CN112463529B - 一种固态存储器的温度控制方法、装置及相关组件 - Google Patents

一种固态存储器的温度控制方法、装置及相关组件 Download PDF

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CN112463529B CN202011314613.4A CN202011314613A CN112463529B CN 112463529 B CN112463529 B CN 112463529B CN 202011314613 A CN202011314613 A CN 202011314613A CN 112463529 B CN112463529 B CN 112463529B
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Abstract

本申请公开了一种固态存储器的温度控制方法，应用于固态存储器内部的控制器，该温度控制方法包括：获取固态存储器中多个电子元器件的当前温度，根据所有当前温度得到综合温度；确定综合温度所处的当前温控区间；当当前温控区间满足功耗管理条件，根据当前温控区间执行功耗管理操作，以使固态存储器的当前温度下降至安全温控区间内。本申请温度控制响应快，波动小，为固态存储器在极端工况或外部散热失效的情况下提供了安全运行的保障。本申请还公开了一种固态存储器的温度控制装置、电子设备及计算机可读存储介质，具有以上有益效果。

Description

一种固态存储器的温度控制方法、装置及相关组件
技术领域
本申请涉及固态存储器领域，特别涉及一种固态存储器的温度控制方法、装置及相关组件。
背景技术
存储设备，作为数据存储的媒介，是计算机系统中至关重要的组成部分，在信息爆炸的大数据时代，对存储设备的容量、读写速度、可靠性等提出了更高的要求，SSD具有的读写性能快、容量大、抗震防摔、体积小巧等优势，正在成为存储界的主流设备。由于SSD需要在很短的时间内采用最先进的技术以实现极高的集成密度，因此其单位面积上的发热量通常较大，需要必要的主动散热手段及温控策略来保证SSD在安全的温度区间工作。
电子元器件均有其安全工作的温度区间，当温度高到一定程度时，电子元器件的工作寿命会迅速下降，当温度超过某一阈值时，电子元器件会永久损坏，因此保证SSD在正常的温度下工作十分重要。一般情况下，布置在机房中服务器上的SSD均被配备了多种主动散热手段，包括风扇、空调、热管等主动散热技术，辅以导热翅片等优化结构的被动散热技术。然而总存在极端的情况使得外部散热无法达到要求，且不同电子元器件的安全温度阈值也不尽相同，因此无法确定温度控制点。
因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种固态存储器的温度控制方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质，温度控制响应快，波动小，为固态存储器在极端工况或外部散热失效的情况下提供了安全运行的保障。
为解决上述技术问题，本申请提供了一种固态存储器的温度控制方法，应用于固态存储器内部的控制器，该温度控制方法包括：
获取固态存储器中多个电子元器件的当前温度，根据所有所述当前温度得到综合温度；
确定所述综合温度所处的当前温控区间；
当所述当前温控区间满足功耗管理条件，根据所述当前温控区间执行功耗管理操作，以使所述固态存储器的当前温度下降至安全温控区间内。
优选的，多个所述电子元器件包括CPU、NAND、board及ASIC中的任意多个。
优选的，所述根据所有所述当前温度得到综合温度的过程具体包括：
计算每个所述电子元器件对应的临界温度减去其当前温度的差值，将所有所述差值中的最小值确定为目标差值；
将预设温度阈值减去所述目标差值的差值作为综合温度。
优选的，所述当所述当前温控区间满足功耗管理条件，根据所述当前温控区间执行功耗管理操作的过程具体包括：
当所述综合温度大于第一预设温度且小于第二预设温度，按预设周期采集并记录所述固态存储器的综合温度及实际功耗，并计算所有所述实际功耗的平均功耗；
当所述综合温度大于或等于所述第二预设温度且小于第三预设温度，通过调整FPMPA值将所述固态存储器的实际功耗调整至第一目标功耗；
当所述综合温度大于或等于所述第三预设温度且小于第四预设温度，通过调整FPMPA值将所述固态存储器的实际功耗调整至第二目标功耗；
当所述综合温度大于或等于所述第四预设温度，暂停IO操作；
其中，w1＝nw，w2＝mw，w1为所述第一目标功耗，w2为所述第二目标功耗，w为所述平均功耗，m，n均为系数，且m＞n。
优选的，所述通过调整FPMPA值将所述固态存储器的实际功耗调整至第一目标功耗的过程具体为：
通过PID控制器调整FPMPA值将所述固态存储器的实际功耗调整至第一目标功耗；
相应的，所述通过调整FPMPA值将所述固态存储器的实际功耗调整至第二目标功耗的过程具体包括：
通过PID控制器调整FPMPA值将所述固态存储器的实际功耗调整至第二目标功耗。
优选的，该温度控制方法还包括：
通过主机端调整当前功耗等级，每一所述功耗等级对应一个FPMPA最大值。
优选的，所述第一目标功耗与所述第二目标功耗均小于或等于所述FPMPA最大值对应的功耗。
为解决上述技术问题，本申请还提供了一种固态存储器的温度控制装置，应用于固态存储器内部的控制器，该温度控制装置包括：
采样模块，用于获取固态存储器中多个电子元器件的当前温度，根据所有所述当前温度得到综合温度；
运算模块，用于确定所述综合温度所处的当前温控区间；
控制模块，用于当所述当前温控区间满足功耗管理条件，根据所述当前温控区间执行功耗管理操作，以使所述固态存储器的当前温度下降至安全温控区间内。
为解决上述技术问题，本申请还提供了一种电子设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上文任意一项所述的固态存储器的温度控制方法的步骤。
为解决上述技术问题，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上文任意一项所述的固态存储器的温度控制方法的步骤。
本申请提供了一种固态存储器的温度控制方法，首先根据固态存储器中多个电气元器件的当前温度得到综合温度，后续根据综合温度判断是否需要进行功耗管理即可，不需要再对不同的电子元器件分别设置温度控制点进行分析，便于后续进行数据处理，提高效率，根据综合温度所处的当前温控区间执行对应的功耗管理操作，通过降低固态存储器的功耗达到降低温度的目的，使固态存储器在安全的温控区间内工作，且本申请是通过固态存储器内部的控制器实现温度控制的，温度控制响应快，波动小，为固态存储器在极端工况或外部散热失效的情况下提供了安全运行的保障。本申请还提供了一种固态存储器的温度控制装置、电子设备及计算机可读存储介质，具有和上述固态存储器的温度控制方法相同的有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为本申请所提供的一种固态存储器的温度控制方法的步骤流程图；
图2为本申请所提供的一种固态存储器的温度控制装置的结构示意图。
具体实施方式
本申请的核心是提供一种固态存储器的温度控制方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质，温度控制响应快，波动小，为固态存储器在极端工况或外部散热失效的情况下提供了安全运行的保障。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，都属于本申请保护的范围。
请参照图1，图1为本申请所提供的一种固态存储器的温度控制方法，应用于固态存储器内部的控制器，该温度控制方法包括：
S101：获取固态存储器中多个电子元器件的当前温度，根据所有当前温度得到综合温度；
具体的，可以按第一预设获取周期获取固态存储器中多个电子元器件的当前温度，这里的多个电子元器件包括但不限于CPU、NAND、board及ASIC等，可以理解的是，每个电子元器件都有其各自一一对应的一个临界温度，当当前温度达到临界温度，该电子元器件可能会损坏。相应的，在计算综合温度时，首先确定每个电子元器件对应的临界温度与其当前温度的差值，然后确定一个预设温度阈值，再将预设温度阈值与所有差值中的最小值的差值作为综合温度。具体的，假设CPU、NAND、board及ASIC各自对应的当前温度依次为90℃、70℃、75℃、80℃，CPU、NAND、board及ASIC各自对应的临界温度依次为88℃、56℃、70℃、72℃，预设温度阈值设置为70℃，其中，CPU的当前温度和其临界温度的差值最小，差值为2℃，则综合温度为68℃，通过综合温度进行后续的温度控制，不需要再对不同的电子元器件分别设置温度控制点进行分析，便于后续进行数据处理，提高效率。
S102：确定综合温度所处的当前温控区间；
S103：当当前温控区间满足功耗管理条件，根据当前温控区间执行功耗管理操作，以使固态存储器的当前温度下降至安全温控区间内。
具体的，在固态存储器上电初始化阶段，会进行一系列NVMe enable操作，期间会添加定时巡检的AdminTimer，用于温控循环的timer会被初始化，温控循环会按第二预设获取周期对CPU、NAND、board和ASIC的综合温度进行采样并更新，并将采样得到的综合温度与预设温度阈值对比判断是否执行功耗管理，若综合温度达到预设温度阈值，则执行功耗管理，并执行发送异步信息、更新smart config、vendor log info、发送通知消息给LKM等操作。
作为一种优选的实施例，当当前温控区间满足功耗管理条件，根据当前温控区间执行功耗管理操作的过程具体包括：
当综合温度大于第一预设温度且小于第二预设温度，按预设周期采集并记录固态存储器的综合温度及实际功耗，并计算所有实际功耗的平均功耗；
当综合温度大于或等于第二预设温度且小于第三预设温度，通过调整FPMPA值将固态存储器的实际功耗调整至第一目标功耗；
当综合温度大于或等于第三预设温度且小于第四预设温度，通过调整FPMPA值将固态存储器的实际功耗调整至第二目标功耗；
当综合温度大于或等于第四预设温度，暂停IO操作；
其中，w1＝nw，w2＝mw，w1为第一目标功耗，w2为第二目标功耗，m，n均为系数，且m＞n。
作为一种优选的实施例，通过调整FPMPA值将固态存储器的实际功耗调整至第一目标功耗的过程具体为：
通过PID控制器调整FPMPA值将固态存储器的实际功耗调整至第一目标功耗；
相应的，通过调整FPMPA值将固态存储器的实际功耗调整至第二目标功耗的过程具体包括：
通过PID控制器调整FPMPA值将固态存储器的实际功耗调整至第二目标功耗。
具体的，假设功耗管理操作的第一预设温度为68℃，第二预设温度为70℃，第三预设温度为75℃，第四预设温度为83℃，当采样得到的综合温度小于68℃时，固态存储器按照主机端当前设置的功耗等级的最大值运行；当温度大于68℃，小于70℃时，进入功耗管理预备阶段，按第三预设获取周期对综合温度及实际功耗进行采样并记录，同时计算在综合温度小于70℃前的时间段内实际功耗的平均值，为功耗管理做准备，其中，第三预设获取周期小于第二预设获取周期；当温度大于70℃，小于75℃，进入功耗管理第一阶段，应用PID控制原理，设定目标功耗为平均功耗的60％，在比例控制的基础上，再加上积分控制作用，消除余差，此外，根据采样功耗值的变化趋势引入微分控制，增加系统稳定性；当温度大于75℃，小于83℃，进入功耗管理第二阶段，此时将目标功耗调整为平均功耗的10％，并加上积分和微分控制，与功耗管理第一阶段类似；当温度大于83℃时，此时温度已经很高，若温度继续上升，电子元器件可能永久热损坏，为避免温度继续上升，应暂停IO操作。
可以理解的是，固态存储器的功耗主要来源于对NVM芯片进行读操作、编程操作与擦除操作。每种操作消耗的能量不同，例如，在一种配置(时钟频率、物理页大小等)下，单一NVM读操作的功耗约90mW(毫瓦)、单一编程操作的功耗约150mW，单一擦除操作的功耗约180mW。固态存储器中可包括多个NVM芯片，而NVM芯片的逻辑单元(LUN)可以并行访问，因而在固态存储器的多个逻辑单元上可并行执行读操作、编程操作或擦除操作，在多个逻辑单元上并行执行的操作数量，也直接影响了固态存储设备的功耗。本申请的具体实施方式中，通过控制发出的NVM芯片的读操作、编程操作、擦除操作等并行操作数量，来实现所需要的功耗状态。具体的，通过调整FPMPA值将实际功耗值向目标功耗调整，可以理解的是，FPMPA值限制了IO读写操作、编程操作、擦除操作可并行执行的最大LUN数目，并行LUN数值越大，固态存储器的IO性能越好，相应的功耗越大，本申请通过降低固态存储器的功耗达到降低温度的目的，保证了固态存储器在安全的温控区间内工作。
当然，第一预设温度、第二预设温度、第三预设温度、第四预设温度、安全温控区间等均可根据实际工程需要设置，本申请在此不做限定。
可见，本实施例中首先根据固态存储器中多个电气元器件的当前温度得到综合温度，后续根据综合温度判断是否需要进行功耗管理即可，不需要再对不同的电子元器件分别设置温度控制点进行分析，便于后续进行数据处理，提高效率，根据综合温度所处的当前温控区间执行对应的功耗管理操作，通过降低固态存储器的功耗达到降低温度的目的，使固态存储器在安全的温控区间内工作，且本申请是通过固态存储器内部的控制器实现温度控制的，温度控制响应快，波动小，为固态存储器在极端工况或外部散热失效的情况下提供了安全运行的保障。
在上述实施例的基础上：
作为一种优选的实施例，该温度控制方法还包括：
通过主机端调整当前功耗等级，每一功耗等级对应一个FPMPA最大值。
作为一种优选的实施例，第一目标功耗与第二目标功耗均小于或等于FPMPA最大值对应的功耗。
具体的，除综合温度大于目标综合温度这一情况之外，还可以通过从主机端下发功耗等级变更命令来启动功耗管理循环，具体的，可以设置16个功耗等级，最大功耗为0级25W，最小功耗为15级10W。通过主机端下发功耗等级变更命令设置对应功耗等级。功耗等级变更与功耗管理循环并不冲突，且互为补充，可以理解的是，每一功耗等级对应一个FPMPA最大值，各功耗管理阶段设定的目标功耗均不能大于功耗等级的FPMPA最大值对应的功耗最大值。当然，除综合温度大于第四预设温度的情况，若任一采样温度(例如CPU温度)超过其临界温度，都应停止IO操作，以保证固态存储器的安全运行。
请参照图2，图2为本申请所提供的一种固态存储器的温度控制装置，应用于固态存储器内部的控制器，该温度控制装置包括：
采样模块1，用于获取固态存储器中多个电子元器件的当前温度，根据所有当前温度得到综合温度；
运算模块2，用于确定综合温度所处的当前温控区间；
控制模块3，用于当当前温控区间满足功耗管理条件，根据当前温控区间执行功耗管理操作，以使固态存储器的当前温度下降至安全温控区间内。
可见，本实施例中首先根据固态存储器中多个电气元器件的当前温度得到综合温度，后续根据综合温度判断是否需要进行功耗管理即可，不需要再对不同的电子元器件分别设置温度控制点进行分析，便于后续进行数据处理，提高效率，根据综合温度所处的当前温控区间执行对应的功耗管理操作，通过降低固态存储器的功耗达到降低温度的目的，使固态存储器在安全的温控区间内工作，且本申请是通过固态存储器内部的控制器实现温度控制的，温度控制响应快，波动小，为固态存储器在极端工况或外部散热失效的情况下提供了安全运行的保障。
作为一种优选的实施例，多个电子元器件包括CPU、NAND、board及ASIC中的任意多个。
作为一种优选的实施例，根据所有当前温度得到综合温度的过程具体包括：
计算每个电子元器件对应的临界温度减去其当前温度的差值，将所有差值中的最小值确定为目标差值；
将预设温度阈值减去目标差值的差值作为综合温度。
作为一种优选的实施例，当当前温控区间满足功耗管理条件，根据当前温控区间执行功耗管控制模块3具体用于：
当综合温度大于第一预设温度且小于第二预设温度，按预设周期采集并记录固态存储器的综合温度及实际功耗，并计算所有实际功耗的平均功耗；
当综合温度大于或等于第二预设温度且小于第三预设温度，通过调整FPMPA值将固态存储器的实际功耗调整至第一目标功耗；
当综合温度大于或等于第三预设温度且小于第四预设温度，通过调整FPMPA值将固态存储器的实际功耗调整至第二目标功耗；
当综合温度大于或等于第四预设温度，暂停IO操作；
其中，w1＝nw，w2＝mw，w1为第一目标功耗，w2为第二目标功耗，w为所述平均功耗，m，n均为系数，且m＞n。
作为一种优选的实施例，通过调整FPMPA值将固态存储器的实际功耗调整至第一目标功耗的过程具体为：
通过PID控制器调整FPMPA值将固态存储器的实际功耗调整至第一目标功耗；
相应的，通过调整FPMPA值将固态存储器的实际功耗调整至第二目标功耗的过程具体包括：
通过PID控制器调整FPMPA值将固态存储器的实际功耗调整至第二目标功耗。
作为一种优选的实施例，该温度控制装置还包括：
调整模块，用于通过主机端调整当前功耗等级，每一功耗等级对应一个FPMPA最大值。
作为一种优选的实施例，第一目标功耗与第二目标功耗均小于或等于FPMPA最大值对应的功耗。
另一方面，本申请还提供了一种电子设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行计算机程序时实现如上文任意一个实施例所描述的固态存储器的温度控制方法的步骤。
对于本申请所提供的一种电子设备的介绍请参照上述实施例，本申请在此不再赘述。
本申请所提供的一种电子设备具有和上述固态存储器的温度控制方法相同的有益效果。
为解决上述技术问题，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上文任意一个实施例所描述的固态存储器的温度控制方法的步骤。
对于本申请所提供的一种计算机可读存储介质的介绍请参照上述实施例，本申请在此不再赘述。
本申请所提供的一种计算机可读存储介质具有和上述固态存储器的温度控制方法相同的有益效果。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的状况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业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，在其他实施例中实现。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 (5)

1.一种固态存储器的温度控制方法，其特征在于，应用于固态存储器内部的控制器，该温度控制方法包括：
获取固态存储器中多个电子元器件的当前温度，根据所有所述当前温度得到综合温度；
确定所述综合温度所处的当前温控区间；
当所述当前温控区间满足功耗管理条件，根据所述当前温控区间执行功耗管理操作，以使所述固态存储器的当前温度下降至安全温控区间内；
所述根据所有所述当前温度得到综合温度的过程具体包括：
计算每个所述电子元器件对应的临界温度减去其当前温度的差值，将所有所述差值中的最小值确定为目标差值；
将预设温度阈值减去所述目标差值的差值作为综合温度；
所述当所述当前温控区间满足功耗管理条件，根据所述当前温控区间执行功耗管理操作的过程具体包括：
当所述综合温度大于第一预设温度且小于第二预设温度，按预设周期采集并记录所述固态存储器的综合温度及实际功耗，并计算所有所述实际功耗的平均功耗；
当所述综合温度大于或等于所述第二预设温度且小于第三预设温度，通过调整FPMPA值将所述固态存储器的实际功耗调整至第一目标功耗；
当所述综合温度大于或等于所述第三预设温度且小于第四预设温度，通过调整FPMPA值将所述固态存储器的实际功耗调整至第二目标功耗；
当所述综合温度大于或等于所述第四预设温度，暂停IO操作；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，w 1为所述第一目标功耗，w 2为所述第二目标功耗，w为所述平均功耗，m，n均为系数，且m＞n；
所述通过调整FPMPA值将所述固态存储器的实际功耗调整至第一目标功耗的过程具体为：
通过PID控制器调整FPMPA值将所述固态存储器的实际功耗调整至第一目标功耗；
相应的，所述通过调整FPMPA值将所述固态存储器的实际功耗调整至第二目标功耗的过程具体包括：
通过PID控制器调整FPMPA值将所述固态存储器的实际功耗调整至第二目标功耗；
该温度控制方法还包括：
通过主机端调整当前功耗等级，每一所述功耗等级对应一个FPMPA最大值；
所述第一目标功耗与所述第二目标功耗均小于或等于所述FPMPA最大值对应的功耗。
2.根据权利要求1所述的固态存储器的温度控制方法，其特征在于，多个所述电子元器件包括CPU、NAND、board及ASIC中的任意多个。
3.一种固态存储器的温度控制装置，其特征在于，应用于固态存储器内部的控制器，该温度控制装置包括：
采样模块，用于获取固态存储器中多个电子元器件的当前温度，根据所有所述当前温度得到综合温度；
运算模块，用于确定所述综合温度所处的当前温控区间；
控制模块，用于当所述当前温控区间满足功耗管理条件，根据所述当前温控区间执行功耗管理操作，以使所述固态存储器的当前温度下降至安全温控区间内；
所述根据所有所述当前温度得到综合温度的过程具体包括：
计算每个所述电子元器件对应的临界温度减去其当前温度的差值，将所有所述差值中的最小值确定为目标差值；
将预设温度阈值减去所述目标差值的差值作为综合温度；
所述当所述当前温控区间满足功耗管理条件，根据所述当前温控区间执行功耗管理操作的过程具体包括：
当所述综合温度大于第一预设温度且小于第二预设温度，按预设周期采集并记录所述固态存储器的综合温度及实际功耗，并计算所有所述实际功耗的平均功耗；
当所述综合温度大于或等于所述第二预设温度且小于第三预设温度，通过调整FPMPA值将所述固态存储器的实际功耗调整至第一目标功耗；
当所述综合温度大于或等于所述第三预设温度且小于第四预设温度，通过调整FPMPA值将所述固态存储器的实际功耗调整至第二目标功耗；
当所述综合温度大于或等于所述第四预设温度，暂停IO操作；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
，w 1为所述第一目标功耗，w 2为所述第二目标功耗，w为所述平均功耗，m，n均为系数，且m＞n；
所述通过调整FPMPA值将所述固态存储器的实际功耗调整至第一目标功耗的过程具体为：
通过PID控制器调整FPMPA值将所述固态存储器的实际功耗调整至第一目标功耗；
相应的，所述通过调整FPMPA值将所述固态存储器的实际功耗调整至第二目标功耗的过程具体包括：
通过PID控制器调整FPMPA值将所述固态存储器的实际功耗调整至第二目标功耗；
该温度控制装置还包括：
调整模块，用于通过主机端调整当前功耗等级，每一所述功耗等级对应一个FPMPA最大值；
所述第一目标功耗与所述第二目标功耗均小于或等于所述FPMPA最大值对应的功耗。
4.一种电子设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1-2任意一项所述的固态存储器的温度控制方法的步骤。
5.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-2任意一项所述的固态存储器的温度控制方法的步骤。
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