风扇能率控制系统、方法与非暂态计算机可读储存介质与流程

本公开一般关于计算装置中的热管理。

背景技术：

诸如个人计算机、服务器及网络装置的计算装置是信息技术系统的支柱。随着计算装置增加的密度上升(例如在计算机丛集中)，消耗更多功率及产生更多热量。因此，对于维持计算装置的可靠性，热管理变得至关重要。

冷却风扇已用以藉由从计算装置的机壳底板排出热空气来降低计算装置的内部温度。与诸如液体冷却的其他冷却方法相比，冷却风扇有效及易于维护。然而，为了将计算装置的内部温度保持在较佳范围内，需要对冷却风扇速度的有效控制。例如，不充足的低风扇速度造成计算装置的不良空气循环及过热；反之，不必要的高风扇速度导致装置过冷及能量浪费。

技术实现要素：

本技术提供藉由使用因数而对风扇能率(Duty)的有效及可靠控制，这些因数如由电源供给单元提供的功率负载值。风扇能率是在特定总压(Pt)下由风扇移动的空气体积。举例而言，风扇能率可以百分比(％)为单位测得。本技术可调整风扇能率以变更风扇速度，因为风扇能率与风扇速度成线性比例。例如，风扇能率范围自0％至100％，对应于自最小速度至最大速度变化的风扇速度。功率负载值可表示流经装置的电流电平，此电平与装置散逸的热量成比例。藉由调整对应于功率负载值的风扇能率，本技术可将计算装置维持在预定温度范围内，以避免计算装置过热或过冷。

根据一些实施例，本技术可使用服务控制器(例如基频管理控制器(Baseband management controller))以至少基于功率负载值来决定风扇能率。根据一些实施例，可由电源供给单元的功率计提供功率负载值或功率负载数据。

根据一些实施例，本技术可基于除功率负载值之外的其他因数决定风扇 能率，如温度及热散逸历史。一或多个温度感测器(例如热二极管温度感测器(Thermal diode temperature sensor))可监测计算装置的一或多个温度。此外，计算装置的热散逸历史(例如选定时段期间的计算装置的先前热量形态(Heat pattern))可用以估计热散逸的峰值时间，并在峰值时间期间相应地增加风扇能率。

根据一些实施例，本技术可利用不同的风扇控制方法以控制风扇能率。风扇控制方法的实例包括线性电压调整、脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)及软件控制。

此外，本技术可将多个风扇分为数个温度区域(Thermal zone)，这些温度区域中的每一个与单独的风扇能率关联。例如，温度区域#1中的计算机风扇可在一个风扇能率下操作，而且温度区域#2中的计算机风扇可在另一个风扇能率下操作。

此外，尽管本技术将风扇能率控制用作使能计算装置冷却的实例，但本技术在概念上也适用于其他冷却方法，例如液体冷却的流速控制，或其他冷却装置控制。

本公开内容的其他特征及优点将在下文的描述中进行阐述，及部分地将根据该描述而显而易见，或可藉由对本文中揭示的原理的实施而获得。本公开内容的特征及优点可凭借仪器及所附权利要求中特别指出的组合的方式得以实现及获得。根据以下描述及所附权利要求，本公开内容的这些特征及其他特征将变得更充分地显而易见，或可藉由对本文中阐述的原理的实施而获得。

附图说明

为让本公开内容的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，附图的说明如下：

图1是根据一些实施例的风扇能率控制系统的实例；

图2是根据一些实施例的风扇能率控制系统的实例的方块图；

图3是根据一些实施例的风扇能率控制系统的另一实例的方块图；

图4是根据一些实施例的表示系统功率负载值与风扇能率之间的相关性的图表；

图5是根据一些实施例的用于风扇能率控制系统的示例性流程图；

图6是根据一些实施例的用于风扇能率控制系统的另一示例性流程图；以及

图7是根据一些实施例的计算装置的计算平台。

附图符号说明

为让本公开内容的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附符号的说明如下：

100：风扇能率控制系统

102：计算装置

104～108：风扇

110：中央处理单元

112～116：芯片组

118：机壳底板

200、300：风扇能率控制系统

202、302：计算装置

204、304：中央处理单元

206～210、306～310：数据储存装置

216、316：服务控制器

218、318：风扇能率管理器

220、320：电源供给单元

222～226、322～326：风扇能率控制器

228、328：功率计

312、314：温度感测器

500、600：用于风扇能率控制系统的示例性流程图

502～506、602～606：步骤

700：计算平台

702：服务控制器

704：处理器

706：输入装置

708：电源供给单元

710：网络接口

712：显示器

714：储存装置

724：总线

726：系统存储器

具体实施方式

本技术的多个实施例在下文中详细论述。尽管论述特定实施方式，但应理解，此论述仅用于说明目的。本领域技术人员将承认，可在不背离本技术的精神及范畴的情况下使用其他组件及配置。

计算装置由诸多热产生组件组成，如中央处理单元(Central Processing Unit，后称CPU)、图形处理单元(Graphics Processing Unit，后称GPU)、芯片组及硬盘。随着计算装置变得更强功能并且消耗更多能源，会产生更多热量，尤其是在CPU或硬盘周围。计算装置中的多余热量可能不仅导致系统故障(Malfunction)，还产生对计算组件的实体损坏。

风扇速度可变的冷却风扇可将温度较低的空气吹入机壳底板，因此从机壳底板(Chassis)排出多余热量及降低机壳底板中计算装置的温度。已知冷却风扇的速度与诸如CPU的热产生组件的测得温度成线性比例。例如，高温CPU需要冷却风扇的高速以移除累积的热空气。

然而，仅使用温度以决定风扇速度具有数个缺点。首先，自实际高温的初始检测到温度的逐渐降低的时间延迟可能久至足以导致系统故障。其次，诸如集束磁盘(传统上称作“集束磁盘(Just a Bunch of Disks，后称JBOD)”)或交换器的智能程度较低的计算装置具有少量或没有内部温度感测器，使得难以藉由内部温度恰当调整风扇的能率。

例如，JBOD的硬盘通常不由温度感测器(例如热二极管温度感测器(Thermal diode temperature sensor))监测。相反地，JBOD系统仅使用环境温度读数，以决定JBOD的冷却风扇速度。由于环境温度读数未能表示硬盘的实际温度，因此可能导致硬盘过冷或过热。

因此，存在对冷却风扇提供有效控制的需求，以最佳化计算装置的热管理(Thermal management)。

本技术揭示可使能对风扇速度进行有效及可靠的控制的技术，藉由使用电源供给单元所提供的至少一功率负载值。功率负载值或功率负载数据可表 示流经装置的电流电平，其大致上与该种装置散逸的热量成比例。根据一些实施例，电源供给单元的功率计可提供功率负载值。

根据一些实施例，利用至少一功率负载值以决定风扇能率，可消除单独使用温度数据调整风扇能率时的延迟(Delay)或等待时间(Latency)。此举是因为功率负载值增加通常发生在功率增加导致的温度上升之前。此外，利用功率负载值以决定风扇能率，特别地实用于装备少量或没有温度感测器的智能程度较低的计算装置，例如JBOD。

根据一些实施例，本技术可使用服务控制器(例如基频管理控制器(Baseband management controller))，以至少基于一功率负载值来决定风扇速度。基板管理控制器(Baseboard Management Controller，后称BMC)是独立及嵌入式微控制器，在一些实施例中，BMC负责主要CPU、固件及操作系统的管理及监测。根据一些实施例，BMC可藉由接收来自安装在机壳底板中的感测器的数据而监测服务器的硬件组件，该数据例如风扇速度、CPU温度、功率消耗电平等。

根据一些实施例，除功率负载值之外，本技术可基于诸如温度、系统功率及热散逸历史的其他因数决定风扇速度。例如，一或多个温度感测器(例如热二极管温度感测器)可监测计算装置温度，该信息可用以决定风扇速度。例如，计算装置的热散逸历史包括一选定时段期间的过去的热量形态(Heat pattern)，该热散逸历史可用以预测计算装置的热散逸峰值时间。因此，风扇能率在峰值时间期间内可增加。

根据一些实施例，本技术可利用不同的风扇控制方法以控制风扇速度。风扇控制方法的实例包括线性电压调整、脉宽调制(Pulse Width Modulation，后称PWM)及软件控制。

本公开内容的其他特征及优点将在下文的描述中进行阐述，及部分地将根据该描述而显而易见，或可藉由对本文中揭示的原理的实施而获得。本公开的特征及优点可凭借仪器及所附权利要求中特别指出的组合的方式得以实现及获得。根据以下描述及所附权利要求，本公开的这些特征及其他特征将变得更为显而易见，或可藉由对本文中阐述的原理的实施而获得。

图1是根据一些实施例的风扇能率控制系统100的实例。风扇能率控制系统100可包括计算装置102，该计算装置102包括以下各项：机壳底板118、可产生一定热量的一或多个CPU 110、一或多个其他热产生组件(包括硬盘、 GPU、芯片组(例如112、114及116))，及一或多个冷却风扇(例如104、106及108)。计算装置102的实例包括以下各项：服务器、交换器、储存装置(例如JBOD)或个人计算机。

根据一些实施例，一或多个冷却风扇(例如104、106及108)可主动地从机壳底板118中排出热空气，以从前到后(front-to-back)的气流、侧面到侧面(side-to-side)的气流，或从后到前(back-to-front)的气流。在图1中所示的从前到后气流中，一或多个冷却风扇(例如104、106及108)可引流热空气通过机壳底板118以控制内部温度在预定范围内(例如25℃至55℃)。从机壳底板118引流热空气的速度可依据选定的风扇能率及其对应风扇速度而定。

仍请参看图1，多种风扇控制机制可用以基于数个风扇速度因数来调整风扇速度，这些风扇速度因数指示机壳底板118中累积的热量。典型的风扇控制机制包括本领域技术人员所熟知的线性电压调整、脉宽调制及软件控制。风扇速度因数的实例包括：计算装置102的一或多个功率负载值、机壳底板118的一或多个内部温度读数、一或多个环境温度读数，及计算装置102的热散逸历史。

例如，高功率负载值(例如，单位为瓦特)表示流经一或多个组件的高电平电流，如CPU 110和/或其他热产生组件，如112、114及116。如本领域中已知，高电流电平可导致由计算装置112产生的高热量。因此，至少基于一高功率负载值，风扇能率控制系统100可增加冷却风扇(例如104、106及108)的风扇能率，以控制内部温度在预定范围内(例如25℃至55℃)。

根据一些实施例，由温度感测器(例如热二极管温度感测器)测得的较高内部温度(例如CPU芯片温度，或主机板温度)可表示已在机壳底板118中累积大量热量。因此，风扇能率控制系统100可相应增加一或多个冷却风扇(例如104、106及108)的风扇能率，以移除累积的热量。

根据一些实施例，计算装置102的热散逸历史可用以决定一或多个冷却风扇(例如104、106及108)的风扇能率。例如，一时段期间(例如过去30日)的功率负载值记录可表示计算装置102自每日午后八点至午后十点多消耗30％的功率。相应地，在预期峰值时间期间机壳底板118中产生更多热的情况下，冷却风扇能率系统100在自午后八点至午后十点使风扇能率增加一预定量。

根据一些实施例，风扇能率控制系统100可将机壳底板118划分为一或多个冷却区域(未绘示)，用于风扇能率的更精确控制。例如，内部温度较高的冷却区域可具有比内部温度较低的另一冷却区域更高的风扇能率。此外，一或多个冷却风扇(例如104、106及108)可根据对应冷却区域而被分为不同风扇组。根据一些实施例，基于与特定冷却区域关联的一或多个因数(例如功率负载值、温度)，不同风扇组的风扇能率可能是不同的。

图2是根据一些实施例的风扇能率控制系统200的实例的方块图。如图2所示，计算装置202可包括以下各项：至少一个CPU(例如204)、一或多个数据储存装置(例如206、208或210)、可包括风扇能率管理器218的服务控制器216、可包括功率计228的电源供给单元220(Power Supply Unit，PSU)，以及一或多个风扇能率控制器(例如222、224或226)，其中每一个可控制冷却风扇(未绘示)的速度。

根据一些实施例，服务控制器216可为嵌入式及独立的微处理器，该微处理器具有不同于计算装置202(例如Linux)的操作系统(例如适用智能平台管理接口(Intelligent Platform Management Interface，IPMI)的操作系统)。服务控制器216可具有独立于计算装置202的电源供应。服务控制器216的实例是基板管理控制器(BMC)。根据一些实施例，服务控制器216可自电源供给单元220的功率计228接收功率负载数据，功率负载数据与一或多个热产生组件(例如CPU 204、数据储存装置206、208或210)关联。基于功率负载数据，服务控制器216可基于系统负载值与对应的风扇能率之间的预定关系，藉由使用风扇能率管理器218来决定一或多个冷却风扇的风扇能率。

此外，所决定的风扇能率可对应于由服务控制器216产生的风扇能率命令。风扇能率命令的实例包括PWM信号，该PWM信号具有与风扇功率电平成比例的占空比(Duty cycle)(例如低PWM占空比对应于低风扇功率)。此外，服务控制器216可使得一或多个风扇在对应于风扇能率的风扇速度下操作，藉由传送风扇能率命令至风扇能率控制器222、224或226。此外，风扇能率控制器222、224或226可根据风扇能率电平命令来调整风扇速度。

根据一些实施例，风扇能率控制器(例如222、224及226)可发送风扇速度转速计(Tachometer)信号至服务控制器216，以提供风扇速度反馈。风扇速度转速计信号可表示冷却风扇是否正在运行及其速度。

根据一些实施例，利用功率负载数据以决定风扇能率可消除在仅依赖温 度以调整风扇速度情况的延迟或等待时间，因为增加的功率负载值通常在增加的温度之前发生。此外，利用功率负载数据决定风扇能率，特别地实用于装备少量或没有温度感测器的智能程度较低的计算装置。图3是根据一些实施例的风扇能率控制系统300的另一实例的方块图。如图3所示，计算装置302可包括以下各项：至少一个CPU(例如304)、一或多个数据储存装置(例如306、308或310)、可包括风扇能率管理器318的服务控制器316、可包括功率计328的电源供给单元320(PSU)，一或多个温度感测器(例如312及314)及一或多个风扇能率控制器(例如322、324或326)，每一风扇能率控制器可控制冷却风扇(未绘示)的速度。

根据一些实施例，服务控制器316(例如BMC)可接收至少一个类型的风扇速度因数数据，该风扇速度因数数据与一或多个热产生组件关联(例如CPU 304、数据储存装置306、308或310)。该类型的风扇速度因数数据包括由电源供给单元320的功率计328提供的功率负载数据、由温度感测器312或314(例如热二极管温度感测器)提供的温度数据、由历史数据储存装置(未绘示)提供的热散逸历史，及其他类型的可用以决定风扇速度的数据。部分地基于一个类型的速度因数数据，服务控制器316可藉由使用风扇能率管理器318，基于用于估计风扇能率的多因数计算(Multi-factor calculation)来决定一或多个冷却风扇的风扇能率。此外，风扇能率可符合风扇能率命令。风扇能率命令的实例包括PWM占空比，该PWM占空比与风扇功率电平成比例(例如低PWM占空比对应于低风扇功率)。此外，服务控制器316可使得一或多个风扇在对应于风扇能率的风扇速度下操作，藉由发送风扇能率命令至风扇能率控制器322、324或326。此外，风扇能率控制器322、324或326可根据风扇能率命令来调整风扇速度。

根据一些实施例，依据温度感测器312或314的功能，温度数据可能是CPU芯片温度，机壳底板内部温度或环境温度。

图4是根据一些实施例的表示系统功率负载值与风扇能率之间的相关性的图表，其中系统功率负载值以瓦特(Watt)为单位量测，风扇能率以百分比为单位量测。如图4所示，系统总负载与风扇能率实质上是线性关系。例如，200～400瓦特的系统总负载需要约30％的风扇能率以将温度维持在预定范围内(例如25℃至55℃)。400～600瓦特的系统总负载需要约50％的风扇能率，而600～800瓦特的系统总负载则需要约70％的风扇能率，800～1000 瓦特的系统总负载需要约90％的风扇能率，及1000以上瓦特的系统总负载需要约100％的风扇能率。考虑一或多个风扇速度因数的其他相关性或计算模型可用以决定风扇能率。

图5是根据一些实施例用于风扇能率控制系统的示例性流程图500。应理解，除非另有说明，否则在多个实施例的范畴的情况下，可能存在以类似或替代性次序或同时执行的额外、更少或替代性的步骤。在步骤502中，服务控制器可接收与热产生组件关联的功率负载数据。例如，功率负载数据可由电源供给单元的功率计提供。

在步骤504中，服务控制器可至少部分地基于功率负载数据来决定与一或多个风扇关联的风扇能率。例如，功率负载值可基于预定线性关系与对应风扇能率相关(例如400～600瓦特的功率负载数据需要约50％的风扇能率)。

在步骤506中，服务控制器可使得一或多个风扇在对应于风扇能率的风扇速度下操作。例如，在决定风扇能率之后，服务控制器可发送风扇能率命令至与一或多个风扇关联的至少一个风扇能率控制器，该风扇能率命令用以表示该风扇能率。根据一些实施例，风扇能率命令可为PWM信号，该信号具有与风扇能率成比例的占空比(例如高PWM占空比对应于高风扇能率电平)。

图6是根据一些实施例的用于风扇能率控制系统的另一示例性流程图600。应理解，除非另有说明，否则在符合多个实施例的范畴的情况下，可能存在以类似或替代性次序或同时执行的额外、更少或替代性的步骤。在步骤602中，服务控制器可接收与多个热产生组件关联的数个类型的风扇速度因数数据。例如，风扇速度因数数据包括由电源供给单元提供的功率负载数据、由一或多个温度感测器提供的温度数据，或由储存介质提供的热散逸历史中的至少一个。

在步骤604中，服务控制器可至少部分地基于一或多个类型的风扇速度因数数据来决定与一或多个风扇关联的风扇能率。例如，功率负载值可基于预定线性关系与对应风扇能率相关(例如400～600瓦特的功率负载数据需要约50％的风扇能率)。

在步骤606中，服务控制器可使得风扇在对应于风扇能率的风扇速度下操作。例如，在决定风扇能率之后，服务控制器可将风扇能率命令发送至与风扇关联的一个风扇能率控制器，该风扇能率命令用以表示该风扇能率电平。 根据一些实施例，风扇能率命令可为PWM，该PWM具有与风扇能率成比例的占空比(例如高PWM占空比对应于高风扇能率电平)。此外，根据一些实施例，一或多个风扇中的每一个位于计算装置的一或多个冷却区域，其中每一区域用以与个别的风扇能率关联。

图7是根据一些实施例的计算装置的计算平台700，用于实施图1～6的系统及程序。计算平台700包括总线724，该总线724将子系统与装置互连，如：服务控制器或基板控制器702、处理器704、储存装置714、系统存储器726、网络接口710及电源供给单元708。处理器704可利用一或多个中央处理单元(CPU)实现，例如由英特尔公司制造的CPU，或一或多个虚拟处理器，及CPU与虚拟处理器的任何组合。计算平台700经由输入及输出装置与输入装置706及显示器712交换表示输入及输出的数据，这些装置及显示器包括但不限于：键盘、鼠标、声音输入(例如语音转换文字装置)、使用者接口、显示器、监视器、游标、触摸感应显示器、液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)或发光二极管(Light Emitting Diode，LED)显示器，及其他输入输出相关装置。

根据一些实例，计算平台700藉由处理器704执行特定操作，从而执行储存在系统存储器726中的一或多个指令的一或多个序列。计算平台700可实现为主从式配置、点对点(Peer-to-peer)配置中的服务器装置或客户端装置，或作为任何移动计算装置，包括智能型电话与其类似物。这些指令或数据可从另一计算机可读介质，如储存装置714，读取至系统存储器726。在一些实例中，硬接线(Hard-wired)电路系统可用于替代软件指令或与软件指令结合以用于实施。指令可嵌入软件或固件。用语“计算机可读介质”指任何有形介质，该有形介质参与提供指令至处理器704，以用于执行。该种介质可具有众多形式，包括但不限于非易失性介质及易失性介质。非易失性介质包括例如光盘或磁盘，及其类似物。易失性介质包括动态存储器，如系统存储器726。

计算机可读介质的常见形式包括，例如：软盘、软性磁盘、硬盘、磁带、任何其他磁性介质、只读光盘(CD-ROM)、任何其他光学介质、穿孔卡、纸带、具有孔洞图案的任何其他实体介质、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、可编程只读存储器(Programmable Read Only Memory，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read Only Memory，EPROM)、快闪可擦除可编程只读存储器(FLASH-EPROM)、任何其他存储器芯片或盒式磁带，或计算机可读的任何其他介质。可进一步藉由使用传输介质发送或接收指令。用语“传输介质”可包括任何有形或无形介质，该介质能够储存、编码或承载用于由机器执行的指令，及该介质包括数字或模拟通讯信号，或其他无形介质以促进该种指令的通讯。传输介质包括同轴电缆、铜线及光纤，包括用于发送计算机数据信号的总线724的导线。

如实例所示，系统存储器726可包括各种模块，这些模块包括可执行指令，以实施本文中描述的功能性。如实例所示，系统存储器726包括日志管理器(Log manager)、日志缓冲器(Log buffer)或日志储存库(Log repository)，每一个可用以提供本文中描述的一或多个功能。

尽管前述实例已相当详细地进行描述以实现明确理解的目的，但上述发明技术并非限定于所提供的细节。有众多实施上述发明技术的可替代方式。所揭示的实例仅以说明为目的，而不具有限制性。