CN103984403A - 一种优化rack机柜系统功耗的设计方法 - Google Patents

一种优化rack机柜系统功耗的设计方法 Download PDF

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罗嗣恒
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Abstract

本发明提供一种优化RACK机柜系统功耗的设计方法，属于服务器机柜系统供电与散热领域，本发明提出了通过调节风扇占空比与CPU散热之间的关系，确定二者之间的平衡点，实现对整机柜功耗的优化设计，既能保证机柜内节点的散热需求，又实现机柜系统总功耗最小。

Description

一种优化RACK机柜系统功耗的设计方法
 
技术领域   
    本发明涉及服务器机柜系统供电与散热领域，提出一种优化RACK机柜系统功耗的设计方法。
背景技术
    随着互联网的应用范围不断的扩大，人们工作生活上的许多业务都呈现信息化的发展趋势。对网络服务器的计算性能要求越来越大，各种高密度的机柜服务器系统也相继问世。这类服务器机柜是由许多的计算节点以及相关的管理单元和监控单元构成。在管理单元的调度下，实现对机柜服务器系统所有计算节点的资源调度，实现系统计算能力最大化。但这类高密度机柜服务器系统由于数据处理量十分庞大，其整体的耗电也是十分巨大。
通常的服务器供电是采用一机器配置一电源的供电方式，这种方式供电效率一般较低，且在面对部署密度要求很高的机房，这种供电方式往往会显得捉襟见肘。鉴于这种困境，机柜集中供电方式便得以提出。集中式供电方式是将供电的多台电源模块通过一电源背板模块汇集在一块，以实现冗余供电功能；然后通过电源背板输出端与供电总线相连接，机柜系统中的所有计算节点以及散热子系统均通过供电总线来取电。这种供电方式能够有效的增加机柜的机柜部署密度，同时又能提高整个机柜系统的供电效率，减少能耗。
RACK机柜系统采用集中供电、集中散热的设计方式。集中供电的实现是采用N+N电源模块冗余供电方式来给整个机柜系统供电；集中散热的实现是在机柜的背面部署一道风扇墙，风扇墙通过抽风来给机柜内的计算节点集中散热。
 由于RACK机柜内的节点中，CPU和各种电压转换线路元器件功耗会随工作温度的升高，而大幅增加；为降低节点上CPU和元器件的工作温度，只能通过提高风扇墙的转速方式。但提高风扇墙转速也会增加机柜系统的功耗。
发明内容
为解决上述矛盾，最大限度降低整机柜功耗，本文提出了一种优化RACK机柜系统功耗的设计方法。通过调节RACK机柜风扇墙的风扇PWM信号的占空比，同时用功率计实际抓取整机柜的总功耗，最后找到一个系统功耗与散热的平衡点（即当风扇占空比调整到一个确定值时，系统实测功耗值最低）。既能保证机柜内节点的散热需求，又实现机柜系统总功耗最小。
本发明的具体步骤如下：
1）将在机柜内的节点按照最大化配置要求满配；
2）搭建实验平台；
3）给机柜上电，并对机柜内所有的节点满负荷加压，同时PC通过WEB界面登录到RMC；
4）在RMC的管理界面，对RACK机柜风扇墙上的风扇占空比，在风扇占空比100%的基础上，按照5%的步长逐次递减；
5）每减小5%的风扇占空比，同时观测功率计的读数，直至稳定下来，记录稳定时的功耗值及风扇占空比；
6）按照4）、5）的步骤操作，实测的功耗值会先随占空比的减少功耗值降低，当降低到最低点，功耗值又会上升；
7）记录下：最低功耗值，此时所对应的风扇占空比即为：最终优化后的风扇占空比。
本发明的有益效果是：
    通过确认系统功耗与散热的平衡点，寻找风扇墙最优的风扇占空比，从而实现RACK机柜系统功耗最低，而且保证机柜内节点的散热需求。
附图说明
图1是机柜的主视图；
图2是机柜的后视图；
图3是去掉风扇墙后，机柜内部的结构图；
图4为本文设计方法所搭建的实验平台示意图；
图5是风扇占空比示意图。
具体实施方式
如图1、2、3是RACK机柜的三视图。图1是为机柜的正面：上下两层布署高密度计算节点，中间位置布署有N+N冗余电源框体，交换机；图2为机柜的背面：布署了4层风扇墙，每个风扇墙由9颗风扇组成；图3为去掉风扇墙后，机柜内部的结构：包含计算节点取电的铜排、电源框体背板。
如图4所示，为本文设计方法所搭建的实验平台示意图。
图4中，PC为个人电脑终端，RMC为机柜系统管理单元。其中，PC通过web界面登录到机柜系统管理单元—RMC，来对机柜上风扇墙上的风扇PWM信号占空比进行设置；同时，通过数字功率计实时抓取机柜系统功耗。
如图5所示，横轴表示风扇PWM信号占空比，纵轴表示机柜系统功耗；
节点上电加压后，风扇占空比处于较低水平时，节点上的CPU及功率元器件发热会很大，整机柜功耗处于相对较高的水平；
当风扇占空比Duty由低占空比逐次增加过程中，风扇转速会增加，机柜节点的工作温度会降低，CPU及元器件功耗会降低，整机柜功耗会有所下降；
当风扇占空比超过D0后，风扇转速很高，风扇上的功耗增加，整机柜功耗又会有上升的趋势。
具体的实施过程如下：
1）将在机柜内的节点按照最大化配置要求满配；
2）按照图4的方式搭建实验平台；
3）给机柜上电，并对机柜内所有的节点满负荷加压，同时PC通过WEB界面登录到RMC；
4）在RMC的管理界面，对RACK机柜风扇墙上的风扇占空比，在风扇占空比100%的基础上，按照5%的步长逐次递减；
5）每减小5%的风扇占空比，同时观测功率计的读数，直至稳定下来，记录稳定时的功耗值及风扇占空比；
6）按照4）、5）的步骤操作，实测的功耗值会先随占空比的减少功耗值降低，当降低到最低点，功耗值又会上升；
7）记录下：最低功耗值，此时所对应的风扇占空比即为：最终优化后的风扇占空比。
    这样一来，通过确认系统功耗与散热的平衡点，寻找风扇墙最优的风扇占空比，从而实现RACK机柜系统功耗最低。

Claims (3)

1.一种优化RACK机柜系统功耗的设计方法，其特征在于通过调节RACK机柜风扇墙的风扇PWM信号的占空比，同时用功率计实际抓取整机柜的总功耗，最后找到一个系统功耗与散热的平衡点（即当风扇占空比调整到一个确定值时，系统实测功耗值最低）。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于
     具体步骤如下：
     1）将在机柜内的节点按照最大化配置要求满配；
     2）搭建实验平台；
     3）给机柜上电，并对机柜内所有的节点满负荷加压，同时PC通过WEB界面登录到RMC；
     4）在RMC的管理界面，对RACK机柜风扇墙上的风扇占空比，在风扇占空比100%的基础上，按照5%的步长逐次递减；
     5）每减小5%的风扇占空比，同时观测功率计的读数，直至稳定下来，记录稳定时的功耗值及风扇占空比；
     6）按照4）、5）的步骤操作，实测的功耗值会先随占空比的减少功耗值降低，当降低到最低点，功耗值又会上升；
     7）记录下：最低功耗值，此时所对应的风扇占空比即为：最终优化后的风扇占空比。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于电脑终端通过web界面登录到机柜系统管理单元—RMC，来对机柜上风扇墙上的风扇PWM信号占空比进行设置；同时，通过数字功率计实时抓取机柜系统功耗。
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