CN101689070A - 为了高效率操作的动态转换器控制 - Google Patents

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Abstract

为了提高效率，在具有至少两个并联功率转换器的计算机系统中动态管理功耗(406)。为功率转换器中的每一个确定最大功率容量(408)，然后监控计算机系统的功耗。如果计算机系统的功耗可以由不到全部的并联功率转换器来提供，则断开功率转换器中的一个或多个(410)，使得数目减少的并联功率转换器保持接通。确定数目减少的并联功率转换器的降低的最大功率容量，并且为计算机系统设定小于或等于降低的最大功率容量的功率封顶值。在功率封顶处使计算机系统减速(412)以防止计算机系统的功耗超过功率封顶值。

Description

为了高效率操作的动态转换器控制
技术领域
本发明通常涉及计算机系统，更特别地，涉及具有多个AC到DC功率转换器的计算机系统。
背景技术
服务器是连接于网络的计算机，其具有与一般个人计算机(PC)类似的部件，比如微处理器、存储器芯片和磁盘驱动器等。但是，由于服务器与其它计算机通信，键盘和视频显示器不是必需的。并且和一般PC一样，服务器具有电源，并且需要驱散大致等于输入到装置中的总电功率的热量。一般的机架或机柜宽24到30英寸、长36到44英寸并高76英寸，并且可以含有高达42U的计算设备。“U”是表明计算机服务器高度的标准单位。每一个“U”为1.75英寸。5U服务器为8.75英寸高，因此八个5U服务器装满一个42U机架。和大多数电子装置一样，服务器的处理功率和空间效率已在近几年内显著增加。
由于服务器已经变得更为紧凑和高效率，更多的服务器可以装入机架或机柜架中。五年前安装有三个U的服务器的42U机柜具有3kW到4kW的总冷却负荷，大约六平方英尺一冷冻吨的冷却。现今，相同的机柜可以装填7U刀片服务器，具有20kW以上的总功耗，或者对于相同的六英尺有大于5.5冷冻吨的冷却。一般的企业数据中心可以具有几百个机柜。例如，为400个2.0kW机架设计的传统计算机机房具有800kW冷却的设备冷却负荷。如果用比如每个12kW的200个机架来代替这400个机架中的传统服务器，则设备负荷从小于250冷却吨增加到在机架减半的情况下的680冷却吨以上。如果全部400个机架都升级到12kW，则冷却系统容量升至1365冷却吨！必要的是，要控制最大功率和冷却能力的规划，并且设定单个机架或机柜中最大功耗的上限。
在特定的应用中希望或要求有备用或冗余设备地向计算机系统或服务器供电。例如，提供使数据中心中非计划的“停机时间”最小的机制变得越来越重要。术语“高可用性”(HA)计算经常被用来指包括这些机制的计算机系统。
在多种层次提供HA机制。例如，数据中心可以具有冗余计算机系统，使得如果一个系统故障，则工作负荷可以被无缝地转移给另一系统。另外，数据可以存储在磁盘阵列子系统中，该磁盘阵列子系统允许任意单个磁盘驱动器故障，而不会影响磁盘阵列子系统继续操作的能力。
HA计算的最重要方面之一是确保计算机电路接收DC功率的不中断的供应。一般地，对AC到DC电源的AC功率丢失或者AC到DC电源的故障将导致DC功率的丢失。不间断AC电源通过提供对AC到DC电源的AC功率的恒定供应来解决AC功率丢失问题。一般地，利用可充电电池以及在某些情况下用发电机来实现不间断电源。
冗余的AC到DC电源解决了AC到DC电源故障的问题。在现有技术中，已基于“每一系统”部署冗余电源。一般地，为每个系统提供一个冗余电源，这在该领域中被称为“N+1”冗余。
由于在很多情况下，更高效率的是提供到单个高DC电压(一般48V)的AC-DC转换，然后用总线将该电压送至第二级下转换器，计算机系统还使用DC-DC转换。在很多情况下，也要求这些DC-DC转换装置是冗余的。
附图说明
现在，将仅以实例的方式并参照附图来描述根据本发明的特定实施例：
图1是具有多个并联的AC到DC转换器的计算机系统的框图，该计算机系统在中心位置处检测功耗；
图2是具有多个并联的AC到DC转换器和多个DC到DC转换器的计算机系统的框图，该计算机系统具有分布式功耗检测；
图3包括两个代表性功率转换器的效率曲线；
图4是示出图1和图2的系统中的动态功率管理操作的流程图；
图5是图4的动态功率管理方案的另一个方面。
图6是用于图1和图2的功率转换器的状态指示器的控制电路的原理图；并且
图7是具有为若干服务器供电的多个并联的AC到DC转换器的计算机系统的框图。
具体实施方式
为了控制和减少计算机系统和计算机数据中心中急剧增长的功耗，必须考虑计算机系统中的每个部件。用于向计算机系统提供功率的AC到DC转换器具有效率额定，其描述了需要多少输入功率来供应特定的输出功率。例如，在100W输出下具有80％效率额定的转换器将需要100W/80％＝125W的输入功率来获得该输出。效率额定不是线性的，也不是均匀的。它们是曲线，该曲线在效率上从较低功率增加，在一高功率处达到峰值，然后通常在最高功率输出处开始减小。图3示出了两个代表性功率转换器的效率曲线300、302。显然，将功率转换器操作保持在较高的效率范围中需要较少的开销。例如，对于全部在曲线的79％效率部分处的20个服务器的机架，将要求数据中心分配比实际需要用来运行服务器上电路的功率多21％的输入功率。
由于容量和冗余的原因，计算机系统一般具有并联连接的若干功率转换器。功率转换器的容量必须足以提供计算机在最大吞吐量下操作时消耗的功率。然而，由于故障容许度和高可用性的原因，提供附加的转换器，使得如果一个或多个转换器发生故障，仍会有足够的容量以满足计算机系统的需求。许多系统具有全冗余，其中一组功率转换器连接于一个AC源并且另一组转换器连接于另一独立AC源，使得在AC系统中的一个中发生的故障并不会危及计算机系统的操作。例如，在全吞吐量下消耗1000W的服务器可以具有两个并联连接的AC到DC转换器，它们各自可提供最大1000W。在该配置中，每个转换器将通常提供500W。重新参照图3，如果使用A类转换器，系统将如点310所示地以大约90％的效率操作。因此，如果一个转换器出现故障，则另一个还可以满足功耗要求。
然而，计算机系统常常不在全吞吐量下操作。类似地，数据中心中的数十或数百个服务器可以是空闲的或正以低性能等级操作，而同时数据中心中的其它服务器在处理计算负荷。在这些情况下，大量功率转换器在低效率点处操作。例如，如果计算机在只要求400W的性能等级下操作，则两个转换器中的每一个都只提供200W，并且系统以只有83％的效率操作，如点312所示。现在已发现，通过断开各自向系统供应总共400W中的200W的两个AC到DC转换器中的一个，剩下的被使能的AC到DC转换器将供应全部的400W，使系统以89％的效率操作，只有11％的额外开销。电损失的这种减少转化成要求向包含这些服务器中的若干服务器的机架分配的更少的功率。这还可以通过减少电费来转化为成本节约。如果服务器具有一个以上的并联安装的AC到DC转换器，则动态功率管理系统可以检测出服务器正在消耗多少功率，并且动态地接通和断开转换器，以试图将每个转换器上的负荷保持在其最大效率点附近。
图1是具有多个并联的AC到DC转换器102a-102n的计算机系统100的框图。在该系统中，功率转换器中的每一个的12v DC输出并联连接，并且经由电子保险丝104供应给服务器。各转换器102a-102n包括负荷平衡电路，使得转换器中的每一个大约平等地分担总负荷。电压调节模块(VRM)106提供辅助电压(Vaux)，其即使在主系统电源未接通时通常也可用。DC到DC转换器108接收本地12v DC输出，并将其转换成操作服务器的不同部件所需要的任何电压Vcc。LED连接于每个功率转换器并显示转换器的操作状态。
服务器100的主计算部分包括：CPU与存储器联合体110、处理器芯片组112和非易失性存储只读存储器(ROM)114，该非易失性存储只读存储器(ROM)114存储有不同的固件执行例程，比如通电自检(POST)和系统管理模式中断例程(SMI)。CPU与存储器联合体110代表服务器CPU和存储器系统，并且服务器100的不同实施例可以具有包括在代表性CPU与存储器联合体110中的CPU、主存储器、缓存和非易失性存储器的不同配置。在该实施例中，处理芯片组符合工业标准Intel x86架构，但是文中所述的动态功率管理技术不限于x86系统。服务器的不同实施例可以包括一个、两个或更多的处理器芯片组，或者单个芯片组内的一个、两个或更多个处理器内核。包括功率转换的任何类型的处理器系统都可以受益于该技术。大容量存储装置、连网装置和各种其它支持电路都包括在服务器100内，但是没有在该图中示出。
管理子系统120基于辅助电压来操作，因此即使当服务器没有操作时也通常在操作。该子系统允许从远程位置控制服务器。在设计上，服务器通常是“无头的”，并且不包括用户接口。管理子系统120连接于以太网链接122或其它通信通道，使得系统管理员可以控制服务器。系统管理员控制台可以位于数据中心中，或者数据中心可以是“无人值守的”设施，并且管理员控制台位于诸如另一建筑或另一城市中的远程位置中。
管理子系统120与功率监控子系统130通信并控制它。监控子系统130包括模拟/数字(A/D)电路132、134。A/D 132被连接以连续测量本地12v功率总线的电压。A/D 134连接于保险丝部件104，并测量串联电阻元件上的电压降，监控电路130可以根据该电压降来推知向服务器系统100提供的电流。知道了电压和电流，监控子系统就可以计算服务器100所消耗的瞬时功率。其它实施例可以使用其它已知的或以后发现的技术和部件，比如霍尔效应装置、半导体结上的电压降、场强检测器等，来感测电流。
这实际上是对电源输出功率的测量，而不是对服务器100所消耗的总功率的测量，后者将包括电源低效率损失的功率。在另一实施例中，可以使用类似于上述技术的技术来测量输入给电源的功率。然后，通过使用如图3所示的功率转换器的效率曲线可以推知从功率转换器输出的功率。同样地，如果如上所述地测量电源输出功率，则通过使用效率曲线可以推知电源输入功率。两个功率数中的任一个或两个可以被报告给管理员系统以用于监控系统的操作。监控子系统130被配置为以周期性的方式对电压和电流进行采样。由此可以确定随时间的平均功耗，并经由管理子系统120将其报告给远程管理系统。瞬时功耗值也可以被累计并报告给远程管理系统，以逐个服务器地提供功耗的全貌。
图2是具有四个并联的AC到DC转换器202a-202d和分布式功耗检测的计算机系统200的框图。该实施例还包括多个并联的DC到DC转换器208a-208n。在该系统中，功率转换器中的每一个的12v DC输出并联连接并且被供应给DC到DC转换器，该DC到DC转换器随后将该12v DC转换成操作服务器的不同部件所需要的任何电压Vcc。各转换器202a-202d包括负荷平衡电路，使得转换器中的每一个大约平等地分担总负荷。电压调节模块(VRM)206提供辅助电压(Vaux)，其即使在未接通主系统电源时也通常可用。
服务器200的主计算部分包括：CPU与存储器联合体210、处理器芯片组212和非易失性存储只读存储器(ROM)214，该非易失性存储只读存储器(ROM)214存储有不同的固件执行例程，比如通电自检(POST)和系统管理模式中断例程(SMI)。CPU与存储器联合体210代表服务器CPU和存储器系统，并且服务器200的不同实施例可以具有包括在代表性CPU与存储器联合体210中的CPU、主存储器、缓存和非易失性存储器的不同配置。在该实施例中，处理芯片组符合工业标准Intel x86架构，但是文中所述的动态功率管理技术不限于x86系统。包括功率转换的任何类型的单或多处理器系统都可以受益于该技术。大容量存储装置、连网装置和各种其它支持电路都包括在服务器200内，但是没有在该图中示出。
管理子系统220基于辅助电源来操作，因此即使当服务器没有操作时也通常在操作。如参照图1所讨论的，该子系统允许通过以太网链接222或其它通信通道从远程位置控制无头服务器，使得本地和/或远程系统管理员可以控制服务器。
管理子系统220经由简单的I2C(内置集成电路)通信总线来与分布式功率监控子系统230a-230d通信并控制它们。监控子系统230各自包括模拟/数字(A/D)电路，这些模拟/数字(A/D)电路被连接以测量各个相应的并联转换器202的输出电压，以及测量由各个相应并联转换器202所提供的电流。知道了由每一个和全部转换器202提供的电压和电流，监控子系统就可以计算由每个功率转换器提供的瞬时功率，并且管理子系统220随后可以确定服务器200所消耗的总功率。
在另一实施例中，监控系统230各自测量输入给电源的电流和电压以确定电源输入功率。使用电源效率曲线，可以推知功率转换器的功率输出。文中所述的动态功率管理过程可以被配置为使用电源输入功率或电源输出功率中的任一个来作为对服务器所消耗的功率的测量。
监控子系统230被配置为以周期性的方式对电压和电流进行采样。由此可以确定随时间的平均功耗并经由管理子系统220将其报告给远程管理系统。瞬时功耗值也可以被累计并报告给远程管理系统，以逐个服务器地提供功耗的全貌。
另外的实施例可以具有四个以上的并联功率转换器。如下所述，具有较大数目的转换器可以在优化效率方面有优势。
如上所述，图3包括两个代表性功率转换器-转换器A和转换器B的效率曲线。转换器A具有约1200W输出功率的最大容量，而转换器B具有约1000W输出功率的最大容量。如上所述，当在明显低于转换器的最大设计点的功率水平下操作时，功率转换器通常具有较低的效率。一般地，效率在中间范围操作点处达到最高值并随后向最大功率输出的方向下降。转换器A在大约中等负荷(600w)处达到约91％的效率的最高值，然后在全负荷(1200w)处不明显地下降到约90.5％的效率。转换器B在大约3/4负荷(750w)处达到88％的效率的最高值，然后在全负荷(1000w)处稍微地下降到约87％的效率。通过观察效率曲线可以确定“最佳效率”范围。对于转换器A，良好效率范围320可以被稍有些随意地定义为在约450W与全负荷1200W之间，而最佳效率范围322在全负荷的约45％与约55％之间。类似地，对于转换器B，良好效率范围330可以被稍有些随意地定义为在600W与小于全负荷的900W之间，而最佳效率范围332在全负荷的约65％与约85％之间。
还可以通过在各转换器中包括A/D电路(未示出)以测量AC电流和电压并由此计算输入功率来动态地确定最佳效率范围。然后，每次服务器100和服务器200的管理子系统对转换器输出功率进行采样时，该管理子系统对输入功率进行采样，如上所述。此后，在本地保存或者在本地管理系统或远程管理系统处保存输入和输出功率的历史，并且基于这些动态采样来画出效率曲线。这允许随着功率转换器的老化随时间监控它们的效率。基于来自每个功率转换器的数据，确定定义该转换器的最佳效率范围的操作范围。例如，管理系统可以确定峰值效率点，然后为最佳范围选择在峰值的1％内的任何操作点。当然，可以选择其它值来确定最佳范围。管理系统可以例如从管理员请求一个值来使用。对于数据中心中的不同服务器所使用的不同功率转换器，这个值可以不同。
中央处理器(CPU)110/210的功能部件被用于功率效率和功率封顶两个目的。在OS控制模式中，系统将通过操作系统的策略机制来支持动态功率管理。ACPI(高级配置与电源接口)是由Hewlett-Packard、Intel、Microsoft、Phoenix和Toshiba共同开发的开放式工业技术规范。ACPI建立了使能OS控制的配置、电源管理，以及移动、桌面和服务器平台的热管理的工业标准接口。在该模式下，系统BIOS产生要求的ACPI表以使操作系统能够支持Intel的按需切换(Demand BasedSwitching)或AMD的PowerNow功率管理部件。对于该模式，系统管理员必须配置操作系统以激活基于OS的功率管理部件。如果操作系统不支持动态功率管理，或如果还没有通过操作系统来配置该部件，则处理器将总是以其最高功率和性能状态来运行，除非动态功率模式被使能。
CPU性能状态(P状态)使得特许软件能够在少至一个或者多达五个或六个的设定之间调节CPU频率和电压。P状态一般从P0(最高性能和功率状态)编号到P1、P2等(随着性能和功率降低)。P0一般被称为“最高P状态”，并且Pn(n＞0)一般被称为“较低P状态”。
可以预期的是，诸如存储器和磁盘的其它子系统将发展出与P状态等价的特征，其用性能来交换功率。当这种特征可用时，可以以和文中所述相同的方式与P状态相结合地使用这种特征，以增强系统级的功率/性能折衷。
改变功率状态(即，处理器频率和电压)使处理器能够在不同的功率水平下操作。服务器100/200具有两种机制来限制它们的性能以及相应的功耗：处理器P状态和调制给CPU的STPCLK(停止时钟)。P状态可由BIOS ROM来编程。对于功率封顶，通过BIOS ROM向系统芯片组中的寄存器写入，将STPCLK调制百分比(时钟停止的时间部分)设为n/8，其中n为0到7之间的整数，包括0和7。并且，可以由在PAL 124/224中实现的控制器来驱动通向CPU的STPCLK或等价的输入引脚。因此，通过使用P状态并通过调制STPCK，在服务器上操作的管理软件和固件可以产生大范围的系统性能并因此产生大范围的功耗。
工作负荷以外的因素也影响服务器功耗。例如，随着环境温度上升，尽管工作负荷保持不变，服务器冷却风扇可能必须更快地旋转以冷却服务器。此外，当CPU的温度上升时，它们的功耗增加。并且，不同的指令序列消耗不同量的功率，即使它们可能表现为使CPU同等程度地忙碌(相同的CPU利用率)。文中所述的功率封顶算法应当适应可能影响总服务器功率的因素的所有组合。
在管理子系统120/220内，功率调节器例程使用基于ROM的算法来监控处理器活动。该算法对处理器功率使用进行调节以使性能等级与应用负荷相匹配。不论操作系统是否支持Intel的按需切换或AMD的PowerNow，并且不论服务器运行哪种操作系统，都可以支持动态功率节约模式。
功率调节器确定处理器用于操作系统的空闲循环的时间量。当用于空闲循环的时间与执行有用工作的时间量的比值高时，算法指示处理器将其功率状态设为Pmin(处理器的最低功率和性能模式)。相反地，当算法检测到表明高应用负荷的低比值时，处理器被实时切换到Pmax(处理器的最高功率和性能模式)。P状态的监控和调节是对于系统中的每个处理器独立执行的。动态功率节约模式允许处理器在不需要高处理器性能时在低功率状态下操作，并且在需要高处理器性能时在高功率状态下操作。动态功率节约模式适用于包括虚拟机的所有操作系统，并且不要求OS配置。
通过读取驻留在处理器内的、被编程为收集NON-HALTED时钟周期的性能事件计数器，来确定CPU使用率。因为现今采用的现代操作系统在空闲时执行HLT指令而不是在空闲循环中旋转寻找要执行的任务，所以这是要收集的很重要的事件。在空闲期间执行HLT指令自动地将处理器向下带到低功率状态，称之为C1E，并且停止递增NON-HALTED时钟的事件计数器。事件计数器被编程以计数内核和用户模式NON-HALTED时钟周期，以正确地计入由系统软件引起的处理器使用率。因此，在做出功率状态决定时考虑了所有的处理器活动(内核模式和用户模式)。中断使处理器退出HLT指令，并恢复先前的功率状态。
在该实施例中，功率调节器算法连续地每125ms监控应用和处理器负荷。该基本连续的监控导致优化的P状态转换。可以在本地或远程管理控制台处的屏幕上显示当前和平均P状态数据。
每个服务器100和200包括可编程阵列逻辑(PAL)124/224内的电路，由管理子系统控制并连接于服务器中的芯片组和其它控制点来实现功率封顶。在服务器200中，功率测量装置230被集成到电源中以提高精确度。然而，由于该精确功率测量计对于电封顶要求来说太慢，故由管理子系统220中的电封顶微计算机(μC)来监控与输出电流成比例的来自电源的模拟输出。管理子系统120为服务器100执行该相同的功能。
用于服务器的电封顶的一个目的是以这样的方式来限制服务器的功耗：改变服务器的工作负荷不给数据中心带来任何电问题，比如切断断路器。由于断路器切断时间在200％负荷下一般为数十或数百ms，但有时候小于100ms，电封顶将封顶以上的最大时间限制在约50ms。通常地，对服务器100/200的电封顶的设计目的是限制封顶以上的瞬变不大于(幅度和时间)电源浪涌电流。通过停留在该限制以下，对数据中心不引入新的断路器定尺寸或定时要求。一般来说，可以容许约三倍于操作电流长达0.1ms，以及高达超过操作电流50％几ms的浪涌电流。
在服务器200的实施例上运行过的实验表明，在1kHz采样速率下以STPCK的n/256占空比控制运行的μC可以将电源输出过冲限制到25W(在110VAC下小于1/4A)和3ms。
电封顶还用于防止服务器功耗超过向服务器提供DC功率的功率转换器的容量。如上所述，当服务器不在全容量下操作时，管理系统可以将其置于较低功耗模式下，并且断开或闲置一个或多个并联功率转换器，以便于使剩下的使能的功率转换器以较高效率的方式操作。然后，为服务器设定功率封顶，使得功耗的突然增加不会使剩下的使能的功率转换器超负荷。该操作模式在文中被称为动态功率管理。可以被容许的过冲量取决于特定电源的构造和冷却容量，并且在不同的服务器实施例中将是不同的。通常来说，好的目标是使过冲最小化以在幅度小于功率转换器最大容量的10％下持续不超过3-5ms。这通常要求专用的功率封顶电路以提供适当的时间响应。
图4是示出图1和图2的系统中的动态功率管理过程400的操作的流程图。服务器100/200使用标准ACPI协定来操作。当AC功率可用时，系统在ACPI状态S5，402。当接收到服务器的通电事件时，系统转换到DC通电状态S0，404。在406处进行检查以确定服务器是否具有一个以上的可用的AC到DC功率转换器。管理子系统120/220可以经由I2C总线或其它机构来轮询状态位或其它指示，以确定多少功率转换器是可用的。
如果一个以上的转换器可用，则处理408确定是否不到全部的转换器可以满足当前的服务器功耗需求。参照图1和2如上所述地确定服务器的当前瞬时功耗。通过访问各转换器的存储的容量值来确定功率转换器的容量。在一些实施例中，可以由系统管理员来提供该值。在另一实施例中，由管理子系统可访问的包括在功率转换器内的非易失性存储电路来提供该值。例如，管理子系统220可以经由I2C总线来访问位于各功率转换器202a-202d上的EPROM(可擦可编程只读存储器)或EEPROM(电可擦可编程只读存储器)中的存储的容量值。
如果不到全部的可用功率转换器可以提供服务器的当前功耗等级，则处理410确定数目减少的功率转换器的功率容量，将功率封顶设在该值处或在该值以下，然后断开当前不需要的转换器或以其他方式将其置于禁用或备用模式中。通过将功率封顶设在降低的功率转换器容量水平处或在其以下，设置了安全措施，其防止了服务器在增加功耗的需求突然出现时使数目减少的转换器超负荷。
一旦设置了功率封顶，处理412就连续地监控服务器系统，以确定是否出现了功率增加需求而使得当前功耗已经上升到当前瞬时功耗等于或非常接近于功率封顶值的点。如果功耗在功率封顶值处或在其附近，则处理414执行功率封顶过程以使服务器系统减速，使得功耗不超过封顶，如上所述。应当理解的是，当实施减速时可能出现功耗的短过冲，但是如上所述，该过冲的幅度和持续时间较短，并不会使功率转换器超负荷。
然后，处理416接通或以其他方式使能一个或多个附加功率转换器以提供附加的功耗需求。处理418升高功率封顶以符合附加的功率容量，并由此允许414的减速处理被终止。
然后，动态功率管理过程400回到处理408，并且持续地监控服务器的瞬时功耗，以确定功率需求何时减少到足以重复使一个或多个转换器离线进入备用或断开模式中的处理。
多级动态功率管理过程的方案也是可能的，其中，随着功率下降一个接一个地断开多个电源，并且随着功率上升一个接一个地重新接通它们。在该情况下，监控回路将在各等级处检查接通更多电源的需求以及断开更多电源的可能性。
可以经由管理子系统向本地或远程管理系统报告各功率转换器的状态、功率封顶值、当前和平均功耗，使得管理员可以监控动态功率管理过程的操作。
在点420处指示了动态功率管理过程的另一个方面，并将与图5相关地描述该方面。如上所述，由于冗余的原因，服务器系统将一般提供两个功率转换器，使得即使一个转换器发生故障系统也可以在全性能下操作。如果提供若干并联的较低容量转换器比两个全容量转换器更节约成本，则可以增加功率转换器的数目。例如，如果服务器要求1500W以在全性能下操作，则可以提供四个500W转换器。在该情况下，即使一个转换器发生故障，剩下的三个转换器仍然可以满足全功率需要。
还可以提供更大数目的转换器以允许动态功率管理过程的更精细粒度操作。重新参照图3，注意到，范围320表明在全容量的约40％到100％之间具有良好效率的功率转换器A的操作范围，而其最佳效率范围322在全负荷的约45％和55％之间。类似地，范围330表明在全容量的约60％到90％之间的功率转换器B的良好操作范围，而其最佳效率范围332在全负荷的约65％和85％之间。当然，其它转换器可以具有不同于这两个代表性转换器的良好和最佳效率范围。
在具有四个500W转换器的系统的上述实例中，当系统在需要1500W的全性能下运行时，可以断开一个转换器，并且其它三个转换器可以还提供全1500W；然而，通过确定转换器的最佳效率范围，如在502处所示，可以确定最佳效率范围在例如65％-85％之间。对于每个500W转换器，最佳效率范围将在325W和425W之间。因此，全部四个转换器可以以每个375W来提供1500W，这比以每个500W的仅三个转换器来提供1500W效率更高，因此将在处理504处选择四个转换器。然而，如果由于系统上负荷较少使功率水平降至比如1000W，则各自在333W下的三个转换器将比在500W下的两个转换器或在250W下的四个转换器效率更高，因此在处理504处将选择三个转换器。
图6是用于图1和图2的功率转换器的状态指示器的控制电路的原理图。服务器100/200具有用于服务器中每个可更换部件的现场可更换单元LED。在图1中，它们被标记为用于功率转换器102a-102n的LED。之前，如对图4所讨论的，AC到DC转换器响应于ACPI状态S0而被全部接通或断开。如果断言了来自AC到DC转换器的PS_FAIL#信号，则硬件可以认为转换器出现故障并点亮其相关联的LED。在单个功率转换器使能的情况下，由于未使能的AC到DC转换器将断言PSx_FAIL#，其看起来像是“坏”的。当转换器的单独的PSx_ON#信号被断言时，文中的服务器实施例只点亮坏的AC到DC转换器的LED。
电路600被重复共n次，每次用于一个在动态功率管理过程下操作的并联连接的现场可更换电源。当输入ACPI状态S0时，PS_ON#被断言(逻辑电平0)以表明要接通全部的功率转换器。在由辅助电压供电的各服务器中设置未示出的电源使能寄存器，使得只要AC可用(ACPI状态S5)则该电源使能寄存器保持状态。用于服务器中各功率转换器的PS使能寄存器有信号输出PSx_ENABLED。PS使能寄存器被管理子系统控制以表明各转换器何时被使能或禁用，如上所述。信号PSx_ON#被门604断言(逻辑0)以表明相应电源被使能以接通。注意，文中信号名称中的“x”一般指的是连接于服务器的并联连接的“n”个功率转换器中的一个。
信号PSx_INST表明相应的现场可更换电源被安装。当电源模块插入服务器时，该模块中的电路使用于该电源的PSx_INST信号被断言。管理子系统120/220可以访问各电源的PSx_INST信号以确定安装了多少个电源。信号PSx_FAIL表明相应电源何时不产生输出电压。因此，如果电源被断开或禁用，则该信号被断言并在电源可能只是被禁用时暗示电源发生故障。
锁存器602提供了信号PSx_BAD，其连接于与每个电源相关联的LED以表明该相关联的电源的错误状况。当锁存器使能(LE)输入为逻辑1时锁存器602透明，使得当PSx_ON#为0(被断言)表明相应的AC到DC转换器被使能时，在来自相应电源的信号PSx_INST被断言时来自相同的相应电源的信号PSx_FAIL#的任何断言将使门606的输出变高，该输出传播通过透明锁存器602，并且使相关联的LED发光。PSx_BAD连接于LED的阳极。另外，软件可以对此进行监控以进行错误检测。以这种方式，只有当功率转换器被使能但不产生功率时才点亮错误LED。
图7是其中多个并联连接的AC到DC转换器702a-702n为一组服务器740a-740n供电的计算机系统700的框图。该系统通常被封装在机柜中或其它类型的机架外壳中。然后，各机柜可以安装在例如机架外壳中。各单个的服务器类似于与图1或图2相关地描述的服务器，并且通常被称为刀片服务器，虽然其它服务器实施例也是可以预见的。整组服务器740a-740n从并联连接的功率转换器接收机柜12v DC。DC_DC转换器708a-708n接收机柜12v DC并将其转换成操作各服务器的各种部件所需的任何电压Vcc。应当理解的是，其它实施例可以使用不同于12v的电压水平来分配机柜层次的功率。
机柜管理系统720使用功率监控器730a-730n以如以上对图1和2所述的类似方式来监控并联连接的功率转换器，以确定多少功率转换器被安装并可用、当前向服务器提供的功率容量和功率。各服务器包括管理子系统720a-n，它们以如上所述的类似方式来监控服务器计算负荷并相应地调节功率使用。管理系统720可以在不需要全功率容量时控制一个或多个功率转换器断开或以其他方式禁用，然后按照需要接通附加的转换器。
各服务器740还包括功率封顶电路742a-n，其被相应的管理子系统720a-n控制以提供对各服务器的减速，使得当已经断开一个或多个功率转换器时不会超过使能的功率转换器的容量。管理系统720经由管理互联网与各个服务器通信，并基于功率转换器的可用容量为各服务器提供预先规定的功率封顶值。各服务器包括本地功率检测电路704a-n，其类似于上述的检测电路104。如果单个服务器开始消耗超过封顶值的功率，则在该服务器上实行减速以将功耗降低到功率封顶值以下。
如上所述，计算机系统700一般是无头的，并且经由管理互联网连接或其它适当的本地或广域通信系统从本地或远程管理系统来控制。如文中所使用的，术语“施加”、“连接的”和“连接”表示电连接的，包括附加元件可以在电连接路径中的情况。“相关联的”表示控制关系，比如通过相关联的端口控制的存储器资源。术语进行断言、断言、进行解除断言、解除断言、进行否定以及否定被用来避免在处理高态有效信号和低态有效信号的混用时产生混淆。进行断言和断言被用来表明使信号有效或逻辑上为真。进行解除断言、解除断言、进行否定和否定被用来表明使信号无效或逻辑上为假。术语“进行断开”或“断开”表示断开、置于备用模式中、禁用或以其他方式将功率转换器置于非有效的离线状态或很低功耗状态中。类似地，术语“进行接通”或“接通”表示将功率转换器置于有效在线功率状态中。
虽然已经参照说明性实施例描述了本发明，该描述并非意在以限制性的方式来解释。对于本领域技术人员来说，根据对该描述的参考，本发明的其它不同实施例将是显而易见的。例如，在另一实施例中，可以如文中所述地为了高效率操作动态管理DC到DC转换器208a-208n。在另一实施例中，可以如文中所述地为了高效率操作动态管理向一个以上的服务器提供功率的并联功率转换器。
在另一实施例中，可以如文中所述地为了高效率操作动态管理用于诸如磁盘驱动器或存储体的物理装置的并联功率转换器。
在另一实施例中，可以如文中所述地为了高效率操作动态管理大量的并联连接的功率转换器。例如，各自具有20W容量的110个功率转换器可以被并联连接来以十个单元冗余为2000W负荷提供小粒度，并且可以如文中所述地为了高效率操作动态管理它们。
在另一实施例中，功率转换器可以被布置成冗余对，使得由独立的主AC系统来提供该冗余对中的每一个转换器，以便于在一个AC主源发生故障的情况下提供另外的故障容许度。在该配置中，可以成对地接通和断开功率转换器，以便动态地管理功率同时保持热备用，或者，可以一次一个地接通或断开功率转换器而不保持全热冗余，同时使用文中所述的功率封顶和减速机制来处理主AC源中的一个的丢失。
因此，可以预期的是，所附权利要求将涵盖属于本发明真正范围和精神的任何这样的对实施例的修改。

Claims (10)

1.一种用于动态管理具有至少两个并联功率转换器的计算机系统中的功耗的方法，包括：
为所述功率转换器中的每一个确定最大功率容量(408)；
监控一个或多个传感器以确定所述计算机系统的功耗(408)；
如果所述计算机系统的功耗可以由不到全部的所述并联功率转换器来提供，则断开所述功率转换器中的一个或多个(410)，使得数目减少的并联功率转换器保持接通；
确定所述数目减少的并联功率转换器的降低的最大功率容量(410)；
为所述计算机系统设定小于或等于所述降低的最大功率容量的功率封顶值(410)；以及
如果所述计算机系统的功耗达到所述功率封顶值则使所述计算机系统减速(412)，以防止所述计算机系统的功耗超过所述功率封顶值。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
如果所述系统的功耗约等于所述功率封顶值，则接通一个或多个附加并联功率转换器(416)；
根据所述附加并联功率转换器的附加功率容量来增加所述功率封顶值(418)；
为所述并联功率转换器中的至少一个确定最高效率操作范围(502)；
选定多个功率转换器保持接通(504)，使得所述并联功率转换器中的至少一个在所述最高效率操作范围中操作。
3.如权利要求2所述的方法，进一步包括：控制与所述功率转换器中的一个相关联的故障指示器，使得如果该功率转换器断开则不指示故障，但是如果该功率转换器被使能而不产生功率则指示故障。
4.如权利要求2所述的方法，进一步包括：将所述功率封顶值和保持接通的转换器的数目报告给远程或本地管理系统。
5.一种具有动态管理的功耗的计算机系统，包括：
处理器与存储器联合体(110/210)，其被连接以接收来自两个或更多个并联连接的功率转换器的功率；
用于监控所述计算机系统的功耗的电路(130/230)；
管理子系统(120/220)，其连接于所述处理器并连接于所述功率转换器，并且被配置为：为所述功率转换器中的每一个确定最大功率容量；如果所述计算机系统的功耗可以由不到全部的所述并联功率转换器来提供，则断开所述功率转换器中的一个或多个，使得数目减少的并联功率转换器保持接通；确定所述数目减少的并联功率转换器的降低的最大功率容量；以及为所述计算机系统设定小于或等于所述降低的最大功率容量的功率封顶值；以及
连接于所述处理器的电路(124/224)，其响应于管理系统，以如果所述所述计算机系统的功耗达到所述功率封顶值则使所述计算机系统减速，以防止所述计算机系统的功耗超过所述功率封顶值。
6.如权利要求5所述的计算机系统，其中所述管理系统进一步被配置为：
如果所述系统的功耗等于所述功率封顶值，则接通一个或多个附加并联功率转换器；以及
根据所述附加并联功率转换器的附加功率容量来增加所述功率封顶值。
7.如权利要求6所述的计算机系统，其中所述管理系统被进一步配置为：
为所述并联功率转换器中的至少一个确定最高效率操作范围；以及
选定多个功率转换器保持接通，使得所述并联功率转换器中的至少一个在所述最高效率操作范围中操作。
8.如权利要求5所述的计算机系统，进一步包括：
与所述功率转换器中的一个相关联的故障指示器(LED)；
连接以控制所述故障指示器的电路，其使得如果该功率转换器断开则不指示故障，但是如果该功率转换器被使能而不产生功率则指示故障。
9.如权利要求5所述的计算机系统，进一步包括连接于所述管理子系统的通信电路，其用于将所述功率封顶值和保持接通的转换器的数目报告给远程或本地管理系统。
10.如权利要求9所述的计算机系统，其进一步连接于具有动态管理的功耗的多个计算机系统，所述多个计算机系统全部位于数据中心中，并且全部连接于所述远程或本地管理系统。
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