CN103097984A - 功率封顶系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于功率封顶的方法。将从电源供应给负载的功率与功率封顶极限302相比较。当由负载所损耗的功率超过功率封顶极限时，给负载的功率由电源和能量存储设备304两者来供应。

Description

功率封顶系统

背景技术

计算机系统使用大量的功率。减少所使用的功率的量和/或更有效地使用功率有助于减少操作计算机系统的成本。更有效地操作计算机系统对于所使用的给定量的功率给用户更多的结果。限制由计算机系统所使用的功率的峰值通常被称作功率封顶。功率封顶能够通过限制其必须支持的最大负载来减少功率和冷却基础设施的成本。

功率封顶能够通过监控计算机系统的功率损耗和当必要时减少功率消耗来完成。当功率损耗超过阈值时，由系统所使用的功率的量被减少直到功率损耗低于阈值为止。典型地，计算机系统中的功率的主要消耗者之一是处理器。通过减少处理器的时钟速度，可以减少由计算机系统所使用的总功率。在一些计算机系统中，例如刀片系统，功率封顶能够以系统级、机架级、刀片级、或以单独的处理器级来完成。

监控系统的功率损耗和响应于超过功率封顶阈值的功率损耗减少由计算所生成的负载的过程花费时间。通过计算机系统更快地响应功率使用的尖峰或峰值可以允许计算机系统以较低成本来操作。

附图说明

图1是本发明的示例实施例中的计算机系统100的图。

图2是本发明的示例实施例中的电力系统122的方框图。

图3是本发明的示例实施例中的用于管理功率的流程图。

具体实施方式

图1-3和以下描述描绘了特定示例，以教导本领域的技术人员如何做出和使用本发明的最佳模式。出于教导发明原理的目的，已经简化或者省略了一些常规方面。本领域的技术人员将理解来自落入本发明的范围内的这些示例的变化。本领域的技术人员将理解，能够以各种方式组合下述特征以形成本发明的多个变化。因此，本发明不限于下述特定示例，而是仅仅由权利要求和它们的等同物限制。

图1是本发明的示例实施例中的计算机系统100的图。计算机系统100包括机架102、处理器刀片104、控制器110、总线116、I/O板120、辅助刀片118以及电力系统122。处理器刀片104、控制器110、I/O板120以及辅助刀片118被安装在机架102内部并且耦合到总线116。总线116可以是任何类型的通信总线或结构，例如PCIe总线。处理器刀片104可以包括一个或多个处理器106和存储器108。处理器106能够在多个功率电平下操作。辅助刀片118可以包括存储器刀片、储存器刀片、附加的I/O刀片或类似物。控制器110可以包括一个或多个处理器112和存储器114。在本发明的一个示例实施例中，电力系统122可以被安装在机架102内部并且耦合到总线116。在本发明的其他示例实施例中，电力系统122可以在机架102的外部。

操作中，控制器110可能正运行监测计算机系统100的操作的代码。在本发明的一个示例实施例中，控制器110将正运行功率封顶模块。功率封顶模块将与电力系统122进行通信，以监测和控制计算机系统100的功率损耗。

电力系统122可以包括一个或多个电源和一个或多个功率控制器。电力系统还可以包括能量存储设备。能量存储设备可以是能够存储电能的任何类型的设备，例如电池、超级电容器或类似物。电力系统被用电力总线(出于简洁未示出)耦合到计算机系统100的不同部件，所述电力总线将电力从电力系统提供给其他部件。

图2是本发明的示例实施例中的电力系统122的方框图。电力系统122包括电源202和能量存储设备206。电源202可以包括交流 (AC)至高压直流(HVDC)变流器208和HVDC至DC变流器210。AC至HVDC变流器208被耦合到AC分配系统212。AC至HVDC变流器208将来自AC分配系统212的AC电力转换成高压DC电力。AC至HVDC变流器208被耦合到HVDC至DC变流器210。AC至HVDC变流器208将高压DC电力提供给HVDC至DC变流器210。HVDC至DC变流器210通过电力分配总线216而被耦合到计算机系统100的末端负载214。HVDC至DC变流器210将高压DC电力转换成在由计算机系统100的不同末端负载所需要的电压下的DC电力。计算机系统的末端负载是例如机架102、处理器刀片104、控制器110、I/O板120、辅助刀片118等等。能量存储设备206也被耦合到电力分配总线216。

功率管理器204监测计算机系统100的总功率损耗、针对AC功率分配系统的功率损耗、针对能量存储设备的功率损耗、以及当前在能量存储设备中存储的能量的量。在本发明的一个示例实施例中，功率管理器204可以位于电力系统122中。在本系统的另一示例实施例中，功率管理器可以是作为功率封顶模块的一部分在控制器110上运行的代码。功率管理器的功能还可以分布在控制器110与电力系统122之间。当功率管理器204确定从AC分配系统所损耗的功率已经超过阈值(也被称作功率封顶极限)时，功率管理器将使得能量存储设备206能够将功率供应给末端负载214。此外，功率管理器可以减少末端负载214的功率损耗。通过从能量存储设备206将功率供应给末端负载214，从AC分配系统212所损耗的功率能够被迅速地往回降低到低于阈值。当系统的功率损耗降到阈值以下时，功率管理器移除作为末端负载214的电力源的能量存储设备206，并且能量存储设备206可以开始再充电。

在本发明的一个示例实施例中，功率管理器通过降低用于计算机系统中的一个或多个处理器的时钟频率来减少系统的功率损耗。降低处理器的时钟频率还可以被称为对处理器进行压制。还可以使用其他功率降低方法，例如对磁盘驱动器进行断电、放慢存储器访问、对辅助刀片118进行断电等等。

图3是本发明的示例实施例中的用于管理功率的流程图。在步骤302处，将针对AC分配系统的功率损耗与功率封顶极限进行比较。当针对AC分配系统的功率损耗小于功率封顶极限时，流程回环到步骤302。当针对AC分配系统的功率损耗大于功率封顶极限时，流程转到步骤304。在步骤304处，能量存储设备被启用以使针对AC分配系统的损耗恢复低于功率封顶极限。通过从能量存储设备将功率提供给计算机系统，针对AC分配系统的功率损耗被减少到低于功率封顶极限。流程然后在步骤306处继续，其中计算机系统的功率损耗被减少。在步骤308处，将针对AC分配系统的功率损耗与功率封顶极限进行比较。当针对AC分配系统的功率损耗超过功率封顶极限时，流程返回到步骤306，其中计算机系统的功率损耗被减少。当针对AC分配系统的功率损耗低于功率封顶极限时，流程继续到步骤310，其中能量存储设备被禁用并且可以开始再充电。

在本发明的一个示例实施例中，功率封顶模块可以监测计算机系统在机架、刀片和/或处理器级下的功率损耗。在本发明的其他实施例中，功率封顶模块可以监测计算机系统仅在机架或刀片级下的功率损耗。功率封顶模块可以在周期性基础上监测计算机系统的功率损耗，或者可以使用事件驱动系统来监测系统的功率损耗。当功率封顶模块周期性地监测功率时，功率封顶模块可以以定时的间隔轮询电力系统122以检索功率损耗信息。当功率封顶模块使用事件驱动方法来监测功率时，当系统的或部件的功率损耗超过阈值量时，硬件中断可以触发。

在本发明的另一示例实施例中，功率管理器可以不降低计算机系统的功率损耗。计算机系统的功率损耗可以具有短峰值需求，其使针对AC分配系统的功率损耗超过功率封顶极限持续仅短的时间段。当针对AC分配系统的功率损耗超过功率封顶极限时，功率管理器将使得能量存储设备能够减少针对AC分配系统的负载。功率管理器将监测计算机系统的总功率损耗，以确定被计算机系统所损耗的功率是否需要减少。当以下中的一个或多个发生时功率管理器可以降低计算机系统的功率需求：针对能量存储设备的功率损耗或负载超过阈值；从能量存储设备所损耗的总能量超过阈值量例如存储容量的50%时；计算机系统的功率损耗超过阈值；能量存储设备中剩余的能量降到低于阈值；或类似情况。当被计算机系统所损耗的功率降回到低于功率封顶极限时，能量存储设备将被禁用并且可以开始再充电。

在本发明的一个示例实施例中，能量存储设备可以是电力系统122的一部分。在本发明的另一示例实施例中，在不可中断电源中包含的能量存储设备可以被用作为能量存储设备。

在本发明的一个示例实施例中，功率管理器可以将能量存储设备设置为在没有功率管理器的干预的情况下自动地反应并且开始供应功率。例如，当负载线性地从0%增加到100%时，电源的输出可以从12.3V下降到12.0V。当功率管理器确定功率封顶极限是在电源的输出的70%处时，功率管理器能够将输出电压设定点调整为12.09V，使得当负载超过电源输出的70%时，能量存储设备将开始供应功率(在没有功率管理器干预的情况下)。12.09V是电源的电压下降的70%(12.09V=12.3 - (12.3V-12.0V)*7)。功率管理器能够通过将电压设定点调整到所需要的任何值来限制电源的输出。功率管理器能够监测能量存储设备或负载以确定能量存储设备何时正将功率供应给负载，并且然后相应地反应。

本发明不限于来自AC分配系统的封顶功率。在本发明的一些实施例中，针对电力系统的其他部分的功率损耗可以使用能量存储设备来封顶。例如，针对DC电源的功率损耗可以通过使用能量存储设备补充由DC电源所供应的能量而被封顶在阈值处。 

Claims (11)

1.一种用于功率封顶的方法，包括：

从功率源将功率供应给负载；

当所供应的功率的量低于功率封顶极限时，则：

     使用仅所述功率源将功率供应给所述负载；

当所供应的功率的量不低于所述功率封顶极限时，则：

     (a) 从能量存储设备和所述功率源两者将功率供应给所述负载；

     (b) 减少由所述负载所损耗的所述功率。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

仅当以下中的至少一个发生时，才减少由所述负载所损耗的所述功率：

     来自所述能量存储设备的所述功率损耗超过第一功率损耗阈值量；

     从所述能量存储设备所损耗的所述总能量超过能量阈值量；

     所述负载的所述功率损耗超过第二功率损耗阈值；

     在所述能量存储设备中剩余的所述能量降到低于能量级阈值。

3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

当正被供应给所述负载的功率的所述量低于所述功率封顶极限时，则从仅所述功率源将功率供应给所述负载；

当正被供应给所述负载的功率的所述量超过所述功率封顶极限时，则重复步骤(a)和(b)。

4.根据权利要求1、权利要求2或权利要求3所述的方法，其中，当所供应的所述功率不低于所述功率封顶极限时，所述能量存储设备自动地开始将功率供应给所述负载，而不用功率管理器的所述干预。

5.根据权利要求1、权利要求2或权利要求3所述的方法，进一步包括：

当正被供应给所述负载的功率的所述量低于所述功率封顶极限时，则对所述能量存储设备进行充电。

6.根据权利要求1、权利要求2或权利要求3所述的方法，其中，所述负载由以下设备中的至少一个组成：计算机系统100、机架102、处理器刀片104、控制器110、总线116、I/O板120以及辅助刀片118。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，被所述负载所损耗的所述功率通过执行以下方法中的至少一个来减少：对处理器进行压制、对磁盘驱动器进行断电、放慢存储器访问、或对辅助刀片进行断电。

8.一种装置，包括：

具有输入端和输出端的电源，其中，所述输入端被耦合到功率分配系统；

耦合到所述电源的所述输出端的设备，其中，所述电源将功率供应给所述设备；

能量存储设备，其被耦合到所述电源的所述输出端并且耦合到所述设备；

其中，当被所述设备所损耗的所述功率不超过功率封顶极限时，所述电源将功率供应给所述设备和所述能量存储设备两者；

其中，当由所述设备所损耗的所述功率超过所述功率封顶极限时，给所述设备的功率从所述电源和所述能量存储设备两者来供应；

功率管理器，当以下条件中的至少一个发生时所述功率管理器减少由所述设备所损耗的所述负载：

     来自所述能量存储设备的所述功率损耗超过第一功率损耗阈值量；

     从所述能量存储设备所损耗的所述总能量超过能量阈值量；

     通过所述负载的所述功率损耗超过第二功率损耗阈值；

     在所述能量存储设备中剩余的所述能量降到低于功率级阈值。

9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述功率分配系统是外部AC功率分配系统。

10.根据权利要求8和权利要求9所述的装置，其中，所述设备由以下设备中的至少一个组成：计算机系统100、机架102、处理器刀片104、控制器110、总线116、I/O板120、以及辅助刀片118。

11.根据权利要求8、权利要求9或权利要求10所述的装置，其中，由所述负载所损耗的所述功率通过执行以下方法中的至少一个来减少：对处理器进行压制、对磁盘驱动器进行断电、放慢存储器存取、或者对辅助刀片进行断电。

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