JP2014192192A - 電子機器冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】冷却能力の冗長性を確保した上で冷却設備の消費電力をより一層削減できる電子機器冷却システムを提供する。
【解決手段】電子機器冷却システムは、筐体１３内に収納されてグループ分けされた電子機器１３ａと、電子機器１３ａのグループに対応する複数の冷却ファン１２ａを備え、筐体１３から離隔して配置された冷却ファンユニット１２と、筐体１３と冷却ファンユニット１２との間の距離を変化させる駆動装置１６と、筐体１３と冷却ファンユニット１２とが最も近づいたときに筐体１３と冷却ファンユニット１２との間に介在して筐体１３と冷却ファンユニット１２との間の空間を電子機器１３ａの各グループにそれぞれ対応する複数の空間に分割する分割部材１７と、制御部とを有する。制御部は、電子機器１３ａの稼働状態を示す情報を取得して駆動装置１６及び冷却ファン１２ａを制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器冷却システムに関する。

近年、高度情報化社会の到来にともなって計算機で多量のデータが扱われるようになり、データセンター等の施設において多数の計算機を同一室内に設置して一括管理することが多くなっている。例えば、データセンターでは、計算機室内に多数のラック（サーバラック）を設置し、各ラックにそれぞれ複数のサーバ（計算機）を収納している。そして、それらのサーバの稼動状態に応じて各サーバにジョブを有機的に配分し、大量のジョブを効率的に処理している。

データセンターでは、サーバの稼働にともなって多量の熱が発生する。サーバの温度が高くなると誤動作や故障又は処理能力の低下の原因となるため、冷却ファンや空調機等の冷却設備を使用して計算機を冷却している。

近年、設置に要する費用が比較的低く、設備の増減に迅速に対応できることから、モジュール型データセンターが広く使用されている。

一般的なモジュール型データセンターでは、コンテナと呼ばれる構造物内に複数のラックを設置し、各ラック内に複数のサーバを収納している。また、コンテナ内には大型の冷却ファンを複数備えた冷却ファンユニットが設置されており、ラック内に収納された各サーバにはそれぞれ小型の冷却ファンが設けられている。以下、各サーバに設けられた冷却ファンを、サーバファンという。なお、冷却ファンユニットは、ファシリティファンとも呼ばれている。

特開２０１２−３８１００号公報

冷却能力の冗長性を確保した上で冷却設備の消費電力をより一層削減できる電子機器冷却システムを提供することを目的とする。

開示の技術の一観点によれば、筐体と、前記筐体内に収納されてグループ分けされた複数の電子機器と、前記電子機器のグループに対応する複数の冷却ファンを備え、前記筐体から離隔して配置された冷却ファンユニットと、前記筐体と前記冷却ファンユニットとの間の距離を変化させる駆動装置と、前記筐体と前記冷却ファンユニットとが最も近づいたときに前記筐体と前記冷却ファンユニットとの間に介在して前記筐体と前記冷却ファンユニットとの間の空間を前記電子機器の各グループにそれぞれ対応する複数の空間に分割する分割部材と、前記電子機器の稼働状態を示す情報を取得して前記駆動装置及び前記冷却ファンを制御する制御部とを有する電子機器冷却システムが提供される。

上記一観点に係る電子機器冷却システムによれば、冷却能力の冗長性を確保した上で冷却設備の消費電力をより一層削減できる。

図１は、第１の実施形態に係る電子機器冷却システムを適用するデータセンターの一例を示す模式側面図である。 図２は、同じくそのデータセンターの模式上面図である。 図３は、電子機器グループ及び分割部材を模式的に示す図である。 図４は、分割部材に当接するまで冷却ファンユニットを移動させた状態を示す模式側面図である。 図５は、電子機器グループと冷却ファンとが対応した状態を模式的に示す図である。 図６は、シャッターを示す模式図である。 図７は、第１の実施形態に係る電子機器冷却システムの構成を表わしたブロック図である。 図８は、電子機器グループに対応付けされたサーバ及び冷却ファンの情報を表した図である。 図９は、第１の実施形態に係る電子機器冷却システムの動作を表わしたフローチャートである。 図１０は、変形例１の電子機器冷却システムを示す模式側面図である。 図１１は、変形例２の電子機器冷却システムを示す模式側面図である。 図１２は、変形例３の電子機器冷却システムを示す模式側面図である。 図１３は、第２の実施形態に係る電子機器冷却システムの構成を表わしたブロック図である。 図１４は、第２の実施形態に係る電子機器冷却システムの動作を表したフローチャートである。 図１５は、第３の実施形態に係る電子機器冷却システムの構成を表したブロック図である。 図１６は、第３の実施形態に係る電子機器冷却システムの動作を表したフローチャートである。

以下、実施形態について説明する前に、実施形態の理解を容易にするための予備的事項について説明する。

前述したように、一般的なモジュール型データセンターでは、大型の冷却ファンを備えた冷却ファンユニットと、各サーバにそれぞれ設けられたサーバファンとによりサーバを冷却している。しかし、冷却ファンユニットとサーバファンとを同時に稼働させているので、サーバの稼働状態によっては電力が無駄に消費されることがある。

サーバファンを使用せず、冷却ファンユニットのみでサーバを冷却することも考えられる。しかし、単に冷却ファンユニットのみでサーバを冷却しようとすると、以下に示す問題点がある。

すなわち、サーバの発熱量は投入されるジョブに応じて大きく変化する。各サーバの発熱量のばらつきが大きい場合、冷却ファンユニットの冷却ファンは最も発熱量が大きいサーバの発熱量に応じた回転数で回転するので、発熱量が小さいサーバでは過冷却となる。その結果、冷却ファンユニットで必要以上に多くの電力を消費することになる。

一方、冷却ファンユニットを使用せず、サーバファンのみでサーバを冷却することも考えられる。しかし、１Ｕサーバと呼ばれる一般的なサーバの場合、高さが１．７５インチ（約４４．５ｍｍ）であるので、小型の冷却ファンしか搭載できない。そのため、サーバの発熱量が大きい場合、サーバファンだけではサーバを十分に冷却できないことがある。

また、サーバファンのみでサーバを冷却しようとすると冗長性がなくなり、サーバファンが故障するとそのサーバファンが取り付けられているサーバの稼働を停止せざるを得なくなる。

以下の実施形態では、冷却能力の冗長性を確保した上で冷却設備の消費電力をより一層削減できる電子機器冷却システムについて説明する。

(第１の実施形態)
図１は第１の実施形態に係る電子機器冷却システムを適用するデータセンターの一例を示す模式側面図、図２は同じくそのデータセンターの模式上面図である。なお、本実施形態では、外気を利用してサーバを冷却するモジュール型データセンターを例として説明している。

図１に例示したモジュール型データセンターは、直方体形状のコンテナ１０と、コンテナ１０内に配置された冷却ファンユニット１２と、複数のラック１３とを有する。本実施形態では、コンテナ１０内に３台のラック１３と３台の冷却ファンユニット１２とが配置されているものとする。ラック１３は筐体の一例である。

コンテナ１０の相互に対向する２つの壁面のうちの一方には吸気口１１ａが設けられており、他方には排気口１１ｂが設けられている。また、冷却ファンユニット１２とラック１３との間の空間の上には仕切り板１４が配置されている。

コンテナ１０内の空間は、冷却ファンユニット１２、ラック１３及び仕切り板１４により、コールドアイル２１と、第１のホットアイル２２と、第２のホットアイル２３と、暖気循環路２４とに分割されている。コールドアイル２１は吸気口１１ａとラック１３との間の空間であり、第１のホットアイル２２はラック１３と冷却ファンユニット１２との間の空間であり、第２のホットアイル２３は冷却ファンユニット１２と排気口１１ｂとの間の空間である。

暖気循環路２４は仕切り板１４の上方の空間であり、第２のホットアイル２３とコールドアイル２１との間を連絡している。暖気循環路２４には、暖気の循環量を調整するためのダンパー１８が設けられている。

各ラック１３には、それぞれ複数のサーバ１３ａが収納されている。これらのサーバ１３ａは、サーバファンを有しないいわゆるファンレスサーバである。なお、サーバ１３ａは電子機器の一例である。サーバ１３ａに替えて、又はサーバ１３ａとともに、ストレージ、電源ユニット、又はその他の電子機器がラック１３内に収納されていてもよい。

ラック１３は、コールドアイル２１側の面が吸気面、第１のホットアイル２２側の面が排気面となるように配置されている。また、ラック１３の排気面側には板材を格子状に組んで形成された分割部材１７が配置されている。この分割部材１７は、図３に模式的に示すように、コンテナ１０内のサーバ１３ａをラック１３毎に且つ高さ毎に複数のグループ（以下、「電子機器グループ」という）に分割する。

冷却ファンユニット１２は床面に敷設されたレール１５の上に配置されており、駆動装置１６により駆動されてレール１５上を移動する。冷却ファンユニット１２がその移動範囲の排気口１１ｂ側端部まで移動すると、図１，図２のように冷却ファンユニット１２と分割部材１７とが大きく離れた状態になる。

一方、冷却ファンユニット１２がその移動範囲のラック１３側端部まで移動すると、図４のように分割部材１７が冷却ファンユニット１２に当接し、第１のホットアイル２２は分割部材１７により複数の小さな空間に分割される。

また、冷却ファンユニット１２が移動して分割部材１７に当接すると、図５に模式的に示すように、冷却ファンユニット１２の冷却ファン１２ａも電子機器グループに対応した複数のグループに分割される。冷却ファン１２ａは、後述する制御部３０により、グループ毎に稼働状態が制御される。

なお、冷却ファン１２ａから制御部３０には回転数を示す情報が出力される。制御部３０は、この情報に基づいて、冷却ファン１２ａが正常か否かを判定することができる。

図５に示す例では１つの電子機器グループに１台の冷却ファン１２ａが対応しているが、１つの電子機器グループに複数の冷却ファン１２ａが対応していてもよい。

冷却ファンユニット１２には、図６（ａ），（ｂ）のように開閉してエアーの逆流を防止するシャッター１９が設けられている。シャッター１９も電子機器グループに対応する複数のグループに分割され、後述する制御部３０によりグループ毎に開閉が制御される。シャッター１９は、逆流防止機構の一例である。

図７は、第１の実施形態に係る電子機器冷却システムの構成を表わしたブロック図である。

図７に示すように、本実施形態に係る電子機器冷却システムは、制御部３０と、サーバ１３ａ内のＣＰＵ（Central Processing Unit）１３ｂの温度をリアルタイムに検出する温度センサ３１と、設定部３２と、冷却ファンユニット１２と、駆動装置１６とを含んで構成される。ＣＰＵ１３ｂは発熱部品の一例である。

温度センサ３１はＣＰＵ１３ｂと同一チップ内に配置されており、サーバ１３ａ内に設けられた通信器（図示せず）を介して、ＣＰＵ１３ｂの温度（以下、「ＣＰＵ温度」という）を制御部３０に伝送する。

本実施形態では、制御部３０とサーバ１３ａとの間の信号の送受信は、ＵＤＰ（User Datagram Protocol）通信を介して行うものとする。また、本実施形態では、サーバ１３ａとの通信を介してサーバ１３ａが停止状態（休止状態を含む）か否かを示す情報（以下、「停止状態検出情報」という）が制御部３０に送られるものとする。

なお、制御部３０とサーバ１３ａとの間の通信はＵＤＰ通信に限定するものではない。また、本実施形態では、温度センサ３１としてＣＰＵ１３ｂと同一チップ内に配置された温度センサを使用しているが、ＣＰＵ１３ｂのパッケージに密着して配置した温度センサを使用してもよい。

設定部３２には、各電子機器グループに対応付けされたサーバ１３ａ及び冷却ファン１２ａの情報と、制御に必要なパラメータとが設定される。図８は、各電子機器グループに対応付けされたサーバ１３ａ及び冷却ファン１２ａの情報を表している。この例では、各電子機器グループはそれぞれ６台のサーバ１３ａにより構成され、各電子機器グループにはそれぞれ１台の冷却ファン１２ａが対応付けされている。

本実施形態では、制御に必要なパラメータとして、目標温度と、しきい値温度とを使用する。目標温度はＣＰＵ温度の目標値であり、ＣＰＵ１３ｂの許容上限温度よりも低い温度に設定される。また、しきい値温度は、冷却ファンユニット１２の冷却ファン１２ａを一括制御するかグループ毎に個別に制御するかの判定に使用する温度である。しきい値温度は、目標温度よりも低い温度に設定される。本実施形態では、しきい値温度以下を設定条件としている。

制御部３０は、前述したように各サーバ１３ａから停止状態検出情報を取得したり、各冷却ファン１２ａから回転数を示す情報を取得したりする。また、制御部３０は、温度センサ３１により検出した各サーバ１３ａのＣＰＵ温度と設定部３２に設定されたパラメータとに応じて、冷却ファンユニット１２及び駆動装置１６を制御する。

制御部３０は、例えばマイクロコンピュータ、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）又はＰＬＣ（Programmable Logic Controller）等を含んで構成される。ラック１３内の特定のサーバ１３ａに専用プログラムを読み込ませ、制御部３０として使用してもよい。

以下、本実施形態に係る電子機器冷却システムの動作について、図９のフローチャートを参照して説明する。制御部３０は、一定の時間毎に、図９に示す一連の処理を実行する。また、制御部３０は、サーバ１３ａが稼働状態から停止状態に変化したとき又は停止状態から稼働状態に変化したときにも、図９に示す一連の処理を実行する。

なお、初期状態では、全てのシャッター１９は開状態であるとする。

まず、ステップＳ１１において、制御部３０は、設定部３２から、各電子機器グループに対応付けされたサーバ１３ａ及び冷却ファン１２ａの情報（図８参照）を読み込む。また、制御部３０は、設定部３２から制御に必要なパラメータ、すなわち目標温度としきい値温度とを読み込む。

次に、ステップＳ１２に移行し、制御部３０は、冷却ファンユニット１２の全ての冷却ファン１２ａが正常であるか否を判定する。前述したように冷却ファン１２ａから制御部３０には回転数を示す情報が出力されるので、制御部３０はこの情報から冷却ファン１２ａが正常であるか否かを判定することができる。

ステップＳ１２で全ての冷却ファン１２ａが正常であると判定した場合（ＹＥＳの場合）はステップＳ１３に移行し、正常でない冷却ファン１２ａがあると判定した場合（ＮＯの場合）はステップＳ１８に移行する。

ステップＳ１３に移行した場合、制御部３０は、温度センサ３１から取得した各サーバ１３ａのＣＰＵ温度としきい値温度とを比較し、ＣＰＵ温度がしきい値温度以下のサーバ１３ａが存在するか否かを判定する。

そして、ＣＰＵ温度がしきい値温度以下のサーバ１３ａが存在すると判定した場合（ＹＥＳの場合）はステップＳ１４に移行し、ＣＰＵ温度がしきい値温度以下のサーバ１３ａが存在しないと判定した場合（ＮＯの場合）はステップＳ１８に移行する。

ステップＳ１３からステップＳ１４に移行した場合、すなわちＣＰＵ温度がしきい値温度以下のサーバ１３ａが存在する場合、制御部３０は、駆動装置１６を制御して冷却ファンユニット１２をラック１３側へ移動させる。これにより、図４のように冷却ファンユニット１２と分割部材１７とが接触し、第１のホットアイル２２が分割部材１７により電子機器グループ毎の空間に分割される。

次に、ステップＳ１５に移行し、制御部３０は、電子機器グループ毎にサーバ１３ａと通信を行って停止状態検出情報を取得し、グループ内の全サーバが停止状態であるか否かを判定する。そして、全てのサーバ１３ａが停止状態の電子機器グループがあると判定した場合（ＹＥＳの場合）はステップＳ１６に移行し、全てのサーバ１３ａが停止状態の電子機器グループはないと判定した場合（ＮＯの場合）はステップＳ１７に移行する。

以下、グループ内の全てのサーバ１３ａが停止状態である電子機器グループを「停止グループ」と呼び、グループ内の少なくとも１台のサーバ１３ａが稼働状態である電子機器グループを「稼働グループ」と呼ぶ。

ステップＳ１６において、制御部３０は、停止グループに対応する冷却ファン１２ａを停止状態にする。また、制御部３０は、当該停止グループに対応するシャッター１９を閉状態にして、エアーの逆流を防止する。その後、ステップＳ１７に移行する。

ステップＳ１７において、制御部３０は、稼働グループ毎にサーバ１３ａのＣＰＵ温度を温度センサ３１から取得する。そして、制御部３０は、稼働グループ毎に各サーバ１３ａのＣＰＵ温度がいずれも目標温度以下になるように、冷却ファン１２ａの回転数を制御する。

一方、ステップＳ１２又はステップＳ１３からステップＳ１８に移行した場合、制御部３０は、駆動装置１６を制御して冷却ファンユニット１２をラック１３とは反対側へ移動する。これにより、図１，図２のように冷却ファンユニット１２と分割部材１７とは大きく離れ、第１のホットアイル２２は全電子機器グループに共通の空間となる。

次いで、ステップＳ１９に移行し、制御部３０は、温度センサ３１を介して全サーバ１３ａのＣＰＵ温度を取得する。そして、それらのＣＰＵ温度がいずれも目標温度以下になるように、冷却ファンユニット１２の全冷却ファン１２ａの回転数を一括制御する。

上述したように、本実施形態では、ＣＰＵ温度がしきい値温度以下のサーバ１３ａがあれば、冷却ファンユニット１２をラック１３側へ移動させる。そして、分割部材１７によって第１のホットアイル２２を電子機器グループ毎の複数の空間に分割し、各グループ毎に各サーバ１３ａのＣＰＵ温度が目標温度以下となるように冷却ファン１２ａの回転数を個別に制御する。

これにより、各電子機器グループにサーバ１３ａの稼働率に応じた流量のエアーが供給され、サーバ１３ａを適切に冷却しつつ、冷却ファンユニット１２で消費する電力を削減することができる。

また、本実施形態では、一部の冷却ファン１２ａが故障しているとき、又は全サーバ１３ａのＣＰＵ温度がしきい値温度よりも高いときに、冷却ファンユニット１２をラック１３とは反対側へ移動させ、冷却ファンユニット１２の冷却ファン１２ａを一括制御する。これにより、冷却ファン１２ａの冷却性能にばらつきがあっても、各サーバ１３ａを効率的に冷却することができる。また、一部の冷却ファン１２ａが故障した場合でも他の冷却ファン１２ａによりサーバ１３ａの冷却に必要な風量を得ることができ、冷却能力の冗長性が確保される。

以下、本実施形態の効果について説明する。

コンテナ１０内に３台のラック１３が配置されており、それら３台のラック１３に４０台ずつ合計１２０台のファンレスサーバ１３ａが収納されているとする。また、それらのサーバ１３ａの総消費電力は約２１ｋＷであるとする。そして、冷却ファンユニット１２には、２０台の冷却ファン１２ａが設けられているとする。

例えば１２０台のサーバ１３ａのうち６台のサーバ１３ａだけが稼働率約１００％で稼働しており、他のサーバ１３ａは停止状態であるとする。ここで、冷却ファンユニット１２の冷却ファン１２ａを個別に制御することができないとすると、２０台の冷却ファン１２ａはいずれも稼働状態のサーバ１３ａの稼働率に応じてほぼ最大回転数で回転する。このときの冷却ファンユニット１２の消費電力は１．７ｋＷであるとする。

一方、本実施形態では、稼働状態の６台のサーバ１３ａが同一電子機器グループであるとすると、制御部３０は冷却ファンユニット１２の冷却ファン１２ａのうち１台の冷却ファン１２ａのみを稼働状態とし、他の１９台の冷却ファン１２ａを停止状態とする。このとき、冷却ファンユニット１２で消費する電力は上述の場合の１／２０（＝０．０８５ｋＷ）となり、大幅に削減される。

（変形例１）
図１０は、変形例１の電子機器冷却システムを示す模式側面図である。

図１，図２に示す第１の実施形態の電子機器冷却システムでは分割部材１７がラック１３側に配置されているのに対し、変形例１の電子機器冷却システムでは分割部材１７が冷却ファンユニット１２側に配置されている。その他の構成は第１の実施形態と同様であるので、ここではその説明を省略する。

変形例１の電子機器冷却システムにおいても、ＣＰＵ温度がしきい値温度以下のサーバ１３ａがあれば冷却ファンユニット１２がラック１３側へ移動し、分割部材１７によって第１のホットアイル２２が電子機器グループ毎の空間に分割される。そして、制御部３０（図７参照）により、グループ毎に各サーバ１３ａのＣＰＵ温度が目標温度以下となるように冷却ファン１２ａの回転数が制御される。

また、一部の冷却ファン１２ａが故障しているとき、又は全サーバ１３ａのＣＰＵ温度がしきい値温度よりも高いときには、冷却ファンユニット１２がラック１３とは反対側に移動する。そして、制御部３０により、冷却ファンユニット１２の冷却ファン１２ａが一括制御される。

このようにして、冷却能力の冗長性を確保した上で、冷却設備の消費電力を削減することができる。

（変形例２）
図１１は、変形例２の電子機器冷却システムを示す模式側面図である。

変形例２の電子機器冷却システムでは、ラック１３がレール１５上に配置されており、駆動装置１６により駆動されてラック１３がレール１５上を移動する。その他の構成は第１の実施形態と同様であるので、ここではその説明を省略する。

この変形例２の電子機器冷却システムにおいては、ＣＰＵ温度がしきい値温度以下のサーバ１３ａがあればラック１３が冷却ファンユニット１２側へ移動し、分割部材１７によって第１のホットアイル２２が電子機器グループ毎の空間に分割される。そして、制御部３０（図７参照）により、グループ毎に各サーバ１３ａのＣＰＵ温度が目標温度以下となるように冷却ファン１２ａの回転数が制御される。

また、一部の冷却ファン１２ａが故障しているとき、又は全サーバ１３ａのＣＰＵ温度がしきい値温度よりも高いときには、ラック１３が冷却ファンユニット１２とは反対側に移動する。そして、制御部３０により、冷却ファンユニット１２の冷却ファン１２ａが一括制御される。

このようにして、冷却能力の冗長性を確保した上で、冷却設備の消費電力を削減することができる。

（変形例３）
図１２は、変形例３の電子機器冷却システムを示す模式側面図である。

変形例３の電子機器冷却システムでは、ラック１３がレール１５上に配置されており、駆動装置１６により駆動されてラック１３がレール１５上を移動する。また、分割部材１７が冷却ファンユニット１２側に配置されている。その他の構成は第１の実施形態と同様であるので、ここではその説明を省略する。

この変形例３の電子機器冷却システムにおいても、ＣＰＵ温度がしきい値温度以下のサーバ１３ａがあればラック１３が冷却ファンユニット１２側へ移動し、分割部材１７によって第１のホットアイル２２が電子機器グループ毎の空間に分割される。そして、制御部３０（図７参照）により、グループ毎に各サーバ１３ａのＣＰＵ温度が目標温度以下となるように冷却ファン１２ａの回転数が制御される。

また、一部の冷却ファン１２ａが故障しているとき、又は全サーバ１３ａのＣＰＵ温度がしきい値温度よりも高いときには、ラック１３が冷却ファンユニット１２とは反対側に移動する。そして、制御部３０により冷却ファンユニット１２の冷却ファン１２ａが一括制御される。

このようにして、冷却能力の冗長性を確保したうえで、冷却設備の消費電力を削減することができる。

（第２の実施形態）
図１３は、第２の実施形態に係る電子機器冷却システムの構成を表わしたブロック図である。

本実施形態が第１の実施形態と異なる点はサーバ１３ａの消費電力を検出する消費電力センサ４１を有することにあり、その他の構成は基本的に第１の実施形態と同様であるので、ここでは重複する部分の説明を省略する。また、本実施形態においても、図１〜図６を参照して説明する。

本実施形態においては、各サーバ１３ａの消費電力をリアルタイムに検出する消費電力センサ４１が設けられている。これらの消費電力センサ４１により検出した各サーバ１３ａの消費電力のデータは、制御部３０ａに伝達される。

設定部３２には、第１の実施形態と同様に、各電子機器グループに対応付けされたサーバ１３ａ及び冷却ファン１２ａの情報（図８参照）が設定されている。また、制御部３２には、制御に必要なパラメータとして、目標温度としきい値電力とが設定されている。

目標温度はＣＰＵ温度の目標値であり、ＣＰＵ１３ｂの許容上限温度よりも低い温度に設定される。しきい値電力は、冷却ファンユニット１２の冷却ファン１２ａを一括制御するかグループ毎に個別に制御するかの判定に使用する電力値である。本実施形態では、しきい値電力以下を設定条件としている。

制御部３０ａは、消費電力センサ４１により検出した各サーバ１３ａの消費電力と設定部３２に設定されたパラメータとに応じて、冷却ファンユニット１２及び駆動装置１６を制御する。

以下、本実施形態に係る電子機器冷却システムの動作について、図１４に示すフローチャートを参照して説明する。制御部３０ａは、一定の時間毎に、図１４に示す一連の処理を実行する。また、制御部３０ａは、サーバ１３ａが稼働状態から停止状態に変化したとき又は停止状態から稼働状態に変化したときにも、図１４に示す一連の処理を実行する。

まず、ステップＳ２１において、制御部３０ａは、設定部３２から、各電子機器グループに対応付けされたサーバ１３ａ及び冷却ファン１２ａの情報（図８参照）を読み込む。また、制御部３０ａは、設定部３２から制御に必要なパラメータ、すなわち目標温度としきい値電力とを読み込む。

次に、ステップＳ２２に移行し、制御部３０ａは、冷却ファンユニット１２の全ての冷却ファン１２ａが正常であるか否を判定する。ステップＳ２２で全ての冷却ファン１２ａが正常であると判定した場合（ＹＥＳの場合）はステップＳ２３に移行し、正常でない冷却ファン１２ａがあると判定した場合（ＮＯの場合）はステップＳ２８に移行する。

ステップＳ２３に移行した場合、制御部３０ａは、消費電力センサ４１から取得した各サーバ１３ａの消費電力としきい値電力とを比較し、消費電力がしきい値電力以下のサーバ１３ａが存在するか否かを判定する。

そして、消費電力がしきい値電力以下のサーバ１３ａが存在すると判定した場合（ＹＥＳの場合）はステップＳ２４に移行し、消費電力がしきい値電力以下のサーバ１３ａが存在しないと判定した場合（ＮＯの場合）はステップＳ２８に移行する。

ステップＳ２３からステップＳ２４に移行した場合、すなわち消費電力がしきい値電力以下のサーバ１３ａが存在する場合、制御部３０ａは、駆動装置１６を制御して冷却ファンユニット１２をラック１３側へ移動させる。これにより、図４のように冷却ファンユニット１２と分割部材１７とが接触し、第１のホットアイル２２が分割部材１７により電子機器グループ毎の空間に分割される。

次に、ステップＳ２５に移行し、制御部３０ａは、電子機器グループ毎にサーバ１３ａと通信を行って停止状態検出情報を取得し、グループ内の全サーバが停止状態であるか否かを判定する。そして、全てのサーバ１３ａが停止状態の電子機器グループがあると判定した場合（ＹＥＳの場合）はステップＳ２６に移行し、全てのサーバ１３ａが停止状態の電子機器グループはないと判定した場合（ＮＯの場合）はステップＳ２７に移行する。

ステップＳ２５からステップＳ２６に移行した場合、制御部３０ａは、停止グループに対応する冷却ファン１２ａを停止状態にする。また、制御部３０ａは、当該停止グループに対応するシャッター１９を閉状態にして、エアーの逆流を防止する。その後、ステップＳ２７に移行する。

ステップＳ２７において、制御部３０ａは、稼働グループ毎にサーバ１３ａのＣＰＵ温度を温度センサ３１から取得する。そして、制御部３０ａは、稼働グループ毎に各サーバ１３ａのＣＰＵ温度がいずれも目標温度以下になるように、冷却ファン１２ａの回転数を制御する。

一方、ステップＳ２２又はステップＳ２３からステップＳ２８に移行した場合、制御部３０ａは、駆動装置１６を制御して冷却ファンユニット１２をラック１３とは反対側へ移動する。これにより、図１，図２のように冷却ファンユニット１２と分割部材１７とは大きく離れ、第１のホットアイル２２は全電子機器グループに共通の空間となる。

次いで、ステップＳ２９に移行し、制御部３０ａは、温度センサ３１を介して全サーバ１３ａのＣＰＵ温度を取得する。そして、それらのＣＰＵ温度がいずれも目標温度以下になるように、冷却ファンユニット１２の全冷却ファン１２ａの回転数を一括制御する。

上述したように、本実施形態では、消費電力がしきい値電力以下のサーバ１３ａがあれば、冷却ファンユニット１２をラック１３側へ移動させる。そして、分割部材１７によって第１のホットアイル２２を電子機器グループ毎の空間に分割し、各グループ毎に各サーバ１３ａのＣＰＵ温度が目標温度以下となるように冷却ファン１２ａの回転数を個別に制御する。

これにより、各電子機器グループにサーバ１３ａの稼働率に応じた流量のエアーが供給され、サーバ１３ａを適切に冷却しつつ、冷却ファンユニット１２で消費する電力を削減することができる。

また、一部の冷却ファン１２ａが故障しているとき、又は全サーバ１３ａのＣＰＵ温度がしきい値温度よりも高いときに、冷却ファンユニット１２をラック１３とは反対側へ移動させ、冷却ファンユニット１２の冷却ファン１２ａを一括制御する。これにより、冷却ファン１２ａの冷却性能にばらつきがあっても、各サーバ１３ａを効率的に冷却することができる。また、一部の冷却ファン１２ａが故障した場合でも他の冷却ファン１２ａによりサーバ１３ａの冷却に必要な風量を得ることができ、冷却能力の冗長性が確保される。

（第３の実施形態）
図１５は、第３の実施形態に係る電子機器冷却システムの構成を表したブロック図である。

本実施形態が第１の実施形態と異なる点はサーバ１３ａのＣＰＵ１３ｂの稼働率を検出するＣＰＵ使用率検出部４５を有することにあり、その他の構成は基本的に第１の実施形態と同様であるので、ここでは重複する部分の説明を省略する。また、本実施形態においても、図１〜図６を参照して説明する。

本実施形態においては、各サーバ１３ａに、ＣＰＵの使用率をリアルタイムに検出するＣＰＵ使用率検出部４５が設けられている。これらのＣＰＵ使用率検出部４５により検出したＣＰＵ使用率は、制御部３０ｂに伝達される。

設定部３２には、第１の実施形態と同様に、各電子機器グループに対応付けされたサーバ１３ａ及び冷却ファン１２ａの情報（図８参照）が設定されている。また、制御部３２には、制御に必要なパラメータとして、目標温度とＣＰＵ使用率のしきい値とが設定されている。

目標温度はＣＰＵ温度の目標値であり、ＣＰＵ１３ｂの許容上限温度よりも低い温度に設定される。ＣＰＵ使用率のしきい値は、冷却ファンユニット１２の冷却ファン１２ａを一括制御するかグループ毎に個別に制御するかの判定に使用する値である。本実施形態では、ＣＰＵ使用率のしきい値以下を設定条件としている。

制御部３０ｂは、ＣＰＵ使用率検出部４５により検出した各サーバ１３ａのＣＰＵ使用率と設定部３２に設定されたパラメータとに応じて、冷却ファンユニット１２及び駆動装置１６を制御する。

以下、本実施形態に係る電子機器冷却システムの動作について、図１６に示すフローチャートを参照して説明する。制御部３０ｂは、一定の時間毎に、図１６に示す一連の処理を実行する。また、制御部３０ｂは、サーバ１３ａが稼働状態から停止状態に変化したとき又は停止状態から稼働状態に変化したときにも、図１６に示す一連の処理を実行する。

まず、ステップＳ３１において、制御部３０ｂは、設定部３２から、各電子機器グループに対応付けされたサーバ１３ａ及び冷却ファン１２ａの情報（図８参照）を読み込む。また、制御部３０ｂは、設定部３２から制御に必要なパラメータ、すなわち目標温度とＣＰＵ使用率のしきい値とを読み込む。

次に、ステップＳ３２に移行し、制御部３０ｂは、冷却ファンユニット１２の全ての冷却ファン１２ａが正常であるか否を判定する。ステップＳ３２で全ての冷却ファン１２ａが正常であると判定した場合（ＹＥＳの場合）はステップＳ３３に移行し、正常でない冷却ファン１２ａがあると判定した場合（ＮＯの場合）はステップＳ３８に移行する。

ステップＳ３３に移行した場合、制御部３０ｂは、ＣＰＵ使用率検出部４５から取得した各サーバ１３ａのＣＰＵ使用率としきい値とを比較し、ＣＰＵ使用率がしきい値以下のサーバ１３ａが存在するか否かを判定する。

そして、ＣＰＵ使用率がしきい値以下のサーバ１３ａが存在すると判定した場合（ＹＥＳの場合）はステップＳ３４に移行し、ＣＰＵ使用率がしきい値以下のサーバ１３ａが存在しないと判定した場合（ＮＯの場合）はステップＳ３８に移行する。

ステップＳ３３からステップＳ３４に移行した場合、すなわちＣＰＵ使用率がしきい値以下のサーバ１３ａが存在する場合、制御部３０ｂは、駆動装置１６を制御して冷却ファンユニット１２をラック１３側へ移動させる。これにより、図４のように冷却ファンユニット１２と分割部材１７とが接触し、第１のホットアイル２２が分割部材１７により電子機器グループ毎の空間に分割される。

次に、ステップＳ３５に移行し、制御部３０ｂは、電子機器グループ毎にサーバ１３ａと通信を行って停止状態検出情報を取得し、グループ内の全サーバが停止状態であるか否かを判定する。そして、全てのサーバ１３ａが停止状態の電子機器グループがあると判定した場合（ＹＥＳの場合）はステップＳ３６に移行し、全てのサーバ１３ａが停止状態の電子機器グループはないと判定した場合（ＮＯの場合）はステップＳ３７に移行する。

ステップＳ３５からステップＳ３６に移行した場合、制御部３０ｂは、停止グループに対応する冷却ファン１２ａを停止状態にする。また、制御部３０ｂは、当該停止グループに対応するシャッター１９を閉状態にして、エアーの逆流を防止する。その後、ステップＳ３７に移行する。

ステップＳ３７において、制御部３０ｂは、稼働グループ毎にサーバ１３ａのＣＰＵ温度を温度センサ３１から取得する。そして、制御部３０ｂは、稼働グループ毎に各サーバ１３ａのＣＰＵ温度がいずれも目標温度以下になるように、冷却ファン１２ａの回転数を制御する。

一方、ステップＳ３２又はステップＳ３３からステップＳ３８に移行した場合、制御部３０ｂは、駆動装置１６を制御して冷却ファンユニット１２をラック１３とは反対側へ移動する。これにより、図１，図２のように冷却ファンユニット１２と分割部材１７とは大きく離れ、第１のホットアイル２２は全電子機器グループに共通の空間となる。

次いで、ステップＳ３９に移行し、制御部３０ｂは、温度センサ３１を介して全サーバ１３ａのＣＰＵ温度を取得する。そして、それらのＣＰＵ温度がいずれも目標温度以下になるように、冷却ファンユニット１２の全冷却ファン１２ａの回転数を一括制御する。

上述したように、本実施形態では、ＣＰＵ使用率がしきい値以下のサーバ１３ａがあれば、冷却ファンユニット１２をラック１３側へ移動させる。そして、分割部材１７によって第１のホットアイル２２を電子機器グループ毎の空間に分割し、各グループ毎に各サーバ１３ａのＣＰＵ温度が目標温度以下となるように冷却ファン１２ａの回転数を個別に制御する。

これにより、各電子機器グループにサーバ１３ａの稼働率に応じた流量のエアーが供給され、サーバ１３ａを適切に冷却しつつ、冷却ファンユニット１２で消費する電力を削減することができる。

また、一部の冷却ファン１２ａが故障しているとき、又は全サーバ１３ａのＣＰＵ使用率がしきい値よりも高いときに、冷却ファンユニット１２をラック１３とは反対側へ移動させ、冷却ファンユニット１２の冷却ファン１２ａを一括制御する。これにより、冷却ファン１２ａの冷却性能にばらつきがあっても、各サーバ１３ａを効率的に冷却することができる。また、一部の冷却ファン１２ａが故障した場合でも他の冷却ファン１２ａによりサーバ１３ａの冷却に必要な風量を得ることができ、冷却能力の冗長性が確保される。

なお、上述した第１〜第３の実施形態において、停止グループの数が多くなるように特定の電子機器グループの電子機器に優先的にジョブを配分することが好ましい。また、同一電子機器グループ内のサーバ１３ａには、稼働率のばらつきが小さくなるようにジョブを配分することが好ましい。

以上の諸実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。

（付記１）筐体と、
前記筐体内に収納されてグループ分けされた複数の電子機器と、
前記電子機器のグループに対応する複数の冷却ファンを備え、前記筐体から離隔して配置された冷却ファンユニットと、
前記筐体と前記冷却ファンユニットとの間の距離を変化させる駆動装置と、
前記筐体と前記冷却ファンユニットとが最も近づいたときに前記筐体と前記冷却ファンユニットとの間に介在して前記筐体と前記冷却ファンユニットとの間の空間を前記電子機器の各グループにそれぞれ対応する複数の空間に分割する分割部材と、
前記電子機器の稼働状態を示す情報を取得して前記駆動装置及び前記冷却ファンを制御する制御部と
を有することを特徴とする電子機器冷却システム。

（付記２）前記制御部は、前記電子機器の稼働状態を表す情報を取得し、稼働状態が設定条件内の電子機器があると前記駆動装置を制御して前記筐体と前記冷却ファンユニットとを近づけて前記電子機器のグループ毎に対応する前記冷却ファンの回転数を個別に制御し、
全ての電子機器の稼働状態が前記設定条件から外れていると、前記駆動装置を制御して前記筐体と前記冷却ファンユニットとを離し、全ての前記冷却ファンの回転数を一括制御することを特徴とする付記１に記載の電子機器冷却システム。

（付記３）前記制御部は、前記稼働状態が前記設定条件内の電子機器があるときであっても、前記複数の冷却ファンの少なくとも１台の故障を検知すると、前記駆動装置を制御して前記筐体と前記冷却ファンユニットとを離し、全ての冷却ファンの回転数を一括制御することを特徴とする付記２に記載の電子機器冷却システム。

（付記４）前記制御部は、前記電子機器内の発熱部品の温度が目標温度以下となるように前記冷却ファンを制御することを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の電子機器冷却システム。

（付記５）前記制御部は、前記電子機器内の発熱部品の温度、前記電子機器の消費電力、又は前記電子機器の稼働率のいずれかにより前記電子機器の稼働状態を判定することを特徴とする付記１乃至４のいずれか１項に記載の電子機器冷却システム。

（付記６）前記冷却ファンユニットには、停止状態の冷却ファンを介してエアーが逆流することを防止する逆流防止機構が設けられていることを特徴とする付記１乃至５のいずれか１項に記載の電子機器冷却システム。

（付記７）前記電子機器が電子計算機であり、前記筐体がラックであることを特徴とする付記１乃至６のいずれか１項に記載の電子機器冷却システム。

（付記８）前記電子機器が、ファンレスサーバであることを特徴とする付記７に記載の電子機器冷却システム。

（付記９）前記ラックは、屋外に通じる吸気口及び排気口が設けられた構造物内に配置され、前記冷却ファンユニットは前記吸気口を介して前記構造物内に導入されたエアーを前記電子機器内に通流させることを特徴とする付記７に記載の電子機器冷却システム。

（付記１０）前記制御部は、特定のグループの電子機器に優先的にジョブを投入することを特徴とする付記７に記載の電子機器冷却システム。

１０…コンテナ、１１ａ…吸気口、１１ｂ…排気口、 １２…冷却ファンユニット、１２ａ…冷却ファン、１３…ラック、１３ａ…サーバ、１３ｂ…ＣＰＵ、１４…仕切り板、１５…レール、１６…駆動装置、１７…分割部材、１８…ダンパー、１９…シャッター、２１…コールドアイル、２２…第１のホットアイル、２３…第２のホットアイル、２４…暖気循環路、３０，３０ａ，３０ｂ…制御部、３１…温度センサ、３２…設定部、４１…消費電力センサ、４５…ＣＰＵ使用率検出部。

Claims (7)

1. 筐体と、
   前記筐体内に収納されてグループ分けされた複数の電子機器と、
   前記電子機器のグループに対応する複数の冷却ファンを備え、前記筐体から離隔して配置された冷却ファンユニットと、
   前記筐体と前記冷却ファンユニットとの間の距離を変化させる駆動装置と、
   前記筐体と前記冷却ファンユニットとが最も近づいたときに前記筐体と前記冷却ファンユニットとの間に介在して前記筐体と前記冷却ファンユニットとの間の空間を前記電子機器の各グループにそれぞれ対応する複数の空間に分割する分割部材と、
   前記電子機器の稼働状態を示す情報を取得して前記駆動装置及び前記冷却ファンを制御する制御部と
   を有することを特徴とする電子機器冷却システム。
2. 前記制御部は、前記電子機器の稼働状態を表す情報を取得し、稼働状態が設定条件内の電子機器があると前記駆動装置を制御して前記筐体と前記冷却ファンユニットとを近づけて前記電子機器のグループ毎に対応する前記冷却ファンの回転数を個別に制御し、
   全ての電子機器の稼働状態が前記設定条件から外れていると、前記駆動装置を制御して前記筐体と前記冷却ファンユニットとを離し、全ての前記冷却ファンの回転数を一括制御することを特徴とする請求項１に記載の電子機器冷却システム。
3. 前記制御部は、前記稼働状態が前記設定条件内の電子機器があるときであっても、前記複数の冷却ファンの少なくとも１台の故障を検知すると、前記駆動装置を制御して前記筐体と前記冷却ファンユニットとを離し、全ての冷却ファンの回転数を一括制御することを特徴とする請求項２に記載の電子機器冷却システム。
4. 前記制御部は、前記電子機器内の発熱部品の温度が目標温度以下となるように前記冷却ファンを制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子機器冷却システム。
5. 前記制御部は、前記電子機器内の発熱部品の温度、前記電子機器の消費電力、又は前記電子機器の稼働率のいずれかにより前記電子機器の稼働状態を判定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電子機器冷却システム。
6. 前記冷却ファンユニットには、停止状態の冷却ファンを介してエアーが逆流することを防止する逆流防止機構が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電子機器冷却システム。
7. 前記電子機器が電子計算機であり、前記筐体がラックであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電子機器冷却システム。

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