JP2012198736A - 電子機器を搭載した装置、電子機器を搭載した装置の冷却プログラム及び電子機器を搭載した装置の冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子機器を搭載した装置の消費電力を低減する。
【解決手段】電子機器を搭載したサーバ３００は、ファン３１０の回転速度を増加させた場合にファン３１０と電子機器により消費される消費電力の和が低下するか、ファン３１０の回転速度を減少させた場合にファン３１０と電子機器により消費される消費電力の和が低下するかを判定する。そして、サーバ３００は、ファン３１０と電子機器により消費される消費電力の和が低下する方向にファン３１０の回転速度を調整する。
【選択図】図４

Description

本発明は、電子機器を搭載した装置を空冷する技術に関する。

サーバなどの電子機器を搭載した装置を空冷するファンが消費する電力は、サーバ全体の消費電力の約３０〜５０％に達してしまい、ファンの消費電力を低減する必要がある。サーバの空冷に要する消費電力を低減するためには、各種デバイスの許容温度範囲でファンの回転速度を低下させればよい。このため、温度センサによりデバイスの温度を測定し、デバイス温度が許容温度範囲に空冷されるように、ファンの回転速度を制御する技術が提案されている。

特開２０１０−１０８３２４号公報

しかしながら、従来技術のサーバにおいては、温度的にクリティカルなデバイスのすべてに温度センサが付設されておらず、一部のデバイスの温度に応じてファンの回転速度を制御していることから、温度が測定できないデバイスの安全性を確保した制御となっていた。このため、ファンの回転速度を高精度に低下させることができず、サーバ全体で消費する電力を効果的に低減できているとは言い難い。

また、従来、冷却に要する消費電力を低減させる方法として、上記の通り、デバイスの安全性を確保した上で、ファンの回転速度を低下させる方法が用いられてきた。しかし、デバイスの消費電力は、デバイスの稼動温度範囲内でもリーク電流の効果などにより温度が上昇するにつれて増加してしまい、その増加分がファンの回転速度低下による省電力量を越える場合があった。このため、ファンの回転速度を低下させることが、必ずしも、システム全体としての省電力とならない場合がある。

そこで、本技術は従来技術の問題点に鑑み、電子機器を搭載した装置の消費電力を低減できる、電子機器を搭載した装置、電子機器を搭載した装置の冷却プログラム及び電子機器を搭載した装置の冷却方法を提供することを目的とする。

電子機器を搭載した装置は、ファンの回転速度を増加させた場合にファンと電子機器により消費される消費電力の和が低下するか、ファンの回転速度を減少させた場合にファンと電子機器により消費される消費電力の和が低下するかを判定する。そして、電子機器を搭載した装置は、ファンと電子機器により消費される消費電力の和が低下する方向にファンの回転速度を調整する。

本技術によれば、装置全体で消費する電力を低減することができる。

情報処理装置の一例を示す概要図である。 サーバ及び制御サーバの内部構造の一例を示す構造図である。 冷却装置の一例を示す機能ブロック図である。 サーバの一例を示すブロック図である。 消費電力テーブルの一例を示すデータ構造図である。 サーバのプロセッサにより具現化される機能ブロックの説明図である。 制御サーバの一例を示すブロック図である。 制御サーバのプロセッサにより具現化される機能ブロックの説明図である。 冷却装置で実行される処理の一例を示すフローチャートである。 サーバで実行される処理の一例を示すフローチャートである。 制御サーバで実行される第１の処理の一例を示すフローチャートである。 制御サーバで実行される第１の処理を説明するシーケンス図である。 冷却エリアが分かれているデータセンタの説明図である。 制御サーバで実行される第２の処理の一例を示すフローチャートである。 制御サーバで実行される第２の処理による効果を説明する説明図である。 冷却装置、サーバ及び制御サーバが１つのラックに格納された場合の内部構造の一例を示す構造図である。

以下、添付された図面を参照し、本発明を実施するための実施形態について詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る情報処理装置の一例を示す。

各種サービスを提供するデータセンタ１００には、建屋のフロアを設定温度に冷却する冷却装置２００と、各種サービスを処理する複数台のサーバ３００と、各サーバ３００の冷却を集中して制御する制御装置としての制御サーバ４００と、が設置される。冷却装置２００、各サーバ３００及び制御サーバ４００は、ＬＡＮ（Local Area Network）などのネットワーク５００を介して相互に接続される。

サーバ３００及び制御サーバ４００は、図２に示すように、メモリＡ、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサＢ、ハードディスクＣ、表示装置Ｄ、リムーバブルディスクＥを読み込むドライブ装置Ｆ及び入力装置ＧがバスＨで接続されたコンピュータである。ハードディスクＣは、記憶部として機能する。表示装置Ｄは、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などのディスプレイである。リムーバブルディスクＥは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory）、ＤＶＤ−ＲＯＭ（Digital Versatile Disk Read Only Memory）などの可搬記録媒体である。なお、リムーバブルディスクＥに代えて、フラッシュメモリを内蔵したＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリなどを使用することもできる。入力装置Ｇは、例えば、マウスとキーボードである。なお、サーバ３００及び制御サーバ４００は、１台のラックに収納され、外部のコンソールなどにより操作される場合には、表示装置Ｄ、ドライブ装置Ｆ及び入力装置Ｇを備えていなくてもよい。

冷却装置２００は、図３に示すように、各種処理を実行するためのマイクロコンピュータ２１０と、冷却に要する電力（冷却電力）を測定する電力計２２０と、ネットワーク５００に接続するためのデバイスであるＬＡＮコントローラ２３０と、を内蔵する。マイクロコンピュータ２１０は、ＲＯＭ（Read Only Memory）などに格納された制御プログラムを実行することで、電力取得部２００Ａと、温度変更部２００Ｂと、を具現化する。電力取得部２００Ａは、制御サーバ４００からの命令に応答して、現在の設定温度（現在温度）における冷却電力を電力計２２０から読み取り、ＬＡＮコントローラ２３０及びネットワーク５００を介して、この冷却電力を制御サーバ４００に通知する。温度変更部２００Ｂは、制御サーバ４００からの命令に応答して、建屋のフロアを冷却する設定温度を変更
する。

サーバ３００は、図４に示すように、プロセッサＢ及びハードディスクＣに加え、ファン３１０と、吸気温度センサ３２０と、デバイス温度センサ３３０と、チップセット３４０と、ＬＡＮコントローラ３５０と、を内蔵する。ファン３１０は、サーバ３００を空冷する、回転速度が制御可能な電動ファンである。吸気温度センサ３２０は、サーバ３００に導入される吸気温度を測定する。デバイス温度センサ３３０は、サーバ３００を構成する複数のデバイス（電子機器）のうち、熱的にクリティカルな少なくとも１つのデバイスの温度を測定する。チップセット３４０は、バスＨと周辺機器とを接続するバスブリッジなどのデバイスである。ＬＡＮコントローラ３５０は、ネットワーク５００に接続するためのＮＩＣ（Network Interface Card）などのデバイスである。

サーバ３００のハードディスクＣは、図５に示すように、ファン３１０の回転速度ごとに、吸気温度及びプロセッサ負荷に対応した消費電力（対応関係）が設定された消費電力テーブル３６０を格納する。ここで、プロセッサＢの消費電力は負荷に応じて変化する一方、プロセッサＢを除く他のデバイスの消費電力は定常状態で略一定であるため、消費電力テーブル３６０の消費電力は、プロセッサＢの消費電力、他のデバイスの消費電力及びファン３１０の消費電力を夫々合算した電力である。なお、消費電力テーブル３６０としては、ファン３１０の回転速度、吸気温度及びプロセッサ負荷に応じた消費電力が設定された三次元テーブルとしてもよい。

また、サーバ３００のプロセッサＢは、図示しないメモリＡに展開されたサーバ用の冷却プログラムを実行することで、図６に示すように、ファン制御部３００Ａと、負荷計測部３００Ｂと、温度取得部３００Ｃと、電力変化算出部３００Ｄと、を具現化する。ファン制御部３００Ａは、制御サーバ４００からの命令に応答して、チップセット３４０を介して、ファン３１０の回転速度を変更する。負荷計測部３００Ｂは、プロセッサＢの負荷（０〜１００％）を計測する。温度取得部３００Ｃは、チップセット３４０を介して、吸気温度センサ３２０から吸気温度を読み取ると共に、デバイス温度センサ３３０からデバイス温度を読み取る。電力変化算出部３００Ｄは、制御サーバ４００からの命令に応答して、ハードディスクＣに格納された消費電力テーブル３６０を参照し、ファン３１０の回転速度、吸気温度及びプロセッサ負荷に応じた消費電力を制御サーバ４００に通知する。

制御サーバ４００は、図７に示すように、メモリＡ及びプロセッサＢに加え、チップセット４１０と、ＬＡＮコントローラ４２０と、を内蔵する。プロセッサＢは、メモリＡに展開された制御装置用の冷却プログラムを実行することで、図８に示すように、電力変化収集部４００Ａと、判定部４００Ｂと、ファン速度制御部４００Ｃと、を具現化する。電力変化収集部４００Ａは、管理者などからの指示に応答して、冷却装置２００から現在温度及び現在温度を±１℃変化させたときの冷却電力を収集すると共に、各サーバ３００から吸気温度を±１℃変化させたときの電力変化量を収集し、収集データ４３０としてメモリＡに保存する。判定部４００Ｂは、メモリＡに格納された収集データ４３０を参照し、冷却電力及び電力変化量に応じて冷却装置２００の現在温度を変更すべきか否かを判定すると共に、必要に応じて冷却装置２００に対して現在温度を変更するための命令を送信する。ファン速度制御部４００Ｃは、管理者などからの指示に応答して、サーバ３００の吸気温度、プロセッサ負荷及び現在のファン回転速度に基づいてファン３１０の回転速度を決定し、サーバ３００に対して回転速度を変更するための命令を送信する。

ここで、判定部４００Ｂは、制御手段の一例として挙げられ、また、ファン速度制御部４００Ｃは、判定手段及び調整手段の一例として挙げられる。
次に、サーバ３００のファン制御に係る各種処理について説明する。

図９は、制御サーバ４００から冷却装置２００に命令が届いたことを契機として、冷却装置２００の電力取得部２００Ａ及び温度変更部２００Ｂが協働して実行する処理の一例を示す。

ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同様。）では、電力取得部２００Ａが、制御サーバ４００から届いた命令は冷却電力の通知要求であるか否かを判定する。ここで、冷却電力の通知要求であるか否かは、例えば、命令のヘッダに格納された識別子から判定すればよい（以下同様）。そして、電力取得部２００Ａは、命令が冷却電力の通知要求であると判定すれば処理をステップ２へと進める一方（Ｙｅｓ）、命令が冷却電力の通知要求でないと判定すれば処理をステップ１０へと進める（Ｎｏ）。

ステップ２では、電力取得部２００Ａが、例えば、命令を解析することで、冷却電力の要求は何度の冷却電力の要求であるか否かを判定する。そして、電力取得部２００Ａは、現在温度を１℃下降させた場合の要求であると判定すれば処理をステップ３へと進め、現在温度における要求であると判定すれば処理をステップ６へと進め、現在温度を１℃上昇させた場合の要求であると判定すれば処理をステップ７へと進める。

ステップ３では、電力取得部２００Ａが、温度変更部２００Ｂを介して、現在温度を１℃だけ下降させる。
ステップ４では、電力取得部２００Ａが、電力計２２０から冷却電力を読み取り、ＬＡＮコントローラ２３０及びネットワーク５００を介して、制御サーバ４００に対して現在温度を１℃だけ下降させた場合の冷却電力を通知する。

ステップ５では、電力取得部２００Ａが、温度変更部２００Ｂを介して、設定温度を１℃だけ上昇させて元に戻す。
ステップ６では、電力取得部２００Ａが、電力計２２０から冷却電力を読み取り、ＬＡＮコントローラ２３０及びネットワーク５００を介して、制御サーバ４００に対して現在温度における冷却電力を通知する。

ステップ７では、電力取得部２００Ａが、温度変更部２００Ｂを介して、現在温度を１℃だけ上昇させる。
ステップ８では、電力取得部２００Ａが、電力計２２０から冷却電力を読み取り、ＬＡＮコントローラ２３０及びネットワーク５００を介して、制御サーバ４００に対して現在温度を１℃だけ上昇させた場合の冷却電力を通知する。

ステップ９では、電力取得部２００Ａが、温度変更部２００Ｂを介して、設定温度を１℃だけ下降させて元に戻す。
ステップ１０では、温度変更部２００Ｂが、制御サーバ４００から届いた命令は設定温度の変更要求であるか否かを判定する。そして、温度変更部２００Ｂは、命令が設定温度の変更要求であると判定すれば処理をステップ１１へと進める一方（Ｙｅｓ）、命令が設定温度の変更要求でないと判定すれば処理を終了させる（Ｎｏ）。

ステップ１１では、温度変更部２００Ｂが、制御サーバ４００からの設定温度の変更要求に応じて、現在温度を適宜変更する。
かかる処理によれば、冷却装置２００は、制御サーバ４００からの命令に応答して、現在温度における冷却電力、現在温度を１℃だけ上昇又は下降させた場合の冷却電力を実測し、その実測結果を制御サーバ４００に通知する。また、冷却装置２００は、制御サーバ４００からの命令に応答して、現在温度を適宜変更する。なお、冷却装置２００は、現在温度を１℃だけ上昇又は下降させた場合の冷却電力について、現在温度を実際に変更せずに、例えば、冷却回路の性能特性などを参照して推測するようにしてもよい。

図１０は、制御サーバ４００からサーバ３００に命令が届いたことを契機として、サーバ３００のファン制御部３００Ａ、負荷計測部３００Ｂ、温度取得部３００Ｃ及び電力変化算出部３００Ｄが協働して実行する処理の一例を示す。

ステップ２１では、ファン制御部３００Ａが、制御サーバ４００から届いた命令はファン回転速度の変更要求であるか否かを判定する。そして、ファン制御部３００Ａは、命令がファン回転速度の変更要求であると判定すれば処理をステップ２２へと進める一方（Ｙｅｓ）、命令がファン回転速度の変更要求でないと判定すれば処理をステップ２３へと進める（Ｎｏ）。

ステップ２２では、ファン制御部３００Ａが、チップセット３４０を介して、ファン回転速度の変更要求に応じてファン３１０の回転速度を適宜変更する。
ステップ２３では、負荷計測部３００Ｂが、制御サーバ４００から届いた命令はプロセッサ負荷の通知要求であるか否かを判定する。そして、負荷計測部３００Ｂは、命令がプロセッサ負荷の通知要求であると判定すれば処理をステップ２４へと進める一方（Ｙｅｓ）、命令がプロセッサ負荷の通知要求でないと判定すれば処理をステップ２５へと進める（Ｎｏ）。

ステップ２４では、負荷計測部３００Ｂが、プロセッサＢの負荷を計測し、チップセット３４０、ＬＡＮコントローラ３５０及びネットワーク５００を介して、制御サーバ４００に対してプロセッサ負荷を通知する。

ステップ２５では、温度取得部３００Ｃが、制御サーバ４００から届いた命令は吸気温度の通知要求であるか否かを判定する。そして、温度取得部３００Ｃは、命令が吸気温度の通知要求であると判定すれば処理をステップ２６へと進める一方（Ｙｅｓ）、命令が吸気温度の通知要求でないと判定すれば処理をステップ２７へと進める（Ｎｏ）。

ステップ２６では、温度取得部３００Ｃが、チップセット３４０を介して吸気温度センサ３２０から吸気温度を読み出し、チップセット３４０、ＬＡＮコントローラ３５０及びネットワーク５００を介して、制御サーバ４００に対して吸気温度を通知する。

ステップ２７では、温度取得部３００Ｃが、制御サーバ４００から届いた命令はデバイス温度の通知要求であるか否かを判定する。そして、温度取得部３００Ｃは、命令がデバイス温度の通知要求であると判定すれば処理をステップ２８へと進める一方（Ｙｅｓ）、命令がデバイス温度の通知要求でないと判定すれば処理をステップ２９へと進める（Ｎｏ）。

ステップ２８では、温度取得部３００Ｃが、チップセット３４０を介してデバイス温度センサ３３０からデバイス温度を読み出し、チップセット３４０、ＬＡＮコントローラ３５０及びネットワーク５００を介して、制御サーバ４００に対してデバイス温度を通知する。

ステップ２９では、電力変化算出部３００Ｄが、制御サーバ４００から届いた命令は吸気温度を１℃だけ下降させた場合（温度下降時）の電力変化量の通知要求であるか否かを判定する。そして、電力変化算出部３００Ｄは、命令が温度下降時の電力変化量の通知要求であると判定すれば処理をステップ３０へと進める一方（Ｙｅｓ）、命令が温度下降時の電力変化量の通知要求でないと判定すれば処理をステップ３１へと進める（Ｎｏ）。

ステップ３０では、電力変化算出部３００Ｄが、次のような方法で温度下降時の電力変
化量を算出した後、チップセット３４０、ＬＡＮコントローラ３５０及びネットワーク５００を介して、制御サーバ４００に対して温度下降時の電力変化量を通知する。即ち、電力変化算出部３００Ｄは、ハードディスクＣに格納された消費電力テーブル３６０を参照し、温度取得部３００Ｃにより取得された吸気温度、負荷計測部３００Ｂにより計測されたプロセッサ負荷及び現在のファン回転速度に対応した消費電力（１）を算出する。また、電力変化算出部３００Ｄは、消費電力テーブル３６０を参照し、取得された吸気温度よりも１℃だけ低い吸気温度、計測されたプロセッサ負荷及び現在のファン回転速度に対応した消費電力（２）を算出する。そして、電力変化算出部３００Ｄは、消費電力（２）から消費電力（１）を減算することで、温度下降時の電力変化量を算出する。

ステップ３１では、電力変化算出部３００Ｄが、制御サーバ４００から届いた命令は吸気温度を１℃だけ上昇させた場合（温度上昇時）の電力変化量の通知要求であるか否かを判定する。そして、電力変化算出部３００Ｄは、命令が温度上昇時の電力変化の通知要求であると判定すれば処理をステップ３２へと進める一方（Ｙｅｓ）、命令が温度上昇時の電力変化量の通知要求でないと判定すれば処理を終了させる（Ｎｏ）。

ステップ３２では、電力変化算出部３００Ｄが、次のような方法で温度上昇時の電力変化量を算出した後、チップセット３４０、ＬＡＮコントローラ３５０及びネットワーク５００を介して、制御サーバ４００に対して温度上昇時の電力変化量を通知する。即ち、電力変化算出部３００Ｄは、ハードディスクＣに格納された消費電力テーブル３６０を参照し、温度取得部３００Ｃにより取得された吸気温度、負荷計測部３００Ｂにより計測されたプロセッサ負荷及び現在のファン回転速度に対応した消費電力（１）を算出する。また、電力変化算出部３００Ｄは、消費電力テーブル３６０を参照し、取得された吸気温度よりも１℃だけ高い吸気温度、計測されたプロセッサ負荷及び現在のファン回転速度に対応した消費電力（２）を算出する。そして、電力変化算出部３００Ｄは、消費電力（２）から消費電力（１）を減算することで、温度上昇時の電力変化量を算出する。

かかる処理によれば、サーバ３００は、制御サーバ４００からの命令に応答して、ファン回転速度の変更、プロセッサ負荷の通知、吸気温度の通知、デバイス温度の通知、温度下降時の電力変化量の通知、及び、温度上昇時の電力変化量の通知を行う。このとき、サーバ３００は、ハードディスクＣに格納された消費電力テーブル３６０を参照して電力変化量を算出するため、例えば、実験などを通して消費電力テーブル３６０を適切に設定しておけば、電力変化量の算出精度を確保しつつ処理負荷を軽減することができる。

図１１は、管理者などからの指示に応答して、制御サーバ４００の電力変化収集部４００Ａ及び判定部４００Ｂが協働して実行する第１の処理の一例を示す。
ステップ４１では、電力変化収集部４００Ａが、チップセット４１０、ＬＡＮコントローラ４２０及びネットワーク５００を介して、冷却装置２００に対して現在温度、現在温度を１℃だけ上昇及び下降させた場合の冷却電力の通知要求を夫々送信する。また、電力変化収集部４００Ａは、冷却装置２００から冷却電力の通知があるまで待機し、メモリＡに収集データ４３０として冷却電力を保存する。

ステップ４２では、電力変化収集部４００Ａが、チップセット４１０、ＬＡＮコントローラ４２０及びネットワーク５００を介して、すべてのサーバ３００に対して温度上昇時及び温度下降時の電力変化量の通知要求を夫々送信する。また、電力変化収集部４００Ａは、すべてのサーバ３００から電力変化量の通知があるまで待機し、メモリＡに収集データ４３０として電力変化量を保存する。

ステップ４３では、判定部４００Ｂが、次のような方法で、冷却装置２００の現在温度を１℃だけ上昇及び下降させた場合の電力変化量を夫々算出する。即ち、判定部４００Ｂ
は、メモリＡに保存された収集データ４３０を読み出し、現在温度における冷却電力から冷却装置２００の現在温度を１℃だけ上昇させた場合の冷却電力を減算することで、冷却電力の減少量を算出する。また、判定部４００Ｂは、収集データ４３０を参照し、冷却装置２００の現在温度を１℃だけ下降させた場合の冷却電力から現在温度における冷却電力を減算することで、冷却電力の増加量を算出する。

ステップ４４では、判定部４００Ｂが、冷却装置２００の現在温度を１℃だけ下降させると、データセンタ１００で消費する電力が減少するか否かを判定する。即ち、判定部４００Ｂは、収集データ４３０を参照し、すべてのサーバ３００について温度下降時の電力変化量を合算することで、温度下降時の電力減少量を算出する。また、判定部４００Ｂは、サーバ３００の電力減少量が冷却装置２００の冷却電力の増加量より大きければ、データセンタ１００で消費する電力が減少すると判定する。そして、判定部４００Ｂは、データセンタ１００で消費する電力が減少すると判定すれば処理をステップ４５へと進める一方（Ｙｅｓ）、データセンタ１００で消費する電力が減少しないと判定すれば処理をステップ４６へと進める（Ｎｏ）。

ステップ４５では、判定部４００Ｂが、チップセット４１０、ＬＡＮコントローラ４２０及びネットワーク５００を介して、冷却装置２００に対して現在温度を１℃だけ下降させる命令を送信する。

ステップ４６では、判定部４００Ｂが、冷却装置２００の現在温度を１℃だけ上昇させると、データセンタ１００で消費する電力が減少するか否かを判定する。即ち、判定部４００Ｂは、収集データ４３０を参照し、すべてのサーバ３００について温度上昇時の電力変化量を合算することで、温度上昇時の電力増加量を算出する。また、判定部４００Ｂは、サーバ３００の電力増加量が冷却装置２００の冷却電力の減少量より小さければ、データセンタ１００で消費する電力が減少すると判定する。そして、判定部４００Ｂは、データセンタ１００で消費する電力が減少すると判定すれば処理をステップ４７へと進める一方（Ｙｅｓ）、データセンタ１００で消費する電力が減少しないと判定すれば処理を終了させる（Ｎｏ）。

ステップ４７では、判定部４００Ｂが、チップセット４１０、ＬＡＮコントローラ４２０及びネットワーク５００を介して、冷却装置２００に対して現在温度を１℃だけ上昇させる命令を送信する。

かかる第１の処理によれば、図１２に示すように、制御サーバ４００は、冷却装置２００に対して現在温度、現在温度を１℃だけ上昇及び下降させた場合の冷却電力の通知を要求する。また、制御サーバ４００は、すべてのサーバ３００に対して吸気温度を１℃だけ上昇及び下降させた場合の電力変化量の通知を要求する。その後、制御サーバ４００は、冷却装置２００における冷却電力の変化量とすべてのサーバ３００における消費電力の変化量との比較結果から、冷却装置２００の現在温度を１℃だけ上昇又は下降させると、データセンタ１００で消費する電力が減少するか否かを判定する。そして、制御サーバ４００は、冷却装置２００の現在温度を下降させると電力が減少すると判定すれば、冷却装置２００に対して現在温度を下降させる命令を送信する一方、冷却装置２００の現在温度を上昇させると電力が減少すると判定すれば、冷却装置２００に対して現在温度を上昇させる命令を送信する。

このため、サーバ３００におけるファン３１０の回転速度を変化させずに、冷却装置２００の現在温度を変化させることで、データセンタ１００で消費する電力を減少させることができる。

データセンタ１００において、図１３に示すように、コールドアイル６００に面する複数のサーバ３００（サーバ郡）ごとに冷却装置２００が設置されているものがある。この場合には、制御サーバ４００は、コールドアイル６００に面するサーバ郡を冷却する冷却装置２００ごとに、冷却装置２００の現在温度を上昇又は下降させるようにする。

なお、冷却装置２００の現在温度を変化させる幅は、１℃に限らず、例えば、冷却装置２００の冷却能力などに応じた所定温度としてもよい。
ここで、冷却装置２００の現在温度を上昇又は下降させる制御について、具体的な事例を想定して説明する。

［前提条件］
サーバ１：プロセッサ負荷２０％、吸気温度２４℃
：吸気温度２４℃における消費電力３０Ｗ
：吸気温度２３℃における消費電力２９Ｗ
：吸気温度２５℃における消費電力３２Ｗ
サーバ２：プロセッサ負荷１０％、吸気温度２３℃
：吸気温度２３℃における消費電力２０Ｗ
：吸気温度２２℃における消費電力１９．５Ｗ
：吸気温度２４℃における消費電力２１．５Ｗ
サーバＮ：プロセッサ負荷３０％、吸気温度２５℃
：吸気温度２５℃における消費電力２０Ｗ
：吸気温度２４℃における消費電力１９Ｗ
：吸気温度２６℃における消費電力２２Ｗ
冷却装置：設定温度２２℃
：設定温度２１℃における電力増加量５００Ｗ
：設定温度２３℃における電力減少量１０００Ｗ

［具体的制御内容］
前述した前提条件において、サーバ１〜Ｎの吸気温度を１℃だけ上昇及び下降させた場合の電力減少量及び電力増加量は、夫々、次のように算出される。
サーバ１の温度下降時の電力減少量＝３０Ｗ―２９Ｗ＝１Ｗ
サーバ１の温度上昇時の電力増加量＝３２Ｗ−３０Ｗ＝２Ｗ
サーバ２の温度下降時の電力減少量＝２０Ｗ−１９．５Ｗ＝０．５Ｗ
サーバ２の温度上昇時の電力増加量＝２１．５Ｗ−２０Ｗ＝１．５Ｗ
サーバＮの温度下降時の電力減少量＝２０Ｗ−１９Ｗ＝１Ｗ
サーバＮの温度上昇時の電力増加量＝２２Ｗ−２０Ｗ＝２Ｗ
サーバ１〜Ｎの吸気温度を１℃だけ上昇及び下降させた場合の電力減少量及び電力増加量の合計は、夫々、次のように算出される。

温度下降時の電力減少量の合計＝１Ｗ＋０．５Ｗ＋・・・＋１Ｗ＝１０００Ｗ
温度上昇時の電力増加量の合計＝２Ｗ＋１．５Ｗ＋・・・＋２Ｗ＝２０００Ｗ
そして、サーバ１〜Ｎの吸気温度を１℃だけ上昇及び下降させた場合、冷却装置２００の消費電力の変化量とサーバ３００の電力増加量の合計とを比較すると、
温度下降時：５００Ｗ（冷却装置増加量）＜１０００Ｗ（サーバ減少量）
温度上昇時：１０００Ｗ（冷却装置減少量）＜２０００Ｗ（サーバ増加量）
となるので、冷却装置２００の設定温度を１℃だけ降下させると、５００Ｗの電力を低減できる。

図１４は、管理者などからの指示に応答して、制御サーバ４００のファン速度制御部４００Ｃが実行する第２の処理の一例を示す。なお、第２の処理は、各サーバ３００に対して夫々実行される。

ステップ５１では、ファン速度制御部４００Ｃが、チップセット４１０、ＬＡＮコントローラ４２０及びネットワーク５００を介して、サーバ３００に対してデバイス温度の通知要求を送信する。なお、ファン速度制御部４００Ｃは、サーバ３００からデバイス温度が通知されるまで待機する。

ステップ５２では、ファン速度制御部４００Ｃが、デバイス温度が許容温度未満であるか否かを判定する。ここで、デバイス温度としては、サーバ３００から通知された複数のデバイス温度のうち最高温度を示すものを採択する。そして、ファン速度制御部４００Ｃは、デバイス温度が許容温度未満であると判定すれば処理をステップ５３へと進める一方（Ｙｅｓ）、デバイス温度が許容温度以上であると判定すれば処理をステップ５７へと進める（Ｎｏ）。

ステップ５３では、ファン速度制御部４００Ｃが、チップセット４１０、ＬＡＮコントローラ４２０及びネットワーク５００を介して、サーバ３００に対して吸気温度及びプロセッサ負荷の通知要求を送信する。なお、ファン速度制御部４００Ｃは、サーバ３００から吸気温度及びプロセッサ負荷の通知があるまで待機する。

ステップ５４では、ファン速度制御部４００Ｃが、次のような方法で、サーバ３００の吸気温度に対応したファン３１０の第１の回転速度を算出する。ここで、第１の回転速度は、サーバ３００から通知された吸気温度において、サーバ３００のデバイスを許容温度範囲に冷却するために必要な最低回転速度である。

［理論式］
発熱量が一定の場合、ファン風量Ｑとデバイス温度Ｔとの関係は、以下の式で表すことができる。
Ｔ＝α／Ｑ＋Ｔ₀ ［α：定数、Ｔ₀：吸気温度］
一般に空冷については、以下の式が成り立つ。

そして、デバイスは消費電力変化が小さいため定常状態にあると仮定すると、以上の式から、定常状態では以下の式が成り立つ。
Ｔ＝α’/Ｑ・Ｅ_in＋Ｔ₀＝α/Ｑ＋Ｔ₀ ［α’：定数］

［事前準備］
各デバイスについて、吸気温度、デバイス温度（熱電対などで計測）及びファン風量を少なくとも１つ測定することで、各デバイスの定数αを求めておく。

［第１の回転速度（最低回転速度）の算出］
各デバイスの限界温度Ｔ_Cより、各デバイスを空冷するための最低回転速度ｆ_iを以下の式で算出する。
ｆ_i＝β・Ｑ_i＝β・α_i/(Ｔ_Ci−Ｔ₀)
［β：ファン回転速度ｆとファン風量Ｑとの比例関係を示す定数（既知）］
次に、各デバイスを空冷するための最低回転速度ｆ_iのうち、回転速度が最も高いものを吸気温度に応じた第１の回転速度とする。

ステップ５５では、ファン速度制御部４００Ｃが、デバイスの温度によるデバイスの消費電力依存性を考慮して、次のような方法で、サーバ３００の吸気温度、プロセッサ負荷及び現在のファン回転速度に対応した第２の回転速度を算出する。ここで、第２の回転速度は、サーバ３００から通知された吸気温度において、ファン３１０の消費電力と複数のデバイスの消費電力との和が最小となるファン回転速度である。

［理論式］
ファンの消費電力Ｐ_fはファン回転速度ｆの３乗に比例するため、以下の式が成り立つ。
Ｐ_f＝Ｃ・ｆ³ ［Ｃ：ファン特性定数］ ・・・ (1)

各サーバｉについて、装置温度Ｔ_iと消費電力ｐ_iとは線形の関係にあるため、以下の式が成り立つ。
ｐ_i[Ｌ，Ｔ_i]＝Ｐ_i[Ｌ_i]（１＋Ｄ・（Ｔ_i−Ｔ_b）） ・・・ (2)
［Ｄ_i：サーバｉの既知の定数、Ｐ_i[Ｌ_i]：サーバｉの装置の負荷Ｌ及び吸気温度Ｔ_bの時の消費電力、Ｌ_i：サーバｉの装置の負荷、Ｔ_b：消費電力Ｐ_i[Ｌ]を測定したときの吸気温度（定数）］
また、装置温度Ｔ_iとファン回転速度ｆについて、放熱量（サーバ消費電力）はファン回転速度ｆと空気温度差に比例するため、
ｐ_i[Ｔ_i，Ｔ₀，ｆ]＝ｆ/α_i・（Ｔ_i―Ｔ₀）
［Ｔ₀：サーバの吸気温度、α_i：サーバｉの特性定数］
より、
Ｔ_i＝ｐ_i・α_i/ｆ＋Ｔ₀ ・・・ (3)
が成り立つので、ΔＴ_i＝Ｔ_i―Ｔ_b、ΔＴ₀＝Ｔ₀−Ｔ_bとし、(2)式を(3)式に代入すると、
ｐ_i＝Ｐ_i[Ｌ_i]・(１＋Ｄ_i・(Ｐ_i・α_i/ｆ＋ΔＴ₀))
となる。これより、
ｐ_i[ｆ，Ｌ_a，Ｔ₀]＝Ｐ_i［Ｌ_i]・ｆ・(１＋Ｄ_i・ΔＴ₀)/(ｆ−Ｐ_i[Ｌ_i]・Ｄ_i・α_i)
・・・ (4)
となる。

式(4)の意味は、装置温度Ｔ_iをファン回転速度ｆ、サーバ負荷Ｌ_i及びサーバの吸気温度Ｔ₀で表すことで、装置温度Ｔ_iを使用せずにサーバの消費電力ｐ_iを求められるようにするものである。これは、ファン回転速度ｆ、サーバ負荷Ｌ_i及び吸気温度Ｔ₀が独立しているのに対して、装置温度Ｔ_iがこれらの変数によって変化するため、下記で計算するファン回転速度ｆに対する偏分に影響するためである。

(4)式を各サーバごとに加算すると、装置全体の消費電力Ｐ_dは、

となる。

(1)式と(5)式とを加算すると、装置全体の消費電力Ｐ［ｆ、Ｌ、Ｔ₀］は、
Ｐ[ｆ、Ｌ、Ｔ₀]＝Ｐ_f＋Ｐ_d ・・・ (6)
となる。

この消費電力Ｐについて、Ｐ[ｆ＋Δｆ、Ｌ、Ｔ₀]、Ｐ[ｆ、Ｌ、Ｔ₀]及びＰ[ｆ−Δｆ、Ｌ、Ｔ₀]を夫々算出し（Δｆはファン速度の微小差分）、
Ｐ[ｆ＋Δｆ、Ｌ、Ｔ₀]＜Ｐ[ｆ、Ｌ、Ｔ₀]のとき、ｆ→ｆ＋Δｆ
Ｐ[ｆ−Δｆ、Ｌ、Ｔ₀]＜Ｐ[ｆ、Ｌ、Ｔ₀]のとき、ｆ→ｆ−Δｆ
とする。

ステップ５６では、ファン速度制御部４００Ｃが、ファン回転速度として、第１の回転速度と第２の回転速度とのうち高い方の回転速度を採択する。
ステップ５７では、ファン速度制御部４００Ｃが、ファン回転速度として、ファン３１０の最高回転速度を採択する。ここで、最高回転速度は、例えば、ファン３１０の特性などに応じた使用回転速度範囲の上限値である。

ステップ５８では、ファン速度制御部４００Ｃが、採択したファン回転速度に応じてファン３１０を制御する。即ち、ファン速度制御部４００Ｃは、チップセット４１０、ＬＡＮコントローラ４２０及びネットワーク５００を介して、サーバ３００に対してファン回転速度を変更する命令を送信する。なお、ファン速度制御部４００Ｃは、ステップ５５で算出した第２の回転速度に応じてファン３１０を制御してもよい。

かかる第２の処理によれば、制御サーバ４００は、サーバ３００の吸気温度に対応した、デバイスを許容温度範囲に冷却するファン３１０の第１の回転速度を算出する。また、制御サーバ４００は、サーバ３００の吸気温度、プロセッサ負荷及び現在のファン回転速度からプロセッサＢ及びファン３１０が消費する電力を演算する理論式を使用し、ファン回転速度を増減させた結果からファン３１０の消費電力と複数のデバイスの消費電力との和が最小となる第２の回転速度を算出する。そして、制御サーバ４００は、ファン回転速度として、第１の回転速度及び第２の回転速度のうち高い方の回転速度を採択し、この回転速度に応じてサーバ３００のファン３１０を制御する。また、制御サーバ４００は、いずれかのデバイスの温度が許容温度以上であれば、サーバ３００の保護を図るべく、ファン回転速度として最高回転速度を採択し、この回転速度に応じてサーバ３００のファン３１０を制御する。

このため、図１５に示すように、従来技術と比較して、各サーバ３００のファン３１０の回転速度が高精度に低下し、各サーバ３００で消費する電力を個別に低減できる。
なお、以上の技術は、図１６に示すように、１つのラック（筐体）７００に、冷却装置としてのファン８００、複数のサーバ３００及び制御サーバ４００が格納されたものにも適用できる。この場合には、ファン８００が複数のサーバ３００及び制御サーバ４００を空冷するので、各サーバ３００にはファン３１０を内蔵する必要がない。また、以上の技術は、ＰＣ（Personal Computer）、サーバ３００の単体など、各種の電子機器を搭載した装置にも適用できる。

要するに、電子機器を搭載した装置は、ファン３１０の回転速度を増加させた場合にファン３１０と電子機器により消費される消費電力の和が低下するか、ファン３１０の回転速度を減少させた場合にファン３１０と電子機器により消費される消費電力の和が低下するか判定する。そして、電子機器を搭載した装置は、ファン３１０と電子機器により消費される消費電力の和が低下する方向にファン３１０の回転速度を調整する。このとき電子機器を搭載した装置は、速度調整後のファンの回転速度が、吸気温度に基いて算出される
、電子機器の動作許容温度以下に装置内の温度を調整する際のファン３１０の最低回転速度よりも低くならないように制御する。

以上の実施例を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）電子機器を搭載した装置において、ファンと、前記ファンの回転速度を増加させた場合に前記ファンと前記電子機器により消費される消費電力の和が低下するか、前記ファンの回転速度を減少させた場合に前記ファンと前記電子機器により消費される消費電力の和が低下するか判定する判定手段と、前記判定により、前記ファンと前記電子機器により消費される消費電力の和が低下する方向に前記ファンの回転速度を調整する調整手段と、を備えたことを特徴とする電子機器を搭載した装置。

（付記２）前記調整手段は、前記調整手段による調整後のファンの回転速度が、吸気温度に基いて算出される、前記電子機器の動作許容温度以下に前記装置内の温度を調整する際の前記ファンの最低回転速度よりも低くならないように制御する、ことを特徴とする付記１に記載の電子機器を搭載した装置。

（付記３）前記判定手段は、前記装置の吸気温度、前記装置のプロセッサの負荷及び前記ファンの回転速度から前記装置のプロセッサ及び前記ファンが消費する消費電力を演算する理論式を使用して、前記ファンの現在の回転速度を増減させた結果から前記判定を行う、ことを特徴とする付記１又は付記２に記載の電子機器を搭載した装置。

（付記４）前記調整手段は、更に、前記電子機器の温度が許容温度以上である場合、前記ファンの回転速度を最高回転速度に調整する、ことを特徴とする付記１〜付記３のいずれか１つに記載の電子機器を搭載した装置。

（付記５）前記装置の吸気温度を所定温度上昇させると、前記装置の前記電子機器及び前記ファンが消費する消費電力の増加量が前記装置が設置されている建屋のフロアの冷却に要する消費電力の減少量より小さくなる場合、前記フロアを冷却する冷却装置の設定温度を所定温度上昇させる命令を前記冷却装置に送信して制御する制御手段を、更に備えたことを特徴とする付記１〜付記４のいずれか１つに記載の電子機器を搭載した装置。

（付記６）前記装置の吸気温度を所定温度下降させると、前記装置の前記電子機器及び前記ファンが消費する消費電力の減少量が前記装置が設置されている建屋のフロアの冷却に要する消費電力の増加量より大きくなる場合、前記フロアを冷却する冷却装置の設定温度を所定温度下降させる命令を前記冷却装置に送信して制御する制御手段を、更に備えたことを特徴とする付記１〜付記４のいずれか１つに記載の電子機器を搭載した装置。

（付記７）前記制御手段は、前記建屋においてコールドアイルに面するサーバ群を冷却する冷却装置ごとに、前記冷却装置の設定温度を上昇又は下降させる、ことを特徴とする付記５又は付記６に記載の電子機器を搭載した装置。

（付記８）電子機器及びファンを搭載した装置に、前記ファンの回転速度を増加させた場合に前記ファンと前記電子機器により消費される消費電力の和が低下するか、前記ファンの回転速度を減少させた場合に前記ファンと前記電子機器により消費される消費電力の和が低下するか判定し、前記判定により、前記ファンと前記電子機器により消費される消費電力の和が低下する方向に前記ファンの回転速度を調整する、処理を実行させることを特徴とする装置の冷却プログラム。

（付記９）電子機器及びファンを搭載した装置が、前記ファンの回転速度を増加させた場合に前記ファンと前記電子機器により消費される消費電力の和が低下するか、前記ファ
ンの回転速度を減少させた場合に前記ファンと前記電子機器により消費される消費電力の和が低下するか判定し、前記判定により、前記ファンと前記電子機器により消費される消費電力の和が低下する方向に前記ファンの回転速度を調整する、ことを特徴とする装置の冷却方法。

１００ データセンタ
２００ 冷却装置
３００ サーバ
３００Ａ ファン制御部
３００Ｂ 負荷計測部
３００Ｃ 温度取得部
３００Ｄ 電力変化算出部
３１０ ファン
３２０ 吸気温度センサ
３３０ デバイス温度センサ
３６０ 消費電力テーブル
４００ 制御サーバ（制御装置）
４００Ａ 電力変化収集部
４００Ｂ 判定部
４００Ｃ ファン速度制御部
６００ コールドアイル
８００ ファン
Ｂ プロセッサ
Ｃ ハードディスク

Claims (7)

1. 電子機器を搭載した装置において、
   ファンと、
   前記ファンの回転速度を増加させた場合に前記ファンと前記電子機器により消費される消費電力の和が低下するか、前記ファンの回転速度を減少させた場合に前記ファンと前記電子機器により消費される消費電力の和が低下するか判定する判定手段と、
   前記判定により、前記ファンと前記電子機器により消費される消費電力の和が低下する方向に前記ファンの回転速度を調整する調整手段と、
   を備えたことを特徴とする電子機器を搭載した装置。
2. 前記調整手段は、前記調整手段による調整後のファンの回転速度が、吸気温度に基いて算出される、前記電子機器の動作許容温度以下に前記装置内の温度を調整する際の前記ファンの最低回転速度よりも低くならないように制御する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子機器を搭載した装置。
3. 前記装置の吸気温度を所定温度上昇させると、前記装置の前記電子機器及び前記ファンが消費する消費電力の増加量が前記装置が設置されている建屋のフロアの冷却に要する消費電力の減少量より小さくなる場合、前記フロアを冷却する冷却装置の設定温度を所定温度上昇させる命令を前記冷却装置に送信して制御する制御手段を、更に備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載に電子機器を搭載した装置。
4. 前記装置の吸気温度を所定温度下降させると、前記装置の前記電子機器及び前記ファンが消費する消費電力の減少量が前記装置が設置されている建屋のフロアの冷却に要する消費電力の増加量より大きくなる場合、前記フロアを冷却する冷却装置の設定温度を所定温度下降させる命令を前記冷却装置に送信して制御する制御手段を、更に備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載に電子機器を搭載した装置。
5. 前記制御手段は、前記建屋においてコールドアイルに面するサーバ群を冷却する冷却装置ごとに、前記冷却装置の設定温度を上昇又は下降させる、
   ことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の電子機器を搭載した装置。
6. 電子機器及びファンを搭載した装置に、
   前記ファンの回転速度を増加させた場合に前記ファンと前記電子機器により消費される消費電力の和が低下するか、前記ファンの回転速度を減少させた場合に前記ファンと前記電子機器により消費される消費電力の和が低下するか判定し、
   前記判定により、前記ファンと前記電子機器により消費される消費電力の和が低下する方向に前記ファンの回転速度を調整する、
   処理を実行させることを特徴とする電子機器を搭載した装置の冷却プログラム。
7. 電子機器及びファンを搭載した装置が、
   前記ファンの回転速度を増加させた場合に前記ファンと前記電子機器により消費される消費電力の和が低下するか、前記ファンの回転速度を減少させた場合に前記ファンと前記電子機器により消費される消費電力の和が低下するか判定し、
   前記判定により、前記ファンと前記電子機器により消費される消費電力の和が低下する方向に前記ファンの回転速度を調整する、
   ことを特徴とする電子機器を搭載した装置の冷却方法。

Images