JP2007323347A - 情報処理装置、冷却システム、および冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マルチコアプロセッサを効率的に冷却すること。
【解決手段】ダイの平均温度を測定する温度センサ221と、複数のプロセッサ201, 211〜218とを有するマルチコアプロセッサ102と、前記マルチコアプロセッサを冷却するための温度コントローラ230および冷却ファン240と、マルチコアプロセッサ１０２のケース温度が仕様の最大温度、且つ複数のプロセッサ201, 211〜218の負荷がない状態で温度センサで測定される標準温度が格納される第１の記憶部251と、マルチコアプロセッサのケース温度が仕様の最大温度、且つ複数のプロセッサ201, 211〜218の少なくとも一つに負荷がかかった状態で温度センサによって測定される温度と標準温度との温度差と前記管理プロセッサおよびサブプロセッサの使用率の分布の関係とが格納される第２の記憶部252と、プロセッサ201, 211〜218の使用率の分布に応じて、設定温度を温度レジスタ232に設定する設定部とを具備する。
【選択図】図２

Description

本発明は、マルチコアプロセッサを冷却するための冷却システム、この冷却システムを有する情報処理装置、および冷却方法に関する。

プロセッサの高性能化に伴う素子の増大によって発熱量が非常に大きくなってきている。発熱量を抑えるために、一つのダイ上に複数のシンプルなプロセッサを集積したマルチコアプロセッサが注目を集めている。

マルチコアプロセッサでは、タスクを複数のプロセッサを振り分けて処理を行っているため、チップに局所的な温度上昇が発生してしまう。チップに、温度管理用のリニア温度センサ(アナログセル)が搭載されているが、リニア温度センサの実装の数および場所が限られている(コアより少ない数をチップ端に配置する必要がある)。

特許文献１には、リニア温度センサによる特定箇所の検出温度をもとに、各プロセッサの温度を推定する技術が開示されている。
特開２００５−３４６５９０号公報

ところで、プロセッサの仕様温度はケース温度で決められていることが多い。そして、仕様温度以下となるように冷却ファン等で冷却を行っている。上述した技術でプロセッサの温度を推定しても仕様温度との関係は不明であり、冷却の指標とはなり得ず、効率的に冷却を行うことができない。

本発明の目的は、マルチコアプロセッサを効率的に冷却し得る情報処理装置、冷却装置、および冷却方法を提供することにある。

本発明の一例に係わる情報処理装置は、半導体チップに設けられた複数のサブプロセッサと、前記半導体チップに設けられた前記サブプロセッサに処理を振り分ける管理プロセッサと、前記半導体チップの平均温度を測定する温度センサと、前記管理プロセッサの使用率および前記サブプロセッサの使用率を出力する使用率出力部とを有するマルチコアプロセッサと、前記温度センサの測定温度が設定された温度以下となるように前記マルチコアプロセッサを冷却するための冷却部と、前記マルチコアプロセッサのケース温度が仕様の最大温度、且つ前記管理プロセッサおよび全ての前記サブプロセッサの負荷がない状態で前記温度センサで測定される標準温度が格納される第１の記憶部と、前記マルチコアプロセッサのケース温度が仕様の最大温度、且つ前記管理プロセッサおよびサブプロセッサの少なくとも一つに負荷がかかった状態で前記温度センサによって測定される温度と前記標準温度との温度差と前記管理プロセッサおよびサブプロセッサの使用率の分布の関係とが格納される第２の記憶部と、前記使用率出力部から出力される前記管理プロセッサおよびサブプロセッサの使用率の分布に応じて、前記標準温度と、前記温度差と前記管理プロセッサおよびサブプロセッサの使用率の分布との関係とから前記設定温度を設定する設定部とを具備することを特徴とする。

マルチコアプロセッサを効率的に冷却することが可能になる。

本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係わる情報処理装置のシステム構成の一例を示すブロック図である。

本情報処理装置は、図１に示されているように、マルチコアプロセッサ１０２、システムコントローラ１０４、メインメモリ１１４、ブリッジコントローラ１０６、ＢＩＯＳ−ＲＯＭ１２０、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）１２６、ＴＶチューナ１２７等を備えている。

マルチコアプロセッサ１０２は本コンピュータの動作を制御するために設けられたプロセッサであり、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）１２６からメインメモリ１１４にロードされる、ハイパーバイザオペレーティングシステム（以下、ハイパーバイザＯＳ）、オペレーティングシステム（ＯＳ）、各種アプリケーションプログラムを実行する。

マルチコアプロセッサ１０２は、ＴＶチューナ１２７により受信したデジタル映像信号をデコードし、デコードしたデータからモニタに映像を表示するための映像データを作成する。

また、マルチコアプロセッサ１０２は、ＢＩＯＳ−ＲＯＭ１２０に格納されたシステムＢＩＯＳ（Basic Input Output System）をメインメモリ１１４にロードした後、実行する。システムＢＩＯＳはハードウェア制御のためのプログラムである。

システムコントローラ１０４は、マルチコアプロセッサを含む、システム全体の初期化/起動/異常監視をおこなう機能を有する。

ブリッジコントローラ１０６は、マルチコアプロセッサ１０２に接続されると共に、ハードディスクドライブ１２６およびＢＩＯＳ−ＲＯＭが接続されたローカルバスに接続されている。また、ビデオ出力インタフェースを有し、マルチコアプロセッサで作成された映像データを出力する機能を有する。

図２にマルチコアプロセッサ１０２および冷却システムのシステム構成を示す。マルチコアプロセッサは一つのシリコン基板で構成されたダイ（半導体チップ）上に複数のプロセッサが形成された、いわゆるマルチコアプロセッサである。

マルチコアプロセッサ１０２には、一つの管理プロセッサ２０１と、８つのサブプロセッサ２１１〜２１８とで構成されている。マルチコアプロセッサ１０２には、ダイの平均温度監視用の高精度（±１〜２℃程度）なリニア温度センサ２２１が取り付けられている。リニア温度センサ２２１は、アナログ(ダイオード)セル単体にて構成され、外部にある温度コントローラ２３０にてダイの平均温度が読み出される。各サブプロセッサ２１１〜２１８は、局所温度監視用の低精度（±５℃程度）の温度センサを有する。サブプロセッサ内の回路にて温度測定をおこない、測定した温度は管理プロセッサおよびシステムコントローラーから読み出しが可能である。

管理プロセッサ２０１は、ハイパーバイザを実行し、サブプロセッサ２１１〜２１８のタスク管理(処理の割り当て)をおこなう。また、管理プロセッサ２０１とシステムコントローラ１０４間の通信手段を用いて、各サブプロセッサ２１１〜２１８および自身（管理プロセッサ２０１）の使用率（動作状態）をシステムコントローラ１０４へ逐次通知する機能を有する。

サブプロセッサ２１１〜２１８は、管理プロセッサ２０１によって割り当てられたタスクを実行処理する。

温度コントローラ２３０は、温度算出部２３１、温度レジスタ２３２、およびファン制御部２３３を有する。温度算出部２３１はリニア温度センサ２２１から読み出した値から温度を算出する。温度レジスタ２３２には、システムコントローラ１０４が設定する冷却温度範囲の上限が格納される。ファン制御部２３３は、温度算出部２３１が算出したダイ平均温度が温度レジスタ２３２に設定された冷却温度範囲の上限以下に収まるように、冷却ファン２４０の回転数を制御する。

システムコントローラ１０４の標準温度記憶部２５１および使用率マップ記憶部２５２に格納される標準温度および使用率マップを求める処理の手順を図３を参照して説明する。

マルチコアプロセッサ１０２のケース温度Ｔｃを、マルチコアプロセッサ(モジュール)１０２としての製品仕様の最大温度Ｔc_maxになるよう冷却(加熱)プレート等を用いて温度管理する(ステップＳ１１)。ケース温度は、マルチコアプロセッサに取り付けられた熱電対によって測定される。

次いで、管理プロセッサ２０１および各サブプロセッサ２１１〜２１８の使用率が０％の状態で、システムコントローラ１０４は、リニア温度センサ２２１の測定値が一定となるまで、温度算出部からダイ温度を定期的に取得し、温度が変化したか否かを判別する（ステップＳ１２）。温度センサの測定温度が変化しなくなったと判別した場合（ステップＳ１２のＮｏ）、システムコントローラ１０４は、一定になった温度を標準温度記憶部２５１に格納する（ステップＳ１３）。

次いで、マルチコアプロセッサ１０２のケース温度を製品仕様の最大温度に管理した状態で、システムコントローラ１０４は管理プロセッサおよび各サブプロセッサの使用率が０％、５０％、１００％の何れかとなるように負荷をかける（ステップＳ１４）。負荷をかけた状態で、リニア温度センサの測定値が変化しなくなるまで、システムコントローラ１０４は、温度算出部から温度を定期的に取得する（ステップＳ１５）。各温度センサの測定温度が変化しなくなったら（ステップＳ１５のＮｏ）、システムコントローラ１０４は標準温度と測定温度との差を各プロセッサの使用率の分布に対応づけて記録する（ステップＳ１６）。

システムコントローラ１０２は、全ての使用率の組み合わせについて標準温度と測定温度を求め、標準温度と測定温度との温度差を各プロセッサの使用率の分布に対応づけて使用率マップ記憶部２５２として格納する（ステップＳ１７）。

以上の処理で、標準温度および使用率マップが求められる。

次に、実際の動作時の冷却温度範囲の上限の設定処理について図４を参照して説明する。

先ず、起動直後の標準状態のユーザタスクが実行されていない状態では、システムコントローラ１０４は、冷却温度範囲の上限として標準温度記憶部２５１に格納された標準温度の温度レジスタ２３２に設定する（ステップＳ２１）。

システムコントローラ１０４は各プロセッサ２０１，２１１〜２１８の使用率を監視する（ステップＳ２２）。使用率が変化すると、システムコントローラ１０４は、使用率マップ記憶部２５２から、現在の使用率の分布に近い使用率に対応する温度差を読み出す（ステップＳ２３）。

システムコントローラ１０４は、読み出した温度と標準温度との和を算出する。システムコントローラは、算出した温度を冷却温度範囲の上限として温度レジスタ２４２に設定する（ステップＳ２４）。

温度コントローラ内の冷却ファン制御部は、リニア温度センサから読み出した温度と設定された冷却温度範囲の上限に応じて冷却ファンの回転数を制御する。

本装置によれば、プロセッサの使用率の分布に応じて冷却温度範囲の上限を適宜設定することによって、マルチコアプロセッサを効率よく冷却することができる。

使用するプロセッサ数の変更に加え、制御プロセッサおよび個々のサブプロセッサの使用率を個別に変化させた状態における温度マップを作成する事により、より高精度な温度制御をおこなう事ができる。

冷却ファンでマルチコアプロセッサを冷却していたが、液冷によってマルチコアプロセッサを冷却しても良い。

なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

本発明の一実施形態に係わる情報処理装置のシステム構成を示すブロック図。 本発明の一実施形態に係わる情報処理装置のマルチコアプロセッサの冷却システムの構成を示すブロック図。 本発明の一実施形態に係わる冷却方法における使用率マップを作成するための処理の手順を示すフローチャート。 本発明の一実施形態に係わる冷却方法の手順を示すフローチャート。

符号の説明

１０２…マルチコアプロセッサ，１０４…システムコントローラ，１０６…ブリッジコントローラ，１１４…メインメモリ，１２０…ＢＩＯＳ−ＲＯＭ，１２６…ハードディスクドライブ，１２７…ＴＶチューナ，２０１…管理プロセッサ，２０１．２１１…プロセッサ，２０４…システムコントローラ，２１１〜２１８…サブプロセッサ，２２１…リニア温度センサ，２３０…温度コントローラ，２３１…温度算出部，２３２…温度レジスタ，２３３…ファン制御部，２４０…冷却ファン，２５１…標準温度記憶部，２５２…使用率マップ記憶部

Claims (11)

1. 半導体チップに設けられた複数のサブプロセッサと、前記半導体チップに設けられた前記サブプロセッサに処理を振り分ける管理プロセッサと、前記半導体チップの平均温度を測定する温度センサと、前記管理プロセッサの使用率および前記サブプロセッサの使用率を出力する使用率出力部とを有するマルチコアプロセッサと、
   前記温度センサの測定温度が設定された温度以下となるように前記マルチコアプロセッサを冷却するための冷却部と、
   前記マルチコアプロセッサのケース温度が仕様の最大温度、且つ前記管理プロセッサおよび全ての前記サブプロセッサの負荷がない状態で前記温度センサで測定される標準温度が格納される第１の記憶部と、
   前記マルチコアプロセッサのケース温度が仕様の最大温度、且つ前記管理プロセッサおよびサブプロセッサの少なくとも一つに負荷がかかった状態で前記温度センサによって測定される温度と前記標準温度との温度差と前記管理プロセッサおよびサブプロセッサの使用率の分布の関係とが格納される第２の記憶部と、
   前記使用率出力部から出力される前記管理プロセッサおよびサブプロセッサの使用率の分布に応じて、前記標準温度と、前記温度差と前記管理プロセッサおよびサブプロセッサの使用率の分布との関係とから前記設定温度を設定する設定部とを具備することを特徴とする情報処理装置。
2. 前記設定部は、前記温度差と前記管理プロセッサおよびサブプロセッサの使用率の分布の関係から前記使用率出力部から出力される前記管理プロセッサおよびサブプロセッサの使用率の分布に近い前記管理プロセッサおよびサブプロセッサの使用率の分布を選び、選ばれた前記管理プロセッサおよびサブプロセッサの使用率の分布に対応する前記温度差と前記標準温度の和を設定温度とすることを特徴とする請求項１記載の情報処理装置。
3. 前記設定部は、起動時に前記標準温度を前記設定温度とすることを特徴とする請求項１記載の情報処理装置。
4. 前記冷却部は、ファンによって前記マルチコアプロセッサを冷却することを特徴とする請求項１記載の情報処理装置。
5. 半導体チップに設けられた複数のサブプロセッサと、前記半導体チップに設けられた前記サブプロセッサに処理を振り分ける管理プロセッサと、前記半導体チップの平均温度を測定する温度センサと、前記管理プロセッサの使用率および前記サブプロセッサの使用率を出力する使用率出力部とを有するマルチコアプロセッサから、前記前記管理プロセッサの使用率および前記サブプロセッサの使用率を取得する取得部と、
   前記温度センサの測定温度が設定された温度以下となるように前記マルチコアプロセッサを冷却するための冷却部と、
   前記マルチコアプロセッサのケース温度が仕様の最大温度、且つ前記管理プロセッサおよび全ての前記サブプロセッサの負荷がない状態で前記温度センサで測定される標準温度が格納される第１の記憶部と、
   前記マルチコアプロセッサのケース温度が仕様の最大温度、且つ前記管理プロセッサおよびサブプロセッサの少なくとも一つに負荷がかかった状態で前記温度センサによって測定される温度と前記標準温度との温度差と前記管理プロセッサおよびサブプロセッサの使用率の分布の関係とが格納される第２の記憶部と、
   前記使用率出力部から出力される前記管理プロセッサおよびサブプロセッサの使用率の分布に応じて、前記標準温度と前記温度差と前記管理プロセッサおよびサブプロセッサの使用率の分布の関係とから前記設定温度を設定する設定部とを具備することを特徴する冷却システム。
6. 前記設定部は、前記温度差と前記管理プロセッサおよびサブプロセッサの使用率の分布の関係から前記使用率出力部から出力される前記管理プロセッサおよびサブプロセッサの使用率の分布に近い前記管理プロセッサおよびサブプロセッサの使用率の分布を選び、選ばれた前記管理プロセッサおよびサブプロセッサの使用率の分布に対応する前記温度差と前記標準温度の和を設定温度とすることを特徴とする請求項５記載の冷却システム。
7. 前記設定部は、前記起動時に前記標準温度を前記設定温度とすることを特徴とする請求項５記載の冷却システム。
8. 前記冷却部は、ファンによって前記マルチコアプロセッサを冷却することを特徴とする
   請求項５記載の冷却システム。
9. 半導体チップに設けられた複数のサブプロセッサと、前記半導体チップに設けられた前記サブプロセッサに処理を振り分ける管理プロセッサと、前記半導体チップの平均温度を測定する温度センサとを有するマルチコアプロセッサのケース温度が仕様の最大温度、且つ前記管理プロセッサおよび全ての前記サブプロセッサの使用率が０％の状態で前記温度センサにより測定される標準温度を第１の記憶部に格納し、
   前記マルチコアプロセッサのケース温度が仕様の最大温度、且つ前記管理プロセッサおよびサブプロセッサの少なくとも一つに負荷がかかった状態で前記温度センサによって測定される温度と前記標準温度との温度差と前記管理プロセッサおよびサブプロセッサの使用率の分布の関係とを第２の記憶部に格納し、
   前記マルチコアプロセッサから前記前記管理プロセッサの使用率および前記サブプロセッサの使用率を取得し、
   前記取得した前記管理プロセッサおよびサブプロセッサの使用率の分布に応じて、前記標準温度と前記温度差と前記管理プロセッサおよびサブプロセッサの使用率の分布の関係とから設定温度を設定し、
   前記温度センサの測定温度が設定温度以下となるように前記マルチコアプロセッサを冷却する
   ことを特徴する冷却方法。
10. 前記温度差と前記管理プロセッサおよびサブプロセッサの使用率の分布の関係から前記使用率出力部から出力される前記管理プロセッサおよびサブプロセッサの使用率の分布に近い前記管理プロセッサおよびサブプロセッサの使用率の分布を選び、選ばれた前記管理プロセッサおよびサブプロセッサの使用率の分布に対応する前記温度差と前記標準温度の和を設定温度とする
    ことを特徴とする請求項９記載の冷却方法。
11. 起動時に前記標準温度を前記設定温度とする
    を更に具備することを特徴とする請求項９記載の冷却方法。

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