一种精确调控风扇转速的方法
【专利摘要】本发明提供一种精确调控风扇转速的方法，涉及系统散热领域，本发明同时计算多个传感器所读取到的实际温度与设定温度的差值、并对这些温度差值进行比较，通过一定的数学计算确定可同时满足所有被监控发热点散热所需的风扇PWM，最终将此PWM通过主板传递给风扇，来实现风扇转速的实时监控和快速反馈调控。
【专利说明】—种精确调控风扇转速的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及系统散热技术，尤其涉及一种精确调控风扇转速的方法。
【背景技术】
[0002]近年来，互联网及云计算技术高速发展，从方方面面影响、改变着人们的生活，而这些发展离不开硬件技术的依托，也就是以服务器为裁体的数据中心的支撑。数据中心机房是高密度、高性能服务器集中应用的大型场合，提到数据中心，往往来不开“温度”、“绿色”、“耗电”等词语，因为数据中心的稳定运行对服务器的散热及环境要求特别高，好的服务器散热设计可保障设备稳定运行，延长设备生命周期、降低故障率，还可减少机房耗电量、节省运行和维护费用。
[0003]另外，在电子产品体积越做越小，效能却越来越强的发展趋势下，散热成为系统设计时一项极为重要的议题，若散热处理不当，将使得系统的运作速度变慢、组件寿命缩短，而且也对缩小产品体积造成限制。而服务器更是以高密度、高性能著称，为了实现更大的处理量和更快的运算速度，往往需要将多个子系统整合互联使用，以达到单台服务器远远无法企及的性能。这样高密度、高性能的设计，通常伴随高功耗、高发热，因而对系统的散热可靠性与噪音控制是十分严峻的挑战。服务器的噪音主要有几方面来源:系统风扇、电源风扇以及硬盘马达，其中系统风扇则为主要噪音源。为控制风扇噪音，业界通用做法是根据不同的系统负载来调节风扇转速，当系统负载比较低时可适当调低风扇转速，只有在高负载下系统内部发热部件温度比较高时再调高风扇转速满足其散热需求。但是，以往的风扇调控策略都是基于处理器的温度来设定，然而在实际的服务器运行过程中，除了处理器之外，系统内其他发热部件或主板上某些芯片也会有散热风险、甚至比处理器的散热问题更加严重，仅依据处理器的温度来调节风扇转速并不能准确反映系统运行可靠性，也无法得到精确的风扇控制策略、最终也不能很好地控制风扇噪音或降低风扇功耗。
【发明内容】
[0004]针对以上问题，本发明提出一种精确调控风扇转速的方法，在保证系统散热可靠性的基础上可有效控制系统噪音、降低震动幅度和频率，更好地保护系统内各部件长期工作在稳定温度下，还能减少由散热产生的功耗、实现节能减耗，有效保证CPU、内存、硬盘等部件的寿命和性能。
[0005]本发明用于大型服务器高端集成应用中，本发明提出一种精确调控服务器风扇转速的方法，在主板及系统内布置对个温度传感器(Sensors)来监控系统内可疑发热元器件温度，针对这些元器件设定合适的工作点温度(Sensor Set point),通过控制器自动计算这些传感器读数(Sensor Reading)与设定点之间的差值(Δ T= Reading- Set point),根据这些差值基于一定的运算法则做加权运算以确定需要输出到风扇的PWM，从而实现对风扇转速的实时监控和快速响应、调控。
[0006]温度传感器的布置，基于预先规定的传感器布置规则，确定几大区域，同时需要根据服务器的布局特点、前期散热仿真评估出的风险点做调整，在系统内主板与其他板卡上可疑发热点布置多个传感器，这多个传感器可监测、读取到多个温度值。
[0007]传感器将当前读取的温度值传送给控制器，控制器会将它同预先给定的目标值进行比较，如果存在一个偏差，那么对这个偏差进行计算，得到需要的PWM值输出给风扇，风扇按照给定的PWM工作，来减小sensor偏差；接着进入下一个周期,传感器再次读取sensor当前值,如此循环,直到风扇工作的转速能够使sensor偏差等于或接近零。在每个周期内，控制器都会对这些PWM值进行比较，将这多个PWM中的最大值传递给风扇，并将此PWM对应的sensor识别、标记为主控sensor。在此过程中，控制器不断进行计算、比较和调整PWM输出值,每个周期的主控sensor可能不同,但最终目的都是为了使得所有sensor的实时值最终趋于设定值，使得所有发热部件、可疑发热垫都能够在合适的温度稳定运行，系统风扇保持在一定的转速也趋于稳定、减少其震动幅度和频率，从而使得整个服务器系统都保持在较平稳的状态。这种控制方式相较于传统的仅根据处理器温度来进行风扇转速调控的方式，有以下优点:
1)可使得所有传感器均保持一定的温度；
2)只要温度偏离设定点，就可相应地增加或减少风扇PWM从而提高或降低风扇转速；
3)节约风扇的能耗；
4)更容易得到比较精确、准确的风扇控制曲线，降低风扇噪音。
[0008]此发明可大大提高风扇调控的及时性和精确度，全面监控系统中的散热风险点和发热部件温度，提高系统工作可靠性，有效控制系统功耗与噪音、延长部件使用寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1、调控服务器系统风扇转速传统方式的逻辑原理图。
[0010]图2、基于传统风扇调控方式所设定的服务器系统风扇调控方案图。
[0011]图3、本发明所述精确调控风扇转速方法的逻辑原理图。
[0012]图4、基于精确调控风扇转速方法所设定的服务器系统风扇调控方案图。
【具体实施方式】
[0013]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明做进一步地详细描述，且以具体实例来描述实现这一有效调控服务器系统风扇转速方法的过程，并与常规的风扇调控方式进行对比，论述本发明中提出的调控方法如何高效监控风扇转速、降低风扇噪音和功耗，更好地保护系统内各部件能够长期工作在稳定温度下，有效保证CPU、内存、硬盘等部件的寿命和性能。
[0014]如图1所示，常规风扇调控方式，只根据CPU的温度对系统风扇进行调控，控制器从CPU内部读取CPU的温度Tj或温度差值Λ Tj，通过预先设定好的CPU温度差值Λ Tj与系统风扇转速对应关系，每个ATj都有一个风扇PWM值与之对应，此PWM通过控制器传输给风扇从而实现对系统风扇转速的控制和调节。
[0015]如图2所示，为基于传统风扇调控方式所设定的服务器系统风扇调控方案，从CPU温度与风扇PWM的曲线关系可看出，这种线性调节方法比较粗放，且仅仅CPU的温度并不能反映整个服务器系统的散热情况，CPU没有散热风险并不代表系统内其他部件或发热点没有潜在散热问题；另外，为了确保散热安全性，这种调控方案往往会给风扇转速留出一定的余量，比实际需要的转速略高，这也并不能很好滴将转速控制在合理的范围内，且转速与温度之间跳动比较大，对噪音和震动不能很好地控制。
[0016]如图3所示，正如
【发明内容】
中所描述的，同时在系统内布置i个Sensor来监控
各个发热部件及可疑发热点的温度Sensor I Reading、Sensor 2 Reading......Sensor
i Reading，每隔几秒就将这些温度值，传感器将当前读取的温度值传送给控制器，控制器会将它同预先给定的目标值Sensor I Setpoint、Sensor 2 Setpoint......Sensor i
Setpoint进行比较,如果存在一个偏差error,那么对这个偏差error进行计算,得到需要的PWM1、PWM2……PWMi值输出给风扇，风扇按照给定的PWM工作，来减小sensor偏差；接着进入下一个周期，传感器再次读取sensor当前值,如此循环,直到风扇工作的转速能够使sensor偏差等于或接近零。在每个周期内，控制器都会对这些PWM值进行比较，将这i个PWM中的最大值传递给风扇，并将此PWM对应的sensor识别、标记为主控sensor。在此过程中，控制器不断进行计算、比较和调整PWM输出值，每个周期的主控sensor可能不同，但最终目的都是为了使得所有sensor的实时值最终趋于设定值。为了能使得所有的Sensor值最终都能趋于设定值，要对每个Sensor设定合理、合适的预定值，这个设定过程需要结合服务器系统实际散热情况以及每个被Sensor监控的部件或发热点的规格进行反复测试、调整才能得到比较合理的值。
[0017]如图4所示，应用本发明所提出的高效调控方式结合PID控制器所设定的服务器系统风扇调控方案，在系统进风处、CPU、内存、芯片、芯片所在区域环境温度、CPU VR、内存VRXPU VR所在区域环境温度等系统各个发热部件以及可疑发热点/区域均布置Sensor来监测其温度，通过一系列散热测试对这些Sensor预设Setpoint和P/I/D值，这些设置可形成能被协调BMC或BOIS识别的文件并导入其中，通过PID控制器来按照这些设置值并结合Sensor读取到的实时温度Sensor I Reading来实现对风扇转速的调控。
【权利要求】
1.一种精确调控风扇转速的方法，其特征在于，在主板及系统内布置数个温度传感器来监控系统内可疑发热元器件温度，针对这些元器件为其设定工作点温度，传感器读取到的温度传输给控制器，控制器会自动计算传感器设定点和传感器读数之间的差值，根据这些差值通过计算来确定如何调整需要输出到风扇的PWM，并将此PWM信号传递给风扇。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，温度传感器的布置，基于预先规定的传感器布置规则，确定区域，同时需要根据服务器的布局特点、前期散热仿真评估出的风险点做调整，在系统内主板与其他板卡上可疑发热点布置数个传感器，这数个传感器可监测、读取到数个温度值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，传感器将当前读取的温度值传送给控制器，控制器会将它同预先给定的目标值进行比较，如果存在一个偏差，那么对这个偏差进行计算，得到需要的PWM值输出给风扇，风扇按照给定的PWM工作，来减小sensor偏差；接着进入下一个周期，传感器再次读取sensor当前值,如此循环,直到风扇工作的转速能够使sensor偏差等于或接近零。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在每个周期内，控制器都会对这些PWM值进行比较，将这数个PWM中的最大值传递给风扇，并将此PWM对应的sensor识别、标记为主控 sensor。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在此过程中，控制器不断进行计算、比较和调整PWM输出值，每个周期的主控sensor不同的,最终都使得所有sensor的实时值最终趋于设定值。
【文档编号】F04D27/00GK104454616SQ201410833135
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月26日 优先权日:2014年12月26日
【发明者】苏丽 申请人:浪潮电子信息产业股份有限公司