CN101154096B - 信息处理系统中电能管理的装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及信息处理系统中电能管理的装置与方法。一种信息处理系统中控制电源的方法，包含测量信息处理系统中每个用电器的电能消耗和至少部分根据所测量的每个用电器的电能消耗来调整工作电源的数量。

Description

信息处理系统中电能管理的装置与方法

技术领域

本公开一般涉及信息处理系统领域中的装置与方法。

背景技术

随着信息的价值及利用率的持续增长，个人和企业都在探求处理和储存信息的其他方法。信息处理系统(IHS)为一个可利用的选择。信息处理系统通常处理、编译、存储和/或为企业、个人或其他使用户达到利用信息价值的目的来进行信息或数据通信。由于对于不同用户或应用，技术和信息处理需求及要求有所不同，信息处理系统也因所处理的信息、如何处理信息、所处理、存储和通信的信息量及处理、存储、通信的信息的快速及有效程度的不同而有所不同。信息处理系统的不同使信息处理系统既可以为通用的，也可以为某一特定用户或特定用途例如金融交易处理、航班预定、企业信息存储或全球化通讯而设置。另外，信息处理系统可以包含进行信息处理、存储和通信的多个硬件和软件组件及一个或多个计算机系统、数据存储系统或网络系统。

发明内容

下面介绍的为本公开的一些方面的一个大体概要，旨在提供一个对本公开至少一些方面的基本了解。此概要并不是本公开的广泛总结。它并不旨在确认本公开的关键或决定性的要素或限定权利要求的范围。如下的概要仅粗略的介绍了本公开的一些概念，以作为如下更详尽描述的前奏。

一方面，控制信息处理系统中电源的方法包含对信息处理系统中每个用电器的电能消耗的测量。工作电源数量至少部分根据所测量的每个用电器的电能消耗来调整。

另一方面，信息处理系统中包含多个用电器。多个电源电耦合至多个用电器。电能传感器配合每个用电器来测量每个用电器的电能消耗。信息处理系统的存储器里存储有一组指令，当处理器执行这些指令时至少部分根据所测量的每个用电器的电能消耗来调整工作电源的数量。

还有一方面，一个计算机可读媒质里含有一组可执行指令，当其由信息处理系统执行的时候，在信息处理系统中执行电源控制的方法。此方法包含测量信息处理系统中每个电器的电能消耗，至少部分根据所测量的每个电器的电能消耗来调整工作电源的数量。

附图说明

为了详细了解所例举的实施方式，应该参考下面的详细说明，并结合附图，图中相同的元件以相同的数字给出，其中：

图1为描述一个信息管理系统例如网络服务器的非局限性范例的示意图；

图2为描述图1信息管理系统一实施例的功能组件的非局限性范例的方块图；

图3为描述信息管理系统中管理在备用电源配置下电能效率的方法的非局限性范例的流程图。

具体实施方式

对本公开来说，信息处理系统可以包含任何可操作的手段和手段的集合来为商业、科学、控制或其他用途计算、划分、处理、传输、接受、恢复、发起、转换、存储、显示、声明、检测、记录、复制、操作或应用任何形式的信息、情报或数据。例如，信息处理系统可能包含一台个人计算机、一个网络存储器件、一个网络服务器或其他任何合适的器件，并可以具有不同的尺寸、形状、性能、功能和价格。信息处理系统可能包含随机存取内存(RAM)、一个或多个处理设备如中央处理器(CPU)或硬件或软件控制逻辑、只读存储器(ROM)和/或其他类型的固定储存器。信息处理系统的附加组件可以包含一个和多个磁盘驱动，一个和多个网络端口，来与外部设备及多种输入和输出(I/O)设备，例如键盘、鼠标和视频显示器进行通信。信息处理系统还可以包含一条或多条通信总线，可实现多种硬件组件之间的通信传输。

电子设备是需要电源的。可能为交流电(AC)和/或直流电(DC)的输入电能可以转化为至少一个可用于此电子设备的直流电压。在大的电子系统中，例如，计算机服务器系统，可以利用有多个并行输出的多个电源。另外，可能运用备用电源，以确保即使在一个或多个电源失效的情况仍能保证连续操作。

在服务器应用中经常使用的电源的效率为所供给的电量的函数，当处在或接近电源最大额定工作负载时具有最好的效率。当电源不在或接近最大效率工作时，既浪费能量又具有较低的工作成本效率。电能的成本可能成为此类设备的庞大的运营预算。另外，电源在低于峰值效率下工作可能导致在电子系统中必须杜绝的额外热能的产生。

参考图1，在一个非局限性的范例中，展示的为作为网络服务器系统的信息处理系统1包含多个服务器模块11，或称为刀片的配置。于此所应用的网络服务器系统，也称为服务器系统，可能为一个或多个在通信网络中为其他信息处理系统，也称为客户端提供服务的信息处理系统。于此所应用的术语刀片服务器，也称为刀片，是指一个为高密度所设计的自包含服务器。标准的机架式服务器或独立服务器可能包含所有的必须组件，仅需电源线和网线就可以工作。相反的，刀片服务器可能出于空间、电能或其他考虑在仍保留每个刀片作为信息处理系统的所有功能组件的同时将许多组件移除。于此所应用的刀片服务器可以为建于卡上的的信息处理系统，该卡插入至机箱10的槽中。例如，机箱10可以包含多个垂直槽，多个刀片服务器11可以插入至图示的槽中。或者，机箱10可以向垂直方向扩展并含有刀片可以插入的水平槽(未显示)。刀片机箱可以提供每个刀片共享的诸如电能、冷却、网络、硬盘存储、多种互联和管理的其他服务。刀片服务器11可以作为模信息处理系统。刀片服务器的组合也可以作为信息处理系统。

机箱10可能包含一个带有用于互联机架中插槽的总线和/或通讯线的底板15。另外，机箱管理控制器12可以插入至架中以管理和监控机箱内的资源，提供管理警报或警示，接受管理指示和/或联合刀片服务器11执行其他管理性的功能。机箱10还可以包含一些其他类型的组件或模块，例如，多路共享电源14，共享存储器件13等，其中共享存储器件13包含硬盘驱动及为光或其他类型输入/输出(I/O)所使用的输入/输出(I/O)刀片(未显示)。多个机箱10可以垂直地面摞放封装起来，以适应高密度网络和/或计算应用。

另参考图2，其中的方块图展示了图1网络服务器的一个非限制性实施方式的一些功能组件。下面的讨论所陈述的单个刀片11的组件和功能基于的理解是每个刀片11都是相似的。来自于电网20的电能连接至一个平行的电源子系统21。来自于电网20的电能可以包含交流电、直流电或交流和直流的组合。电源子系统21将电网中的电能转化为至少一个合适的直流电压并将此直流电能经由电能总线22供应给每一个组件，例如，刀片服务器11和机箱管理控制器12。如示，多个电源14可以是并联的。电源14可以是具有电源控制器15的智能电源，具有电路和连接至储存数据和指令的存储器53的处理器52，用来控制电源14的操作。在一实施例中，电源控制器15可能包含具有关于已知协议中操作和电源负载效率的控制指令和数据的固件。这样的协议可以是工业支持的电源管理接口(PSMI)，由服务器系统倡议提出，为一个旨在为通用服务器硬件提供设计规范工业倡议，例如“电源管理接口设计指南2.12回-电源管理接口”。或者，说明了任何提供控制功能和效率数据的，包括现在已知的或未来发展的，合适的公用或私有接口都可以被利用。

来自于电源总线22的电能通过在每个刀片上的电能传感器30连接至直流-直流整合器31。电能传感器30测量每个刀片11上消耗的实际电能。可以使用任何适合的电能传感器。本领域技术人员可以领会，每个刀片11都可以用于处理来自于每个其他刀片11的不同的过程和应用。在这种情况下，每个刀片11都可能消耗不同的电量。电能消耗的测量信号传输至刀片管理控制器37，用以控制分配至各个刀片11的电能，如下所述。

每个刀片服务器11可以包含至少一个CPU 34。本发明中可以应用任何合适的CPU。在一实施例中，多个CPU 34可以安装于刀片11上。刀片11上可以承载任何数目的CPU 34。

在每个刀片11上装有存储器33，可以用来与在同一个刀片上的处理器34进行数据通信。存储器33可以包含非永久性的随机存取内存和/或永久性内存。其他系统电路32可以包含电子开关、硬件监控电路和任何保持刀片11正常运转所需要的其他电路。

每一个刀片11上装有刀片管理控制器37。刀片管理控制器37具有控制刀片功能管理的电路和固件，包括一个控制处理器工作速度的压制电路44。另外，机载刀片电能管理由编程的指令包括电能算法35来进行控制。还有，刀片和其他器件，如机箱管理控制器12之间的通信由刀片管理接口36进行控制。刀片管理控制器37运用电能算法35来监控消耗的电能和进行需求额外电能的指示。例如，刀片上的电能消耗可以利用电能传感器30连续监控以判决在预设时间段内的平均电能消耗。或者，最大电能消耗可以在预设时间段内确定。刀片管理控制器37还可以具有通过降低CPU时钟速度的方法压制CPU 34至较低电能用量的压制电路44。例如，结合利用率考虑刀片检测到可能导致电能消耗超过分配电能的电能用量增加的情况。如果没有可利用的额外电能，允许刀片超额利用可能导致过电流的情况而切断电源。此类事件可能在系统中逐级发生而导致本系统和意图获取额外负载的其他系统的毁灭性关闭。为了避免此类事件的发生，压制电路44立即减小CPU的时钟速率并通报刀片管理控制器37。刀片管理控制器37将依次向机箱管理控制器12请求额外的电能。如果有可利用的额外电能，器件分配到的电能增加，时钟速率恢复到额定值。机箱管理控制器12包含电路47、CPU 46和存放指令的存储器45，其中存储器45中的指令用来管理机箱10上安装的多个组件的操作控制，包括但不限于刀片11服务器、电源14、存储器件13和机箱10与其他信息管理系统的通信。在一个实例中，存储器45中的指令可以接受器件电能请求40，将此请求与所分配的系统电能预算41进行比较，并根据指令修改分配至多个器件的电能。存储在存储器45中的其他指令将在下文中进行讨论。

操作中，上文所述的操作系统所需的电能因系统所处理的计算和交易的任务量而有所不同。电能负载还因一天中时间的变化而变化。例如，处理经纪人业务交易的服务器实质上在营业日使用率较高并需要较多电能，而在其他时间负荷较轻。因此有可能按需求供电而是电源维持在或接近最大操作效率上。实质上，连接至服务器系统1的所有组件都具有已知的电能消耗。为了进行高效的操作，建立了利用系统中各种组件额定电能消耗的电能分配预算。基于额定电能的电能分配实质上可能比服务器系统平均负载时实际消耗的电能大。操作中，电能测量传感器30提供每个刀片11上实际消耗的电能信息给每个刀片上的刀片管理控制器37，如前所述。刀片管理控制器37依据机箱管理控制器12的电能分配控制刀片11上每个器件的电能分配。每个刀片11上的刀片管理控制器37利用电能消耗数据以试图高效的操作电源14。如上所述，平均电能损耗可能少于所分配的电能而导致分配至某个器件的电能过剩。

在一操作例中，分配至某一器件的电能，例如刀片11，由安全因数进行调整，以便调整后的工作电量小于分配初值。例如，刀片11请求并由机箱管理控制器12初始分配以500瓦的电能。刀片管理控制器可能将所分配的电能乘以一个安全因数，例如0.9，用450瓦作为刀片额定工作电能，供以50瓦安全差额。安全因数可以在0.8-0.95范围内取值。安全差额提供了一个电能缓冲以在矫正措施启动之前消除过剩的分配电能带来的电能猛增。例如，如果检测的实际电能消耗超过450瓦，刀片将立即进行压制并从机箱管理控制器12请求额外的电能。如果有可利用的电能，将分配至刀片11。所请求的电量，例如额外的10％，将加到初始分配电能上。在此例中，新的电能分配为550瓦，新的安全门限为495瓦，安全差额为55瓦。如果所分配的电能还是不够，请求循环将继续。在一实施例中，所请求的电量可能自适应的增加直至分配到足够的电能。

在另一操作例中，刀片11从机箱管理控制器12请求额外的电能。如果没有可利用的额外电能，考虑不开启额外电源的分配电能预算，从而降低电源上的平均负载至较低效率的操作点。机箱管理控制器将首先询问每个刀片上的刀片管理控制器37，是否有任何一个刀片的电能消耗小于所分配的电能。如果某一个刀片使用的电能小于它所分配的电能，机箱管理控制器12将请求那个刀片返还一部分分配的电能至系统电能预算。例如，第二个刀片可能平均消耗所分配的500瓦电能中的300瓦。机箱管理控制器允许第二个刀片保持平均电能乘以服务因数例如1.3的电量，即390瓦并请求剩余的110瓦返还至系统电能预算。服务因数可以在1.1-1.35中取值。其他情况则可能导致机箱管理控制器请求返还电能。例如，机箱管理控制器可能发觉所分配的电能导致比机箱实际制定的需求多的电源开启而使效率下降。机箱管理控制器可能要求器件，如刀片11，降低他们的电能分配至至少可以使一个电源关闭的点而提高其余仍在工作的电源的效率。

另参考图3，流程图展示了本公开的在信息处理系统，例如图1和2所描述的服务器系统中有效管理和分配电能的一个非限制性实例。将此过程分解为过程序列A-G。所有的序列A-G开始于逻辑块101。序列A中，一个器件，如刀片服务器11可能经历一个需求更多电能的吞吐量负载的突增。如果需求的电量大于安全因数调整的分配电能，在那个刀片上的刀片管理控制器37将在方块102内向机箱管理控制器12请求分配更多的电能至此刀片11并进入序列B。序列B中，机箱管理控制器12接收到增加电量的请求，将请求的电能与分配的系统电能预算相比较，判决方块103中的电源14是否有可利用的额外充裕电能。如果有可利用的充裕电能，将分配给此器件并从总可利用电能预算中刨去此分配出的电能。过程返回到逻辑块106的开始并等待另一个负载的改变。

在序列C中，如逻辑块103中判决的没有可利用的充裕电能。在逻辑块113中，机箱管理控制器12询问每个器件，例如其他的刀片11和数据存储器件13来判决实际测量的每个器件所消耗的电能是否比在分配电能预算里分配至此器件的电能少。如前所讨论的，每个器件可以确定此器件所消耗的平均测量电能。如果某个器件消耗的电能较少，机箱管理控制器12在逻辑块114中评估，消耗的电能与所分配的电能的差，也称为剩余电能，是否可以在不需要开启额外电源14的情况下满足逻辑块102中所请求的电量。如果需要启动额外电源就有足够的电能，在逻辑块115中，器件将请求此电能。电能在逻辑块130中返还至电能运算，序列通过131返回至逻辑块103来判决此动作是否满足了电能请求。

在序列D中，为在逻辑块113中没有器件利用的电能少于分配的电能，和即使实际电能和分配的存在差值也是不充裕的这两种情况，在逻辑块116中逻辑将判决时候有额外的电源可利用。如果有可利用的额外电源，将在逻辑块117中按需要开启这些电源。额外的电量将在逻辑块118中加到总体电量预算上，序列经119返回至逻辑块103来判决此动作是否满足了电能请求。如果满足了请求，序列将如示沿B的路径继续。如果没有满足请求，将再一次分叉回序列C。

在序列E中，没有可利用的额外电源。在逻辑块121对请求予以否决，并发送一个警报/指示至逻辑块122中的管理控制台(未显示)。序列B、C、D和E反复循环来保持所开启的电源具有最佳效率。

序列F和G用于电能需求在移除或关闭某一器件时显著下降的情况。序列F在逻辑块107中检测到某一器件的移除或关闭。分派至此器件的电能将加回至系统电能预算。逻辑将判决是否关闭一个电源可以增加总体电能效率。如果关闭一个电源不能增加总体电能效率，系统将返回至逻辑块112的开头。如果关闭一个电源可以增加总体电能效率，在逻辑块110中会关闭一个电源，所关闭的电源的电量将在逻辑块111中从可利用的系统电能预算中减掉。系统返回至逻辑块112的开头并等待另一个电能请求。

在另一实施例中，本公开可以以一组指令的形式实施，此指令位于计算机可读媒质，已知的或未知的，包含ROM、RAM、CD、DVD、硬盘驱动、闪存器或其他任何计算机可读媒质中，当对其执行的时候导致信息处理系统，例如信息处理系统1施行本公开的方法。例如，在一说明性实施例中，计算机可读媒质包含一组可执行指令，当由信息处理系统1执行这些指令时实施了信息处理系统1中管理电能的方法。此方法包含执行一个程序时信息处理系统1中的硬件和固件执行了如上所描述的在A-G中所说明的逻辑序列来管理信息处理系统1中的电源效率。

虽然上文所述参考的是具有板上处理器的模块，应当了解的是本公开还包含可能存在于多种机箱模块，如磁盘存储模块上的专用电路，传感器和/或固件的硬件实现，来确定和/或控制此类模块的电能分布。

如上所述的系统所描述的为含有存储效率数据的电源。本公开还希望包含预设电源效率数据存储于服务器系统，例如机箱管理控制器12的存储器中的系统。

我们虽然展示并描述了多种实施方式，但仍然可以在不偏离本公开的范围的情况下进行多种修改和替代。因此，应当了解本公开中所举的例子均为说明性的而非限制性的。

Claims (15)

1.一种在信息处理系统中控制电源的方法，包括：

从所述信息处理系统中的第一用电器接收电能请求，所述信息处理系统具有多个工作电源；

确定是否有足够的电能满足所述电能请求；

确定剩余电能提供给所述信息处理系统，

其中所述剩余电能是分配给所述信息处理系统中的多个用电器的电量与所述多个用电器所消耗的电量之差，该多个用电器所消耗的电量是通过在一个时间段内计算平均电能消耗并将所述平均电能消耗乘以服务因数来确定；以及

如果所述剩余电能能够满足所述电能请求，则仅使用所述多个工作电源为所述第一用电器提供电能。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括调整所述工作电源的数量，以便每个工作电源都工作于接近每个电源最佳工作效率的点。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述多个用电器包括多个网络刀片服务器。

4.如权利要求3所述的方法，进一步包括在所述网络刀片服务器的至少一个上降低中央处理器的时钟速率以避免过电流的情况。

5.如权利要求1所述的方法，其中关于电源负载和效率的数据存储于一个存储器中，所述存储器从电源中的存储器和机箱管理控制器中的存储器组成的组中进行选择。

6.如权利要求1所述的方法，进一步包括在一个时间段内计算平均电能消耗，并将所述平均电能消耗乘以服务因数。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述服务因数的范围为1.1-1.3。

8.如权利要求1所述的方法，进一步包括向每个用电器发出请求以使剩余电能返还至系统电能预算。

9.一个信息处理系统，包括：

多个用电器；

电耦合至所述多个用电器的多个工作电源；

耦合至所述多个用电器以及所述多个工作电源的机箱管理控制器，用来测量多个用电器的每个的电能消耗；其中当从发出请求的用电器接收到电能请求时，所述机箱管理控制器被配置为：确定是否有足够的电能满足所述电能请求；确定剩余电能提供给所述多个用电器，其中所述剩余电能是分配给所述信息处理系统中的多个用电器的电量与所述多个用电器所消耗的电量之差，该多个用电器所消耗的电量是通过在一个时间段内计算平均电能消耗并将所述平均电能消耗乘以服务因数来确定；以及如果所述剩余电能能够满足所述电能请求，则仅使用所述多个工作电源为所述发出请求的用电器提供电能。

10.如权利要求9所述的信息处理系统，其中所述机箱管理控制器的存储器中至少部分地存储有指令组。

11.如权利要求9所述的信息处理系统，其中所述多个用电器具有多个模块。

12.如权利要求11所述的信息处理系统，其中所述多个模块具有刀片服务器。

13.如权利要求9所述的信息处理系统，其中所述多个电源的每个都具有电源控制器，所述电源控制器具有连接至在其中存储有一组指令的存储器的处理器，用于至少部分地控制电源的操作。

14.如权利要求13所述的信息处理系统，其中关于电源负载和效率的数据存储于一个存储器中，该存储器从电源中的存储器和机箱管理控制器中的存储器组成的组中进行选择。

15.如权利要求13所述的信息处理系统，其中所述处理器对工作电源的数量进行调整，以便每个工作电源都被加载以工作于接近每个电源最佳工作效率的点。

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