JP2008123200A - 半導体ストレージ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度に起因する動作不安定を低減し、冷却装置のメンテナンス性を向上させた半導体ストレージ装置を提供する。
【解決手段】通信線５を介してホスト装置３に接続された半導体ストレージ装置４は、ホスト装置３からのデータを処理して半導体ストレージ装置４に格納するメインコントローラ１２を備えた主制御部１０、この主制御部１０に接続された情報処理ユニット３０Ａ〜３０Ｃ、主制御部１０と情報処理ユニット３０Ａ〜３０Ｃを接続する光ファイバ束２０Ａ〜２０Ｃを備えて構成されている。情報処理ユニット３０Ａ〜３０Ｃは、メモリチップを備えた複数枚のメモリボードを内蔵すると共に、情報処理ユニット３０Ａ〜３０Ｃ内を風冷する冷却ファン３２Ａ〜３２Ｃを備える。複数枚のメモリボードの間には、冷却ファン３２Ａ〜３２Ｃからの冷却風が吹き抜ける流通路が構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ストレージ装置に関する。

例えば、情報処理システムにおいては、ホスト装置に記憶装置を接続した構成があり、その記憶装置として、ホスト装置と通信を行うコントローラ、このコントローラに接続された発光装置及び受光装置、この発光装置及び受光装置に接続された光バス、及びドライブ側の発光装置及び受光装置を介して光バスに接続された複数のディスクドライブを備えた構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。このように、光バスでデータを伝送することにより、大容量のデータを高速に伝送することができる。

近年、メモリチップの低価格化、高集積化が進み、メモリチップをディスクドライブに代替させた半導体ストレージ装置が実用化されている。この場合、半導体デバイス、特に、コントローラの動作時の発熱が大きいため、一般には、冷却ファンにより強制冷却を行っている。
特開２００１−２６５５３９号公報

本発明の目的は、温度に起因する動作不安定を低減し、冷却装置のメンテナンス性を向上させた半導体ストレージ装置を提供することにある。

本発明の一態様は、上記目的を達成するため、以下の半導体ストレージ装置を提供する。

［１］メモリコントローラ及び前記メモリコントローラによって制御されるメモリチップを備えた少なくとも１つのメモリボードを内蔵した複数の情報処理ユニットと、前複数の情報処理ユニットの前記メモリコントローラを制御するメインコントローラと、前記複数の情報処理ユニットの筐体内を個別に冷却する複数の冷却装置と、を備え、前記メモリコントローラは、前記冷却装置からの冷却風が吹き抜ける流通路に配置されていることを特徴とする半導体ストレージ装置。

［２］前記複数の冷却装置は、着脱可能に構成されていることを特徴とする［１］に記載の半導体ストレージ装置。

［３］前記複数の情報処理ユニットは、前記複数の冷却装置に対して移動可能に設置されていることを特徴とする前記［１］に記載の半導体ストレージ装置。

［４］前記複数の情報処理ユニットは、前記メインコントローラと光伝送媒体を介して接続されていることを特徴とする前記［１］に記載の半導体ストレージ装置。

［５］前記複数の情報処理ユニットは、前記メインコントローラからの光データを光−電気変換する複数の光−電気変換器を備え、前記複数の光−電気変換器は、フレキシブル基板を介して前記メモリボードに接続されていることを特徴とする前記［１］に記載の半導体ストレージ装置。

［６］前記複数の情報処理ユニットは、前記複数の冷却装置の着脱を検知する複数のセンサを備えていることを特徴とする前記［１］に記載の半導体ストレージ装置。

［７］前記複数の情報処理ユニットは、障害が発生したとき、前記メモリチップに書き込むべきデータをバックアップする複数のバックアップ装置を備えていることを特徴とする前記［１］に記載の半導体ストレージ装置。

［８］前記メインコントローラは、前記複数の情報処理ユニットのいずれかに障害が発生したとき、障害が発生したことをホスト装置へ通知することを特徴とする特徴とする前記［１］に記載の半導体ストレージ装置。

請求項１の半導体ストレージ装置によれば、冷却装置からの冷却風が流通路を流れることにより温度均一化が図れ、冷却装置が着脱可能なことによりメンテナンス性を向上させことができる。
請求項２の半導体ストレージ装置によれば、冷却装置の交換を素早く行えるようになる。
請求項３の半導体ストレージ装置によれば、冷却装置の着脱時に、冷却装置と情報処理ユニットとの間にスペースを生じさせることができる。
請求項４の半導体ストレージ装置によれば、光伝送媒体により高速なデータ伝送が可能になる。
請求項５の半導体ストレージ装置によれば、高速なデータ伝送を可能にし、かつメモリボードを搭載した基板の移動が可能になる。
請求項６の半導体ストレージ装置によれば、冷却装置が所定位置に着脱できたか否かを検知することができる。
請求項７の半導体ストレージ装置によれば、障害発生時に、メモリチップに書き込むべきデータをバックアップすることができる。
請求項８の半導体ストレージ装置によれば、情報処理ユニットに障害が発生したことをユーザーに通知することができる。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る情報処理システムを示す。この情報処理システム１は、ユーザー２によって操作されるホスト装置３と、ホスト装置３に通信線５によって接続された半導体ストレージ装置４とを備えて構成されている。

ホスト装置３は、例えば、パーソナルコンピュータを用いることができ、本体、ディスプレイ、キーボード等を備えて構成されている。

半導体ストレージ装置４は、ホスト装置３に接続された主制御部１０と、主制御部１０に光伝送媒体としての２０Ａ〜２０Ｃを介して接続された情報処理ユニット３０Ａ〜３０Ｃとを備えて構成されている。

主制御部１０は、マザーボード１１と、マザーボード１１に搭載されて半導体ストレージ装置４の全体を制御するメインコントローラ１２と、マザーボード１１に搭載されてホスト装置３との接続を行う外部インターフェース１３と、光ファイバ束２０Ａ〜２０Ｃの一端が接続された電気−光変換器１４Ａ〜１４Ｃと、図示しない周辺回路、抵抗、コンデンサ等の電子部品を実装して構成されている。

メインコントローラ１２は、例えば、ＣＰＵを用いて構成されており、図示しないＲＯＭ及びＲＡＭを内蔵または外付けとして備えている。ＲＯＭには、半導体ストレージ装置４の全体を制御するためのプログラム、ホスト装置３及び情報処理ユニット３０Ａ〜３０Ｃと通信を行うためのプログラムが格納されている。

外部インターフェース１３は、コネクタ、更には所定の通信方式に変換するためのインターフェース回路を内蔵している。

電気−光変換器１４Ａ〜１４Ｃは、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の複数の発光素子を用いて電気信号を光信号に変換可能な構成を有している。

光ファイバ束２０Ａ〜２０Ｃは、例えば、４本の光ファイバがフラットに結合された構成を有し、両端には光コネクタ２１Ａ〜２１Ｂが装着されている。なお、光ファイバ束２０Ａ〜２０Ｃに代えて、光の分波・合波が可能な導波路を用いることもできる。

情報処理ユニット３０Ａ〜３０Ｃは、後面に冷却装置としての冷却ファン３２Ａ〜３２Ｃを備えるほか、反対側の面（前面）には光コネクタ２１Ａ〜２１Ｂに結合されている光ファイバ束２０Ａ〜２０Ｃからの光信号を電気信号に変換する光−電変換器３３Ａ〜３３Ｃが設けられている。

なお、本実施の形態においては、書き込み時にのみ光伝送を用い、読み出しは電気信号のまま主制御部１０へ伝送する構成にしているが、読み出し時にも光伝送を用いることができる。この場合、電気−光変換器２１Ａ〜２１Ｃに光−電変換器を併設し、光−電変換器３３Ａ〜３３Ｃに電気−光変換器を併設し、両者間を光ファイバを増設した光ファイバ束２０Ａ〜２０Ｃで接続する。

（情報処理ユニットの構成）
図２は、情報処理ユニットの構成を示す。情報処理ユニット３０Ａ〜３０Ｃは、メモリチップを実装した複数のメモリボードが内部に設置されている筐体３１Ａ〜３１Ｃと、筐体３１Ａ〜３１Ｃの後部パネルに取り付けられた冷却ファン３２Ａ〜３２Ｃと、を備えて構成されている。筐体３１Ａ〜３１Ｃは、冷却ファン３２Ａ〜３２Ｃの装着面の反対側に図示しない排気孔３４が設けられている。

情報処理ユニット３０Ａ〜３０Ｃは同一の構成及び外形であるが、記憶容量は相互間で異なっていてもよい。また、情報処理ユニット３０Ａ〜３０Ｃによる記憶容量の総和は、ホスト装置３が必要とする記憶容量以上にする。また、情報処理ユニット３０Ａ〜３０Ｃは、ＲＡＩＤ（Redundant Arrays of Inexpensive Disks）技術を用いた構成にすることもできる。

情報処理ユニット３０Ａ〜３０Ｃは、冷却ファン３２Ａ〜３２Ｃと共に筐体２２に収納されている。筐体３１Ａ〜３１Ｃは、冷却ファン３２Ａ〜３２Ｃに対向する部位に、図示しない吸気孔が破線で示す方向へ排気可能なように設けられている。

（情報処理ユニットの内部構成）
図３は、情報処理ユニットの内部構成を示す。なお、図３においては、情報処理ユニット３０Ａのみを示すと共に、冷却ファン３２Ａは装着途中の状態で示している。筐体３１Ａ内には、４枚のメモリボード３５Ａ〜３５Ｄが、基板４０に立てた状態で２枚ずつ対向させて、中間に空気の流通路Ｆが生じるように配設され、この流通路Ｆに面して、基板４０にはメインコントローラ１２が実装されている。更に、流通路Ｆには、メモリボード３５Ａ〜３５Ｄを接続する配線類、光ファイバ束２０Ａ〜２０Ｃ等が介在しないか、介在したとしても風通しを阻害しないように配線する。

筐体３１Ａの背面には、冷却ファン３２Ａがガイド部材３６によって着脱自在に保持されている。冷却ファン３２Ａは、基板４０から電源供給を受けるためのコネクタ３８が底面に設けられている。

メモリボード３５Ａ〜３５Ｄは、複数のメモリチップ４３が１枚の基板に実装されており、これらメモリボード３５Ａ〜３５Ｄは、メモリコントローラ３５０によって制御される。ここでは、４枚のメモリボード３５Ａ〜３５Ｄからなる構成にしたが、任意の枚数にすることができる。

ガイド部材３６は、冷却ファン３２Ａが上下方向に挿入及び抜き取りが行えるように“コ”字形に構成されている。また、ガイド部材３６に対する冷却ファン３２Ａの着脱を検出するために、ガイド部材３６の上面に設けられた図４に示す基板４０ｃ上にセンサ３７が設けられている。

（冷却ファンの構成）
図４は、冷却ファンの構成を示す。図４においては、冷却ファン３２Ａを図示している。冷却ファン３２Ａは、上記コネクタ３８と、吸気口３９ａ及び排気口３９ｂを備えた箱型の筐体３９と、コネクタ３８に電源用配線が接続されたモータ４１と、モータ４１の回転軸に直結された回転羽根４２とを備えて構成されている。なお、吸気口３９ａ及び排気口３９ｂは、メッシュカバー、格子状のガード等であってもよい。

冷却ファン３２Ａは、半導体ストレージ装置４の筐体２２に対して着脱可能に構成されている。すなわち、交換を素早く行えるように、従来のように、半導体ストレージ装置４をねじ等を用いて筐体に固定することは行わず、ガイド部材３６によってガイドし、コネクタ３８，４０ａにより固定している。

コネクタ３８に結合されるコネクタ４０ａは、基板４０にフレキシブル基板４０ｄによって電気的に接続されている基板４０ｃにセンサ３７と共に実装されている。

（制御回路の構成）
図５は、主制御部と冷却ファンを接続する制御回路を示す。図５においては、コネクタの図示を省略すると共に、メモリボードは情報処理ユニット３０Ａについてのみ図示している。

主制御部１０には、冷却ファン３２Ａ〜３２Ｃを駆動するための電源電圧を出力する電源回路５０が接続されており、電源回路５０は、コネクタ３８，４０ａを介して冷却ファン３２Ａ〜３２Ｃに電源供給を行っている。冷却ファン３２Ａ〜３２Ｃの各モータ４１には、回転数を検出するための信号線５１が主制御部１０に接続されている。

（情報処理システムの動作）
冷却装置３２Ａ〜３２Ｃが所定位置に装着され、かつ、コネクタ３８とコネクタ４０ａが正常に結合された状態で電源がオンにされれば、情報処理ユニット４は、いつでも動作可能な状態になる。

（データの書き込み／読み出し処理）
ホスト装置３によって処理され、保存する必要が生じたデータは、半導体ストレージ装置４に格納される。ホスト装置３は、通信線５を介して半導体ストレージ装置４をアクセスし、このアクセスを受けた半導体ストレージ装置４のメインコントローラ１２は、ホスト装置３に対してデータ送信を許可する。これに応じて、ホスト装置３はデータを送信し、このデータを半導体ストレージ装置４が受信すると、メインコントローラ１２は、受信したデータを電気−光変換器１４Ａ〜１４Ｃにより光信号に変換する。

電気−光変換器１４Ａ〜１４Ｃによる光信号は、光ファイバ束２０Ａ〜２０Ｃを介してコネクタ２１Ａ〜２１Ｃを介して光−電気変換器３３Ａ〜３３Ｃに入光し、電気信号に戻され、情報処理ユニット３０Ａ〜３０Ｃに取り込まれる。情報処理ユニット３０Ａ〜３０Ｃの各メモリコントローラ３５０は、メインコントローラ１２と通信を行いながら、図３に示すメモリボード３５Ａ〜３５Ｄのメモリチップ４３に格納する。

メモリボード３５Ａ〜３５Ｄに格納されたデータに対してホスト装置３から読み出しの要求があった場合、主制御部１０は図示しない配線を介してデータを読み出し、ホスト装置３へ送信する。

（冷却動作）
一方、冷却ファン３２Ａ〜３２Ｃは、電源回路５０から、例えば、１２Ｖの直流電圧が供給されることにより、モータ４１は所定の回転数で回転している。モータ４１の回転により回転羽根４２が回転し、通気口３９ａから空気が取り込まれ、排気口３９ｂから排出され、メモリボード３５Ｂとメモリボード３５Ｃの間の流通路Ｆを空気（冷却風）が流れ、筐体３１Ａ〜３１の排気孔３４から排気される。

これにより、情報処理ユニット３０Ａ〜３０Ｃの各メモリチップ４３及び各メモリコントローラ３５０、更にはメインコントローラ１２が冷却されるので、それぞれの発熱温度が抑制される。また、流通路Ｆの出口部に光−電気変換器３３Ａ〜３３Ｃ及び電気−光変換器２１Ａ〜２１Ｃが配置されているため、光−電気変換器３３Ａ〜３３Ｃ及び電気−光変換器２１Ａ〜２１Ｃは相互間の温度差を小さくすることができる。

（警告動作）
冷却ファン３２Ａ〜３２Ｃの各モータ４１の回転数に関する信号は、信号線５１を介して主制御部１０のメインコントローラ１２に通知される。メインコントローラ１２は、モータ４１の回転が所定回転数以下になり、或いは停止した場合、冷却ファン３２Ａ〜３２Ｃに異常が発生したと判定し、メインコントローラ１２は判定結果を警告信号としてホスト装置３へ通知する。同時に、メインコントローラ１２は、障害が発生した冷却ファン３２に対応するメモリボードの動作を停止すると共に電源供給を停止する。

ホスト装置３は、半導体ストレージ装置４からの警告信号に基づいて、冷却ファン３２Ａ〜３２Ｃのいずれに異常が発生したかをメッセージ等によりディスプレイに表示し、或いはスピーカから音声、警報音等により出力する。これにより、ユーザーは、ストレージ装置４内部に冷却ファン３２Ａ〜３２Ｃに故障等の障害が発生したことを認識することができる。

ユーザーは、ホスト装置３が出した警告に従って障害が発生した冷却ファン３２Ａ〜３２Ｃの１つをガイド部材３６から引き抜き、用意してある別の正常な冷却ファンを装着する。冷却ファンの交換に際し、ユーザーは、必ずしも電源をオフにする必要はない。その理由は、冷却ファン３２Ａ〜３２Ｃは、従来のようにねじを用いた取り付けではないので、電源の接続がコネクタ３８とコネクタ４０ａの結合によって素早く行え、かつ、着脱がガイド部材３６にガイドされながら迅速に行えるため、冷却ファン３２Ａ〜３２Ｃによる冷却が途絶える時間は極めて短いためである。

［第２の実施の形態］
図６は、本発明の第２の実施の形態に係る情報処理ユニットを示す。本実施の形態は、第１の実施の形態の図３において、光−電気変換器３３Ａを基板４０から分離し、フレキシブル基板６０によって光−電気変換器３３Ａと基板４０を接続する構成にすると共に、冷却ファン３２Ａを固定にし、筐体３１Ａを前後方向に水平移動できるようにしたものであり、その他の構成は第１の実施の形態と同様である。また、図６では、情報処理ユニット３０Ａのみを図示したが、情報処理ユニット３０Ｂ，３０Ｃ、即ち、光−電気変換器３３Ｂ，３３Ｃ、筐体３１Ｂ，３１Ｃも同様に構成されている。

筐体３１Ａは、前後方向に移動できるようにするため、Ｌ字状のガイド部材６１Ａ，６１Ｂに載置されている。

図６において、冷却ファン３２Ａを交換する必要が生じた場合、作業者が交換作業をしやすい位置に筐体３１Ａを移動させるか、筐体３１Ａを筐体３１Ａの外に取り出すことができれば、交換の作業効率が向上する。そのためには、光ファイバ束２０Ａ〜２０Ｃの長さに余分な冗長を持たせればよいが、光ファイバ束２０Ａ〜２０Ｃ（或いは、多分波・多合波導波路）を長くすると光信号の損失が大きくなる。

そこで、本実施の形態では、光−電気変換器３３Ａ〜３３Ｃと基板４０の接続にフレキシブル基板６０を用いて筐体３１Ａ、即ち基板４０の前後方向の移動を可能にし、光ファイバ束２０Ａ〜２０Ｃを長くせずに済むようにし、光信号の損失が発生しないようにしている。

［第３の実施の形態］
図７は、本発明の第３の実施の形態に係る情報処理ユニットを示す。なお、図７においては、図３に示したガイド部材３６の図示を省略している。本実施の形態は、第１の実施の形態において、情報処理ユニット３０Ａ〜３０Ｃのそれぞれにデータバックアップ装置７０を設ける構成にしたものであり、その他の構成は第１の実施の形態と同様である。

データバックアップ装置７０は、例えば、ハードディスク（ＨＤ）ドライブ、光学ドライブ、光磁気ドライブ、フラッシュメモリを用いた構成が可能である。

データバックアップ装置７０を設けたことにより、冷却ファン３２Ａ〜３２Ｃのいずれかに異常が発生した場合、対応する情報処理ユニットのメモリボード３５Ａ〜３５Ｄのデータを即座にデータバックアップ装置７０でバックアップ保存ができるため、データ伝送の信頼性を向上させることができる。

［他の実施の形態］
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、その要旨を変更しない範囲内で種々な変形が可能である。例えば、各実施の形態間の構成要素の組合せは任意に行うことができる。

また、情報処理ユニット３０Ａ〜３０Ｃに無停電電源装置を接続し、情報処理ユニット３０Ａ〜３０Ｃに障害が発生したとき、電力供給を無停電電源装置に切り替える構成にすることも可能である。

本発明の第１の実施の形態に係る情報処理システムを示す構成図である。 情報処理ユニットの構成を示す斜視図である。 情報処理ユニットの内部構成を示す斜視図である。 冷却ファンの構成を示す断面図である。 主制御部と冷却ファンを接続する制御回路を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態に係る情報処理ユニットを示す斜視図である。 本発明の第３の実施の形態に係る情報処理ユニットを示す斜視図である。

符号の説明

１ 情報処理システム
２ ユーザー
３ ホスト装置
４ 半導体ストレージ装置
５ 通信線
１０ 主制御部
１１ マザーボード
１２ メインコントローラ
１３ 外部インターフェース
２０Ａ-２０Ｃ 光ファイバ束
２１Ａ〜２１Ｃ 電気−光変換器
２２ 筐体
３０Ａ〜３０Ｃ 情報処理ユニット
３１Ａ〜３１Ｃ 筐体
３２Ａ〜３２Ｃ 冷却ファン
３３Ａ〜３３Ｃ 光−電気変換器
３４ 排気孔
３５Ａ〜３５Ｄ メモリボード
３６ ガイド部材
３７ センサ
３８ コネクタ
３９ 筐体
３９ａ 吸気口
３９ｂ 排気口
４０ 基板
４０ａ コネクタ
４１ モータ
４２ 回転羽根
４３ メモリチップ
５０ 電源回路
５１ 信号線
６０ フレキシブル基板
６１Ａ，６１Ｂ ガイド部材
７０ データバックアップ装置
３５０ メモリコントローラ

Claims (8)

1. メモリコントローラ及び前記メモリコントローラによって制御されるメモリチップを備えた少なくとも１つのメモリボードを内蔵した複数の情報処理ユニットと、
   前複数の情報処理ユニットの前記メモリコントローラを制御するメインコントローラと、
   前記複数の情報処理ユニットの筐体内を個別に冷却する複数の冷却装置と、を備え、
   前記メモリコントローラは、前記冷却装置からの冷却風が吹き抜ける流通路に配置されていることを特徴とする半導体ストレージ装置。
2. 前記複数の冷却装置は、着脱可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体ストレージ装置。
3. 前記複数の情報処理ユニットは、前記複数の冷却装置に対して移動可能に設置されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体ストレージ装置。
4. 前記複数の情報処理ユニットは、前記メインコントローラと光伝送媒体を介して接続されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体ストレージ装置。
5. 前記複数の情報処理ユニットは、前記メインコントローラからの光データを光−電気変換する複数の光−電気変換器を備え、
   前記複数の光−電気変換器は、フレキシブル基板を介して前記メモリボードに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体ストレージ装置。
6. 前記複数の情報処理ユニットは、前記複数の冷却装置の着脱を検知する複数のセンサを備えていることを特徴とする請求項１に記載の半導体ストレージ装置。
7. 前記複数の情報処理ユニットは、障害が発生したとき、前記メモリチップに書き込むべきデータをバックアップする複数のバックアップ装置を備えていることを特徴とする請求項１に記載の半導体ストレージ装置。
8. 前記メインコントローラは、前記複数の情報処理ユニットのいずれかに障害が発生したとき、障害が発生したことをホスト装置へ通知することを特徴とする請求項１に記載の半導体ストレージ装置。

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