JP2005038425A - コンピュータ群の電力を管理するシステム - Google Patents

Abstract

【課題】複数のコンピュータを含むシステムへの電力供給を改良する。
【解決手段】コンピュータ群の電力を管理するシステムは、各コンピュータのＣＰＵに接続された局部監視回路を備えたサーバ側基盤（ＳＳＩ）回路と、各コンピュータにおける前記ＳＳＩ回路との管理リンクを有する集中電力管理モジュール（ＣＰＭＭ）と、を備える。各コンピュータの局部監視回路は、そのＣＰＵの電力消費を監視し、電力消費データをＣＰＭＭに送る。ＣＰＭＭは、ルールセットを該電力消費データに適用して、いつどのコンピュータでＣＰＵ電力削減モードを使用可能および使用禁止にするかを決定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、包括的に、電子機器およびコンピュータへの電力供給の改良に関する。

インターネット等のコンピュータネットワークは、「サーバ」と呼ばれる高性能コンピュータシステムを利用する。サーバは通常、高性能プロセッサを有し、大量のデータを処理することができるハードウェアおよびソフトウェアを備える。サーバは、多数のコンピュータユーザに演算サービスおよび大量の格納情報へのアクセスを提供する。たとえば、サーバは、インターネットを介して多くのコンピュータがアクセス可能なウェブサイトをホストする際に使用される。

多くのサーバ構成要素は、多くの場合、サーバハウジングすなわち「サーバラック」内に収容される。サーバラックは通常、複数の取り外し可能な電子モジュールまたは電子トレイを収容した箱様の構造体またはキャビネットである。各電子トレイが異なるサーバであることができ、または各電子トレイがサーバの１つまたは複数の構成要素を収容することができる。

他のタイプの計算システムとしては、ブレードコンピュータ、ワークステーション、およびその他の計算機が挙げられる。こういった計算システムの構成は様々であってよく、必ずしもラック構成であるわけではない。

上記サーバラック、ブレードシャシ、ワークステーション群、および同様のシステムは、動作に相当な電力を必要とし、計算システムが継続して動作することがデータセンター、オフィス環境、および他の用途において極めて重要である。したがって、複数のコンピュータを有するシステムに電力を供給するシステムおよび方法の改良がかなり望ましい。

本発明の一実施形態は、コンピュータ群の電力を管理するシステムに関する。このシステムは、群中の各コンピュータにおけるサーバ側基盤（ＳＳＩ）回路、および集中電力管理モジュール（ＣＰＭＭ）を備える。ＳＳＩ回路は、コンピュータの中央演算処理装置（ＣＰＵ）に接続された局部監視回路を備える。ＣＰＭＭは、群中の各コンピュータにおけるＳＳＩ回路への管理リンクを有する。各コンピュータにある局部監視回路は、そのコンピュータのＣＰＵの電力消費を監視し、電力消費データをＣＰＭＭに送る。ＣＰＭＭは、ルールセットを電力消費データに適用して、いつどのコンピュータでＣＰＵ電力削減モードを使用可能（イネーブル）および使用禁止（ディセーブル）にするかを決定する。

本発明の別の実施形態は、ラックマウントコンピュータのサーバ側装置に関する。コンピュータにある局部監視回路が、コンピュータの中央演算処理装置（ＣＰＵ）および集中電力管理システムに接続される。局部監視回路は、ＣＰＵの電力消費を監視し、電力消費データを集中電力管理システムに送り、集中電力管理システムから管理メッセージを受け取り、ＣＰＵにおいて電力削減モードを使用可能および使用禁止にするコマンドを送るように構成される。

本発明の別の実施形態は、ラックにマウントされたコンピュータ群の集中電力管理装置に関する。管理モジュールが、群中の各コンピュータにある局部監視回路に接続される。管理モジュールは、局部監視回路から電力消費データを受け取り、どのコンピュータでＣＰＵ電力削減モードを使用可能および使用禁止にするかを決定し、ＣＰＵ電力削減モードを使用可能および使用禁止にするメッセージを上記決定されたコンピュータに送るように構成される。

本発明の別の実施形態は、コンピュータ群の電力を管理する方法に関する。群中の各コンピュータでの電力消費が監視される。結果得られる電力消費データが、群中の各コンピュータから集中電力マネージャに送られる。

本発明の別の実施形態は、コンピュータ群の電力消費を管理する一元化された方法に関する。局部監視回路から、電力消費データが受け取られる。どのコンピュータでＣＰＵ電力削減モードを使用可能および使用禁止にするかが決定される。ＣＰＵ電力削減モードを使用可能および使用禁止にするメッセージが、上記決定されたコンピュータに送られる。

本発明の別の実施形態は、コンピュータ群の電力消費をラックレベルで管理する電力管理装置に関する。この装置は、少なくとも、局部監視回路から電力消費データを受け取る手段、どのコンピュータでＣＰＵ電力削減モードを使用可能および使用禁止にするか決定する手段、およびＣＰＵ電力削減モードを使用可能および使用禁止にするメッセージを上記決定されたコンピュータに送る手段を備える。

上に述べたように、サーバラックおよび同様のシステムは動作に相当の電力を必要とし、サーバが継続して動作することがデータセンター、コンピュートファーム、および他の用途において極めて重要である。最近、たとえば、ブレードサーバを使用して実施される、高密度計算システムが普及しつつある。このような高密度計算ラックは、旧式のデータセンターの基盤が受け入れるように設計された電力要件を越える電力要件を有する場合がある、ことを出願人らは発見した。

この問題を克服するためには、監視維持機構が使用できて、既存のデータセンターやコンピュートファームでこういった新しくワット数のより高いサーバを使用可能にすることができる。本発明の一実施形態では、最高電力消費を有する、システムの部品の監視を対象とし、こういった部品はサーバの中央演算処理装置（ＣＰＵ）である。別の実施形態では、ＣＰＭＭを使用して、時間の経過に伴う電力の利用を追跡し、この情報を他のパラメータ（たとえば、ＣＰＵ温度）と併せて電力利用の監視維持に使用する。

ＣＰＵレベルでの電力消費の監視および削減は、アプリケーションレベルでの監視および削減が関係する従来の解決策よりも有利である。これは、アプリケーションの監視および削減では、アプリケーションおよび／またはオペレーティングシステムコードに相当な変更および調整を行う必要があるためである。その代わりに、ＣＰＵが消費する電力の監視および削減は、コンピュータ上で実行中のアプリケーションに対してトランスペアレント（ユーザから見えない)であり、このようなコードの変更を必要としない。

図１は、本発明の一実施形態によるサーバ側基盤（ＳＳＩ）回路１００を示す概略図である。１つのサーバまたは計算装置にあるＳＳＩ回路１００を示す。ラックまたはブレードシャシ上の各サーバまたは計算装置は、このようなＳＳＩ回路１００を備えるように構成することができる。

ＳＳＩ回路１００は動作して、サーバまたは計算装置のＣＰＵ１０２の電力消費を監視し削減する。ＳＳＩ回路１００の一構成要素が局部監視回路１０４である。局部監視回路１０４は、マイクロコントローラおよび他の回路を使用して実施することができる。

局部監視回路１０４は、電力測定リンク１０８および割り込みリンク１１０を経由してＣＰＵ１０２に接続される。測定リンク１０８により、ＣＰＵ１０２が消費している電力を示すデータを、局部監視回路１０４が受け取る。割り込みリンク１１０は、ＣＰＵ１０２に割り込みメッセージを送るために使用することができる。たとえば、割り込みハンドラを起動させて、そのＣＰＵ１０２において電力削減モードを使用可能にする、すなわち「オン」にするシステムコールを行うある割り込みメッセージを送ることができる。割り込みハンドラを起動させて、そのＣＰＵ１０２において電力削減モードを使用禁止、すなわち「オフ」にするシステムコールを行う別の割り込みメッセージを送ることもできる。割り込みに代えて、または割り込みに加えて、１つまたは複数の特別なレジスタ１０６を使用して、電力削減モードをオンオフしてもよい。特別なレジスタ１０６は、ＣＰＵ１０２により可読であり、局部監視回路１０４により書き込み可能なように構成することができる（１１２）。たとえば、特別なレジスタ１０６のセットにより、電力削減モードを使用可能にさせ、レジスタ１０６のクリアにより、電力削減モードを使用禁止にすることができる。レジスタ（複数可）１０６は、ＣＰＵ１０２に一体化してもよく、または別法として、ＣＰＵ１０２に対して外部に配置してもよい。

局部監視回路１０４は、集中電力管理モジュール（ＣＰＭＭ）２０２にも接続される。ＣＰＭＭ２０２と局部監視回路１０４の間の管理リンク１１４を使用して、ＣＰＭＭ２０２からポーリングメッセージを受け取ることができる。ポーリングされると、局部監視回路１０４は、管理リンク１１４を介して実効電力消費値または他の導出された電力消費値をＣＰＭＭ２０２に送ることで応答することができる。一実施形態では、管理リンク１１４は、Ｉ２Ｃ（Ｉｎｔｅｒ−ＩＣ）ベースのバス等、帯域外（ＯＯＢ）リンクを含むことができる。好ましくは、管理リンク１１４は、マルチプレクサあるいはハブの使用を通して拡張可能な、比較的高速なリンクを提供するように実施される。管理リンク１１４の他の可能な実施態様では、シリアルバス、ＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）接続、ＬＡＮネットワーク、または他のタイプのリンクを使用することができる。さらに、局部監視回路１０４は、ＣＰＭＭ２０２に割り込みメッセージを通してあらゆる故障あるいは他の目立ったイベントを通知することができる。割り込みメッセージは、別個の割り込みライン１１６を介して送っても、または別法として管理リンク１１４に沿って送ってもよい。

図２は、本発明の一実施形態による、複数のサーバまたは計算装置にあるＳＳＩ回路１００に接続された集中電力管理モジュール（ＣＰＭＭ）２０２を示す概略図である。図示のようにＮ台のサーバが存在し、それぞれがＳＳＩ回路１００を伴って１つのＣＰＭＭ２０２に接続される。ＣＰＭＭ２０２とＳＳＩ回路１００の各部との間の接続は、管理リンク１１４および割り込みライン１１６を経由して実施することができる。

ＣＰＭＭ２０２は、管理プロセッサ、個々のＳＳＩ回路１００に接続する拡張可能な管理リンク、および制御コンソールへのリンク２０４もしくは局部エリアネットワーク（ＬＡＮ）へのアクセス２０４を使用して実施することができる。別の通信リンク２０６を使用して、個々のＣＰＭＭ２０２を他のＣＰＭＭ２０２および／または電力管理システムに接続してもよい。

ＣＰＭＭ２０２を使用して、ＣＰＵ１０２が消費している電力を監視することができる。監視は、ポーリングによって行うことができる。さらに、サーバまたは計算装置にある局部監視回路１０４は、割り込みライン１１６を経由して故障イベントまたは他の電力に関連するイベントをＣＰＭＭ２０２に通知することができる。監視中のサーバのセットまたは他の計算装置のセットが、適当な限度内で電力を消費しており、他の電力に関連する条件が存在しない場合、ＣＰＭＭ２０２はポーリングを継続することができる。

一方、サーバのセットまたは他の計算装置のセットが適当な限度を越える電力を消費している場合、または別の電力に関連する条件が存在する場合、ＣＰＭＭ２０２は、構成可能なルールセットを適用して、特定のサーバをＣＰＵ削減モードで動作させ、過度の消費または他の電力関連条件を軽減することができる。ＣＰＵ削減モードとは、ＣＰＵが性能を低下させるか、機能を制限するか、またはこれら両方を伴って低電力消費状態で動作するモードを指す。ＣＰＵ削減モードを使用可能にする要求は、ＯＯＢ管理リンク１１４を介して送ることができる。一実施形態によれば、１つまたは複数のコンピュータの優先度レベルを高く設定することができ、それによって、システム中の他のコンピュータのＣＰＵ１０２が、優先度の高いコンピュータよりも先に電力削減を受けるようにする。同様に、同じまたは異なるルールセットを、いつどのサーバまたは他の計算装置でＣＰＵ削減モードを解除するか（そして、通常の動作モードに戻すか）を評価する際に使用することができる。一実施形態によれば、ＣＰＵ削減モードに入るルールとＣＰＵ削減モードから出るルールの間には、特定レベルのヒステリシスが存在しうる。たとえば、削減を実行させる電力消費レベルは、削減を解除する電力消費レベルよりも高いことができる。このようなヒステリシスにより、境界線においてＣＰＵ削減モードと通常モードとで交互に高速で切り替わることが回避される。一実施形態では、ＣＰＭＭ２０２は、ユーザがコンソールと、局部的な、またはネットワーク接続されたコンソールリンク２０４とを経由してＣＰＭＭ２０２と対話することができるように構成することができる。このような局部的、または遠隔的なコンソールを通して、ユーザが上記ルールの設定またはカスタマイズ、または電力消費状態またはログの取得等を実行できるようにすることが可能である。

ＣＰＭＭ２０２は、別のリンク２０６を経由して他のＣＰＭＭ２０２、電力管理システム、または他の管理システムと通信するようにも構成することができる。他のリンク２０６は、たとえば、ＬＡＮ接続として実施してよい。たとえば、各ＣＰＭＭ２０２は、電力消費データまたは他の情報を集め、この情報を電力管理システムまたはシステム管理者に転送することができる。電力管理システムは、ユーザが電力消費データを見て、電力削減ルールを変更またはオーバーライドする等に構成することができる。サーバまたは計算装置の故障の場合、関連するＣＰＭＭ２０２は、割り込みを介して通知を受け取り、その通知を上流のシステム管理者に（たとえば、用紙または電子メールを介して）転送することができる。

本発明の一実施形態によれば、ラック上のすべてのサーバまたは計算装置が電力管理用のＳＳＩ回路１００を備えるわけではなく、ラック上の部分集合のサーバまたは計算装置がＳＳＩ回路１００を備え、ＣＰＭＭ２０２に接続してもよい。これにより、特にその部分集合が別個の電力供給システムを有する場合、その部分集合の装置の電力を管理することができる。

他の実施形態によっては、クラスタ、データセンター、またはオフィスでのコンピュータ等、異なる群のシステムがＳＳＩ回路１００をそれぞれ備え、ＣＰＭＭ２０２により制御することができる。このような群のシステムとしては、たとえば、１よりも多くのラックまたはブレードシャシ上のコンピュータ、あるいはオフィスでのワークステーション群を挙げることができる。このような実施形態では、電力負荷平衡化を実施して、たとえば、電力利用のホットスポットを回避することができる。

別の実施形態によれば、上記設計および構造を冷却（電力の代わりに）基盤に適用してもよい。たとえば、電力消費を監視する代わりに、局部監視回路１０４は、各種コンピュータの温度の監視に適用することができる。温度がコンピュータの許容レベルを超えた場合、電力削減モードをそのコンピュータで実現して、温度上昇を抑えることができる。別法として、またはさらに、温度上昇に応答して、ファンまたは熱電冷却機を介してのさらなる冷却を適用してもよい。

別の実施形態によれば、群中の各コンピュータは２基以上のＣＰＵを備えてもよい。各ＣＰＵの電力消費が監視され、電力削減モードを各コンピュータ中のＣＰＵ毎に適用することができる。換言すれば、本発明は、１基のＣＰＵをそれぞれ有するコンピュータまたはサーバに限定されない。

上記説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するために多くの特定の詳細が与えられた。しかし、本発明の図示の実施形態の上記説明には、本発明を開示された厳密な形態に限定する意図はない。当業者は、本発明は、１つまたは複数の特定の詳細なしで、あるいは他の方法、構成要素等を使用して実施しうることを認識するであろう。一方では、既知の構造または動作については、本発明の態様を曖昧にしないように、詳細に図示または説明していない。本発明の特定の実施形態および本発明の特定の例を例示目的で本明細書に説明したが、当業者が認識するように、様々な同等の変更が本発明の範囲内で可能である。

これら変更は、上記詳細な説明を鑑みて本発明に対して行うことが可能である。添付の特許請求の範囲において使用される用語は、本明細書および特許請求の範囲に開示された特定の実施形態に本発明を限定するものと解釈すべきではない。むしろ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって決定されるべきであり、特許請求の範囲は、確立されている特許請求の範囲の解釈の原則に従って解釈されるべきである。

本発明の一実施形態によるサーバ側基盤回路を示す概略図である。 本発明の一実施形態による、複数のサーバに接続された集中電力管理モジュールを示す概略図である。

符号の説明

１００ サーバ
１０２ 中央演算処理装置（ＣＰＵ）
１０４ 局部監視回路
１０６ 特別なレジスタ
１０８ 電力管理
１１０、１１６ 割り込みライン
１１４ 帯域外管理リンク
２０２ 集中電力管理モジュール（ＣＰＭＭ）

Claims (10)

1. コンピュータ群の電力を管理するシステムであって、
   前記コンピュータ群中の各コンピュータの中央演算処理装置に接続された局部監視回路を備えたサーバ側基盤回路と、
   前記サーバ側基盤回路との管理リンクを有する集中電力管理モジュールと、
   を備え、
   前記局部監視回路は、前記中央演算処理装置における電力消費を監視し、電力消費データを前記集中電力管理モジュールに送り、
   前記集中電力管理モジュールは、ルールセットを前記電力消費データに適用して、いつどの前記コンピュータで中央演算処理装置電力削減モードを使用可能および使用禁止にするかを決定することを特徴とする、コンピュータ群の電力を管理するシステム。
2. 前記コンピュータ群は、ラックにマウントされた複数のサーバを含むことを特徴とする、請求項１に記載のコンピュータ群の電力を管理するシステム。
3. 前記コンピュータ群は、ブレードシャシ中の複数のブレードサーバを含むことを特徴とする、請求項１に記載のコンピュータ群の電力を管理するシステム。
4. 前記コンピュータ群はワークステーション群を含むことを特徴とする、請求項１に記載のコンピュータ群の電力を管理するシステム。
5. 前記集中電力管理モジュールに接続された、ユーザとの対話用のコンソールをさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載のコンピュータ群の電力を管理するシステム。
6. 前記コンソールは、前記集中電力管理モジュールに局部的に接続されたコンソールを含むことを特徴とする、請求項５に記載のコンピュータ群の電力を管理するシステム。
7. 前記コンソールは、ネットワークを介して前記集中電力管理モジュールに接続された遠隔コンソールを含むことを特徴とする、請求項５に記載のコンピュータ群の電力を管理するシステム。
8. ユーザが前記コンソールを介して前記ルールを設定できるように構成されることを特徴とする、請求項５に記載のコンピュータ群の電力を管理するシステム。
9. ユーザが前記コンソールを介して電力消費データを見ることができるように構成されることを特徴とする、請求項５に記載のコンピュータ群の電力を管理するシステム。
10. さらなるコンピュータ群におけるサーバ側基盤回路への管理リンクを備えたさらなる集中電力管理モジュールと、
    複数の前記集中電力管理モジュールに接続された電力管理システムと、
    をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載のコンピュータ群の電力を管理するシステム。

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