JP2008251067A - ディスクアレイ装置 - Google Patents

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剛 笹川
Koichi Takahashi
浩一 高橋
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隆彦 岩崎
Taro Takahashi
太郎 高橋
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千和 横井
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Abstract

【課題】高密度実装及び冷却性能を考慮したディスクアレイ装置の効率的な構造を提供する。
【解決手段】本装置では、基本筐体100で、バックボード20の前部1には、前面(A)からHDDモジュール30等を装着し、後部2には、後面(B)から二重のCTLモジュール10を上下で装着し、その左右にファン43内蔵の二重の電源モジュール40を装着する。ファン43動作により、後部2では、冷却風は、一方が各CTLモジュール10内、他方が各電源モジュール40内に流入し、CTLモジュール10内でブロックによるダクトの領域114を通過した冷却風は、通気孔96等から電源モジュール40内のファン43に吸引され、外部へ排気される。ブロックにより複数のIC等への冷却風流路を分岐させる。温度センサ115を用いてファン43回転を制御する。
【選択図】図10

Description

本発明は、HDD(ハードディスクドライブ)等の記憶装置を制御する機能を備えるディスクアレイ装置(ストレージ装置などともいう)に関し、特に、装置筐体及びそれに装着する各種のモジュールの構成、及び装置筐体やモジュールの通排気・冷却の構造などに関する。
近年のディスクアレイ装置は、高密度実装化及び高性能化が進んでおり、これに伴い、構成部品の発熱増加による温度上昇及びそれによる性能劣化などの対処のために冷却性能も要求されている。
例えば、所定方式のディスクアレイ装置では、各種機能に対応するボード(回路基板)や電源等の要素を、モジュール(ユニット、パッケージ、アセンブリ等ともいう)の構造及び方式により装置筐体に装着する構成としており、保守性などを考慮している。また、装置筐体及びモジュールにおけるファンやヒートシンク等の搭載により、通排気・冷却の機能が考慮されている。例えば、筐体の前後の開口面から各モジュールを挿抜し筐体内部のバックボードの前後面に対し接続する構成や、ファン動作により筐体の前面からバックボードを経由して後面(背面)へと冷却風を流す構成などにより、高密度実装及び冷却性能を実現している。
例えば特開2004−022057号公報(特許文献1)には、従来のディスクアレイ装置の構成例が記載されている。
特開2004−022057号公報
従来のディスクアレイ装置における筐体及びモジュール等の構成に関して、高密度実装及び冷却性能を考慮し、従来構成よりも効率的なものを実現する必要がある。特に、エンドユーザ向けに小型化かつ冷却性能を満たすディスクアレイ装置が求められている。
本発明は以上のような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高密度実装及び冷却性能を考慮したディスクアレイ装置における、筐体及びモジュール等の構成及び通排気・冷却の構造に関して、効率的な構造を実現できる技術を提供することである。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。前記目的を達成するために、本発明は、HDD等の記憶装置群(ディスクアレイ)とその制御装置(コントローラまたはディスクコントローラ)とを備えコントローラや電源等の要素をモジュールの構造及び方式により装置筐体に装着するディスクアレイ装置であって、各機能が少なくとも二重化された冗長構成において、筐体の前後の開口面から各モジュールを挿抜し筐体内部のバックボードの前後面に対し接続し、ファン動作により筐体前面からバックボードを経由して筐体後面へと通排気・冷却する構成であって、以下に示す技術的手段及び構成を備えることを特徴とする。
本発明のディスクアレイ装置では、高密度実装及び冷却性能を考慮して、新たな筐体及びモジュール等の構成及び冷却構造を提供する。本装置では、特徴として、筐体内のモジュールの種類及び配置等を見直し、モジュール種類を少なくして小型化する。基本筐体では、バックボードに対する前部には、前面から記憶装置モジュール(例えばSASインタフェースのHDD)等を装着し、後部には、後面から二重(2つ)のコントローラモジュールを上下で装着し、その左右の領域に、ファン部(複数のファン)を内蔵した二重(2つ)の電源モジュールを装着する構成である。後部では、主に上記2種類(合計4個)のモジュール構成である。また増設筐体では、コントローラモジュールではなくエンクロージャモジュールを有する構成である。電源モジュール内のファン部は、例えば前後及び上下で二重のファンを備える。
SASのHDDのコネクタの位置に対応してバックボードの縦方向の中央付近にHDDコネクタが配置され、それと干渉しないように、コントローラのコネクタを、バックボードの上下辺付近側へ配置する。また、2つの電源モジュールを、バックボードの左右辺付近に対応して、2つのコントローラモジュールの左右の領域に配置する。
また、上記筐体及びモジュール構成における冷却風流路などを工夫した構成である。電源モジュール内のファンの動作により、筐体前面から冷却風を吸気して記憶装置モジュール等を冷却し、バックボードの開口穴を経由して後部へ流入する。例えば前部では、冷却風により上側配置の記憶装置モジュール群を下側配置のバッテリモジュール等よりも多く冷却する。それと共に、冷却風は、後部へは、バックボードの開口穴を経由して、一方(第1の冷却風)が各コントローラモジュール内、他方(第2の冷却風)が各電源モジュール内に分かれて流入する。二重のモジュールに対しては冷却風の量がほぼ等分される。後部では、冷却風により、各電源モジュール内(電源部)及びコントローラモジュール内(基板上のIC等の部位)を冷却する。
電源モジュール内では、冷却風(第2の冷却風)は、コネクタに近い側の電源部を経由し、その後方、電源モジュール前面側(筐体後面側)近くに配置されるファン部へ吸引される。コントローラモジュール内では、冷却風(第1の冷却風)は、ブロックの配置によるダクト構造の領域を通過して、基板上の各IC等の冷却対象部位を冷却する。その冷却風は、コントローラモジュール前面側(筐体後面側)からは外部へ排気せずに、コントローラモジュールと電源モジュールとの間の第1の仕切り板(及び対応するモジュール側面)における筐体後面近くの位置の通気孔領域等を通じて、左右の各電源モジュール内のファン部(ファン)に吸引される。そして、コントローラ側からの冷却風が、電源部側からの冷却風(第2の冷却風)と共に、ファンの排気口及び筐体後面側排気孔を通じて、外部へ排気される。これにより電源モジュールとコントローラモジュールとを合わせた領域の冷却構造を効率化している。
また、本装置では、コントローラモジュール内において、基板上で冷却風流路上に配置される部位(冷却対象部位)、特に筐体前後方向等に隣接や並んでいる配置される複数のIC及びその上のヒートシンク等の部品を、特に効率的に冷却することを考慮している。このための手段として、冷却対象部位に対するブロックの構造により、基板上の冷却対象部位の領域を経由する、効果的な冷却風流路(ダクト構造)を形成する。ブロックの形状は、例えば、筐体前後方向断面が概略台形で冷却対象部位の領域に対する冷却風の流入付近で台形辺による勾配(傾斜)を有し、流入する冷却風を冷却対象部位へ滑らかに当てる構成である。
また特に、ブロックの配置及び形状、例えば穴や凹凸などにより、基板上の複数の冷却対象部位に対応して、その領域への冷却風流路を分岐させる構成である。この分岐により、複数の冷却対象部位における、バックボード及びコネクタ側に近い前段の部位だけでなくその後段の部位に対しても直接に冷却風を当てるようにすることで、冷却性能を向上する。
また、コントローラやエンクロージャ等では、筐体内に設けた温度センサによる検出温度に基づき、電源モジュール内のファンの回転速度を切り替え制御する。例えば検出温度が所定値以上になった場合、ファンの回転速度を高くするように切り替える。
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。本発明によれば、高密度実装及び冷却性能を考慮したディスクアレイ装置における、筐体及びモジュール等の構成及び通排気・冷却の構造に関して、効率的な構造を実現できる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部には原則として同一符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
<実施の形態の特徴>
図1〜図20を用いて、本発明の一実施の形態のディスクアレイ装置を説明する。本実施の形態の主な特徴は以下である(図10等参照)。本ディスクアレイ装置5では、例えば基本筐体100では、バックボード20に対する前部1には、前面(A)からHDDモジュール30等を装着し、後部2には、後面(B)から二重のCTLモジュール10を上下で装着し、その左右の領域には、複数のファン43を内蔵した二重の電源モジュール40を装着する構成である。ファン43の動作により、前面(A)から冷却風が流入してHDDモジュール30等を冷却し、バックボード20の開口穴220を経由して後部2へ流入する。そして、後部2では、冷却風は、一方が各CTLモジュール10内、他方が各電源モジュール40内に流入する。CTLモジュール10内では、冷却風は、ブロック150によるダクト構造の領域114を通過して、各IC等の冷却対象部位を冷却する。その冷却風は、CTLモジュール10からは排気されずに、仕切り板95の通気孔96等から電源モジュール40内のファン43に吸引され、電源モジュール40内の冷却風と共に、外部へ排気される。ブロック150の構造により、CTL基板120上の複数のIC等の部位への冷却風流路を分岐させることで、後段の部位に対しても直接に冷却風を当てる。また、CTL110等で、温度センサ115による検出温度に基づき、ファン43の回転速度を制御する。
<システム(1)>
図1において、本ディスクアレイ装置5による情報処理システムの機能ブロック構成を示している。ホスト装置7は、ユーザの使用する、PC、サーバ、メインフレーム等の上位の情報処理装置である。ホスト装置7とディスクアレイ装置5とが、SAN(ストレージエリアネットワーク)6あるいはLAN等の通信手段により接続される。
本ディスクアレイ装置5は、主に基本筐体100と増設筐体200から構成される。基本筐体100は、制御機能(CTL110等)と記憶機能(HDD31群)の両方を備える。増設筐体200は、オプションであり、主に記憶機能(HDD31群)を備える。
コントローラ(CTL#1,#2)110は、CPU11、ブリッジ12、プログラムメモリ(Pメモリ)13、ホストI/F(ホストインタフェース制御部、チャネルI/F制御部などともいう)14、データコントローラ(DCTL)15、ディスクI/F(ディスクインタフェース制御部)16、キャッシュメモリ(CM)17、スイッチ(SW)18等を有する。
CPU11は、ブリッジ12を介してプログラムメモリ13に格納されているプログラムを実行することにより、装置全体を制御する処理を行う。DCTL15は、各部を相互接続しデータ転送を制御する。CM17は、CTL110でデータをキャッシュ(格納)するための共有メモリである。ホストI/F14は、ホスト装置7等が接続される処理部である。ディスクI/F16は、SW18を介してHDD31群が接続される処理部である。
SW18は、SASエクスパンダ(EXP)機能、環境管理機能を有する。EXP機能は、SASインタフェースに対応したHDD31群に対するアクセス制御などの機能である。環境管理機能は、電源(PS)、ファン、HDD31等の資源に関する、障害や故障や接続等の状態の監視及び検出の機能(従来の資源管理機能)と、後述する本特徴の1つであるファン制御を含む温度管理機能(冷却管理機能)とを有する。
HDD31は、SASインタフェース(またはSATAインタフェース)のものである。HDD31群により提供される物理的な記憶領域上には、論理的な記憶領域である論理ボリュームが設定される。また複数のHDD31によるRAIDグループが設定されRAID制御可能となっている。SASのHDD31は、SW18,19と、2パス・2ポートで接続される。
エンクロージャ(ENC#1,#2)170は、SW19を備え、CTL110との接続、及びその他のENC170が接続される場合のそのENC170への中継などを行う。SW19は、基本筐体100のCTL110内のSW18と同様の機能を有し増設筐体200内の制御を担当するものである。基本筐体100のSW18と増設筐体200のSW19が接続され、ディスクI/F16は、基本筐体100及び増設筐体200内の対象HDD31をアクセス可能である。
中心の鎖線で示すように、CTL110、ENC170、及びHDD31群などが二重化された構成であり、一方側(#1,#2)から他方側(#2,#1)へもアクセス可能となっている。
ディスクアレイ装置5におけるデータ処理は以下である。CTL110は、ホスト装置7からのデータ書き込み要求(命令)に応じて、ホストI/F14により受信したデータをCM17に一時的に格納し、そのデータをディスクI/F16によりHDD31群上の所定の論理ボリュームに書き込む。また、CTL110は、ホスト装置7からのデータ読み出し要求(命令)に応じて、ディスクI/F16からHDD31群上の所定の論理ボリュームからデータを読み出してCM17に一時的に格納し、そのデータをホストI/F14によりホスト装置7へ送信する。複数のホストI/F14及び複数のディスクI/F16を備える構成により、複数のデータ入出力を並列で処理できる。
<システム(2)>
図2において、ディスクアレイ装置5の基本筐体100と増設筐体200におけるバックボード(BB)20,20Bに対するモジュール(mで示す)の接続におけるシステム構成を示している(二重の部分は省略して示す)。バックボード20,20Bの配線を通じて、各部位が相互接続される。基本筐体100では、バックボード20の前面に対し、複数のHDDモジュール30のHDD31、二重のバッテリモジュール50、及びパネルモジュール60が、コネクタにより接続される。また、バックボード20の後面に対し、二重のCTLモジュール10、二重の電源(PS)モジュール40が接続される。増設筐体200では、バックボード20Bの前面に対し、複数のHDDモジュール30のHDD31が、コネクタにより接続される。また、バックボード20Bの後面に対し、二重のENCモジュール70、二重の電源モジュール80が接続される。
CTL110(ブリッジ12等を省略して示す)のSW18、及びENC170のSW19は、前述EXP機能に対応するSASエクスパンダ(EXP)21及び前記環境管理機能に対応する環境管理部(K)22を有する。筐体間でEXP21間は通信ケーブル等により接続される。なお環境管理部(K)22をSW18,19以外の場所に有する構成も可能である。
EXP21は、上位のディスクI/F16からの制御に基づき、各筐体のHDD31群に対する、SASインタフェースによる、データ入出力アクセス及びパス切り替え等を制御する。
環境管理部(K)22は、上位(CPU11等)からの制御に基づき、バックボード20等を通じて、筐体内に装着されている電源部(41等)やファン部(42等)やHDD31などの状態の監視及び検出や、電源系の制御や、ファン部(42等)を用いたファン動作モードの制御(ファン制御、冷却系制御)などを処理する。
電源モジュール40は、電源部41、ファン部42を備える。電源部41は、AC入力をもとに、AC/DC変換部411でDCへ変換し、DC出力部412からDC電力を、バックボード20へ出力する。バックボード20の回路を通じて各部位へDC電力が供給される。AC/DC変換部411は、SWPS913と対応する。ファン部42は、複数のファン43を備える。ファン部42は、電源部41等からDC電力(駆動電圧)を入力し、ファン43が回転動作する。ファン43は、駆動電圧により回転速度が制御される。
増設筐体200側の電源モジュール80も、基本筐体100側の電源モジュール40と基本的に同様構成であり(配置や冷却構造等は異なる)、電源部81、ファン部82(複数のファン83)を有する。
<電源系>
図3において、ディスクアレイ装置5の電源系の構成を説明する。CTL110、ENC170、及びHDD31群などの二重化構成に対応した2系統の電源供給の構成である。各電源モジュール40(または80)内の電源部41(#1,#2)では、2つのスイッチング電源(SWPS)913(411に対応する)を備える冗長構成である。この電源部41では、2つのAC入力(AC#1,#2)をもとに、それぞれDC出力(DC#1,#2)を生成し、それを対応するCTL110等の各部位へ出力する。
各CTL110では、各プロセッサ911(CPU11等)は、自分側(例えば#1)のメモリ912(CM17等)だけでなく、相手側(例えば#2)のCTL110内のプロセッサ911及びメモリ912を参照可能になっている。二重のCTL110間で、一方側が障害状態になっても問題が無いように、相互にデータや制御情報等の読み書きが可能になっている。
ENC170及びHDD31等の部位に対しても、同様に対応する電源部からDC出力が供給される。DC供給が断たれた場合はバッテリモジュール50からDC出力が供給される。
バッテリモジュール50は、UPS(無停電電源装置)に対応しており、複数の電池を内蔵しており、非常用電源を供給する。バッテリモジュール50は、停電等により電源供給が断たれた場合、停電時のデータ消失等を防ぐために、必要な電力を供給する。即ち、バッテリモジュール50は、少なくとも、CTL110のプロセッサ911によりメモリ912(CM17等)のデータをHDD31に書き込んで計画的な停止を自動的に実行及び完了するまでに必要になる電力を供給する。これにより停電時のデータ消失が防止される。
<筐体>
次に、図4〜図9等を用いて、本ディスクアレイ装置5の筐体のハードウェア全体の外観構成などを説明する。基本筐体100及び増設筐体200は、所定の規格に適合したサイズ等を持つラック(フレーム)に対して搭載可能な、所定のサイズ等の構成を有する。基本筐体100のサイズは、横幅:X1、奥行き:Y1、高さ:Z1、である。増設筐体200のサイズは、横幅:X1、奥行き:Y1、高さ:Z2、である。具体的には、筐体の高さのサイズの条件として、EIA STANDARD EIA−310−Dにおける3U(約133.35mm),4U等が好適である。基本筐体100の高さ(Z1)が4U、増設筐体200の高さ(Z2)が3U、の比率とすることが好適である。図示しないラックは、例えば前後面が開口部の箱形状であり、各筐体(100,200)を上下方向で段状に搭載可能になっている。
各筐体に装着されるモジュールとして、複数種類のモジュール、本例ではCTLモジュール10、HDDモジュール30、電源モジュール40、バッテリモジュール50、パネルモジュール60、ENCモジュール70、及び電源モジュール80を有する。HDDモジュール30等は、筐体内に対して活線挿抜が可能になっている。人間による筐体(100,200)に対する各モジュールの挿抜及び固定などの操作は、モジュールに備える操作レバー等を用いて行われる。HDDモジュール30の操作はハンドル等を用いて行われる。
操作レバーを備えるモジュール(本例におけるCTLモジュール10、電源モジュール40、バッテリモジュール50、ENCモジュール70、及び電源モジュール80)の場合の操作は以下である。まず、保守員またはエンドユーザは、筐体内にモジュールを装着する際には、モジュールを筐体内の所定領域に挿入し、バックボード20にコネクタ接続し、操作レバーを倒してラッチ作用により固定する(固定状態)。保守員またはエンドユーザは、筐体内からモジュールを取り外しする際には、操作レバーを立ててラッチ解除作用により固定状態を解除し、筐体内の所定領域からモジュールを抜き去りする。
各筐体は、概ね金属製で、箱形状であり、ねじ等により分解可能な構成である。筐体内は、各モジュールを装着する領域に対応した仕切り板などを有する。また、筐体の外壁(本体)や仕切り板には、モジュールの挿抜及び固定の操作に対応した構造、例えばガイドレール(溝や突起などの構造)や、操作レバーの受け部(操作レバーのラッチ部やフック部などを受ける構造)、等が設けられている。また、仕切り板(及びその通気孔など)は、固定や補強等の役割の他に、冷却風の流れを調整する役割も有する。なお、二重化されている2つのモジュールは同じ構成であり、筐体内の2つの装着領域のいずれに対しても装着可能なように構成されている。
<基本筐体>
図4,図5において、基本筐体100のハードウェア構成を説明する。図4は、基本筐体100の前面(A)の開口部側から見た構成、図5は、基本筐体100の後面(B)の開口部側から見た構成、である。
図4において、基本筐体100は、前面(A)及び後面(B)が開口部であり、筐体内の中ほどの位置に取り付けられるバックボード20を境界にして、前部1(前面側空間)、後部2(後面側空間)に区切られる。
基本筐体100の前部1、前面(A)において、上側には、複数のHDDモジュール30が装着可能になっている。また、下側には、2つのバッテリモジュール50及びパネルモジュール60が装着可能になっている。前面(A)に対しては、各モジュールが装着された状態で、通気性を持つベゼル(扉)91が取り付け可能になっている。
図5において、基本筐体100の後部2、後面(B)に対し、2つのCTLモジュール10及び2つの電源モジュール40が装着可能な構成である。後部2、後面(B)の左右側に、2つの電源モジュール40が配置され、それらに挟まれる領域に、2つのCTLモジュール10が配置される。
<増設筐体>
図6,図7において、増設筐体200のハードウェア構成を説明する。図6は、増設筐体200の前面(C)の開口部側から見た構成、図7は、増設筐体200の後面(D)の開口部側から見た構成、である。
図6において、増設筐体200は、前面(C)及び後面(D)が開口部であり、筐体内の中ほどの位置に取り付けられるバックボード20Bを境界にして、前部3(前面側空間)、後部4(後面側空間)に区切られる。
増設筐体200の前部3、前面(C)において、複数(15台)のHDDモジュール30が横方向に整列して装着可能になっている。なお増設筐体200の場合、前面(C)側には他のモジュールの搭載は不要である。
図7において、増設筐体200の後部4、後面(D)に対し、2つのENCモジュール70、2つの電源モジュール80が装着可能な構成である。後部4で、後面(D)の上部の中心寄りの領域に、二重のENCモジュール70が左右隣接で配置され、その下側の領域に、二重の電源モジュール80が左右隣接で配置される。
<基本筐体−前後面>
次に、図8(a)において、基本筐体100の前面(A)の構成を示している。前部1において、相対的に広い上側領域(A1)に、複数(本例では最大15台)のHDDモジュール30群がそれぞれ縦長の配置で横方向に並んで装着される。相対的に狭い下側領域(A2)に、2つのバッテリモジュール(#1,#2)50が横長配置で左右隣接して装着され、その隣、前面(A)の右下隅にパネルモジュール60が装着される。パネルモジュール60は、装置の電源オン・オフ等の基本的な操作や状態表示等のための部位である。上側領域(A1)と下側領域(A2)の境界などには、仕切り板が設けられている。バッテリモジュール50の下辺一箇所には、操作レバーが設けられている。
図8(b)において、基本筐体100の後面(B)の構成を示している。後部2において、後面(B)の左右側面近くの領域(B2)に、電源モジュール(#1,#2)40が縦長配置で装着される。それらに挟まれる中間の領域(B1)に、2つのCTLモジュール(#1,#2)10が上下隣接して横長配置で装着される。2つの同じCTLモジュール10が上下反対向きで装着される。2つの同じ電源モジュール40が左右反対向きで装着される。
電源モジュール40の側面とCTLモジュール10の側面との境界には、仕切り板95が設けられている。上下2つのCTLモジュール10の境界には、仕切り板が設けられている。
CTLモジュール10の前面(106)の一部には、ホストI/F14に対応するホストI/F部103の面や、各種端子等の領域107が設けられている。CTLモジュール10の前面の左右隅には、2つの操作レバー104が設けられており、2つの操作レバー104によるCTLモジュール10の挿抜及び固定の操作が可能になっている。
電源モジュール40の前面には、電源スイッチや、ファン43の排気口の位置に対応した排気孔48等が設けられている。電源モジュール40の一方の側面に対しては、1つの操作レバー46が設けられている。
<増設筐体−前後面>
図9(a)において、増設筐体200の前面(C)の構成を示している。前部3の全領域に対し、複数(最大15台)のHDDモジュール30群が横方向に並んで装着される。
図9(b)において、増設筐体200の後面(D)の構成を示している。後部4において、後面(D)の上側領域(D1)、中心寄りに、2つのENCモジュール70が左右隣接して横長配置で装着される。下側の領域(D2)に、2つの電源モジュール80が左右隣接して横長配置で装着される。2つのENCモジュール70及び2つの電源モジュール80の配置は同じ向きである。
上側のENCモジュール70と下側の電源モジュール80との境界には、仕切り板97が設けられている。左右のモジュール間には、仕切り板が設けられている。ENCモジュール70の前面の中ほどには、1つの操作レバーが設けられている。
電源モジュール80の前面には、電源スイッチや、ファン(83)の排気口の位置に対応した通気孔等が設けられている。電源モジュール80の上辺側の左右には、2つの操作レバーが設けられている。
<基本筐体−水平面>
次に、図10において、基本筐体100の水平方向の平面(一方のCTLモジュール10の断面に対応する)の概略構成を示している。また矢印は、冷却風の代表的な流れ及びその風量を示している(後述)。前部1では、HDDモジュール30群を有し、後部2では、CTLモジュール(#1)10及び左右の2つの電源モジュール40を有する。電源モジュール40内の後方には、ファン部42として2つのファン43が前後に縦列構成で設けられている。CTLモジュール10と電源モジュール40との間のそれぞれの仕切り板95には、図示する位置に通気孔96が設けられている。CTLモジュール10内には、基板上のIC等の部位の上方にブロック150が配置される領域114を有する。
<基本筐体−垂直面>
図11において、基本筐体100の垂直方向の平面(CTLモジュール10の側面方向の断面に対応する)の概略構成を示している。前部1では、上にHDDモジュール30、下にバッテリモジュール50を有し、後部2では、上下2つのCTLモジュール10を有する。CTLモジュール10内には前方にブロック150が配置されている。CTLモジュール10の側面の後方には通気孔105が配置されている。
<基本筐体−バックボード面>
図12において、基本筐体100におけるバックボード20の面(前面)を示している。バックボード20は、概ね平面板状の回路基板であり、基本筐体100の中程やや前側寄りに位置する枠部に固定される。バックボード20は、各モジュールを、コネクタ接続により、電気的に相互接続し、物理的にも支持する。モジュールの固定は、モジュールの後面のコネクタとバックボード20側の対応するコネクタとが嵌合して電気的に接続された状態で保持されることである。
バックボード20の前面において、HDDモジュール30、バッテリモジュール50、パネルモジュール60等を接続するコネクタ群(203,205,206)を有する。バックボード20の後面において、CTLモジュール10及び電源モジュール40等を接続するコネクタ群(201,204)を有する。また、バックボード20では、コネクタ間の相互接続のための配線パターンや、前部1から後部2へ冷却風を流入させる開口穴(通気穴)220を有する。
バックボード20の中央付近で横方向の一帯(中央帯)に、HDDモジュール30の接続のための複数のコネクタ(HDDコネクタ)203が縦長矩形状で配置されている。また、HDDコネクタ203の下側には、バッテリモジュール50の接続のコネクタ(バッテリコネクタ)205が横長矩形状で配置されている。また、バックボード20の下辺右下隅付近には、パネルモジュール60の接続のためのコネクタ(パネルコネクタ)206が配置されている。
また、バックボード20の後面側において、上下辺の中央付近には、CTLモジュール10と接続するコネクタ(CTLコネクタ)201が、HDDコネクタ203の領域を挟んで離れて配置されている。上辺側には、第1のCTL(#1)のモジュール(10)の接続のためのCTLコネクタ201が横長矩形状で配置されている。下辺側には、第2のCTL(#2)のモジュール(10)の接続のためのCTLコネクタ201が同様に配置されている。また、バックボード20の左右辺の中央付近には、各電源モジュール40の接続のためのコネクタ(電源コネクタ)204が縦長矩形状で配置されている。
また、バックボード20の中央帯には、HDDコネクタ203間に挟まれて、複数の開口穴220が縦長形状で形成されている。他にも、上部のCTLコネクタ201の横側などにも横長の開口穴220が形成されている。開口穴220の位置、形状、及び面積などは、筐体内の冷却風流路の風量配分に対応して設計されている(後述)。
<HDDモジュール>
次に、図13(a),(b)において、HDDモジュール30(キャニスタモジュール等ともいう)を示している。HDDモジュール30の内部には、HDD31が収容されており、その後面側に、バックボード20側のコネクタ203と接続するコネクタ32を有する。HDDモジュール30の前面側にはハンドル301を有し、これによりHDDモジュール30の挿抜及び固定の操作が可能になっている。HDDモジュール30は、ハンドル301等のデザインにより外観を統一している。本実施の形態で装着可能なHDDモジュール30のHDD31は、(a)で示すSAS(Serial Attached SCSI)インタフェースのHDD(SAS−HDD)31、もしくは、(b)で示すSATA(Serial ATA)インタフェースのHDD(SATA−HDD)35である。
(a)で、SAS−HDD31のコネクタ32の位置及びHDDモジュール30装着位置などを考慮して、他の各モジュールのコネクタ位置及びモジュール装着位置及び形状などが設計されている。二重のCTL110(ディスクI/F16)とSAS−HDD31との間では、SASインタフェースに従い2ポート・2パス(2P)でデータ入出力処理される。SAS−HDD31側は、2ポート(2P)を持つ。
(b)で、SATA−HDD35のHDDモジュール30を装着する場合は、SAS−HDD31のコネクタ32の位置に合うように、SATA−HDD35のコネクタ36と、バックボード20のコネクタ(203)との間に、パス制御ボード(I/F変換ボード)37を介在して接続する構成である。即ち、SAS−HDD31のコネクタ32とパス制御ボード37の対応コネクタとを接続し、パス制御ボード37のコネクタ38とバックボード20の対応コネクタ(203)とを接続する。SATA−HDD35は1ポート(1P)を持つ。SATA−HDD35の接続の場合、2ポートを持つパス制御ボード37により、SATAとSASとでI/F変換する。
<電源モジュール>
図14(a),(b)において、電源モジュール40は、電源部41とファン部42を内蔵して1つのモジュールに一体化した構成であり、これにより筐体サイズ等を小型化している。(a)では、水平面で、一方の電源モジュール40が、基本筐体100の外壁99と仕切り板95との間に装着された状態を示している。(b)では、垂直面(側面)で模式的に示している。
電源部41は、基板44により構成されており、電源モジュール40の後面側にはバックボード20側の対応コネクタ204と接続するコネクタ45を有する。電源モジュール40のCTLモジュール10に向く側面には、後面(B)に近い側の一部の領域に、仕切り板95の通気孔96の位置及びファン43の位置と対応した、通気孔49が形成されている。本例では、通気孔49の形状は、上下の前段のファン43の手前とそれらの中間の領域を覆う、凸形である。対応する仕切り板95の通気孔96の形状は、通気孔49と同様、またはそれを覆う形である。
ファン部42は、複数のファン(送風機)43の動作により基本筐体100内部を空冷する冗長構成である。本例では、ファン部42では、上下2つのCTLモジュール10に対応して上下領域で同様にそれぞれ2つのファン43を備え、また、前後方向では2つ(二重)のファン43を縦列(タンデム)構成で備える。1つの電源モジュール40で合計4つのファン43による構成である。ファン43としては、例えば軸流ファン等を用いる。
各ファン43では、DC電源供給による羽回転動作により、その前面(A)側に向いた吸気口から吸気し、後面(B)側に向いた排気口から排気する。ファン43は、動作により、電源モジュール40の後面側から流入し電源部41を経由して暖められた冷却風と、CTLモジュール10内を経由して暖められ各通気孔(105,96,49)を通じて吸気口付近に流入する冷却風とを、吸気口から取り込み、後方の排気口、及び電源モジュール40の排気孔48から、基本筐体100の外部へ排気する。
ファン部42では、二重(複数)のファン43により、一方が停止した場合も他方の動作により、冷却効果を確保する。また、左右の一方側の電源モジュール40のファン部42が停止した場合もしくは装着していない場合などにおいても、他方側の電源モジュール40のファン部42の動作により、冷却性能を確保する。その場合、CTLモジュール10内の冷却風は、正常に稼働している側の電源モジュール40のファン部42に流入する。
<従来技術例>
次に、比較のために、本実施の形態に対する従来技術例(前提技術)のディスクアレイ装置における構成(筐体、モジュール、冷却構造)を簡単に説明すると以下である。この従来構成において、基本筐体では、バックボードに対する前部、前面側では、HDD群及びバッテリ等のモジュールが装着される構成である。バックボードに対する後部、後面側には、CTL、電源、及びファンの3種類のモジュール、二重化による合計6個のモジュール、が装着される構成である。後部において、上側の領域に、2つのCTLモジュールが上下に隣接で配置され、その下側に、2つの電源モジュールが左右隣接で配置される。それらの左右両側に、2つのファンモジュールが配置される。電源とファンが別モジュールの構成である。HDDは、例えばファイバチャネルI/Fのものである。また、増設筐体では、バックボードに対する前部、前面側には、HDD群のモジュールが装着される構成である。バックボードに対する後部、後面側には、ENC、電源の2種類のモジュール、二重化による合計4個のモジュール、が装着される構成である。後部において、上側の領域に2つのENCモジュールが左右隣接で配置され、その下側の領域に2つの電源モジュールが左右隣接で配置される。
<基本筐体及びモジュールの設計>
本実施の形態における、基本筐体100の基本的な構成及び筐体内の各モジュールの配置などの設計の概要は以下(1)〜(5)である。基本的に、モジュールの実装詳細、要求仕様などに基づき、バックボード20におけるコネクタ間の干渉を避けることを考慮し、また併せて筐体内の冷却構造及び小型化(前記サイズ規格など)を考慮して、モジュールの形状・サイズ・配置などが設計される。コネクタ干渉に関しては、各モジュールの接続のコネクタの位置がバックボード20の前後面で重なることや近接し過ぎることが無いように設計される。
(1)HDDモジュール30の配置が決定される。基本としてSAS−HDD31を装着する仕様とするので、そのHDDモジュール30のHDD31側のコネクタ32の位置と、それに対応するバックボード20側のコネクタ203の位置とが決定される。具体的には、当該コネクタ(32,203)の位置は、図12や図13に示すように、バックボード20の中央帯の位置である。また、前部1では、HDDモジュール30の下側にバッテリモジュール50等が配置され、前部1の構成が概略決定される。SATA−HDD35を装着する場合も、パス制御ボード37の介在により、筐体全体としてはSAS−HDD31の場合と略同様の構成になる。従来構成からの仕様変更により、本構成のバックボード20に対するSAS−HDD31のコネクタ32の位置は、従来のバックボードに対するファイバチャネルI/FのHDDのコネクタの位置と相違する(上方から中央帯へ移動)。
(2)CTLモジュール10の配置が決定される。バックボード20のコネクタ干渉を避けて、特に上記(1)のHDDモジュール30のコネクタ32の位置と重ならないように、CTLモジュール10のコネクタ111の位置と、それに対応するバックボード20側のコネクタ201の位置とが決定される。具体的には、当該コネクタ(111,201)の位置は、図12や図13に示すように、バックボード20の上下辺付近の位置である。従来構成では、2つのCTLモジュール(#1,#2)の下側に2つの電源モジュールが配置されており、一方のCTLモジュール(#2)のコネクタがバックボード中央付近に対し配置されていた。本構成では、後部2において、従来の2つの電源モジュールを左右側面側領域へ移動し(電源モジュール40)、その間の領域に2つのCTLモジュール(10)のみを上下隣接で配置し、一方(下側)のCTLモジュール(#2)のコネクタの位置を従来位置よりも下方に移動したものである。
(3)電源モジュール40の配置が決定される。上記(2)により、電源モジュール40は、筐体の左右側面側の領域(B2)に配置されるが、従来構成では、この領域にファンモジュールが存在するので、それと一体化する。即ち、本電源モジュール40は、電源部41とファン部42を内蔵した一体型とする。また、電源モジュール40の後面のコネクタ45及び対応するバックボード20側のコネクタ204の位置を、コネクタ干渉を避けるようにして決定する。具体的には、当該コネクタ(45,204)の位置は、図12に示すように、バックボード20の左右辺付近でそれぞれ縦長の配置になる。従来構成の電源モジュールのコネクタはバックボードの下辺付近に配置されていたが、本構成では、左右のファンモジュールのコネクタと統合して、上記バックボードの左右辺付近へ移動している。これらにより、後部2の構成が概略決定される。
(4)次に、基本筐体100内の前面(A)・前部1からバックボード20を経由して後部2・後面(B)への冷却風の流路(及び風量等)の構造が考慮及び設計される。筐体内のモジュール装着領域の配置及び大きさ配分、仕切り板及び通気孔の配置、バックボード20の開口穴220の配置及び面積などが考慮及び設計される。また、各二重の部位(CTLモジュール10等)への風量が略同一になるように考慮される。
(5)また特に、後部2において、CTLモジュール10と電源モジュール40とを合わせた冷却構造の詳細を決定する。具体的に、ファン部42の配置、仕切り板95の通気孔96等、CTLモジュール10の前面(106)側に通気孔を設けないこと等による冷却風流路などが決定される。また、CTLモジュール10内の冷却構造として、冷却対象部位(IC等)の位置と、それに対応するブロック150の形状及び配置などが工夫される。
<冷却構造>
前記図10,図11において、基本筐体100における基本的な冷却構造は以下である。ファン部42のファン43の動作により、外気が前面(A)側から前部1内へ吸気され、冷却風として、HDD31等の間を経由し、バックボード20の開口穴220を経由して、後部2へ流入する。後部2では、CTLモジュール10及び電源モジュール40へそれぞれ冷却風が分かれて流入する。電源モジュール40とCTLモジュール10との間の仕切り板95により、冷却風が分離され整流される。また、2つのCTLモジュール10の間の仕切り板により、冷却風が上下領域で分離される。
後部2では、冷却風は、CTLモジュール10内の各部位、及び電源モジュール40内の電源部41をそれぞれ経由して冷却する。それらの冷却風が、電源モジュール40内のファン43へ取り込まれ、後面(B)側、電源モジュール40の排気孔48から、外部へ排気される。CTLモジュール10内では、ブロック150によるダクト構造の領域114により、冷却対象部位が効率的に冷却される。CTLモジュール10内から電源モジュール40内へは、仕切り板95の通気孔96(及び対応する通気孔105,49)などを経由して冷却風がファン43へ流入する。CTLモジュール10と電源モジュール40との間の仕切り板95における通気孔96領域の位置は、仕切り板95の全面ではなく、筐体後方側のファン部42付近の一部にしている。これにより冷却風を整流して冷却効率を高めている。CTLモジュール10の前面106側は閉じている。
前記図10,図11において、基本筐体100内の構成における冷却風流路、その風量及び配分等を説明する。図10において、この面における風量の配分は例えば以下である。前面(A)から前部1(HDDモジュール30群)に風量10が流入されるものとする。後部2では、CTLモジュール10側と電源モジュール40側とで、例えば同等に配分されるように、モジュール配置及び開口穴220面積等を設計する。即ち、筐体内の上下の一方側の領域を考えたとき、前部1からの風量10のうち、一方のCTLモジュール10へは風量5が流入し、左右の電源モジュール40へは合わせて風量5(個別で風量2.5ずつ)が流入する。CTLモジュール10内では、風量5のうち風量2.5ずつが左右の電源モジュール40内へ分かれてファン部42(ファン43)へ吸引される。左右の各電源モジュール40のファン部42では、電源部41側から風量2.5を、CTLモジュール10側から風量2.5を、それぞれ吸引し、合計の風量5を外部へ排気する。
また、バックボード20の開口穴220から後部2の一方のCTLモジュール10内に流入した冷却風は、CTL基板(120)上に設けられているIC等及びその上のヒートシンク(112)等の各部位(矩形で示す)を冷却する。その冷却風は、後面(B)の方向へと流れ、各部位の冷却後、左右の仕切り板95の通気孔96(及び対応する通気孔105,49)を経由して、CTLモジュール10内から各電源モジュール40内のファン43へ吸引される。
また、図11において、この面における風量の配分は例えば以下である。前面(A)から前部1に風量10が流入されるものとする。HDDモジュール30側とバッテリモジュール50側とで例えば約8:2で配分されるようにモジュール配置及び開口穴220面積等を設計する。相対的にバッテリモジュール50よりもHDDモジュール30を効率的に冷却する構成としている。後部2の2つ(二重)のCTLモジュール10へは同等(5:5)に配分する。前部1のHDDモジュール30側からは、風量8のうち、上側のCTLモジュール10(CTL#1)へは風量5が流入し、下側のCTLモジュール10(CTL#2)へは風量3が流入する。前部1のバッテリモジュール50側からは、風量2が下側のCTLモジュール10(CTL#2)へ流入する。上下の各CTLモジュール10内の風量5は、電源モジュール40内のファン部42へ吸引されて外部へ排気される(破線矢印)。
<CTLモジュール>
次に、図15〜図18等を用いて、CTLモジュール10の冷却構造に関して詳細に説明する。
図15において、CTLモジュール10の分解時の構造を示している。CTLモジュール10の本体101に対し、CTL基板(制御パッケージ)120、ホストI/F部103、詰め物となるブロック150などの部品が収容・接続された上で、上面となるトップカバー102がねじ止め等により取り付けられる。
本体101は、下面に対しCTL基板120が取り付けられる。本体101及トップカバー102は、主に板金によるパッケージであり、CTLモジュール10の外形の大部分を構成する。本体101の両側面には、電源モジュール40との間の仕切り板95に設けられている通気孔96の配置及び形状と対応した通気孔105の領域が設けられている。本例では、通気孔105の形状は、複数の横長スリットによる矩形である。本体101の前面106側(基本筐体100の後面(B)側)には、ホストI/F部103の取り付けに対応した欠け領域を有する。ホストI/F部103は、基板及び前面パネル及び端子等からなる。本体101の後面側は、CTL基板120のコネクタ111等が露出する。
また、CTLモジュール10の前面106の一部の領域、特に下辺中央付近の領域107には、各種端子や表示素子等が実装されている。この領域107には、例えば、表示LED、LAN端子、バックエンド系端子、リモートアダプタ端子、UPS端子等が実装される。
また、その領域107の左右側、即ち前面106の下辺側左右隅には、操作レバー104が取り付けられる。操作レバー104は、例えば、CTLモジュール10角隅の固定軸(支点)に対しレバー本体を回転させる動作、即ちCTLモジュール10前面106に対してレバー本体を倒す/立てる動作、によりCTLモジュール10を筐体に固定/固定解除する機構のものである。モジュール固定時には、前面106に平行になるようにレバー本体を倒すことにより、その一方端(側面側)が、筐体の仕切り板95側の構造(受け部)に対して引っ掛かり、他方端(内側)が、CTLモジュール10前面106側の構造(受け部)に対してラッチされる。
ブロック150は、例えば発泡材による構造物である。トップカバー102の下面側(領域114)に、CTL基板120上の冷却対象部位(ヒートシンク112を含む)に対応した配置及び形状のブロック150が取り付けられる。ブロック150は、CTLモジュール10内の冷却風流路(換言すればダクト)の一部を構成する。なおヒートシンク112は、フィン等の詳細を省略して図示している。
<CTL基板>
図16において、CTL基板120における部品配置、及び周辺の本体101、通気孔105、について示している。CTL基板120は、概ね基板113による平面板形状である。CTL基板120の一辺に、バックボード20との接続のためのコネクタ(BB接続コネクタ)111が設けられている。CTL基板120の基板113面上には、例えば図示するような配置で主なIC等の部品が実装されている。これらは、稼働による発熱が比較的大きく、特に冷却性能を考慮しなければならない部位である。これらの冷却対象部位として、例えば、CPU121、SASエクスパンダ(EXP)122、ブリッジ123、DCTL124、SASインタフェースコントローラ(SAS-CTL)125等を有する(IC等の上に搭載されるヒートシンク112を含めて考える)。CPU121は、CPU11に対応する。ブリッジ123は、ブリッジ12に対応する。DCTL124は、DCTL15に対応する。EXP122やSAS-CTL125はSW18に対応する。本例では、基板113上、コネクタ111に近い側の約半分の領域で、CPU121〜DCTL124等(ヒートシンク112含む)の冷却対象部位の上方の領域114に、ブロック150が配置される。
また、本例では、基板113上、コネクタ111に近い側、CPU121の手前に、温度センサ115が設けられている。温度センサ115で検出した温度(筐体内温度)に基づき、後述のファン制御が行われる。ENCモジュール70内にも、CTLモジュール10と同様に温度センサ115が設けられる。CTL110及びENC170では、それぞれ、環境管理部(K)22によりファン制御を実行する。
CTL基板120上の冷却対象部位に対する冷却風の流れ(矢印)を考えると、CTLモジュール10内に流入した冷却風は、まず、CTL基板120上、コネクタ111の近傍に設けられているCPU121やEXP122等の冷却対象部位(#1)131周辺を冷却する。続いて、冷却風は、後面(B)の方向へと流れ、前段の冷却対象部位131の後段に位置するブリッジ123やDCTL124等の冷却対象部位(#2)132周辺を冷却する。続いて、冷却風は、更にその後方へと流れ、後面(B)近くで、SAS-CTL125等の他部位を冷却する。CTLモジュール10内の各部位が冷却された後、CLTモジュール10の前面106側は閉じているため、後方(後面(B)近く)の本体101の通気孔105を経由して、CTLモジュール10内から電源モジュール40内へ、冷却風が吸引される。
ファン部42による通排気の効率化のために、CTLモジュール10の前面106側には排気孔等を設けていない(流路としては閉じている)。従って、一旦ファン43から外部へ排気された空気は、CTLモジュール10内へ流入する(回り込む)ことが無い。
<ブロック>
図17において、ブロック150の構造を三面図及び等角図で示している。ブロック150は、CTLモジュール10内での配置により、冷却風流路(ダクト構造)を形成する。ブロック150は、概略台形断面の本体を基本として凹凸を有する形状である。ブロック150は、本体に対し、冷却対象部位(131,132)の配置及び形状に対応した流路の空間が形状されるように凹凸が形成されている。また、ブロック150は、本体に対し、CTLモジュール10の上面(トップカバー102)に隣接する側が通気の空間になっており、その空間からCTLモジュール10内部の冷却対象部位132の側へと抜ける穴(ブロック内管路)151が形成されている。ブロック150により、冷却風流路(ダクト)は、冷却対象部位(131,132)を効率的に冷却でき整流作用を持つ形状として構成される。
図18において、CTLモジュール10内におけるブロック150周囲の冷却風流路の概略を筐体側面方向の断面で示している。ブロック150は、冷却風が流入する側と流出する側とに対応した部分が、台形による勾配(傾斜)の形状になっている。勾配により、冷却風の流れを滑らかにし、冷却対象部位131に冷却風が効率的に当たるようにしている。勾配は平面でなく曲面などでも構わない。aで示すCTLモジュール10の後面側からの流入(吸気)は、一方が、ブロック150の勾配に導かれて前段の冷却対象部位131(例えばEXP122)に当たる。吸気のうち、他方は、ブロック150の穴151などによる流路を通って、直接に後段の冷却対象部位132(例えばDCTL124)に当たる。ブロック150の後方側の勾配から流出した冷却風は、bで示すように、CTLモジュール10内の後方部(前面106側)へ流入(排気)され、電源モジュール40のファン部42へ吸引される。
なお、ブロック150内部空間及び穴151への冷却風の流入は、例えば、トップカバー102の下面側からである。また例えば、ブロック150の勾配の一部に設けられる欠け領域などからブロック150内部空間に流入して穴151につながる形状なども可能である。ブロック150の形状の詳細は、後段の冷却対象部位132に対しても直接に冷却風が導かれるような形状であればよく、各種可能である。
前記コネクタ111側に近いEXP122やCPU121等の冷却対象部位(#1)131は、CTLモジュール10内に流入した冷却風がすぐに当たるため、相対的にこの部位の冷却性能が高い。その背後に隣接しているブリッジ123やDCTL124等の冷却対象部位(#2)132は、一旦EXP122等の経由で暖められた空気が当たることになるので、相対的に冷却性能が劣ることになる。これに対応して、本例では、ブロック150の構造による冷却風経路の分岐により、後段の冷却対象部位132に対しても直接に冷却風が当たるようにして当該部位の冷却性能を高めている。
<ファン制御>
次に、本ディスクアレイ装置5におけるファン制御について説明する。主にCTL110やENC170等の環境管理部(K)22により、電源モジュール40内のファン部42の動作を制御(ファン制御)することにより、装置の温度状態を適切に制御する。本ファン制御の処理は、環境管理部(K)22に対応する、プロセッサによるプログラム処理や、あるいはハードウェア論理回路などにより実現される。本ファン制御では、環境管理部(K)22は、温度センサ115により温度(筐体内温度)を検出し、検出した温度に基づき、自動的にファン部42(ファン43)の動作モードを切り替える制御(温度制御)を行う。動作モードとして、回転速度が異なる複数種類のモード、例えば、最速モード(異常時等)、高速モード(高冷却時)、中速モード(通常時)、低速モード(待機時)、を有する。
本温度制御では、例えば、センサ検出温度が正常範囲内の時は中速モードにし、所定温度以上の時は、高速モードに切り替える。駆動電圧を高く設定することにより、ファンの回転数(回転速度)が増加し、冷却風の風量が増大される。これにより、障害の有無に関わらず冷却性能を確保する。なお、[センサ検出温度(筐体内温度)]=[外気温度(環境温度)]+[0〜7度]、として換算する。駆動電圧によるファン回転数の変化は、詳しくは、ファン43への入力パルスのデューティ比(ファン仕様に対するパルス周波数)の切り替えによる。
また、従来技術として、保守交換等に係わり、CTL、電源(PS)、ファン等の障害や接続等を検出した場合に、ファン回転速度を切り替える制御(障害検出制御、異常時制御)を行うものがある。本ディスクアレイ装置5では、その障害検出制御と、上記温度制御とを組み合わせて、ファン制御を行う。
本障害検出制御では、一部のファン部42またはファン43の障害、即ち故障・動作停止や非接続状態などを、監視及び検出した場合には、ファン部42に対する駆動電圧の調整により、その時正常に接続しているファン部42(ファン43)の動作を、回転速度が高くなるように動作モードを切り替える。例えば中速モードから高速モードへ切り替える。これにより、冷却風の風量を増大させて、障害による冷却性能低下を補う。左右一方のファン部42(一部のファン43)が非稼働の場合でも、CTL110等の冷却性能を確保できる。正常状態へ復帰したら、中速モード等へ戻す。
本ファン制御の制御条件は、例えば、筐体内温度が39度未満では、中速モード(または低速モード)とし、39度〜47度では、高速モードとし、47度以上では、最速モードとする。また、装置異常状態の時は最速モードにする。各動作モードでのファン回転数は、例えば、低速モードでは3240〜4112rpm、中速モードでは5400〜6890rpm、高速モードでは8100〜10300rpm、最速モードでは10800rpm以上といったようにする。また、装置異常状態とは、例えば、片CTL抜去時(片方のCTLモジュール10の非接続状態)、片PS抜去時(片方の電源モジュール40の非接続状態)、片PS異常時(片方の電源モジュール40の異常状態)、ファン回転数不足検出時(ファン43異常状態)、などである。また、装置状態異常の時には、ファン制御と共に、アラーム(警告)を出力する。例えばファン回転数不足を所定回数連続(所定時間以上)で検出した場合には、LED点灯、メッセージ出力、音などによるアラームを出力する。なお、上記装置異常状態であっても、二重化された一方のモジュールが正常動作する場合はディスクアレイ装置として機能する。
図19において、基本筐体100及びCTL110におけるファン制御の処理フローは例えば以下である(Sは処理ステップを示す)。S1で、CTL110が電源オンになると(S1−Y)、S2で、温度センサ115により検出した温度(筐体内温度、CTL吸気温度)を判断する。その温度が所定値、本例では筐体内温度が39度(環境温度が32度)、未満である場合(S2−Y)、即ち環境温度が正常範囲内の場合、次に、S3で、筐体に対するファン接続状態を判断する。即ち、筐体の左右2つのファン部42(左右で4つずつのファン43)がCTL110に対して正常に接続されているか否かを判断する。好ましくは複数のファン43の状態を個別に判断する。左右2つのファン部42が共に接続されている場合、即ち全ファン43が正常な接続状態の場合(S3−Y)、装置が待機状態(データ入出力が無い状態)でなければ(S4−N)、S7で、所定の駆動電圧により中速モードで各ファン部42(各ファン43)を駆動する。また装置が待機状態である場合(S4−Y)、S6で、低速モードでファン部42(各ファン43)を駆動する。CTL110が電源オフされた場合(S10−Y)、各ファン部42の動作を停止させ、電源オフされていなければ(S10−N)、S2に戻る。
また、S3で、左右のファン部42が正常に接続されていない状態である場合(S3−N)、即ち一方のファン部42(または一部のファン43)しか稼働していない場合、S8で、接続されているファン部42(またはファン43)を、高速モードで駆動する。
また、S2で、温度センサ115により検出した温度(筐体内温度)が所定値(39度)以上である場合(S2−N)、高速モード等に切り替えることになる。この場合、環境温度が正常範囲以上になっているため、CTL110の高負荷等による高発熱状態や、何らかの原因による障害状態、装置異常状態などであると考えられる。障害状態としては、一方のファン部42(または一部のファン43)の故障や非接続状態などが考えられる。この際、S5で、温度状態及びファン部42(ファン43)等の状態を判断し、具体的には、筐体内温度が所定値、本例では47度、以上であるか、または装置異常状態かどうかを判断する。所定値(47度)未満または特に装置異常状態でない場合は(S5−N)、S8で、ファン部42(ファン43)を高速モードで駆動し、所定値(47度)以上または装置異常状態である場合は(S5−Y)、S9で、正常に接続されているファン部42(ファン43)を、最速モードで駆動する。
<冷却状態例>
図20において、基本筐体100の左右の片方の電源モジュール40(ファン部42)のみの稼働時における冷却風の流れを示している。例えば片PS異常時、片PS抜去時などであり、後面(B)に対する右側(#2)が非接続や故障等の場合である。前記ファン制御により、正常に接続されて稼働している左側(#1)の電源モジュール40のファン部42の動作が高速モードまたは最速モードで行われる。これにより、後部2における冷却風(CTLモジュール(#1,#2)10,電源部(#1,#2)41の各冷却風)は、すべて、正常な方(#1)のファン部42に吸引され排気される。よって、特にCTLモジュール10内の冷却性能も確保されている。
ファン部42において、前後のファン43の一方が障害の場合、他方の動作により冷却性能が確保される。また、上下のファン43の一方が障害の場合、他方の動作により冷却性能が確保される。
<実施の形態の効果>
以上のように、本実施の形態によれば、以下のような効果を有する。本実施の形態では、高密度実装及び冷却性能などを考慮した、新しい筐体及びモジュールの構成、及び冷却構造を実現している。特に、基本筐体100では、モジュール数の削減(上下のCTLモジュール10及び左右の電源モジュール40)による、サイズの小型化を実現している。また、冷却性能に関して、左右の電源モジュール40(ファン部42)での排気、バックボード20(コネクタ位置及び開口穴220)、仕切り板95の通気孔96、CTLモジュール10内のブロック150によるダクト構造、温度センサ115を用いたファン制御、などの構成により、正常時及び異常時のいずれにも、CTL基板120等の各部を効率的な冷却が実現できる。冷却性能の確保により、ディスクアレイ装置の処理性能向上及び信頼性確保につながる。
なお、図4〜図20においては、HDD31を有する基本筐体100の構造について説明したが、本発明は、この場合に限られず、例えば、HDD31を有さない基本筐体にも適用可能である。また、図4〜図20においては、基本筐体100の構造について説明したが、本発明は、基本筐体100に限られず、増設筐体200においても適用可能である。この場合、図4〜図20のうち、コントローラ(CTL)が搭載される部分に、エンクロージャ(ENC)が搭載される構成となる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
本発明は、ディスクアレイ装置などの機器に利用可能である。
本発明の一実施の形態のディスクアレイ装置による情報処理システムの構成を示す図である。 本実施の形態のディスクアレイ装置における、基本筐体と増設筐体におけるバックボードに対するモジュールの接続によるシステム構成を示している。 本実施の形態のディスクアレイ装置における、電源系の概略構成を示す図である。 基本筐体のハードウェア構成における、前面(A)側から見た斜視構成を示す図である。 基本筐体のハードウェア構成における、後面(B)側から見た斜視構成を示す図である。 増設筐体のハードウェア構成における、前面(C)側から見た斜視構成を示す図である。 増設筐体のハードウェア構成における、後面(D)側から見た斜視構成を示す図である。 (a)は、基本筐体の前面(A)の構成を、(b)は、基本筐体の後面(B)の構成を示す図である。 (a)は、増設筐体の前面(C)の構成を、(b)は、増設筐体の後面(D)の構成を示す図である。 基本筐体の水平方向の平面の概略構成、並びに冷却風の代表的な流れ(通常時)を示す図である。 基本筐体の垂直方向(側面)の平面の概略構成、並びに冷却風の代表的な流れを示す図である。 基本筐体のバックボードの前面側から見た構成を示す図である。 (a),(b)は、基本筐体のバックボードに対するHDDモジュールの接続の構成を示す図であり、(a)はSAS−HDDの場合、(b)はSATA−HDDの場合である。 基本筐体に装着する電源モジュール及びその周辺の構成を示す図であり、(a)は、水平方向の平面の概略構成、(b)は、垂直方向(側面)の平面の概略構成を示す。 基本筐体に装着するCTLモジュールの分解時の構造を斜視で示す図である。 CTLモジュールに収容するCTL基板及びその搭載部品や周辺の構成を示す図である。 CTLモジュール内に取り付けるブロックの構造を三面図及び等角図で示す図である。 CTLモジュール内のブロック等による冷却風流路(ダクト構造)を示す図である。 本実施の形態のディスクアレイ装置における、ファン制御の例の処理フローを示す図である。 基本筐体の水平方向の平面の概略構成における、片方の電源モジュール(及びファン部)のみの稼働時における冷却風の代表的な流れを示す図である。
符号の説明
1…前部、2…後部、3…前部、4…後部、5…ディスクアレイ装置、6…SAN、7…ホスト装置、10…コントローラ(CTL)モジュール、11…CPU、12…ブリッジ、13…プログラムメモリ、14…ホストI/F、15…データコントローラ(DCTL)、16…ディスクI/F、17…キャッシュメモリ(CM)、18,19…スイッチ(SW)、20,20B…バックボード(BB)、21…SASエクスパンダ(EXP)、22…環境管理部(K)、30…HDDモジュール、31…HDD、32…コネクタ、35…HDD、36…コネクタ、37…パス制御ボード、38…コネクタ、40…電源モジュール、41…電源部、42…ファン部、43…ファン、44…基板、45…コネクタ、46…操作レバー、48…排気孔、49…通気孔、50…バッテリモジュール、60…パネルモジュール、70…エンクロージャ(ENC)モジュール、80…電源モジュール、81…電源部、82…ファン部、83…ファン、91…ベゼル、95…仕切り板、96…通気孔、97…仕切り板、99…外壁、100…基本筐体、101…本体、102…トップカバー、103…ホストI/F部、104…操作レバー、105…通気孔、106…モジュール前面、107…領域(部品実装領域)、108…ホストI/F搭載領域、110…コントローラ(CTL)、111…コネクタ(BB接続コネクタ)、112…ヒートシンク、113…基板、114…領域(ブロック配置領域)、115…温度センサ、120…コントローラ基板(制御パッケージ)、121…CPU、122…EXP、123…ブリッジ、124…DCTL、125…SAS-CTL、131…冷却対象部位(#1)、132…冷却対象部位(#2)、150…ブロック、151…穴、170…エンクロージャ(ENC)、190…モジュール、191…コネクタ、200…増設筐体、201…コントローラコネクタ、203…HDDコネクタ、204…電源コネクタ、205…バッテリコネクタ、206…パネルコネクタ、220…開口穴、301…ハンドル、401…コネクタ、403…基板、411…AC/DC変換部、412…DC出力部、911…プロセッサ、912…メモリ、913…スイッチング電源(SWPS)。

Claims (16)

  1. 記憶装置群とそれらを制御するコントローラとを備えるディスクアレイ装置であって、
    前後面が開口で内部中程にバックボードが固定される基本筐体を有し、
    前記バックボードに対する前部及び後部に対して挿抜及び固定により装着されるモジュールとして、複数の記憶装置モジュール、二重化による2つのコントローラモジュール、及び、二重化による2つの電源モジュール、を有し、
    前記コントローラモジュールは、コントローラ基板を内蔵し、筐体後面側が流路的に閉じられ、前記電源モジュールは、電源部と、その後方で筐体後面近くに配置されるファン部と、を内蔵し、筐体後面側に排気孔の領域を有し、
    前記前部に対し、前記複数の記憶装置モジュールが装着され、前記後部に対し、筐体左右側面付近の領域に前記2つの電源モジュールが装着され、その間の領域に前記2つのコントローラモジュールが上下で装着され、
    前記2つの各コントローラモジュール内と前記2つの各電源モジュール内の後方のファン部の付近との間での冷却風の通気構造部を有し、
    前記ファン部の動作により、前記前部で筐体前面から吸気される冷却風が前記記憶装置モジュールを経由し、前記バックボードの開口穴を通じて、前記後部では、一方の第1の冷却風が前記2つのコントローラモジュール内へ、他方の第2の冷却風が前記2つの電源モジュール内へ流入し、前記第1の冷却風は、前記コントローラモジュール内で、前記コントローラ基板上の複数の冷却対象部位の領域を経由し、前記通気構造部を通じて前記電源モジュール内のファン部の付近へ流入して前記ファン部に吸引され、前記第2の冷却風は、前記電源モジュール内の電源部を経由してその後方の前記ファン部に吸引され、前記ファン部から前記電源モジュールの筐体後面側の排気孔の領域から外部へ排気されること、を特徴とするディスクアレイ装置。
  2. 請求項1記載のディスクアレイ装置において、
    前記後部に対し、筐体左右側面付近の領域に前記2つの電源モジュールが左右で反対向きに装着され、その間の領域に前記2つのコントローラモジュールが上下に反対向きで装着され、
    前記バックボードの前面側には、縦方向中程に、前記複数の記憶装置モジュールを接続する複数のコネクタが設けられ、それを間に挟んで、上下辺付近に、前記2つのコントローラモジュールを接続するコネクタが設けられ、左右辺付近に、前記2つの電源モジュールを接続するコネクタが設けられていること、を特徴とするディスクアレイ装置。
  3. 請求項1記載のディスクアレイ装置において、
    前記基本筐体は、前記電源モジュールとコントローラモジュールとの間に第1の仕切り板を有し、前記2つのコントローラモジュールの間に第2の仕切り板を有し、
    前記通気構造部として、前記第1の仕切り板及びそれに対応する前記電源モジュール及びコントローラモジュールの側面には、前記電源モジュール内の後方のファン部の位置に対応して、一部に通気孔の領域が設けられていること、を特徴とするディスクアレイ装置。
  4. 請求項1記載のディスクアレイ装置において、
    前記記憶装置モジュールとして、SASインタフェースのHDDを備え後面側の下側にコネクタを有するSAS−HDDモジュールと、SATAインタフェースのHDDを備え後面側の下側にコネクタを有するSATA−HDDモジュールと、が装着可能であり、前記SATA−HDDモジュールを装着する場合、前記バックボードとの間に、SASとSATAでインタフェース変換するパス制御ボードを介在して接続すること、を特徴とするディスクアレイ装置。
  5. 請求項1記載のディスクアレイ装置において、
    前記前部の上側領域に、前記複数の記憶装置モジュールが装着され、下側領域に、二重化による2つのバッテリモジュール、及び操作パネルを備えるパネルモジュール、が装着され、
    前記前部の冷却風は、前記下側のバッテリモジュールの領域よりも前記上側の複数の記憶装置モジュールの領域の方が大きく流れ、かつ、前記後部の上下の2つのコントローラモジュールの領域へほぼ等分で流入するように、前記バックボードの開口穴の位置及び面積が構成されていること、を特徴とするディスクアレイ装置。
  6. 請求項1記載のディスクアレイ装置において、
    前記2つの各電源モジュール内で、前記ファン部は、前後及び上下で二重のファンを備えること、を特徴とするディスクアレイ装置。
  7. 請求項1記載のディスクアレイ装置において、
    前記コントローラは、CPU、ブリッジ、データコントローラ、ホストインタフェース部、ディスクインタフェース部、SASエクスパンダ、及びキャッシュメモリを有し、
    前記コントローラ基板は、前記複数の冷却対象部位として、前記CPU、前記ブリッジ、前記データコントローラ、及び前記SASエクスパンダ、の部品及びその上に搭載されるヒートシンクを含むこと、を特徴とするディスクアレイ装置。
  8. 請求項1記載のディスクアレイ装置において、
    前記基本筐体に対し電気的に接続される、前後面が開口で内部中程にバックボードが固定される増設筐体を有し、
    前記増設筐体の前記バックボードに対する前部及び後部に対して挿抜及び固定により装着されるモジュールとして、複数の記憶装置モジュール、二重化による2つのエンクロージャモジュール、及び、二重化による2つの電源モジュール、を有し、
    前記エンクロージャモジュールは、SASエクスパンダを有する、エンクロージャ基板を内蔵し、前記増設筐体の電源モジュールは、電源部と、複数のファンを有するファン部と、を内蔵し、
    前記増設筐体の前部に対し、前記複数の記憶装置モジュールが装着され、前記後部に対し、上側領域に前記2つのエンクロージャモジュールが左右で装着され、下側領域に前記2つの電源モジュールが左右で装着されること、を特徴とするディスクアレイ装置。
  9. 記憶装置群とそれらを制御するコントローラとを備えるディスクアレイ装置であって、
    前後面が開口で内部中程にバックボードが固定される基本筐体を有し、
    前記バックボードに対する前部及び後部に対して挿抜及び固定により装着されるモジュールとして、複数の記憶装置モジュール、二重化による2つのコントローラモジュール、及び、二重化による2つの電源モジュール、を有し、
    前記コントローラモジュールは、コントローラ基板を内蔵し、筐体後面側が流路的に閉じられ、前記電源モジュールは、電源部と、その後方で筐体後面近くに配置されるファン部と、を内蔵し、筐体後面側に排気孔の領域を有し、
    前記前部に対し、前記複数の記憶装置モジュールが装着され、前記後部に対し、筐体左右側面付近の領域に前記2つの電源モジュールが装着され、その間の領域に前記2つのコントローラモジュールが上下で装着され、
    前記2つの各コントローラモジュール内と前記2つの各電源モジュール内の後方のファン部の付近との間での冷却風の通気構造部を有し、
    前記ファン部の動作により、前記前部で筐体前面から吸気される冷却風が前記記憶装置モジュールを経由し、前記バックボードの開口穴を通じて、前記後部では、一方の第1の冷却風が前記2つのコントローラモジュール内へ、他方の第2の冷却風が前記2つの電源モジュール内へ流入し、前記第1の冷却風は、前記コントローラモジュール内で、前記コントローラ基板上の複数の冷却対象部位の領域を経由し、前記通気構造部を通じて前記電源モジュール内のファン部の付近へ流入して前記ファン部に吸引され、前記第2の冷却風は、前記電源モジュール内の電源部を経由してその後方の前記ファン部に吸引され、前記ファン部から前記電源モジュールの筐体後面側の排気孔の領域から外部へ排気されるものであり、
    前記コントローラモジュール内では、前記コントローラ基板上にIC等の部品及びそれに搭載されるヒートシンクによる、複数の冷却対象部位を有し、前記複数の冷却対象部位の上方に、冷却風の流路の一部である所定形状のダクト構造を形成するためのブロックが配置され、前記第1の冷却風は、前記ブロックによるダクト構造を経由して前記複数の冷却対象部位を冷却すること、を特徴とするディスクアレイ装置。
  10. 請求項9記載のディスクアレイ装置において、
    前記コントローラモジュール内では、前記コントローラ基板上、前記バックボードに近い前方側に、筐体前後方向で近接して配置されるいくつかの冷却対象部位による領域を有し、前記いくつかの冷却対象部位による領域の上方に、前記ダクト構造を形成するブロックが配置され、前記第1の冷却風は、前記ブロックによるダクト構造を経由して筐体後方へ流れた後、前記通気構造部を通じて前記電源モジュール内へ流入すること、を特徴とするディスクアレイ装置。
  11. 請求項9記載のディスクアレイ装置において、
    前記ブロックは、筐体前後方向の断面で、前記冷却対象部位へ前記第1の冷却風の少なくとも一部を直接に当てるように滑らかに導く、勾配の形状を有すること、を特徴とするディスクアレイ装置。
  12. 請求項9記載のディスクアレイ装置において、
    前記ブロックは、前記第1の冷却風の流路を、前記いくつかの冷却対象部位に対応してそのそれぞれに冷却風が直接に当たるように分岐させる形状を有すること、を特徴とするディスクアレイ装置。
  13. 請求項9記載のディスクアレイ装置において、
    前記ブロックは、その内部に、前記バックボード側から流入した前記第1の冷却風の一部を前記いくつかの冷却対象部位による領域の後段の冷却対象部位へ直接に当たるように導く、穴または管路の形状を有すること、を特徴とするディスクアレイ装置。
  14. 記憶装置群とそれらを制御するコントローラとを備えるディスクアレイ装置であって、
    前後面が開口で内部中程にバックボードが固定される基本筐体を有し、
    前記バックボードに対する前部及び後部に対して挿抜及び固定により装着されるモジュールとして、複数の記憶装置モジュール、二重化による2つのコントローラモジュール、及び、二重化による2つの電源モジュール、を有し、
    前記コントローラモジュールは、コントローラ基板を内蔵し、筐体後面側が流路的に閉じられ、前記電源モジュールは、電源部と、その後方で筐体後面近くに配置されるファン部と、を内蔵し、筐体後面側に排気孔の領域を有し、
    前記前部に対し、前記複数の記憶装置モジュールが装着され、前記後部に対し、筐体左右側面付近の領域に前記2つの電源モジュールが装着され、その間の領域に前記2つのコントローラモジュールが上下で装着され、
    前記2つの各コントローラモジュール内と前記2つの各電源モジュール内の後方のファン部の付近との間での冷却風の通気構造部を有し、
    前記ファン部の動作により、前記前部で筐体前面から吸気される冷却風が前記記憶装置モジュールを経由し、前記バックボードの開口穴を通じて、前記後部では、一方の第1の冷却風が前記2つのコントローラモジュール内へ、他方の第2の冷却風が前記2つの電源モジュール内へ流入し、前記第1の冷却風は、前記コントローラモジュール内で、前記コントローラ基板上の複数の冷却対象部位の領域を経由し、前記通気構造部を通じて前記電源モジュール内のファン部の付近へ流入して前記ファン部に吸引され、前記第2の冷却風は、前記電源モジュール内の電源部を経由してその後方の前記ファン部に吸引され、前記ファン部から前記電源モジュールの筐体後面側の排気孔の領域から外部へ排気されるものであり、
    前記コントローラは、環境管理部を有し、
    前記コントローラモジュール内には温度センサが設けられ、
    前記環境管理部は、前記温度センサで検出した温度が、所定値以上になった場合に、前記ファン部のファンの回転速度が高くなるように切り替える制御を行うこと、を特徴とするディスクアレイ装置。
  15. 請求項14記載のディスクアレイ装置において、
    前記環境管理部は、前記電源モジュール及び前記ファン部の状態を監視及び検出し、非接続状態または異常状態であると判断した場合に、正常に接続されている状態の前記ファン部のファンの回転速度が高くなるように切り替える制御を行うこと、を特徴とするディスクアレイ装置。
  16. 請求項14記載のディスクアレイ装置において、
    前記基本筐体に対し電気的に接続される、前後面が開口で内部中程にバックボードが固定される増設筐体を有し、
    前記増設筐体の前記バックボードに対する前部及び後部に対して挿抜及び固定により装着されるモジュールとして、複数の記憶装置モジュール、二重化による2つのエンクロージャモジュール、及び、二重化による2つの電源モジュール、を有し、
    前記エンクロージャモジュールは、SASエクスパンダを有する、エンクロージャ基板を内蔵し、前記増設筐体の電源モジュールは、電源部と、複数のファンを有するファン部と、を内蔵し、
    前記増設筐体の前部に対し、前記複数の記憶装置モジュールが装着され、前記後部に対し、上側領域に前記2つのエンクロージャモジュールが左右で装着され、下側領域に前記2つの電源モジュールが左右で装着され、
    前記エンクロージャは、環境管理部を有し、
    前記エンクロージャモジュール内には温度センサが設けられ、
    前記エンクロージャの環境管理部は、前記温度センサで検出した温度が、所定値以上になった場合に、前記増設筐体の電源モジュール内のファン部のファンの回転速度が高くなるように切り替える制御を行うこと、を特徴とするディスクアレイ装置。
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