CN105302182A - 一种服务器液冷散热节能控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种服务器液冷散热节能控制系统和方法，包括控制系统、被检测终端设备和连接装置，连接装置通过传输网络将被检测终端设备的反馈信号传输至控制系统，将控制系统发送的控制信号发送至被检测终端设备，连接装置包括多功能数据转换设备和交换机，被检测终端设备包括油机、电源柜、液冷循环散热系统和服务器，液冷循环散热系统包括设在服务器上的散热片。控制系统收集服务器、油机、电源柜和液冷循环散热系统的反馈信息，向其返回控制信息，实现对服务器CPU、内存温度的自主控制，可根据服务器的CPU、内存温度提供冷却液，不会浪费多余的能量，实现节能环保的目的。

Description

一种服务器液冷散热节能控制系统和方法

技术领域

本发明涉及服务器散热技术领域，特别是指一种服务器液冷散热节能控制系统和方法。

背景技术

在计算机信息化和自动化控制大力发展的今天，各行各业的生产和运营均依赖其支撑的计算机系统，也离不开服务器这个基础运行设备载体。数据中心机房运行着大量高速运转的服务器，为保障服务器能7*24小时不间断高效运行，数据中心机房温度需要控制在18～25℃范围内以满足服务器散热要求。现有的服务器为高功率设备，集成密度越来越大，特别是大型刀片服务器的热功率很高，导热不良容易出现局部过热(高温宕机)的情况。空调设备选配不周、冷热通道混杂不清、机柜布置不合理、冷量供给无法满足服务器扩容的需求等因素会造成冷量分配不均，气流组织不合理的现象，引起服务器死机。为解决服务器过热的问题，通常会增大总的冷负荷，从而导致数据中心机房能耗增加，其中空调能耗占数据中心机房能耗的40％左右。另一方面，大量冷量浪费造成能耗利用率低。

传统的风冷系统噪声高，机房环境温度低得不适合维护人员，且不断扩大风冷系统的容量易造成能源浪费。液冷循环散热系统已渐成为服务器散热的主要设施，液冷循环散热系统的散热是在服务器内布置循环冷媒的散热片，并安装在CPU等发热量高的元器件附近，散热片内流过温度较低的循环冷媒，把CPU、内存、硬盘等产生的热量传导出去。液冷循环散热系统可以紧贴热源带走热量，直接散热冷却效果好，冷媒循环利用，不会造成资源浪费以及容易实现热能回收，节能效果非常明显。同时提高了性价比，也能改变机房的恶劣环境。高经济性、高散热效率成为液冷散热的最大优势，更将对能源的利用上升到一个新的层面。但液冷循环散热系统也存在一系列的亟待解决的问题：维护复杂，无法预知设备故障，没有及时的监测和告警会让服务器设备元器件在高热的环境中损坏。管理复杂，对维护人员的要求比较高。随着气候环境变化，需要定期设置冷媒温度和温差，来调整驱动泵的供电频率从而影响控制冷媒温度，如果长期按满足最恶劣的工况设置，不仅造成能源的浪费也使液冷系统长期工作在高负荷状态，易对设备产生损耗，缩短生命周期。液冷循环散热系统不能自动适应服务器负载的变化，维护人员不具备专业的技能对液冷系统调优控制。

发明内容

本发明提出一种服务器液冷散热节能控制系统和方法，解决了现有技术中的液冷循环散热系统无法报警，不能自动调节温度，而且不能自动随着服务器负载的变化进行调试的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种服务器液冷散热节能控制系统，包括控制系统、被检测终端设备和连接装置，连接装置通过传输网络将被检测终端设备的反馈信号传输至控制系统，将控制系统发送的控制信号发送至被检测终端设备，连接装置包括多功能数据转换设备和交换机，被检测终端设备包括油机、电源柜、液冷循环散热系统和服务器，液冷循环散热系统包括设在服务器上的散热片。

进一步的，多功能数据转换设备设有I/O接口和/或串行数据接口，油机、电源柜和液冷循环散热系统设有I/O接口和/或串行数据接口，油机、电源柜和液冷循环散热系统通过I/O接口和/或串行数据接口向多功能数据转换设备发送反馈信号。更进一步的，油机的反馈信号包括油机温度和油量；电源柜的反馈信号包括电源柜温度、电压值和电流值；液冷循环散热系统的反馈信号包括供冷冷媒温度、散热冷媒温度、冷媒流量、供冷冷媒压力、散热冷媒温度和能耗值。

进一步的，服务器通过交换机向控制系统发送反馈信号，反馈信号包括CPU温度、内存温度、运行负荷、CPU效率、机柜温度、风扇转速、功率值和能耗负荷值。

进一步的，控制系统还连接有报警模块。

进一步的，服务器、油机、电源柜和液冷循环散热系统设置在同一房间内，房间内设置有用于测量室内温度、室内湿度、室外温度和室外湿度的传感器，传感器通过多功能数据转换设备或交换机将检测到的数据传输至控制系统。

进一步的，服务器上设有用于备用的IPMI控制系统。

一种服务器液冷散热节能控制方法，包括控制系统、被检测终端设备和连接装置，包括以下步骤：

(1)被检测终端设备采集各自的反馈信号，并将反馈信号发送至连接装置，被检测终端设备包括油机、电源柜、液冷循环散热系统和服务器，油机的反馈信号包括油机温度和油量；电源柜的反馈信号包括电源柜温度、电压值和电流值；液冷循环散热系统的反馈信号包括供冷冷媒温度、散热冷媒温度、冷媒流量、供冷冷媒压力、散热冷媒温度和能耗值；服务器通过交换机向控制系统发送反馈信号，反馈信号包括CPU温度、内存温度、运行负荷、CPU效率、机柜温度、风扇转速、功率值和能耗负荷值；

(2)在被检测终端设备所在的房间内和房间外分别设置温度传感器和湿度传感器，温度传感器和湿度传感器分别将检测到的信息反馈给连接装置；

(3)连接装置将被检测终端设备、温度传感器和湿度传感器发送的反馈信号通过传输网络发送给控制系统；

(4)控制系统根据接收到的反馈信号，建立数据分析模型，判断液冷循环散热系统的供冷量和散热量是否满足服务器的需求，并返回相应的控制信号至连接装置；

(5)连接装置将反馈信号传输至被检测终端设备，液冷循环散热系统根据控制信号确定供冷量和散热量来满足服务器的需求。

进一步的，步骤(4)中控制系统判断液冷循环散热系统的供冷量和散热量是否满足服务器的需求具体包括以下步骤：

(401)控制系统通过IPMI技术，采集服务器的瞬间电流I和瞬间电压U，计算服务器的实时功耗Q＝I*U；

(402)对服务器的实时功耗Q与单位时间T内的加权平均功耗Q′进行对比，若实时功耗Q与加权平均功耗Q′的差值查过额定数值，则矫正实时功耗Q的值；否则进入下一步；

(403)根据液冷循环散热系统的供冷冷媒温度和散热冷媒温度的差值△T和供冷媒流量q，计算出液冷循环散热系统的供冷量Qc＝△T*q*C，其中C为冷媒比热容；

(404)按照Qc＝1.1*Q的标准，控制系统设定一个偏离度额定值，若供冷量Qc和实时功耗Q之间的偏离度超过偏离度额定值，则发送控制信号提高或减少供冷量。更进一步的，步骤(402)中矫正实时功耗的值具体包括以下步骤：

在单位时间T内采集若干个功耗样本，将时间最早的功耗样本去除，将实时功耗Q与剩余的功耗样本进行加权平均，获取矫正后的实时功耗。

本发明的有益效果在于：控制系统收集服务器和液冷循环散热系统的反馈信息，并向其返回控制信息，从而实现对服务器温度的自主控制，可根据服务器的温度提供冷却液，不会浪费多余的能量，实现节能环保的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种服务器液冷散热节能控制系统的原理框图；

图2为本发明一种服务器液冷散热节能控制方法的流程图。

图中，1-控制系统；2-多功能数据转换设备；3-交换机；4-油机；5-电源柜；6-液冷循环散热系统；7-服务器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提出了一种服务器7液冷散热节能控制系统1，包括控制系统1、被检测终端设备和连接装置，控制系统1用于接收被检测终端设备反馈的各项信息，并发送控制信号至被检测终端设备，从而实现智能自动化调节被检测终端设备的温度。连接装置通过传输网络将被检测终端设备的反馈信号传输至控制系统1，将控制系统1发送的控制信号发送至被检测终端设备，连接装置包括多功能数据转换设备2和交换机3，被检测终端设备包括油机4、电源柜5、液冷循环散热系统6和服务器7，液冷循环散热系统6包括设在服务器7上的散热片。控制系统1可采用远程控制服务器7，用于自动控制和调节被检测终端设备的温度和其他信息。

多功能数据转换设备2设有I/O接口和/或串行数据接口，油机4、电源柜5和液冷循环散热系统6设有I/O接口和/或串行数据接口，油机4、电源柜5和液冷循环散热系统6通过I/O接口和/或串行数据接口向多功能数据转换设备2发送反馈信号。多功能数据转换设备2扩大了本发明的适用范围。油机4的反馈信号包括油机4温度和油量；电源柜5的反馈信号包括电源柜5温度、电压值和电流值；液冷循环散热系统6的反馈信号包括供冷冷媒温度、散热冷媒温度、冷媒流量、供冷冷媒压力、散热冷媒温度和能耗值。控制系统1可根据油机4、电源柜5、液冷循环散热系统6的反馈信号，判断他们是否运行在正常工作状态，还可对热源数据和散热数据进行追中分析，调节出最优的工作状态。

服务器7通过交换机3向控制系统1发送反馈信号，反馈信号包括CPU温度、内存温度、运行负荷、CPU效率、机柜温度、风扇转速、功率值和能耗负荷值。控制系统1可根据反馈信号得出服务器7的负载和使用情况，维护人员根据监测结果对业务均衡配置智能迁移，减少高负载高使用率的服务器7的压力，避免对服务器7设备的不均衡过度使用，合并低负载低使用率的服务器7业务，少量业务的服务器7迁移后进行休眠或关机，节省多余设备投入的能耗资源。

控制系统1还连接有报警模块。当服务器7出现控制系统1无法调节的故障或错误时，报警模块会发出蜂鸣报警声或发出闪烁光，用来通知维护工作人员对服务器7进行维修，同时，报警模块还能根据故障显示出具体的故障部位，方便工作人员维护。

服务器7、油机4、电源柜5和液冷循环散热系统6设置在同一房间内，房间内设置有用于测量室内温度、室内湿度、室外温度和室外湿度的传感器，传感器通过多功能数据转换设备2或交换机3将检测到的数据传输至控制系统1。在服务器7附近的环境布置传感器，能够监控服务器7周边环境，从而将环境对服务器7的影响也反馈给控制系统1，使得控制系统1对液冷循环散热系统6的调节更加精确。

服务器7上设有用于备用的IPMI控制系统1。通过IPMI技术，即使在远程服务器7关机或无响应的状态下，仍能监测服务器7的运行参数，包括电流，电压，服务器7CPU负荷/效率，内存利用率，CPU温度等，对非正常工作状态的服务器7进行预警，使运维人员能在第一时间及时排查处理故障。

如图2所示，本发明还提出了一种服务器液冷散热节能控制方法，包括控制系统、被检测终端设备和连接装置，包括以下步骤：

(1)被检测终端设备采集各自的反馈信号，并将反馈信号发送至连接装置，被检测终端设备包括油机、电源柜、液冷循环散热系统和服务器，油机的反馈信号包括油机温度和油量；电源柜的反馈信号包括电源柜温度、电压值和电流值；液冷循环散热系统的反馈信号包括供冷冷媒温度、散热冷媒温度、冷媒流量、供冷冷媒压力、散热冷媒温度和能耗值；服务器通过交换机向控制系统发送反馈信号，反馈信号包括CPU温度、内存温度、运行负荷、CPU效率、机柜温度、风扇转速、功率值和能耗负荷值；

(2)在被检测终端设备所在的房间内和房间外分别设置温度传感器和湿度传感器，温度传感器和湿度传感器分别将检测到的信息反馈给连接装置；

(3)连接装置将被检测终端设备、温度传感器和湿度传感器发送的反馈信号通过传输网络发送给控制系统；

(4)控制系统根据接收到的反馈信号，建立数据分析模型，判断液冷循环散热系统的供冷量和散热量是否满足服务器的需求，并返回相应的控制信号至连接装置；

步骤(4)中控制系统判断液冷循环散热系统的供冷量和散热量是否满足服务器的需求具体包括以下步骤：

(401)控制系统通过IPMI技术，采集服务器的瞬间电流I和瞬间电压U，计算服务器的实时功耗Q＝I*U；

(402)对服务器的实时功耗Q与单位时间T内的加权平均功耗Q′进行对比，若实时功耗Q与加权平均功耗Q′的差值查过额定数值，则矫正实时功耗Q的值；否则进入下一步；

步骤(402)中矫正实时功耗的值具体包括以下步骤：

在单位时间T内采集若干个功耗样本，将时间最早的功耗样本去除，将实时功耗Q与剩余的功耗样本进行加权平均，获取矫正后的实时功耗。

(403)根据液冷循环散热系统的供冷冷媒温度和散热冷媒温度的差值△T和供冷媒流量q，计算出液冷循环散热系统的供冷量Qc＝△T*q*C，其中C为冷媒的比热容；

(404)按照Qc＝1.1*Q的标准，控制系统设定一个偏离度额定值，若供冷量Qc和实时功耗Q之间的偏离度超过偏离度额定值，则发送控制信号提高或减少供冷量。

(5)连接装置将反馈信号传输至被检测终端设备，液冷循环散热系统根据控制信号确定供冷量和散热量来满足服务器的需求。

本发明中，控制系统控制服务器的热源和液冷循环散热系统的冷源，建立冷热能耗平衡模型，根据服务器发热量推算出需要的供冷量，再控制液冷循环散热系统去推动服务器高效散热。通过控制系统监测被检测终端设备，最后根据监测的反馈信号确定控制信号，形成了完整的闭环反馈控制。自动化地实现了资源、能源的动态平衡配置，按需供冷。

本发明建立冷热能耗平衡模型，精准控制冷量，按需供冷，高效节能。

本发明还建立服务器能耗相关性模型，大数据统计计算，分析服务器功耗与CPU负荷/效率、温度、内存利用率的相关性，为服务器能耗计算提供新的手段，不用采购专用的电能计量仪表，节省投资成本。同时也为业务规划部署，服务器扩容提供精准的指导。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种服务器液冷散热节能控制系统，包括控制系统、被检测终端设备和连接装置，其特征在于：所述连接装置通过传输网络将所述被检测终端设备的反馈信号传输至所述控制系统，将所述控制系统发送的控制信号发送至所述被检测终端设备，所述连接装置包括多功能数据转换设备和交换机，所述被检测终端设备包括油机、电源柜、液冷循环散热系统和服务器，所述液冷循环散热系统包括设在所述服务器上的散热片。

2.根据权利要求1所述的一种服务器液冷散热节能控制系统，其特征在于：所述多功能数据转换设备设有I/O接口和/或串行数据接口，所述油机、电源柜和液冷循环散热系统设有I/O接口和/或串行数据接口，所述油机、电源柜和液冷循环散热系统通过所述I/O接口和/或串行数据接口向所述多功能数据转换设备发送反馈信号。

3.根据权利要求2所述的一种服务器液冷散热节能控制系统，其特征在于：所述油机的反馈信号包括油机温度和油量；所述电源柜的反馈信号包括电源柜温度、电压值和电流值；所述液冷循环散热系统的反馈信号包括供冷冷媒温度、散热冷媒温度、冷媒流量、供冷冷媒压力、回水压力和能耗值。

4.根据权利要求1所述的一种服务器液冷散热节能控制系统，其特征在于：所述服务器通过所述交换机向所述控制系统发送反馈信号，所述反馈信号包括CPU温度、内存温度、运行负荷、CPU效率、机柜温度、风扇转速、功率值和能耗负荷值。

5.根据权利要求1所述的一种服务器液冷散热节能控制系统，其特征在于：所述控制系统还连接有报警模块。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种服务器液冷散热节能控制系统，其特征在于：所述服务器所处的房间内设置有用于测量室内温度、室内湿度、室外温度和室外湿度的传感器，所述传感器通过所述多功能数据转换设备或交换机将检测到的数据传输至所述控制系统。

7.根据权利要求1所述的一种服务器液冷散热节能控制系统，其特征在于：所述服务器上设有IPMI通信接口。

8.一种服务器液冷散热节能控制方法，包括控制系统、被检测终端设备和连接装置，其特征在于，包括以下步骤：

(1)所述被检测终端设备采集各自的反馈信号，并将反馈信号发送至所述连接装置，所述被检测终端设备包括油机、电源柜、液冷循环散热系统和服务器，所述油机的反馈信号包括油机温度和油量；所述电源柜的反馈信号包括电源柜温度、电压值和电流值；所述液冷循环散热系统的反馈信号包括供冷冷媒温度、散热冷媒温度、冷媒流量、供冷冷媒压力、散热冷媒温度和能耗值；所述服务器通过所述交换机向所述控制系统发送反馈信号，所述反馈信号包括CPU温度、内存温度、运行负荷、CPU效率、机柜温度、风扇转速、功率值和能耗负荷值；

(2)在所述被检测终端设备所在的房间内和房间外分别设置温度传感器和湿度传感器，所述温度传感器和所述湿度传感器分别将检测到的信息反馈给所述连接装置；

(3)所述连接装置将所述被检测终端设备、温度传感器和湿度传感器发送的反馈信号通过传输网络发送给所述控制系统；

(4)所述控制系统根据接收到的反馈信号，建立数据分析模型，判断所述液冷循环散热系统的供冷量和散热量是否满足所述服务器的需求，并返回相应的控制信号至所述连接装置；

(5)所述连接装置将所述反馈信号传输至所述被检测终端设备，所述液冷循环散热系统根据所述控制信号确定供冷量和散热量来满足所述服务器的需求。

9.根据权利要求8所述的一种服务器液冷散热节能控制方法，其特征在于：步骤(4)中所述控制系统判断液冷循环散热系统的供冷量和散热量是否满足所述服务器的需求具体包括以下步骤：

(401)所述控制系统通过IPMI技术，采集所述服务器的瞬间电流I和瞬间电压U，计算所述服务器的实时功耗Q＝I*U；

(402)对所述服务器的实时功耗Q与单位时间T内的加权平均功耗Q′进行对比，若实时功耗Q与加权平均功耗Q′的差值超过额定数值，则矫正实时功耗Q的值；否则进入下一步；

(403)根据液冷循环散热系统的供冷冷媒温度和散热冷媒温度的差值△T和冷媒流量q，计算出液冷循环散热系统的供冷量Qc＝△T*q*C，其中C为冷媒的比热容；

(404)按照Qc＝1.1*Q的标准，所述控制系统设定一个偏离度额定值，若供冷量Qc和实时功耗Q之间的偏离度超过偏离度额定值，则发送控制信号提高或减少供冷量。

10.根据权利要求9所述的一种服务器液冷散热节能控制方法，其特征在于：步骤(402)中矫正实时功耗的值具体包括以下步骤：

在单位时间T内采集若干个功耗样本，将时间最早的功耗样本去除，将实时功耗Q与剩余的功耗样本进行加权平均，获取矫正后的实时功耗。