CN110206747A - 一种基于部件功耗的服务器风扇调控方法和系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于部件功耗的服务器风扇调控方法和系统，该方法包括：根据服务器中待散热部件当前采样时刻的功耗值和上一采样时刻的功耗值，计算得出待散热部件的功耗偏差；判断功耗偏差是否≥10％；如果是，根据功耗偏差控制服务器风扇的转速；如果否，根据待散热部件的温度，利用PID控制法控制服务器风扇的转速。本申请中的系统主要包括：功耗偏差计算模块、判断模块、功耗控制模块和PID控制模块。通过本申请，能够避免风扇转速过冲以及部件温度过冲的现象，有利于提高风扇转速控制的稳定性以及减少服务器所产生的噪音，提高用户体验。

Description

一种基于部件功耗的服务器风扇调控方法和系统

技术领域

本申请涉及服务器散热技术领域，特别是涉及一种基于部件功耗的服务器风扇调控方法和系统。

背景技术

随着云计算和大数据等服务器新技术的发展，用于对数据存储的带宽和容量要求越来越高，处理器的运算速度和运算量也越来越大，从而导致CPU等元器件的温度不断升高，如何对风扇进行调控，从而实现对服务器中的元器件进行散热，是个重要的问题。

目前对服务器风扇的调控方法，通常是采用PID(Proportional IntegralDerivative,比例积分-微分控制)算法计算相应的输出转速。根据CPU的温度，利用 PID算法计算该温度所对应的风扇转速，从而使得各元器件的温度控制在要求的范围内。

然而，目前对服务器风扇的调控方法中采用PID算法时，在部件温度急剧升高的过程中，通常会出现温度过冲的现象，甚至出现器件温度超spec现象，从而使得整个调节过程中风扇转速忽高忽低剧烈波动，进而造成服务器系统内气流的剧烈波动，产生较大的噪音，不利于服务器的稳定性，而且用户体检较差。

发明内容

本申请提供了一种基于部件功耗的服务器风扇调控方法和系统，以解决现有技术中对服务器风扇的调控导致服务器稳定性较差，以及用户体验较差的问题。

为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：

一种基于部件功耗的服务器风扇调控方法，所述方法包括：

根据服务器中待散热部件当前采样时刻的功耗值和上一采样时刻的功耗值，计算得出所述待散热部件的功耗偏差；

判断所述功耗偏差是否≥10％；

如果是，根据所述功耗偏差控制服务器风扇的转速；

如果否，根据待散热部件的温度，利用PID控制法控制服务器风扇的转速。

可选地，根据所述功耗偏差控制服务器风扇的转速的方法，包括：

根据所述功耗偏差和待散热部件的系统温差，利用公式计算得出待散热部件的系统风量偏差，其中，P为待散热部件当前采样时刻的功耗值，Δt为系统温差，Q为待散热部件的系统风量；

根据所述系统风量偏差、风扇数量以及单个风扇的最大风量，利用公式Δduty＝计算得出服务器风扇duty的变化量，其中，Δduty为风扇duty的变化量，ΔQ为系统风量偏差，N为风扇数量，Q_max为单个风扇的最大风量。

可选地，根据待散热部件的温度，利用PID控制法控制服务器风扇的转速的方法，包括：

根据设定的温度控制值，确定温度上限阈值和温度下限阈值，所述温度上限阈值＝温度控制值+2℃，所述温度下限阈值＝温度控制值-2℃；

判断待散热部件当前时刻的温度是否＞温度上限阈值；

如果待散热部件当前时刻的温度＞温度上限阈值，增加风扇转速直到待散热部件的温度范围满足：温度下限阈值≤待散热部件的温度≤温度控制值；

如果待散热部件当前时刻的温度≤温度上限阈值，判断待散热部件当前时刻的温度是否＜温度下限阈值；

如果待散热部件当前时刻的温度＜温度下限阈值，降低风扇转速直到待散热部件的温度范围满足：温度控制值≤待散热部件的温度≤温度上限阈值；

如果待散热部件当前时刻的温度满足：温度下限阈值≤待散热部件的温度≤温度上限阈值，保持当前风扇转速不变。

可选地，所述待散热部件包括：CPU和GPU。

一种基于部件功耗的服务器风扇调控系统，所述系统包括：

功耗偏差计算模块，用于根据服务器中待散热部件当前采样时刻的功耗值和上一采样时刻的功耗值，计算得出所述待散热部件的功耗偏差；

判断模块，用于判断所述功耗偏差是否≥10％；

功耗控制模块，用于当功耗偏差≥10％时，根据所述功耗偏差控制服务器风扇的转速；

PID控制模块，用于当功耗偏差＜10％时，根据待散热部件的温度，利用PID控制法控制服务器风扇的转速。

可选地，所述功耗控制模块包括：

系统风量偏差计算单元，用于根据所述功耗偏差和待散热部件的系统温差，利用公式计算得出待散热部件的系统风量偏差，其中，P为待散热部件当前采样时刻的功耗值，Δt为系统温差，Q为待散热部件的系统风量；

风扇duty变化量计算单元，用于根据所述系统风量偏差、风扇数量以及单个风扇的最大风量，利用公式计算得出服务器风扇duty的变化量，其中，Δduty为风扇duty的变化量，ΔQ为系统风量偏差，N为风扇数量，Q_max为单个风扇的最大风量。

可选地，所述PID控制模块包括：

温度阈值确定单元，用于根据设定的温度控制值，确定温度上限阈值和温度下限阈值，所述温度上限阈值＝温度控制值+2℃，所述温度下限阈值＝温度控制值-2℃；

第一判断单元，用于判断待散热部件当前时刻的温度是否＞温度上限阈值；

调速单元，用于当待散热部件当前时刻的温度＞温度上限阈值时，增加风扇转速直到待散热部件的温度范围满足：温度下限阈值≤待散热部件的温度≤温度控制值；

第二判断单元，用于当待散热部件当前时刻的温度≤温度上限阈值时，判断待散热部件当前时刻的温度是否＜温度下限阈值；

所述调速单元，还用于当待散热部件当前时刻的温度＜温度下限阈值时，降低风扇转速直到待散热部件的温度范围满足：温度控制值≤待散热部件的温度≤温度上限阈值；以及，

当待散热部件当前时刻的温度满足：温度下限阈值≤待散热部件的温度≤温度上限阈值时，保持当前风扇转速不变。

本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本申请提供一种基于部件功耗的服务器风扇调控方法，该方法首先根据服务器中待散热部件当前采样时刻的功耗值和上一采样时刻的功耗值，计算功耗偏差；然后根据功耗偏差是否≥10％，来判断是采用功耗偏差控制服务器风扇转速，还是利用PID算法控制风扇转速。当功耗偏差≥10％时，采用功耗偏差控制服务器转速，否则利用PID算法控制风扇转速。本实施例通过及时获取功耗偏差，并根据功耗偏差的波动采取相应的风扇转速控制方法，相比于现有技术中只采用PID算法控制的方法，本方案对风扇转速的控制更加灵活和有效。尤其当功耗偏差太大以至于超过10％时，采用功耗偏差控制风扇转速，能够根据部件功耗的变化提前对部件进行散热，从而避免风扇转速过冲以及部件温度过冲的现象，有利于提高风扇转速控制的稳定性以及减少服务器所产生的噪音，提高用户体验。

本申请还提供一种基于部件功耗的服务器风扇调控系统，该系统主要包括功耗偏差计算模块、判断模块、功耗控制模块和PID控制模块四部分。通过功耗偏差计算模块获取到待散热部件的功耗偏差，并利用判断模块判断该功耗偏差是否≥10％，当功耗偏差≥10％时，启动功耗控制模块，当功耗偏差＜10％时，启动PID控制模块。本实施例中功耗控制模块的设置，能够在功耗偏差过大时提前修正风扇转速值，从而避免风扇转速过程以及温度过程现象，有利于提高风扇控制的稳定性以及减少服务器所产生的噪音。通过判断模块的判断结果，分别启动不同的风扇控制模块，能够提高风扇控制的及时性和灵活性，避免现有技术中仅采用PID控制所产生的过冲现象，有利于提高风扇控制的准确性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

为了更清楚地说明本申请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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例所提供的一种基于部件功耗的服务器风扇调控方法的流程示意图；

图2为CPU功耗值的增加量与风扇转速的增加量之间的线性关系示意图；

图3为本申请实施例所提供的一种基于部件功耗的服务器风扇调控系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

为了更好地理解本申请，下面结合附图来详细解释本申请的实施方式。

实施例一

参见图1，图1为本申请实施例所提供的一种基于部件功耗的服务器风扇调控方法的流程示意图。由图1可知，本实施例中基于部件功耗的服务器风扇调控方法，主要包括如下步骤：

S1：根据服务器中待散热部件当前采样时刻的功耗值和上一采样时刻的功耗值，计算得出待散热部件的功耗偏差。

S2：判断功耗偏差是否≥10％。

本实施例中的待散热部件包括CPU、GPU(Graphics Processing Unit，图形处理器) 等。由以上步骤S1和S2可知，本实施例主要根据CPU等待散热部件的功耗偏差来确定风扇转速的调控方式。具体以功耗偏差达到10％为分界点，确定采用功耗控制法或者PID 控制法。该功耗偏差分界点的设置，既能够避免较小的功耗偏差即启动功耗控制法，导致风扇转速与散热的不匹配，从而导致资源浪费；还能够避免功率偏差过大时才启动功耗控制法，使得散热不及时，PID控制法导致温度过冲现象，风扇调控稳定性不够高。

继续参见图1可知，如果功耗偏差≥10％，执行步骤S3：根据功耗偏差控制服务器风扇的转速。

具体地，步骤S3又包括如下过程：

S31：根据功耗偏差和待散热部件的系统温差，利用公式计算得出待散热部件的系统风量偏差。

其中，P为待散热部件当前采样时刻的功耗值，Δt为系统温差，Q为待散热部件的系统风量。

发明人经过大量的试验得出，部件功耗值与系统风量以及系统温差之间存在着如下关系式：根据该关系式，假设当前采样时刻的功耗值为P2，当前采样时刻的系统风量为Q2，上一采用时刻的功耗值为P1，上一采样时刻的系统风量为Q1，则当前采样时刻满足：上一采样时刻满足：根据以上关系式①和②，可以得出：其中，ΔP为待散热部件的功耗偏差，ΔQ为待散热部件的系统风量偏差。

根据关系式③可知，当ΔP为10％，Δt为3℃时，计算得出ΔQ约为0.0587，即5.87％。也就是，当功耗偏差达到10％时，系统风量偏差为5.87％。

计算得出系统风量偏差之后，执行步骤S32：根据系统风量偏差、风扇数量以及单个风扇的最大风量，利用公式计算得出服务器风扇duty的变化量。

其中，Δduty为风扇duty的变化量，ΔQ为系统风量偏差，N为风扇数量，Q_max为单个风扇的最大风量。

获取到服务器风扇duty的变化量，即可根据Δduty调节风扇转速，对待散热部件进行散热。

如果功耗偏差＜10％，执行步骤S4：根据待散热部件的温度，利用PID控制法控制服务器风扇的转速。

具体地，步骤S4又包括如下过程：

S41：根据设定的温度控制值，确定温度上限阈值和温度下限阈值，温度上限阈值＝温度控制值+2℃，温度下限阈值＝温度控制值-2℃。

S42：判断待散热部件当前时刻的温度是否＞温度上限阈值。

如果待散热部件当前时刻的温度＞温度上限阈值，执行步骤S43：增加风扇转速直到待散热部件的温度范围满足：温度下限阈值≤待散热部件的温度≤温度控制值。

如果待散热部件当前时刻的温度≤温度上限阈值，执行步骤S44：判断待散热部件当前时刻的温度是否＜温度下限阈值。

如果待散热部件当前时刻的温度＜温度下限阈值，执行步骤S45：降低风扇转速直到待散热部件的温度范围满足：温度控制值≤待散热部件的温度≤温度上限阈值。

如果待散热部件当前时刻的温度满足：温度下限阈值≤待散热部件的温度≤温度上限阈值，执行步骤S46：保持当前风扇转速不变。

由以上步骤S3-S4可知，当部件功耗偏差＜10％时，即：部件功耗没有巨大波动的时候，服务器风扇按照PID算法进行调控，部件温度的小波动会导致风扇转速产生一个比较平稳的波动。当部件功耗偏差≥10％时，以CPU为例，即：当CPU功耗值在规定的采样时间内超过10％的变化时，服务器风扇会在上一采样时刻duty值的基础之上做出一定的duty变化，服务器风扇会产生一个风扇duty的变化量。如果下一采样周期功耗值同样有剧烈的变化，风扇也会产生相应的较大的风扇duty变化量，如果下一刻功耗值变化并没有超过10％，则风扇转速在上一采样时刻的基础上仍然按照常规的PID控制法进行转速调控。

本实施例中当功耗偏差超过10％时，风扇duty的变化量可以通过PTU(Performance Tuning Utility，性能调优工具)加压工具，进行实际加压测试得出。以待散热部件是CPU为例，通过PTU加压工具分别测试出CPU功耗增加10％以上对应的duty变化量，生成一条对应的分段线性关系。本实施例中，CPU功耗值的增加量与风扇转速的增加量之间的线性关系，如图2所示。通过执行步骤S3,功耗值产生剧烈变化时，能够调动风扇一次性补齐所需要的转速，从而也就能够避免或降低风扇的大幅波动，进而能够降低对应风扇的功耗值的剧烈变化，有利于降低服务器的噪音。

综上所述，本申请提出一种基于部件系统功耗，采用两路控制方法交替运行的风扇调控策略，对原有PID算法进行优化，能够根据部件的功耗值变化，进一步修正风扇转速，对风扇转速实现提前预测，能够避免风扇转速以及部件温度的过冲现象。同时，由于功耗偏差超过10％时及时启动功耗控制，在功耗值突然变大的时候，部件温度会在一两分钟内升高，在此期间采用功耗控制，风扇转速会有一个线性的增加，风扇转速的增加会对温度的增长产生抑制作用。而且预估风扇转速提前增加，相对单一PID调控而言，能够减小风扇控制的响应速度，有利于减少响应时间，从而减少风扇以及关键调控器件温度的波动，使其快速趋于稳定。另外，功耗偏差超过10％时及时启动功耗控制，能够从根本上预测即将到来的部件温度变化，有利于避免或减少部件温度的大幅波动，从而从根本上抑制风扇的波动，有利于降低系统内气流的波动，降低系统噪音。

本申请中的方法适用于各种不同款型的处理器，适用范围较广。

实施例二

在图1和图2所示实施例的基础之上参见图3，图3为本申请实施例所提供的一种基于部件功耗的服务器风扇调控系统的结构示意图。由图3可知，本实施例中的系统主要包括：功耗偏差计算模块、判断模块、功耗控制模块和PID控制模块四部分。其中，功耗偏差计算模块，用于根据服务器中待散热部件当前采样时刻的功耗值和上一采样时刻的功耗值，计算得出待散热部件的功耗偏差；判断模块用于判断功耗偏差是否≥10％；功耗控制模块用于当功耗偏差≥10％时，根据功耗偏差控制服务器风扇的转速；PID控制模块用于当功耗偏差＜10％时，根据待散热部件的温度，利用PID控制法控制服务器风扇的转速。

进一步地，功耗控制模块包括：系统风量偏差计算单元和风扇duty变化量计算单元。其中，系统风量偏差计算单元，用于根据功耗偏差和待散热部件的系统温差，利用公式计算得出待散热部件的系统风量偏差，其中，P为待散热部件当前采样时刻的功耗值，Δt为系统温差，Q为待散热部件的系统风量；风扇duty变化量计算单元，用于根据系统风量偏差、风扇数量以及单个风扇的最大风量，利用公式计算得出服务器风扇duty的变化量，其中，Δduty为风扇duty的变化量，ΔQ为系统风量偏差，N为风扇数量，Q_max为单个风扇的最大风量。

PID控制模块包括：温度阈值确定单元、第一判断单元、调速单元和第二判断单元。其中，温度阈值确定单元用于根据设定的温度控制值，确定温度上限阈值和温度下限阈值，温度上限阈值＝温度控制值+2℃，温度下限阈值＝温度控制值-2℃。第一判断单元用于判断待散热部件当前时刻的温度是否＞温度上限阈值。调速单元用于当待散热部件当前时刻的温度＞温度上限阈值时，增加风扇转速直到待散热部件的温度范围满足：温度下限阈值≤待散热部件的温度≤温度控制值。第二判断单元用于当待散热部件当前时刻的温度≤温度上限阈值时，判断待散热部件当前时刻的温度是否＜温度下限阈值。调速单元还用于当待散热部件当前时刻的温度＜温度下限阈值时，降低风扇转速直到待散热部件的温度范围满足：温度控制值≤待散热部件的温度≤温度上限阈值；调试单元还用于当待散热部件当前时刻的温度满足：温度下限阈值≤待散热部件的温度≤温度上限阈值时，保持当前风扇转速不变。

该实施例中基于部件功耗的服务器风扇调控系统的工作原理和工作方法，在图1和图2所示的实施例中已经详细阐述，在此不再赘述。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种基于部件功耗的服务器风扇调控方法，其特征在于，所述方法包括：

根据服务器中待散热部件当前采样时刻的功耗值和上一采样时刻的功耗值，计算得出所述待散热部件的功耗偏差；

判断所述功耗偏差是否≥10％；

如果是，根据所述功耗偏差控制服务器风扇的转速；

如果否，根据待散热部件的温度，利用PID控制法控制服务器风扇的转速。

2.根据权利要求1所述的一种基于部件功耗的服务器风扇调控方法，其特征在于，根据所述功耗偏差控制服务器风扇的转速的方法，包括：

根据所述功耗偏差和待散热部件的系统温差，利用公式计算得出待散热部件的系统风量偏差，其中，P为待散热部件当前采样时刻的功耗值，Δt为系统温差，Q为待散热部件的系统风量；

根据所述系统风量偏差、风扇数量以及单个风扇的最大风量，利用公式计算得出服务器风扇duty的变化量，其中，Δduty为风扇duty的变化量，ΔQ为系统风量偏差，N为风扇数量，Q_max为单个风扇的最大风量。

3.根据权利要求1所述的一种基于部件功耗的服务器风扇调控方法，其特征在于，根据待散热部件的温度，利用PID控制法控制服务器风扇的转速的方法，包括：

根据设定的温度控制值，确定温度上限阈值和温度下限阈值，所述温度上限阈值＝温度控制值+2℃，所述温度下限阈值＝温度控制值-2℃；

判断待散热部件当前时刻的温度是否＞温度上限阈值；

如果待散热部件当前时刻的温度＞温度上限阈值，增加风扇转速直到待散热部件的温度范围满足：温度下限阈值≤待散热部件的温度≤温度控制值；

如果待散热部件当前时刻的温度≤温度上限阈值，判断待散热部件当前时刻的温度是否＜温度下限阈值；

如果待散热部件当前时刻的温度＜温度下限阈值，降低风扇转速直到待散热部件的温度范围满足：温度控制值≤待散热部件的温度≤温度上限阈值；

如果待散热部件当前时刻的温度满足：温度下限阈值≤待散热部件的温度≤温度上限阈值，保持当前风扇转速不变。

4.根据权利要求1所述的一种基于部件功耗的服务器风扇调控方法，其特征在于，所述待散热部件包括：CPU和GPU。

5.一种基于部件功耗的服务器风扇调控系统，其特征在于，所述系统包括：

功耗偏差计算模块，用于根据服务器中待散热部件当前采样时刻的功耗值和上一采样时刻的功耗值，计算得出所述待散热部件的功耗偏差；

判断模块，用于判断所述功耗偏差是否≥10％；

功耗控制模块，用于当功耗偏差≥10％时，根据所述功耗偏差控制服务器风扇的转速；

PID控制模块，用于当功耗偏差＜10％时，根据待散热部件的温度，利用PID控制法控制服务器风扇的转速。

6.根据权利要求5所述的一种基于部件功耗的服务器风扇调控系统，其特征在于，所述功耗控制模块包括：

系统风量偏差计算单元，用于根据所述功耗偏差和待散热部件的系统温差，利用公式计算得出待散热部件的系统风量偏差，其中，P为待散热部件当前采样时刻的功耗值，Δt为系统温差，Q为待散热部件的系统风量；

风扇duty变化量计算单元，用于根据所述系统风量偏差、风扇数量以及单个风扇的最大风量，利用公式计算得出服务器风扇duty的变化量，其中，Δduty为风扇duty的变化量，ΔQ为系统风量偏差，N为风扇数量，Q_max为单个风扇的最大风量。

7.根据权利要求5所述的一种基于部件功耗的服务器风扇调控系统，其特征在于，所述PID控制模块包括：

温度阈值确定单元，用于根据设定的温度控制值，确定温度上限阈值和温度下限阈值，所述温度上限阈值＝温度控制值+2℃，所述温度下限阈值＝温度控制值-2℃；

第一判断单元，用于判断待散热部件当前时刻的温度是否＞温度上限阈值；

调速单元，用于当待散热部件当前时刻的温度＞温度上限阈值时，增加风扇转速直到待散热部件的温度范围满足：温度下限阈值≤待散热部件的温度≤温度控制值；

第二判断单元，用于当待散热部件当前时刻的温度≤温度上限阈值时，判断待散热部件当前时刻的温度是否＜温度下限阈值；

所述调速单元，还用于当待散热部件当前时刻的温度＜温度下限阈值时，降低风扇转速直到待散热部件的温度范围满足：温度控制值≤待散热部件的温度≤温度上限阈值；以及，

当待散热部件当前时刻的温度满足：温度下限阈值≤待散热部件的温度≤温度上限阈值时，保持当前风扇转速不变。