CN102067062B

CN102067062B - 用于使用测量的电流强度负载冷却风扇控制的设备和方法

Info

Publication number: CN102067062B
Application number: CN200880129886.2A
Authority: CN
Inventors: W·D·温森; P·汉森
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Enterprise Development LP
Priority date: 2008-04-19
Filing date: 2008-04-19
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2028-04-19
Also published as: CN102067062A; WO2009128839A1; US20110046812A1

Abstract

本发明公开一种用于使用测量的温度和电流强度负载来控制计算系统中的冷却风扇的系统和方法。在一个实施例中，冷却风扇控制设备（CFCD）包括：温度感测模块，其用于在操作期间使用设置在计算系统内的多个温度传感器来测量该计算系统的内部温度并且用于计算温度值；功率测量模块，其用于在操作期间测量多个冷却风扇的每个所汲取的电流强度；以及驱动模块，其耦合到温度感测模块和功率测量模块，以基于计算的温度值、期望的温度值以及包括温度和所汲取电流强度相对于与每个冷却风扇相关联的气流值的查找表来在操作期间调节所述多个冷却风扇的每个的旋转速度，以获得跨越计算系统内部的期望气流。

Description

用于使用测量的电流强度负载冷却风扇控制的设备和方法

技术领域

本公开涉及冷却风扇，并且特别涉及冷却风扇的控制。

背景技术

冷却风扇被设置在各种类型的电子设备和计算系统中，以促进这些设备和系统中的热消散。然而，传统的风扇控制设备基于温度的变化即基于热变化和需求来调节冷却风扇的旋转速度。基于热需求把传统的冷却风扇设定为固定的旋转速度（RPM值）。通过在热实验室中建立包括在固定位置且以固定速度运行的冷却风扇的各种原型来获得这些固定的旋转速度，即设定点。换言之，冷却风扇的旋转速度通常不是基于电子设备和计算系统中的散热或气流特性在实时的基础上进行调节的，而是基于校准的热传感器的预定表格进行调节的。热实验室中的测试可能花费相当大量的时间以获得期望的固定速度。

然而，就电子设备和计算系统中的冷却风扇所消耗的功率而言，这些技术并非总是产生跨越部件的高效和/或一致的气流。另外，由于在各种负载下的多种配置和所有负载的热传感器的次优放置，这些传统方法要求包括期望气流量的大量容限，即它们可能要求过量供应跨越电子设备和计算系统中的部件的所需气流量。这可能导致使用比为维持跨越所述部件的期望气流而所需的大得多的功率。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种用于控制位于计算系统中的多个冷却风扇的冷却风扇控制设备（CFCD）。所述CFCD包括：温度感测模块，其用于在操作期间使用设置在计算系统内的多个温度传感器来测量该计算系统的内部温度并且用于计算温度值；功率测量模块，其用于在操作期间测量多个冷却风扇中的每个冷却风扇所汲取的电流强度；以及驱动模块，其耦合到所述温度感测模块和功率测量模块，以基于所计算的温度值、期望的温度值以及包括温度和所汲取电流强度相对于与每个冷却风扇相关联的气流值的查找表来在操作期间调节所述多个冷却风扇中的每个冷却风扇的旋转速度，以获得跨越计算系统内部的期望气流。

根据本发明的第二方面，提供一种计算系统。所述计算系统包括：服务器机箱；设置在所述服务器机箱上的多个服务器刀片；多个冷却风扇，其设置在所述服务器机箱上，从而使得所述冷却风扇能产生跨越所述多个服务器刀片的气流，其中每个冷却风扇包括冷却风扇叶片；

多个温度传感器，其设置在所述服务器机箱和所述多个服务器刀片上；与每个冷却风扇相关联的电流强度传感器；以及CFCD，其通信地耦合到所述多个温度传感器以便控制所述多个冷却风扇和与每个冷却风扇相关联的电流强度传感器，其中，该CFCD被设置在所述服务器机箱上，其中CFCD使用所述多个温度传感器来在操作期间测量跨越所述多个服务器刀片的内部温度并且计算温度值，其中，该CFCD使用相关的电流强度传感器来在操作期间测量由所述多个冷却风扇中的每个冷却风扇汲取的电流强度，且其中，该CFCD使用包括温度和所汲取电流强度相对于每个冷却风扇的气流值的查找表、基于所计算的温度值和期望的温度值来调节所述多个冷却风扇中的每个冷却风扇的旋转速度，以获得跨越多个服务器刀片以及经过冷却风扇叶片的期望气流。

根据本发明的第三方面，提供一种控制计算系统中的多个冷却风扇的方法。所述方法包括：在操作期间测量计算系统内的温度并且计算温度值；基于计算的温度值来动态调节每个冷却风扇的旋转速度，以操纵跨越计算系统内部的气流；在操作期间测量每个冷却风扇所汲取的电流强度；以及基于使用所计算的温度值、期望的温度值以及包括温度和所汲取电流强度相对于每个冷却风扇的气流值的查找表来动态调节每个冷却风扇的旋转速度，以操纵跨越计算系统内部的气流。

附图说明

通过示例而非限制的方式在附图的各图中示出示例实施例，在图中相似的参考标号指示类似的元件且在图中：

图1是根据一个实施例的、示出在典型的计算系统（诸如服务器）中布置的多个冷却风扇和多个服务器刀片的框图。

图2是根据一个实施例的、示出图1的冷却风扇设备（CFCD）的框图。

图3是示出阻抗、静压差（以英寸水标计）和冷却风扇汲取的功率（以瓦特计）相对于在典型的计算系统中使用的冷却风扇的气流（以立方英尺每分（CFM）计）的关系的示例图。

图4是示出在计算系统的操作期间使用的多个冷却风扇中的每个的功耗的示例图。

图5是根据一个实施例的、示出在计算系统中使用的冷却风扇控制方法的流程图。

本实施例的其他特征将通过附图以及通过以下的详细描述而变得显而易见。

具体实施方式

公开了一种用于使用冷却风扇的所测量的电流强度（amperage）负载来控制计算系统中使用的冷却风扇的系统和方法。在以下描述中，为了解释的目的，阐述众多具体细节以便提供对各个实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员将显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实施各个实施例。

术语“电流强度”、“功率”和“风扇电流”在整个文档中被可互换地使用。

图1是根据一个实施例的、示出在典型的计算系统110（诸如服务器）中布置的多个冷却风扇150 1-N和多个服务器刀片130的框图100。具体地，图1示出包括服务器机箱120、多个服务器刀片130、多个温度传感器140、多个冷却风扇150 1-N、与多个冷却风扇150 1-N中的每个冷却风扇相关联的多个电流强度传感器160以及冷却风扇控制设备（CFCD）170的计算系统110。此外，在图1中示出在计算系统110的正常操作期间跨越多个服务器刀片130和通过冷却风扇叶片的气流路径180。

服务器机箱120可以指代在计算系统110中服务器刀片130、冷却风扇150 1-N和温度传感器140被设置在其上的刚性框架。服务器刀片130可以指代包括一个或多个微处理器和存储器的薄模块化电子电路板。在这些实施例中，温度传感器140被设置在服务器机箱120和服务器刀片130上的各个位置以测量计算系统110的内部温度。

在一些实施例中，具有冷却风扇叶片的冷却风扇150 1-N被设置在服务器机箱120上，从而使得冷却风扇150 1-N可以产生跨越服务器刀片130的气流。电流强度传感器160测量在操作期间由设置在服务器机箱120上的冷却风扇150 1-N汲取的电流强度。在一些实施例中，每个冷却风扇150具有相关的电流强度传感器160以测量汲取的电流强度。

设置在服务器机箱120上的CFCD 170控制位于计算系统110中的冷却风扇150 1-N。在一个实施例中，CFCD 170通信地耦合到温度传感器140和与每个冷却风扇150相关联的电流强度传感器160以控制冷却风扇150 1-N。在操作期间，CFCD 170使用温度传感器140测量服务器刀片130上的内部温度并且计算温度值。

而且在操作期间，CFCD 170使用相关的电流强度传感器160来测量每个冷却风扇150汲取的电流强度（例如以安培计）。在一些实施例中，使用包括温度和所汲取电流强度相对于每个冷却风扇150的气流值的查找表，CFCD 170基于所计算的温度值和期望的温度值（例如其是基于要求热控制的部件的温度）来调节每个冷却风扇150的旋转速度，从而获得跨越服务器刀片130且经过冷却风扇叶片的期望气流（例如以立方英尺每分（CFM）计）。在这些实施例中，CFCD 170包括其中存储有查找表的只读存储器（ROM）设备或随机存取存储器（RAM）设备。

而且，CFCD 170基于所计算的温度值和冷却风扇电流强度平衡算法来调节冷却风扇150 1-N的旋转速度，以获得跨越服务器刀片130且经过冷却风扇150 1-N的期望气流从而满足期望的温度。

图2是根据一个实施例的、示出图1的CFCD 170的框图200。具体地，图2示出包括温度感测模块210、功率测量模块220、耦合到包括相关电流强度传感器160的多个冷却风扇150 1-N的驱动模块230、以及存储器240的CFCD 170。此外在图2中示出通信地耦合到设置在计算系统110中的多个温度传感器140的温度感测模块210。

CFCD 170控制设置在服务器机箱120上的冷却风扇150 1-N以达到计算系统110内的最优气流（例如以立方英尺每分（CFM）计）。在一些实施例中，CFCD 170的温度感测模块210、功率测量模块220和驱动模块230被配置用于控制计算系统110中的冷却风扇150 1-N的气流。在操作期间，温度感测模块210使用设置在计算系统110内的（例如与温度感测模块210通信地耦合的）温度传感器140来测量计算系统110的内部温度并且计算温度值。

功率测量模块220在操作期间使用电流强度传感器160来测量计算系统110中的冷却风扇150 1-N所汲取的电流强度（例如以安培计）。例如，每个冷却风扇150具有用于测量冷却风扇150所汲取的功率的相关电流强度传感器160。在一个实施例中，在每个冷却风扇150中主控的模数转换器可以促使把电流强度传感器160所测量的电流强度读数（例如以模拟形式）转换成数字形式。耦合到温度感测模块210和功率测量模块220的驱动模块230基于所计算的温度值、期望的温度值以及包括温度和所汲取电流强度相对于与每个冷却风扇150相关联的气流值的查找表来调节在操作期间的多个冷却风扇150 1-N中的每个冷却风扇的旋转速度，以获得跨越计算系统110内部的期望气流。

在这些实施例中，驱动模块230耦合到温度感测模块210和功率测量模块220，以致驱动模块230分别从温度感测模块210和功率测量模块220导出与计算系统110的温度和冷却风扇150 1-N所汲取的电流强度相关联的信息。存储器240可以是用于存储包括温度和所汲取电流强度相对于与每个冷却风扇150相关联的气流值的查找表的随机存取存储器（RAM）或只读存储器（ROM）。

在操作中，驱动模块230基于计算的温度值和存储于RAM和/或ROM 240中的包括温度和所汲取电流强度相对于气流值（以CFM计）的查找表来调节冷却风扇150 1-N的旋转速度从而获得跨越服务器刀片130且经过冷却风扇150 1-N的期望气流。而且，驱动模块230基于计算的温度值和冷却风扇电流强度平衡算法来调节冷却风扇150 1-N的旋转速度，以获得跨越服务器刀片130且经过冷却风扇150 1-N的期望气流从而满足期望的温度值。在一个实施例中，期望的温度值是基于要求热控制的部件的温度的。

图3是示出阻抗、静压差（以英寸水标计）和冷却风扇150所汲取的功率（以瓦特计）相对于在典型的计算系统中使用的冷却风扇150的气流（以立方英尺每分（CFM）计）的关系的示例图300。图3中所示的图300的水平轴表示跨越计算系统的内部的气流（以CFM计）。而且，主垂直轴表示静压差（以英寸水标计），而次垂直轴表示冷却风扇150所汲取的功率（以瓦特（W）计）。

如图3中所示，曲线302是特性风扇曲线，曲线304是计算系统阻抗曲线，并且曲线306是风扇功率曲线。风扇曲线302指示随着气流降低，静压差增大。如图300中所示，当静压差达到零时，气流达到最大值。另一方面，当静压差达到最大值时，气流被最小化或为零。风扇功率曲线306指示随着气流增大，冷却风扇150所汲取的功率降低到特定值，并且然后随气流的进一步增大而增大。例如，从图300中可以观察到，在10 CFM的气流时，冷却风扇150所汲取的功率是136 W，其然后在71 CFM时下降到89 W。而且，可以观察到，冷却风扇150所汲取的功率从89W稳步增大到在CFM值为122时的149 W。

从图3可以观察到，特性风扇曲线302和阻抗曲线304在点A处相交，该点A在下文中被称为冷却风扇150的操作点。如图300中所示，在操作点A处，在该示例中，冷却风扇150生成静压差为2.50英寸水标的大约138 CFM的气流，这是在操作点A处由冷却风扇150传送的实际容积气流率。从图300还观察到，为了在冷却风扇150的操作点A处传送138 CFM的气流而由冷却风扇150汲取的功率是159 W。然而，相交点取决于风扇曲线302和阻抗曲线304的特性。

阻抗曲线304的特性可能在不同的服务器机箱之间（例如由于服务器机箱120中的湍流）变化，并因此相交点可能变化。另外，多个冷却风扇150 1-N中的每个冷却风扇的操作点A可能不同，因为多个冷却风扇150 1-N中的每个冷却风扇可能针对不同的操作电压（即在不同的电流强度处）而具有不同的特性曲线。而且可以推断，在不同的操作点处，由冷却风扇150生成的气流可能变化，并且由冷却风扇150消耗的功率也可能变化。

因此，可能难以在不测试冷却风扇150 1-N的情况下预测由服务器机箱120中的多个冷却风扇150 1-N中的每个冷却风扇所传送的气流率。因而，可期望的是，表征多个冷却风扇150 1-N中的每个冷却风扇，以便获得在风扇曲线302的各个点处由多个冷却风扇150 1-N中的每个冷却风扇所汲取的电流强度（即，所消耗的功率），从而使得可以基于测量的电流强度和计算系统110内的温度来操纵气流。

图4是示出在计算系统110的操作期间使用的多个冷却风扇150 1-N中的每个冷却风扇的功耗的示例图400。具体地，图400示出计算系统110内的冷却风扇1、2、3、4、5和6的特性风扇曲线402和位置（例如，定位）。图4中所示的图400示出在沿特性风扇曲线402的各个点处由各冷却风扇汲取的功率。图标到风扇曲线402上示出冷却风扇1所汲取的功率是60 W，冷却风扇2为93 W，冷却风扇3为64 W，冷却风扇4为63 W，冷却风扇5为95 W而冷却风扇6为64.5 W。而且，从图400中可以注意到，由冷却风扇1、3、4和6生成的气流大约在40 CFM左右，而冷却风扇2和5则拉到100 CFM左右。

利用上面的信息并且使用冷却风扇电流强度平衡算法，可以调节每个冷却风扇150 1-N的旋转速度以获得所需的气流CFM，从而使得冷却风扇150 1-N可以确保跨越计算系统110内部的均匀气流。

图5是根据一个实施例的、示出计算系统110中的冷却风扇控制方法的流程图500。在一些实施例中，在控制计算系统110中的多个冷却风扇150 1-N中，计算系统110具有服务器机箱120、多个服务器刀片130和附连到服务器机箱120的多个冷却风扇150 1-N。

在操作510中，（例如使用图2的温度感测模块210）在操作期间测量计算系统110内的温度并且计算温度值。在一些实施例中，设置在计算系统110内的多个温度传感器140测量要求热控制的部件的温度。在操作520中，确定所计算的温度值是否小于或等于期望的温度值。

如果所计算的温度值不是小于或等于期望的温度值，则过程500执行操作530，否则过程500重复操作510。在操作530中，基于所计算的温度值来动态调节每个冷却风扇150的旋转速度，以操纵跨越计算系统110内部的气流。

在操作540中，在操作期间测量每个冷却风扇150汲取的电流强度。在一些实施例中，与多个冷却风扇150 1-N相关联的多个电流强度传感器160测量每个冷却风扇150所汲取的电流强度。在操作550中，基于使用计算的温度值、期望的温度值以及包括温度和所汲取电流强度相对于每个冷却风扇150的气流值的查找表，来动态调节每个冷却风扇150的旋转速度以操纵跨越计算系统110内部的气流。

在一些实施例中，动态调节每个冷却风扇150的旋转速度以操纵气流包括：基于使用所计算的温度值、期望的温度值、包括温度和所汲取电流强度相对于每个冷却风扇150的气流值的查找表来动态地调节每个冷却风扇150的旋转速度，以操纵跨越服务器刀片130且经过多个冷却风扇150 1-N汲取的气流。

在这些实施例中，包括温度和所汲取电流强度相对于与每个冷却风扇150相关联的气流值的查找表被存储在存储器240中。在一些实施例中，气流是基于立方英尺每分（CFM），并且所汲取的风扇电流是基于安培。在执行操作550后，过程500被路由回到操作510并且重复操作510-550直到在计算系统110中获得最优气流为止。

计算系统110中的上述冷却风扇控制方法通过使用冷却风扇150 1-N的所汲取电流强度测量来产生均匀且最优的气流。此外，上述方法实现风扇速度的动态调节（例如，上或下）直到最优地重新平衡风扇速度并且获得期望的气流。而且，上述技术由于冷却风扇150 1-N汲取的风扇电流（以安培计）和风扇150 1-N生成的气流（以CFM计）之间的非线性关系而促进计算系统110中的功率的节省。

上面描述的冷却风扇控制设备（CFCD）170提供服务器刀片外壳装置中的中央管理实体，从而使得可以通过当不同气流阻抗的冷却风扇叶片被添加以及从刀片服务器外壳中去除时动态地优化气流来使用高效的冷却风扇电流强度平衡算法。因而，通过自动化气流效率，为所有冷却风扇叶片确保跨越其部件零件的一致的气流，其中不太需要热测试可能性矩阵（matrix）。

要明白，本文讨论的各个实施例可以不是相同的实施例，并且可以被分组到本文未明确公开的各个其他实施例中。另外，要明白，本文公开的各个操作、过程和方法可以体现在与数据处理系统（例如计算机系统）相兼容的机器可读介质和/或机器可访问介质中，并且可以以任何顺序被执行（例如包括使用用于完成各操作的装置）。因而，说明书和附图将被视为说明性而非限制性的意义。

Claims

1.一种用于控制位于计算系统中的多个冷却风扇的冷却风扇控制设备，包括：

温度感测模块，其用于在操作期间使用设置在计算系统内的多个温度传感器来测量该计算系统的内部温度并且用于计算温度值；

功率测量模块，其用于在操作期间测量多个冷却风扇中的每个冷却风扇所汲取的电流强度；以及

驱动模块，其耦合到所述温度感测模块和功率测量模块，以基于所计算的温度值、期望的温度值以及包括温度和所汲取电流强度相对于与每个冷却风扇相关联的气流值的查找表来在操作期间调节所述多个冷却风扇中的每个冷却风扇的旋转速度，以获得跨越计算系统内部的期望气流。

2.权利要求1的冷却风扇控制设备，其中所述气流是基于立方英尺每分的，并且所汲取的电流强度是基于安培的。

3.权利要求1的冷却风扇控制设备，还包括：

用于存储包括温度和所汲取电流强度相对于与每个冷却风扇相关联的气流值的查找表的随机存取存储器设备和只读存储器设备中的至少一个。

4.权利要求3的冷却风扇控制设备，其中所述驱动模块基于所计算的温度值和存储在所述随机存取存储器设备和只读存储器设备中的至少一个中的包括温度和所汲取电流强度相对于以立方英尺每分计的气流值的查找表来调节所述多个冷却风扇的旋转速度，以获得跨越服务器刀片以及经过所述多个冷却风扇的期望气流。

5.权利要求3的冷却风扇控制设备，其中所述驱动模块基于所计算的温度值和冷却风扇电流强度平衡算法来调节所述多个冷却风扇的旋转速度，以获得跨越服务器刀片以及经过所述多个冷却风扇的期望气流，从而满足期望温度值。

6.权利要求5的冷却风扇控制设备，其中所述期望温度值是基于要求热控制的部件的温度的。

7.一种计算系统，包括：

服务器机箱；

设置在所述服务器机箱上的多个服务器刀片；

多个冷却风扇，其设置在所述服务器机箱上，从而使得所述冷却风扇能产生跨越所述多个服务器刀片的气流，其中每个冷却风扇包括冷却风扇叶片；

多个温度传感器，其设置在所述服务器机箱和所述多个服务器刀片上；

与每个冷却风扇相关联的电流强度传感器；以及

冷却风扇控制设备，其通信地耦合到所述多个温度传感器以便控制所述多个冷却风扇和与每个冷却风扇相关联的电流强度传感器，其中该冷却风扇控制设备被设置在所述服务器机箱上，其中该冷却风扇控制设备使用所述多个温度传感器来在操作期间测量跨越所述多个服务器刀片的内部温度并且计算温度值，其中该冷却风扇控制设备使用相关的电流强度传感器来在操作期间测量由所述多个冷却风扇中的每个冷却风扇汲取的电流强度，且其中该冷却风扇控制设备使用包括温度和所汲取电流强度相对于每个冷却风扇的气流值的查找表、基于所计算的温度值和期望的温度值来调节所述多个冷却风扇中的每个冷却风扇的旋转速度，以获得跨越多个服务器刀片以及经过冷却风扇叶片的期望气流。

8.权利要求7的计算系统，其中所述气流是基于立方英尺每分的，并且所汲取的电流强度是基于安培的。

9.权利要求7的计算系统，其中该冷却风扇控制设备包括：

10.权利要求7的计算系统，其中所述冷却风扇控制设备基于所计算的温度值和冷却风扇电流强度平衡算法来调节所述多个冷却风扇的旋转速度，以获得跨越服务器刀片以及经过所述多个冷却风扇的期望气流从而满足期望温度值。

11.权利要求10的计算系统，其中所述期望温度值是基于要求热控制的部件的温度的。

12.权利要求7的计算系统，其中所述冷却风扇控制设备包括：

功率测量模块，其用于在操作期间测量由多个冷却风扇中的每个冷却风扇所汲取的电流强度；以及

13.一种控制计算系统中的多个冷却风扇的方法，包括：

在操作期间测量计算系统内的温度并且计算温度值；

基于计算的温度值来动态调节每个冷却风扇的旋转速度，以操纵跨越计算系统内部的气流；

在操作期间测量每个冷却风扇所汲取的电流强度；以及

基于使用所计算的温度值、期望的温度值以及包括温度和所汲取电流强度相对于每个冷却风扇的气流值的查找表来动态调节每个冷却风扇的旋转速度，以操纵跨越计算系统内部的气流。

14.权利要求13的方法，其中测量计算系统内的温度包括：

使用设置在计算系统内的多个温度传感器来测量要求热控制的部件的温度。

15.权利要求14的方法，其中在操作期间测量每个冷却风扇所汲取的电流强度包括：

使用与所述多个冷却风扇相关联的多个电流强度传感器来在操作期间测量每个冷却风扇所汲取的电流强度。

16.权利要求13的方法，其中该计算系统具有服务器机箱、附连到所述服务器机箱的多个服务器刀片、以及附连到所述服务器机箱的多个冷却风扇。

17.权利要求13的方法，其中动态地调节每个冷却风扇的旋转速度以操纵气流包括：

基于使用所计算的温度值、期望的温度值、包括温度和所汲取电流强度相对于每个冷却风扇的气流值的查找表来动态地调节每个冷却风扇的旋转速度，以操纵跨越服务器刀片和经过所述多个冷却风扇汲取的气流。

18.权利要求13的方法，还包括：

将包括温度和所汲取电流强度相对于与每个冷却风扇相关联的气流值的查找表存储在存储器中。

19.权利要求13的方法，其中所述气流是基于立方英尺每分的，并且所汲取的电流强度是基于安培的。