至200_n的对应组在每个时隙的使用率相对应，以及c)与所有机架200_1至200_n在每个时隙内的整体使用率相对应的一个简档信息RF。

[0050] 在步骤S22中，控制装置700可以基于简档信息RF来将机架200_1至200_n在每个时隙内的使用率与阈值使用率进行比较，并且在步骤S24和S26中，基于比较结果来单独地、共同地或成组地控制旋转装置300_1至300_n。例如，控制装置700可以将第一机架200_1在每个时隙内的使用率与阈值使用率进行比较，并且当比较结果指示第一机架200_1在每个时隙内的使用率大于阈值使用率时，控制第一旋转装置300_1以使第一机架200_1以第一旋转速度(即，相对高的速度)来旋转。另一方面，控制装置700可以将第一机架200_1在每个时隙内的使用率与阈值使用率进行比较，并且当比较结果指示第一机架200_1在每个时隙内的使用率小于阈值使用率时，控制第一旋转装置300_1、第一旋转装置300_1所属的组或整个旋转装置300_1至300_n以使第一机架200_1、第一机架200_1所属的组或整个机架200_1至200_n以比第一旋转速度慢的第二旋转速度(即，相对低的速度)来旋转、或者使第一机架
200_1、第一机架200_1所属的组或整个机架200_1至200_n停止。

[0051] 从以上描述显而易见的是，根据本实施例的数据中心可以使用在温度信息与简档信息之间的至少一条参数信息。当数据中心使用温度信息和简档信息二者时，数据中心基本上使用温度信息，而偶然地使用简档信息。可选地，数据中心可以通过将向对应的信息给予优先级来仅使用温度信息和简档信息中的一个。

[0052] 根据本发明的实施例，存在的优点是，不管制冷剂引入管与机架之间的分开距离如何，机架都可以均匀地受到制冷剂引入管的影响。

[0053] 根据本发明的实施例，通过使可归因于制冷剂引入管的结构约束的影响最小化，可以一致且均匀地保持机架的伪低温状态。

[0054] 尽管已经关于特定实施例示出和描述了本发明，但是所公开的实施例不意图是限制性的。此外，应注意，如本领域技术人员根据本公开将认识到的那样，在不背离本发明的精神和/或范围的情况下，可以通过替代、改变和修改来以各种方式实现本发明。本发明旨在涵盖落入所附权利要求的范围内的所有这样的替代、改变和修改。