CN111061356A - 电源管理系统及电源管理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种电源管理系统及电源管理方法。电源管理系统包括主机管理器以及至少一服务器。服务器与主机管理器通信。服务器包括至少一处理器、至少一稳压器以及稳压控制器。稳压器提供实际功率至对应的处理器。稳压控制器调整稳压器所提供的实际功率。主机管理器控制服务器中的稳压控制器，并利用稳压控制器调整稳压器所提供的实际功率来管理处理器的电源。

Description

电源管理系统及电源管理方法
技术领域
本发明涉及一种电子装置的电源管理技术，且特别涉及一种利用稳压控制器调整实际功率来管理处理器电源的电源管理系统及电源管理方法。
背景技术
电源管理对于具备处理器(如，中央处理器、图像处理器等)的电子装置(例如，个人计算机、笔记型计算机、服务器等)是相当重要的功能，尤其是对于具备众多服务器的数据中心来说，电源管理所能节省的经费更为可观。各种处理器在设计时皆有定义其自身的热设计功率(Thermal Design Power；TDP)以及工作频率的上限阈值。以中央处理器为例，为了进行自动化电源管理，中央处理器在电子装置运作时可依据自身的工作负荷而利用动态电压调整(dynamic voltage scaling；DVS)来调整中央处理器的工作频率及工作电压，从而降低功耗。
目前的电源管理通常仅能在中央处理器的工作负荷较低时通过降低工作频率和/或功率来降低电源消耗。当中央处理器的工作负荷较高时，由于中央处理器具备功率上限及工作频率上限的缘故，因此仅能使中央处理器依据这些上限进行全速运转，而无其他的电源管理途径来解决工作负荷较高的问题。换句话说，在部分情况中，有可能需要让服务器在短时间内提高其工作负荷，但并非常态的情形下，目前的解决方式仅能额外增购服务器来平均工作负载，而不能以现有的服务器短暂地提升其效率的上限的方式来解决。
发明内容
本发明提供一种电源管理系统及电源管理方法，可同时对多台运行中的服务器设定与调整其内部的处理器实际功率，以即时性地对服务器的整体功耗进行提升或限制。
本发明的电源管理系统包括主机管理器以及服务器。服务器与所述主机管理器通信。服务器包括处理器、稳压器以及稳压控制器。所述稳压器耦接至对应的所述处理器以提供实际功率至对应的所述处理器。稳压控制器耦接至所述稳压器，其用以调整所述稳压器所提供的所述实际功率。主机管理器控制所述服务器中的所述稳压控制器，并利用所述稳压控制器调整所述稳压器所提供的所述实际功率来管理所述处理器的电源。
本发明的电源管理方法适用于主机管理器。主机管理器位于包括服务器的电源管理系统中。所述电源管理方法包括下列步骤：测量所述服务器中的多个参数，以监控所述服务器，其中所述服务器包括处理器、稳压器以及稳压控制器；以及，控制所述稳压控制器，并利用所述稳压控制器调整所述稳压器所提供的实际功率来管理所述处理器的电源。
基于上述，本发明实施例的电源管理系统中的主机管理器利用各个服务器中的稳压控制器来调整各处理器的实际功率，从而管理处理器的电源，让处理器的功率可以适度地超出自身的热设计功率的上限或是降低处理器的功率已降低整体功耗。例如，可利用稳压控制器的过电回报方式降低处理器的实际功率，或利用稳压控制器的低电回报方式适度地提升处理器的实际功率。藉此，电源管理系统中的主机管理器可同时对多台运行中的服务器设定与调整其内部的处理器实际功率，以即时性地对服务器的整体功耗进行提升或限制。此外，经设定且正在运行中的服务器不需要通过重开机等电力循环便可达到本实施例的电源管理，可节省处理时间。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1是依照本发明一实施例的一种电源管理系统的方块图。
图2是依照本发明一实施例的一种电源管理方法的流程图。
图3与图4分别是图1中服务器120-1为效能提升模式且图1中服务器120-2为功率节约模式时的总功率/工作频率的示意图。
【符号说明】
100：电源管理系统
110：主机管理器
120-1、120-2：服务器
130-1、132-1、130-2、132-2：处理器
130-1、132-1、130-2、132-2：稳压器
150-1、150-2：稳压控制器
160-1、160-2：基板管理控制器
170-1、170-2：传感器
S210～S250：步骤
310、320、330、410、420、430、440：线
具体实施方式
图1是依照本发明一实施例的一种电源管理系统100的方块图。电源管理系统100包括主机管理器110以及至少一个服务器(在此以服务器120-1与120-2作为举例)。本实施例的电源管理系统100可适用于具备大量服务器的数据中心。主机管理器110可以是用来管理这些服务器的特定主机服务器，或是这些服务器中的其中之一。
在此说明服务器120-1的内部结构。服务器120-1主要包括至少一个处理器(如，处理器130-1与132-1)、与每个处理器相对应的稳压器(如，稳压器140-1、142-1)以及稳压控制器150-1。本实施例中的处理器是以中央处理器(CPU)作为举例，应用本实施例者可依其需求来调整处理器的类型，例如，可用图形处理器(GPU)或其他类型的微处理器来作为本发明实施例所述的处理器。稳压器140-1与142-1分别耦接至对应的处理器230-1与132-1。稳压器140-1与142-1分别提供实际功率至对应的处理器140-1与142-1。稳压控制器150-1耦接至各个稳压器(如，位于服务器120-1中的稳压器14-10与142-1)，其用以调整稳压器140-1、142-1所提供制各个处理器130-1、132-1的实际功率。
服务器120-1还包括基板管理控制器160-1。服务器120-1中的基板管理控制器160-1可通过网络或其他方式以与主机管理器110通信。服务器120-1还包括多种类型的传感器170-1，其耦接至基板管理控制器160-1。传感器170用来测量服务器120-1中的多个参数(如，各个处理器的温度、功耗、工作电压及工作电流…等)。基板管理控制器160-1将传感器170-1测量的参数传输至主机管理器110，以使主机管理器110监控服务器120-1。
服务器120-2具备与服务器120-1相似的内部结构。亦即，服务器120-2包括处理器130-2、132-2、稳压器140-2、142-2、稳压控制器150-2、基板管理控制器160-2以及传感器170-2。
本发明实施例并不限制在单个服务器中的处理器、与其对应的稳压器以及稳压控制器的数量。例如，应用本实施例者可依其需求在服务器中仅具备单个处理器及对应的单个稳压器，也可在服务器中设置2个、4个甚至16个处理器及对应数量的稳压器。稳压控制器的数量也将会因为其可同时控制的稳压器的数量而会相应地调整。
一般来说，位于服务器120-1中的稳压控制器150-1是为了要让每个处理器130-1、132-1获得在适当的功率，此功率的数值尽量不超出每个处理器130-1、132-1出厂时所设定的额定功率上限(亦即，热设计功率(TDP))。在此假设处理器130-1、132-1的额定功率上限为100W。然而，由于稳压器140-1、142-1的用料、供电负载…等情况，可能导致稳压器140-1、142-1输出已超过100W的功率(如，105W)给处理器130-1、132-1。此时，稳压控制器150-1便需要调整稳压器140-1、142-1的输出并使其降低为100W以满足处理器130-1、132-1的需求。处理器130-1、132-1则依据自身的工作负荷来自行调整工作频率跟功耗，从而进行自身的电源管理，但处理器130-1、132-1无法提高自身的功耗上限。
从上述可知，稳压控制器150-1事实上可适度地调升或调降稳压器140-1、142-1的输出功率，也就是说，每个处理器所获得的实际功耗可以不等于处理器在出厂时设定的额定功耗。因此，本发明实施例便利用“稳压控制器150-1可调整稳压器140-1、142-1的输出功率”来作为电源管理系统100进行各个处理器(如，处理器130-1、132-1、130-2、132-2)的电源管理。如此一来，虽然各个处理器具备自身的额定功率上限，但本实施例可适度地调升各个处理器的实际功率以大于其额定功率上限，从而使其暂时地获得较高的工作效率，以应付暂时性需要让服务器获得较高工作负荷的情形，以高耗电方式来降低服务器过载的可能性(如，游戏厂商在游戏刚启动时将会涌入大量人潮，或是在特定期间将会预期性地有大量使用者涌入；在开放热门的票据进行网络订购时，将预期服务器的工作负荷将增加…等)。
本实施例中，实际功率的最大值是可以是各处理器的所述额定功率上限的105％；换句话说，本实施例可将额定功率上限再提升5％以适度地调整各处理器的实际功率，并在控制条件中设置回复时间已将处理器的实际功率调回原有的额定功率上限，以避免处理器因实际功率过高且运作时间过长而损毁。相对地，本实施例并无限制将各处理器的实际功率向下调整的范围，因为当处理器的实际功率低于额定功率上限时，处理器较少有损毁的情况发生。
另一方面，本实施例也可调降各个处理器的实际功率以小于其额定功率上限，从而降低电力消耗(如，在高电费时段限制服务器的功耗；在主电源临时断电或短期缺电而采用备用电源作为供电来源时，临时性地限制服务器的功耗，以延长备用电源…等)。
因此，本实施例的主机管理器110可依据使用者设定的多个控制条件来判断是否需要将服务器设定为效能提升模式(亦即，增加处理器的实际功率至大于额定功率上限)或是功率节约模式(亦即，降低处理器的实际功率至小于额定功率上限)。本实施例中的控制条件以及与这些控制条件相对应的服务器变化可以是由使用者或管理者直接依据其需求进行设定。如此一来，在特殊情况发生时(如，判断控制条件已发生或触发)，能让管理者直接使用与已发生或触发的此控制条件相对应、由管理者预定义的服务器变化控制信息来调整服务器120-1、120-2。详细来说，管理者可对主机管理器110设定多个控制条件(如，条件1、条件2及条件3)以及当这些条件发生时想要进行的预定义的服务器变化控制信息(变化1、变化2及变化3)。当条件1至条件3其中之一发生时，主机管理器110会在发生的条件(如，条件1)发生时通知管理者，让管理者有能力及权力从预定义的服务器变化控制信息(如，变化1、变化2及变化3)选择其中之一来让服务器120-1、120-2进行相应的变化。主机管理器110也可直接在条件1、条件2及条件3的其中之一发生时，立即性地选择相对应的变化1、变化2及变化3来控制服务器120-1、120-2。另一方面，主机管理器110也可依据由基板管理控制器160-1、160-2所传输的、对应的服务器120-1、120-2的参数来得知各个服务器120-1、120-2的情况(如，工作负载、供电情形…等)，从而判断是否将服务器设定为效能提升模式或是功率节约模式，以让主机管理器110对服务器120-1、120-2进行自动化电源管理。
例如，使用者可在主机管理器110中预先设定多个第一控制条件，当主机管理器110判断这些第一控制条件的其中之一发生或触发时，便将服务器120-1、120-2设定为效能提升模式。使用者也可在主机管理器110中预先设定多个第二控制条件，当主机管理器110判断这些第二控制条件的其中之一发生或触发时，便将服务器120-1、120-2设定为功率节约模式。甚至，当主机管理器110判断已触发的第一控制条件或已触发的第二控制条件已完成或已消除时，主机管理器110还可控制稳压控制器160-1、160-2以让各个稳压器140-1、142-1、140-2、142-2提供额定功率至各个处理130-1、132-1、130-2、132-2。此外，经设定且正在运行中的服务器120-1、120-2不需要通过重开机等电力循环(power cycle)便可达到本实施例的电源管理，可节省处理时间。
图2是依照本发明一实施例的一种电源管理方法的流程图。此电源管理方法适用于图1的主机管理器110，且主机管理器110位于包括服务器120-1、120-2的电源管理系统100中。请同时参照图1及图2，在步骤S210中，主机管理器110利用各服务器120-1、120-2上的传感器170-1、170-2测量服务器120-1、120-2中的多个参数，以监控服务器120-1、120-2。
在步骤S220中，主机管理器110判断多个第一控制条件以及多个第二控制条件是否发生或触发。如上述描述可知，使用者或维护人员可在主机管理器110预先设定多个第一控制条件与多个第二控制条件。
当多个第一控制条件以及多个第二控制条件的其中之一已发生或触发时，便从步骤S220进入步骤S230，主机管理器110控制120-1、120-2服务器中对应的稳压控制器150-1、150-2，并利用稳压控制器150-1、150-2调整稳压器140-1、142-1、140-2、142-2所提供的实际功率来管理处理器130-1、132-1、130-2、132-2的电源。详细来说，主机管理器110依据控制条件的类型(第一控制条线或第二控制条件)得知服务器是效能提升模式或功率节约模式，并将相对应模式的控制指令分别传输给基板管理控制器160-1、160-2。基板管理控制器160-1、160-2便依据所述控制指令以分别调整稳压器140-1、142-1、140-2、142-2所提供的实际功率。
步骤S230可拆分成多个细部步骤S232、S234以及S236，在此逐一说明。在步骤S232中，主机管理器110利用预先设定的多个第一控制条件与多个第二控制条件以判断服务器120-1、120-2是否为效能提升模式或是功率节约模式。在此假设服务器120-1经判断为效能提升模式，而服务器120-1经判断为功率节约模式。
当主机管理器110判断服务器120-1为效能提升模式时，从步骤S232进入步骤S234，主机管理器110控制稳压控制器160-1以使其利用低电回报(under reporting)方式以让稳压器140-1、142-1提供高于对应的处理器130-1、132-1的额定功率上限(如，120W)的实际功率(如，135W)至处理器130-1、132-1。藉此，处理器130-1、132-1的工作频率能高于原有的预设效能。虽然提供高于额定功率上限的实际功率给处理器130-1、132-1将导致电源功耗的提升，但也同时让处理器130-1、132-1具备更高的效能，在特定情况下将不需另外增添备用的服务器。
另一方面，当主机管理器110判断服务器120-1为功率节约模式时，从步骤S232进入步骤S236，主机管理器110控制稳压控制器160-2以使其利用过电回报(power-overreporting)以让稳压器140-2、142-2提供低于对应的处理器130-2、132-2的额定功率上限(如，120W)的实际功率(如，110W)至处理器130-2、132-2。藉此，便可达到节省功耗的效果。换句话说，主机管理器110藉由稳压控制器160-2直接地降低服务器120-2的处理器130-2、132-2的实际功率，从而让服务器120-2的整体功耗直接地向下调整。
在步骤S240中，在服务器120-1、120-2为效能提升模式或功率节约模式时，主机管理器110判断已触发的第一控制条件或已触发的第二控制条件是否已完成或已消除。当已触发的第一控制条件或已触发的第二控制条件并未完成或消除时，主机管理器110将会持续地将服务器120-1、120-2维持在效能提升模式或功率节约模式中，并持续地以步骤S240进行判断。相对地，当已触发的第一控制条件或已触发的第二控制条件已完成或已消除时，便从步骤S240进入步骤S250，主机管理器110控制稳压控制器160-1、160-2以让对应的稳压器140-1、142-1、140-2、142-2分别提供额定功率上限(即，120W)至处理器130-1、132-1、130-2、132-2。
图3与图4分别是服务器120-1为效能提升模式且服务器120-2为功率节约模式时的总功率及工作频率的示意图。图3的横轴表示时间，图3的纵轴表示功率。如图3所示，线310表示服务器120-1中的处理器130-1自我测量到的功耗，线310亦表示服务器120-2中的处理器130-2自我测量到的功耗，可从图3得知线310皆为125W。在此从服务器120-1与服务器120-2的外部进行总功率的测量，从而得知线320为效能提升模式下服务器120-1的总功耗，且线330为功率节约模式下服务器120-2的总功耗。从图3可轻易看出，效能提升模式下服务器120-1的总功耗皆大于功率节约模式下服务器120-2的总功耗。
图4的横轴表示时间，图4的纵轴表示处理器的工作频率。如图4所示，线410表示效能提升模式下服务器120-1的处理器130-1的工作频率；线420表示效能提升模式下服务器120-1的处理器132-1的工作频率；线430表示功率节约模式下服务器120-2的处理器130-2的工作频率；线440表示功率节约模式下服务器120-2的处理器132-2的工作频率。从图3与图4中可看出，服务器120-1的处理器130-1与132-1虽然具备较高功耗，但亦具备较高工作频率以可承载较高的工作负荷；服务器120-2的处理器130-2与132-2具备较低功耗，亦具备较低的工作频率以省电。
综上所述，本发明本发明实施例的电源管理系统中的主机管理器利用各个服务器中的稳压控制器来调整各处理器的实际功率，从而管理处理器的电源，让处理器的功率可以适度地超出自身的热设计功率的上限或是降低处理器的功率已降低整体功耗。例如，可利用稳压控制器的过电回报方式降低处理器的实际功率，或利用稳压控制器的低电回报方式适度地提升处理器的实际功率。藉此，电源管理系统中的主机管理器可同时对多台运行中的服务器设定与调整其内部的处理器实际功率，以即时性地对服务器的整体功耗进行提升或限制。此外，经设定且正在运行中的服务器不需要通过重开机等电力循环便可达到本实施例的电源管理，可节省处理时间。
虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视所附权利要求书界定范围为准。

Claims (11)

1.一种电源管理系统，包括：
主机管理器；以及
服务器，与所述主机管理器通信，
其中所述服务器包括：
处理器；
稳压器，耦接至对应的所述处理器以提供实际功率至对应的所述处理器；以及
稳压控制器，耦接至所述稳压器，用以调整所述稳压器所提供的所述实际功率，
其中，所述主机管理器控制所述服务器中的所述稳压控制器，并利用所述稳压控制器调整所述稳压器所提供的所述实际功率来管理所述处理器的电源。
2.如权利要求1项所述的电源管理系统，其中所述服务器还包括：
基板管理控制器，通过网络以与所述主机管理器通信，
其中所述主机管理器传输控制指令给所述基板管理控制器，所述基板管理控制器依据所述控制指令调整所述稳压器所提供的所述实际功率。
3.如权利要求2项所述的电源管理系统，其中所述服务器还包括：
多个传感器，耦接至所述基板管理控制器，所述传感器测量所述服务器中的多个参数，
其中所述基板管理控制器将所述传感器测量的所述参数传输至所述主机管理器，以使所述主机管理器监控所述服务器。
4.如权利要求1项所述的电源管理系统，其中所述主机管理器预先设定多个第一控制条件以判断所述服务器是否为效能提升模式，
在响应所述主机管理器判断所述服务器为所述效能提升模式时，所述主机管理器控制所述稳压控制器以使其利用低电回报(under reporting)方式以让所述稳压器提供高于对应的所述处理器的额定功率上限的所述实际功率至所述处理器。
5.如权利要求4项所述的电源管理系统，其中所述实际功率的最大值是所述处理器的所述额定功率上限的105％。
6.如权利要求4项所述的电源管理系统，其中所述主机管理器还预先设定多个第二控制条件以判断所述服务器是否为功率节约模式，
在响应所述主机管理器判断所述服务器为所述功率节约模式时，所述主机管理器控制所述稳压控制器以使其利用过电回报(power-over reporting)方式以让所述稳压器提供低于对应的所述处理器的所述额定功率上限的所述实际功率给至所述处理器。
7.如权利要求6项所述的电源管理系统，其中在所述服务器为所述效能提升模式或所述功率节约模式时，所述主机管理器判断已触发的所述第一控制条件或已触发的所述第二控制条件是否已完成或已消除，
在响应所述主机管理器判断已触发的所述第一控制条件或已触发的所述第二控制条件已完成或已消除时，所述主机管理器控制所述稳压控制器以让所述稳压器提供所述额定功率上限至所述处理器。
8.一种电源管理方法，适用于主机管理器，所述主机管理器位于包括服务器的电源管理系统中，所述电源管理方法包括：
测量所述服务器中的多个参数，以监控所述服务器，其中所述服务器包括处理器、稳压器以及稳压控制器；以及
控制所述稳压控制器，并利用所述稳压控制器调整所述稳压器所提供的实际功率来管理所述处理器的电源。
9.如权利要求8项所述的电源管理方法，还包括：
预先设定多个第一控制条件以判断所述服务器是否为效能提升模式；以及
在响应将所述服务器判断为所述效能提升模式时，控制所述稳压控制器以使其利用低电回报方式让所述稳压器提供高于对应的所述处理器的额定功率上限的所述实际功率至所述处理器。
10.如权利要求9项所述的电源管理方法，还包括：
预先设定多个第二控制条件以判断所述服务器是否位于功率节约模式；以及
在响应将所述服务器判断为所述功率节约模式时，控制所述稳压控制器以使其利用过电回报方式让所述稳压器提供低于对应的所述处理器的所述额定功率上限的所述实际功率给至所述处理器。
11.如权利要求10项所述的电源管理方法，还包括：
在所述服务器为所述效能提升模式或所述功率节约模式时，已触发的所述第一控制条件或已触发的所述第二控制条件是否已完成或已消除；以及
在响应所述主机管理器判断已触发的所述第一控制条件或已触发的所述第二控制条件已完成或已消除时，控制所述稳压控制器以使其让所述稳压器提供所述额定功率上限至所述处理器。
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