JP4489789B2 - 電力管理システム及び方法 - Google Patents

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Description

本発明は、コンピューティング装置の1つ又は複数の構成要素に割り振られる電力を動的に再配分するシステム及び方法に関する。
コンピューティング装置の構成要素、例えば、中央演算処理装置(CPU)及びメモリサブシステムは、より高速の動作速度を提供するために着実に進化している。このような構成要素の速度が増すにつれて、それぞれの構成要素における消費電力の要件も増大する。更に、構成要素の消費電力の要件が増大するにつれて、コンピューティング装置、例えば、サーバ及びデータセンタ全体の消費電力も増大する。しかしながら、コンピューティング装置は多くの場合、消費電力の限度を有している。例えば、電力を供給する電源は、最大電力定格を有しており、コンピューティング装置は、電力コード又は回路ブレーカのような装置の外部にあるものによって制限され、又はコンピューティング装置のユーザは、消費電力に関連するコストをコントロールするように設定された所望の限度を有し得る。
コンピューティング装置は多くの場合、異なったアプリケーションを実行し、それぞれ別個で異なった機能を実行するように構成され得る。例えば、アプリケーションは、データの収集、収集されたデータの編成、及び編成されたデータのメモリへの記憶を行うことができる。別の例では、アプリケーションは、上述した収集され、編成され、記憶されたデータに基づいてリポートを生成することができる。
多くの場合、アプリケーションの機能は、コンピューティング装置のどの構成要素(例えば、メモリ、入力/出力ドライバ、又はプロセッサ)が頻繁に使用されるか、またこれらの構成要素がそれぞれどの程度使用されるかに影響する。例えば、コンピューティング装置で実行されているアプリケーションがデータを収集している場合、そのアプリケーションは、CPUに負担をかけるような浮動小数点演算を行うのと比較してより多数のメモリアクセス動作を実行する場合がある。特に、或る構成要素に関連するアクティビティが多いほど、その特定の構成要素が消費する電力も大きくなる。したがって、各構成要素が消費する電力を制御するとともに、装置全体の消費電力の限度値を超えないように、装置全体を制御することが必要となる。
本発明の目的は、電力使用をモニタして、モニタされた電力使用に基づいてシステムの構成要素の動作を制御する電力管理システム及び方法を提供することである。
本開示の実施形態による電力管理システムは、電源によって給電される電子的構成要素を備えている。更に、電力管理システムは、或る時間期間にわたって電子的構成要素の消費電力をモニタし、且つモニタされた消費電力に基づいて電子的構成要素に関連する電力上限値を調整するように構成されているロジックを備えている。
本開示の例示的な実施形態による電力管理方法は、或る時間期間にわたって電子的構成要素の消費電力をモニタすることと、モニタされた消費電力に基づいてシステムの電子的構成要素に関連する電力上限値を調整することとを含んでいる。
本開示は、添付図面を参照してより理解することができる。図面の要素は、必ずしも互いに一定の縮尺で描かれているわけではなく、本開示の原理を明確に示すことに重点が置かれている。更に、同様の参照符号はいくつかの図全体を通して対応する部分を示している。
本開示の実施形態は、概して、コンピューティング装置の1つ又は複数の構成要素に割り振られる電力を動的に再配分するシステム及び方法に関する。特に、本開示の一実施形態によるシステムは、コンピューティング環境内、例えばサーバ又はデータセンタ内の複数の構成要素、例えばメモリサブシステム、プロセッサ、入力/出力ドライバ等の消費電力を動的にモニタする。構成要素の消費電力の増減の表示に応答して、システムは、消費電力1ワット当たりのシステムのパフォーマンスを最適化するように、構成要素に関連する動作電力の上限値を動的に調整するようになっている。
特に例示的なシステムは、上述した電力の限度、例えばシステムの電源での最大電力定格、電力コード若しくは回路ブレーカ等の外部電力の制限、又はユーザが課した消費電力限度を有し得る。このようなシステムでは、所与の時間期間にわたって各種の構成要素の消費電力は変化し得るが、システムは上述した電力限度のうちの1つ又は複数による制約を受け続ける。
本開示のシステムは、システム全体の消費電力を規定の限度内に維持し、特定のアプリケーションの実行中にパフォーマンスを最適化するようにシステムの複数の構成要素の消費電力を制御する。例えば、システムによって実行される或るアプリケーションが複数の構成要素のうちの1つに頻繁に広範囲にわたってアクセスするが、そのアプリケーションが、別の構成要素へのアクセスを必要とする計算集約的な機能を必要としない場合がある。したがって、アプリケーションの実行中に、システムは、頻繁に広範囲にわたってアクセスされる構成要素に関連する電力上限値を上げ、頻繁に広範囲にアクセスされない構成要素に関連する電力上限値を下げる。こうして、システムは、各構成要素の動的に測定された消費電力に基づいて、システムの消費電力を任意の規定の消費電力限度下に保ちながら、複数の構成要素に電力を再配分するようになっている。このようなシナリオでは、より多くの電力がより頻繁にアクセスされる構成要素によって消費されることに留意されたい。
本開示のシステムは、各構成要素が消費する電力をモニタし、各構成要素の消費電力の要件の増減を検出し、各構成要素のニーズに基づいて利用可能な電力を構成要素に再配分する。これに関連して、システムは、特定の構成要素に関連する電力上限値を、その構成要素が所定の時間期間にわたって現在の電力上限値を満たし、且つ/又は超える場合において、増大させ、それによって構成要素のパフォーマンスを向上させ且つ最適化することができる。更に、構成要素の電力上限値の引き上げから生じる消費電力の増大を埋め合わせるため、システムは、別の構成要素が十分に利用されていないか否かを更に判断し、利用されていない場合には、システムは、利用が不十分な構成要素に関連する電力上限値を低減させ、それによって利用可能なより多くの電力を、頻繁にアクセスされる構成要素のサポートに割り当てることができる。
本開示によるシステムの別の実施形態では、システムは、1つ又は複数のロジックボードにより消費される電力を制御することにより、消費電力を制御するロジックを更に備えることができ、これについて図7を参照してより詳細に説明する。このような実施形態では、ロジックは、検出されたロジックボードの消費電力に基づいてロジックボードに関連する動作電力の上限値を調整することができる。
図1は、本開示の例示的な実施形態であって、少なくとも1つの電源90と、ファン92と、ドライブ93と、ロジックボード91とを備えているコンピューティングシステム100を示すブロック図である。ロジックボード91は、電力管理ロジック109と、これに加えて図2及び図3を参照して詳細に説明される他の構成要素とを備えている。コンピューティングシステム100は例えば、サーバ、データセンタ、又はパーソナルコンピュータ(PC)であってもよいがこれらに限定されないことに留意すべきである。
例示的な電源90は、110〜115又は220〜230Vの交流電流(AC)を低電圧直流(DC)に変換する。しかしながら、他の種類の電源が他の実施形態において可能である。例えば、電源90は、DCをDCに変換してもよく、又は当該技術分野において既知のAC/DC変換の他の任意の組み合わせであってもよい。電源90は、変換されたDC電圧を、コンピューティングシステム100内の各種構成要素、例えばファン92を駆動するモータ(特に示さず)、ロジックボード91のデジタル回路(特に示さず)、又はドライブ93のモータ(特に示さず)に供給する。例えば、電源90は、5Vをロジックボード91に供給してロジックボード上に存在するデジタル回路を駆動してもよく、又は12Vをファン92若しくはドライブ93に供給してもよい。例示を目的としてファン92と、ロジックボード91と、ドライブ93とを示し、コンピューティングシステム100の他の実施形態は、電源90によって供給できる電力を必要とする他の構成要素を含んでもよいことに留意されたい。
上述したように、コンピューティングシステム100の消費電力は、ユーザが課す消費電力限度、電力コード若しくは回路ブレーカによる限度等の外部ハードウェアの消費電力限度、又は電源90の電力定格に基づく限度によって制限され得る。
一例として、電源90は、複数の電圧、例えば+5V、+12V、+3.3Vを供給することができる。別の実施形態では、電源90は、これもまた複数の電圧、例えば+5V、+12V、+3.3Vをシステム100に供給するバッテリである。
それにもかかわらず、電源90によって供給される各電圧についてそれぞれ最大電流出力があり、例えば、+5V、+12V、+3.3Vにそれぞれ30A、8A、及び14Aがある。このような例示的な電源90では、電源90の最大電力は150Wである。
したがって、電源90は最小でも、電源90から電力を受け取る各要素、例えばファン92、ロジックボード91、及びドライブ93に同時に給電するのに必要な電力量に少なくとも一致する電力定格を示している。更に、説明されている例示的な電源90では、150Wが最大電力であると仮定する。これに関連して、電源90により供給される任意の所与の瞬間での総電力は、150Wを超えるべきではない。
一例として、ファン92は+5V及び1Aを必要とし、ロジックボード91は12V及び10Aを必要とし、ドライブ93は5V及び5Aを必要とするものと仮定する。「ドライブ」という用語は、ハードドライブ(図示せず)、コンパクトディスク読み取り専用メモリ(CD−ROM)ドライブ(図示せず)、フロッピー(登録商標)ドライブ(図示せず)等の任意の種類の既知の又は将来開発されるドライブを表してもよいことに留意されたい。この例では、電源90は最小でも、少なくとも125Wを提供するようになっている。更に、他のオプションの装置、例えばネットワークインタフェースカード、小型コンピュータシステムインタフェース(SCSI)カード、周辺機器カード、又はグラフィックスカードも存在してもよく、それぞれがまた動作に電力を必要とする。したがって、電源90は、100%キャパシティで、電源90が500Wの電力を供給できることを示す最大電力定格500Wを有し得る。更に、特定の電圧でシステム100の1つ又は複数の構成要素に供給されている任意の電流は、電源90により提供される総電力が500W未満に留まる限り、増減してシステム100が全体として消費する電力を増減することができる。
本明細書に示しているように、例示的なコンピューティングシステム100において、ロジックボード91は、電力管理ロジック109を備えている。電力管理ロジック109は、図2を参照して説明されるように、複数の構成要素の消費電力をモニタする。構成要素のうちの1つ又は複数が、或る時間期間にわたり、その特定の構成要素に指示された消費電力の上限値を超えるような電力を消費するか又は下回るような電力を消費するかのいずれかの場合において、電力管理ロジック109は、その特定の構成要素の消費電力の上限値をそれぞれ動的に増減させる。消費電力の上限値は、特定の構成要素が動作することが可能な最大電力量を示す値であることに留意されたい。したがって、システム100によって実行されているアプリケーションが、第1の構成要素を頻繁に広範囲に使用する場合、時間とともにその構成要素は関連する電力上限値を満たし、且つ/又は超え得る。その構成要素に追加の電力を割り振ることにより、電力管理ロジック109はその特定の構成要素のパフォーマンスを向上させる。したがって、電力管理ロジック109は、増大しつつある電力の使用パターンに対応して第1の構成要素に関連する消費電力の上限値を引き上げさせ、これは第1の構成要素のパフォーマンスを向上させる。更に、アプリケーションが第2の構成要素に頻繁に又は広範囲にアクセスしない場合、電力管理ロジック109は、低減しつつある電力の使用パターンに対応して第2の構成要素に関連する消費電力の上限値を低減することができる。このような低減により、システム100は、アプリケーションの実行中にシステムのパフォーマンスを最適化しながら、第1の構成要素の電力の上限値の引き上げを考慮して任意の規定の電力消費限度内に留まることができる。
上述したように、システム100は、構成要素の動的に得られる消費電力に基づいて構成要素に関連する電力上限値を動的に変更させることにより、システムの構成要素の消費電力を動的に制御するようになっている。これに関連して、或る時間期間にわたる構成要素の消費電力が略一定のままである場合、システム100は、限られた追加の電力の要求にもかかわらず、1つ又は複数の構成要素に関連する電力上限値を増減しない。しかしながら、システムの1つ又は複数の構成要素で、所定の時間期間にわたって実行中のアプリケーションによる使用が絶えず増大しており、システム100のパフォーマンスを増強するために大きな追加の電力が必要なことを示している場合、システム100はそれに従って電力上限値を変更する。同様に、システムの1つ又は複数の構成要素で、所定の時間期間にわたって実行中のアプリケーションによる使用が低減した場合、システム100はその1つ又は複数の構成要素の電力上限値を低減して、システム100全体の消費電力が任意の規定の消費電力の限度内に留まることを保証することができる。こうして、システム100は、実行中のアプリケーションによりアクティビティが増大した構成要素の電力上限値を引き上げ、アクティビティが低減した構成要素の電力上限値を下げることによってパフォーマンス及び消費電力を最適化する。
これに関連して、所定の時間期間にわたって構成要素によるアクティビティの増大がある場合、その構成要素が消費している電流は増大する。このような電流の増大は、構成要素が消費する電力を増大させ、したがって、パフォーマンスが劣化しないことを保証するために必要な動作を駆動するために、追加の電力をその構成要素に割り振ることができる。一方、構成要素によるアクティビティの低減がある場合、その特定の構成要素の消費電力の上限値が下げられて、システム100全体が規定の消費電力の限度内に留まるようにする。
一例として、コンピューティングシステム100が、複数のインターネットプロトコルアドレスがアクセスできるウェブサーバである場合では、24時間の時間期間の全体を通して、コンピューティングシステム100が多数のトラフィックを経験する可能性が高い特定の時間期間がある。例えば、通常、日中と比較して夜間により多くの個人がそれぞれのコンピュータにログオンして電子メールを調べる。したがって、このような例では、コンピューティングシステム100がこのような時間期間の間で多くのトラフィックを経験し、コンピューティングシステム100の入力/出力サブシステムがこのような時間期間の間で使用される可能性が高い。
動作中、電力管理ロジック109は、或る時間期間の間において、システム100が増大したアクティビティの特徴を示すと判断するようになっており、例えば、入力/出力サブシステムの構成要素が電力上限値で動作していると判断し得る。このような時間期間の間で、電力管理ロジック109は、入力/出力サブシステムの構成要素が、測定間隔(例えば、30分)にわたる時間の少なくとも所定の割合で、電力上限値に達しつつあることを検出し得る。一例として、所与の時間間隔にわたり、構成要素は、指定の閾値を超える時間量、例えば30分間隔にわたる時間の少なくとも75%で、関連する電力上限値に達しつつあるか、又は実質的に電力上限値になりつつある場合がある。このような例では、構成要素が30分間隔にわたる時間の少なくとも75%で、関連する電力上限値に達しつつあるか、又は実質的に電力上限値になりつつあるとの判断に応答して、電力管理ロジック109は入力/出力サブシステムの構成要素の電力上限値を上げて、その特定の構成要素のパフォーマンスを向上させる。これに関連して、構成要素に関連する電力上限値の上昇により、その構成要素はより高い消費電力のレベルで動作できるようになる。更に、電力管理ロジック109は、プロセッサ構成要素が、測定間隔(例えば、上述した30分)にわたる時間の少なくとも所定の割合で電力上限値に達していないことを検出し得る。構成要素が関連する電力上限値に達していない、或いは、実質的に電力上限値になっていないというこのような検出に対応して、電力管理ロジック109は、プロセッサ構成要素の電力上限値を下げて、上述した入力/出力サブシステム構成要素による消費電力の増大を埋め合わせる。こうして、電力管理ロジック109は動的に、追加の電力が必要な構成要素に電力を再配分し、特定の期間の間で必ずしも使用されているわけではない構成要素に割り当てられる電力を低減することにより、パフォーマンスをなお最適化しながら全体の消費電力をシステムの規定の限度に保つ。
図2は、図1における本発明の例示的な実施形態によるロジックボード91を示している。これに関連して、ロジックボード91は、中央演算処理装置(CPU)103と、入力/出力サブシステム104と、メモリ280とを備えている。
メモリ280は、複数のアプリケーション112,113,114と、メモリサブシステム105とを備えている。電力管理ロジック109は、ハードウェア、ソフトウェア、又はこれらの組み合わせのいずれかで実装できることに留意されたい。一実施形態では、図2に示しているように、電力管理ロジック109はソフトウェアで実装され、メモリ280に記憶されている。
電力管理ロジック109は、ソフトウェアで実装される場合、命令をフェッチし且つ実行できるような命令実行装置により使用されるか或いはそれに関連するような任意のコンピュータ読み取り可能な媒体に、記憶され且つ搬送できることに留意されたい。本文書の文脈の中では、「コンピュータ読み取り可能な媒体」は、命令実行装置により使用されるか或いはそれに関連するようなプログラムを、収容し、記憶し、通信し、伝搬し、又は搬送することができる任意の手段であることができる。
動作中、電源90(図1)は、電力を特定の電圧でロジックボード91に送るようになっている。ロジックボード91上の各構成要素、例えば入力/出力サブシステム104、CPU103、及びメモリサブシステム105は、電源90によって駆動される。本明細書において述べているように、ロジックボード91が利用可能な電力は、当該技術分野において既知の任意の数の方法で制限することができる。
一実施形態では、電力管理ロジック109は、入力/出力サブシステム104、CPU103、及びメモリサブシステム105の初期の電力上限値を、これら構成要素が消費している電流に基づいて動的に決定することができる。別の実施形態では、電力管理ロジック109は、予め規定された電力上限値を使用することができる。
動作中、アプリケーション112〜114のうちの1つが実行を開始し得る。上述したように、各アプリケーション112〜114は、構成要素のうちの1つ、例えばCPU103、入力/出力サブシステム104、又はメモリサブシステム105のいずれかの使用を要求し得る。更に、アプリケーション112〜114は、構成要素のうちの1つをその他の構成要素よりも頻繁に、又は広範囲に使用し得る。したがって、実行中、電力管理ロジック109は、「サンプル期間」と呼ぶ特定の時間期間にわたり(例えば、60分)、個々の構成要素104、103、又は105の各々により消費されている電力と、それぞれの電力上限値とを動的に比較する。消費されている電力は、特定の構成要素が消費している電流を示す値を取得し、このように取得された電流値と構成要素に供給されている電圧とを使用して消費されている電力を計算する(例えば、電力=電圧×電流)ことによって求められることに留意されたい。サンプル期間の少なくとも所定の割合において特定の構成要素の電力上限値が達しつつある場合、電力管理ロジック109は、電力上限値を上げる。特定の構成要素の電力上限値が上げられ、それによって全体の消費電力が上がる場合、電力管理ロジック109は、1つ又は複数の構成要素が実行中のアプリケーション112〜114により頻繁に広範囲に使用されていないかを判断する。これに関連して、別の構成要素の消費電力が、サンプル期間の少なくとも所定の割合において、関連する電力上限値を大幅に下回る場合、電力管理ロジック109は、その電力上限値を下げる。或る構成要素の電力上限値を上げ、実行中のアプリケーションにより頻繁に使用されていない別の構成要素の電力上限値を下げることにより、上述したように、任意の消費電力の限度を考慮して、利用可能な電力1ワット(W)当たりのシステム100(図1)のパフォーマンスを最適化する。サンプル期間を実行するために、電力管理ロジック109は、サンプル期間の開始及び終了を判断するためのクロック(図示せず)を備え得ることに留意されたい。
更に、特定の構成要素の消費電力を計算するための電流値の取得に使用される方法は、モニタされる構成要素のそれぞれに対し特有であることに留意されたい。例えば、構成要素がメモリサブシステムである場合、メモリサブシステムは、サブシステムから、例えば帯域幅の要求を受け取るようなコントローラを備え得る。このようなコントローラは、メモリサブシステムが電源から引き込んでいる電流量をモニタするように構成することができ、そうしてモニタするに際して、コントローラは、当該技術分野において既知の、又は将来開発される方法を介して電流値を取得し、電源から引き込まれている電流を示す値を記憶することができる。
一例として、アプリケーション112は、多くのメモリアクセスを実行するものであるが、アプリケーション112は、頻繁且つ広範囲なCPUトランザクションを要求しないものであり得る。このような例では、メモリサブシステム105は動作に3.0Vを必要とし得る。更に、メモリサブシステム105の電力上限値を30Wに設定することができ、これは10Aに換算する(すなわち、30Wを3.0Vで除算する)ことができる。電力管理ロジック109は、サンプル期間にわたってメモリサブシステム105の消費電流をモニタして、メモリサブシステム105がサンプル期間の間で電力上限値に達する時間の割合を求める。
モニタするに際して、電力管理ロジック109は周期的に、メモリサブシステム105によって消費されている電流を示すデータをサンプル期間中に複数回、記憶することができる。換言すれば、ロジック109は、サンプル期間の間において、メモリサブシステム105によって消費されている電流を周期的にサンプリングすることができる。次いで、電力管理ロジック109は、例えば、特定の範囲(メモリサブシステム105の電力上限値であるか、又はそれに近い値)内にあるサンプルの数を計算して、メモリサブシステム105が電力上限値に達しつつあるか、又は実質的に電力上限値になりつつある時間の割合を求める。特定の範囲は、電力上限値である上限閾値と、上限閾値よりも下の下限閾値とから成ることに留意されたい。
これに関連して、上述したサンプル期間で電力上限値に達する時間の割合は、特定の範囲内にあるサンプルの数を、サンプル期間の間で取得されたサンプルの総数で除算したものに等しい。計算された割合が、範囲の上限閾値に達する且つ/又は超えるような場合には、電力管理ロジック109は、電力上限値を上げることができる。メモリサブシステム105に関連する電力上限値を上げることにより、電力管理ロジック109は、事実上、上述したようにシステムの消費電力の限度を超えるようにシステム100の総消費電力を上げ得る。
構成要素の電力上限値を上げ、それによってシステム100全体の消費電力が上がることに対応して、電力管理ロジック109は、システムがここで、任意の規定の消費電力の限度を超えることになるか否かを動的に判断することができる。システム100がシステム100の任意の規定の消費電力の限度を超えないことを保証するために、電力管理ロジック109は、現在実行中のアプリケーション112が別の構成要素をあまり利用していないかどうかを判断することができる。例えば、CPU103は、動作に5Vを必要とし得る。更に、CPU103の電力上限値は、50Wに設定することができ、これは10Aに換算される(すなわち、50Wを5.0Vで除算する)。電力管理ロジック109は、サンプル期間にわたってCPU103の消費電流をモニタして、CPU103が関連する電力上限値に達する時間の割合を求めるようになっている。
このようにモニタするに際して、電力管理ロジック109は、モニタ期間の間で複数回、CPU103が消費している電流を示すデータを記憶することができる。次いで、電力管理ロジック109は、記憶された電流値とモニタされた期間とに基づいて、CPU103が電力上限値に達しつつある、又は電力上限値に実質的になりつつある時間の割合を計算することができる。
計算された割合が、CPU103が電力上限値に達しない、又は時間のうち少しの割合でのみ電力上限値に達しただけであることを示している場合、電力管理ロジック109は、それに従ってCPU103の電力上限値を下げることができる。アプリケーション112の実行中に電力上限値を下げることにより、電力管理ロジック109は、なお任意のシステムの消費電力の限度内に抑えながら、アプリケーション112に対してシステム100のパフォーマンスを最適化する。
この例において計算された割合が、メモリサブシステム105が電力上限値に達しない、又は時間のうち少しの割合でのみ電力上限値に達しただけである(例えば、範囲の下限閾値未満である)ことを示す場合、電力管理ロジック109は、現在の電力上限値を保持するか、又はそれに従って電力上限値を下げることができる。
動作中、電力管理ロジック109は、特定の構成要素から受け取る電流値に更に対応することができる。これに関連して、電力管理ロジック109は、受け取った電流値を消費電力値に換算したものと電力上限値との比較に基づいて、消費されている電流を増減する信号を送る。したがって、構成要素から受け取った特定の電流値が、その特定の構成要素に特定された電力上限値以上の消費電力値に換算される場合、電力管理ロジック109は、その特定の構成要素の動作を低速化させる信号を送ることができる。パフォーマンスが影響を受け得るが、少なくとも、電力管理ロジック109が、その構成要素に関連する電力上限値を上げるべきであると判断するまで、例えば、コンピューティングシステム100がシステム100で実行中の特定のアプリケーション112〜114により多くのトラフィックを受けるまで電力は節減される。
同様に、構成要素から受け取った特定の電流値が、その特定の構成要素に特定された電力上限値を大幅に下回る消費電力値に換算される場合、電力管理ロジック109は、その特定の構成要素の動作を加速化する信号を送ることができる。これに関して、構成要素がなお、少なくとも電力上限値が下げられるまで、構成要素に関連する電力上限値をはるかに下回って動作しながら、パフォーマンスを向上させることができる。
メモリサブシステムの例に関連して、モニタする時間期間の間において、3Vで動作するメモリサブシステム105は11Aを消費し、その一方で電力上限値は30Wに設定されている。したがって、電力管理ロジック109は、11Aに基づいて、メモリサブシステム105が33Wを消費していると判断する。これは電力上限値である30Wを超える。電力管理ロジック109は、消費電流、例えば11Aを示すデータ、又はメモリサブシステム105が電力上限値を超えたことを示すデータを記憶する。更に、取得された1つの電流値に基づいてメモリサブシステムが電力上限値を超えたとの判断に対応して、電力管理ロジック109は、メモリサブシステム105の動作帯域幅(operating bandwidth)を低減する信号を送ることができる。動作帯域幅を低減することにより、メモリサブシステム105の処理速度を減速化して、それによってメモリサブシステムが消費している電力を低減する。メモリサブシステム105に関連するこのような信号は、メモリサブシステム105の帯域幅を増減する帯域幅制限装置(図示せず)に送ることができる。このような帯域幅制限装置は、メモリの帯域幅を制限する当該技術分野において既知であるか、又は将来開発される装置であることに留意されたい。しかし、注目すべきことに、メモリサブシステムの帯域幅を低減してメモリサブシステム105が消費している電力を制限することは、メモリサブシステムのパフォーマンスに直接影響する。
したがって、モニタする時間期間が終了した際に、電力管理ロジック109は、メモリサブシステム105が10A以上の値を、期間の75%にわたって消費していると判断することができる。このような判断に基づいて、電力管理ロジック109は、30W、すなわち10Aの電力上限値を40W、すなわちおよそ13Aに上げることができる。
メモリサブシステム105の電力上限値を上げると、上述したようにシステム100全体の消費電力も上がる。したがって、システム100全体の消費電力の限度を超えないことを保証するために、電力管理ロジック109は、特定の時間期間にわたってメモリサブシステム105ほど頻繁に使用されていない構成要素に関連する電力上限値を下げることができる。
したがって、モニタする時間期間の間において、5Vで動作しているCPU103は5Aを消費し、一方で消費の上限値は50Wに設定されている。したがって、電力管理ロジック109は、5Aに基づいて、CPU103が25Wを消費しており、50Wの電力上限値をはるかに下回ると判断する。電力管理ロジック109は、消費電流、例えば5Aを示すデータ又はCPU103が電力上限値を下回ることを示すデータを記憶する。更に、1つの取得された電流値に基づいてCPU103が電力上限値を下回るとの判断に対応して、電力管理ロジック109は、CPU103の1つの動作速度を増大させる信号を送ることができる。動作速度を増大させるとCPU103の速度が増大し、それによってCPU103が消費している電力が増大する。CPUに関連するこのような信号をCPUに送り、CPU103の動作周波数を変更させ、それによってCPU103が消費している電流を増減することができる。
この例において、モニタする時間期間が終了した際に、電力管理ロジック109は、CPU103が期間の少なくとも75%を超えて5Aを消費していたと判断する場合、50W又は他の或る指定量の電力上限値を下げることができる。CPU103の電力上限値、ひいてはCPU103の消費電力を下げることにより、電力管理ロジック109は、特定のアプリケーション112のメモリサブシステム105の電力上限値の引き上げが、システム100による任意の消費電力の限度の超過に繋がらないことを保証する。
図3は、本発明の実施形態による例示的なロジックボード91を示している。このような実施形態では、電源90によりロジックボード91に印加される電圧が、電力変換器302及び電力変換器304に向けられている。電力変換器302は、印加された電圧をメモリサブシステム105の仕様に従った電圧に変換するようになっている。例えば、メモリサブシステム105の特定のサブセット(メモリサブシステム105を具現するマイクロチップのダイの個片)が、1.8Vを要求し得る。したがって、電力変換器302は、電源90(図1)により提供されるロジックボード91に印加される電圧、例えば5Vを、メモリサブシステム105のサブセットに給電するために必要な1.8Vに変換する。次いで、電力変換器302は、変換された電圧をメモリサブシステム105に印加するようになっている。
更に、処理ユニット103が3.3Vコア電圧を要求し得る。したがって、電量変換器304は、電源90(図1)により提供される、ロジックボード91に印加される電圧、例えば5Vを、処理ユニット103が必要とする3.3Vに変換する。次いで、電力変換器304は、変換された電圧を1つ又は複数の処理ユニット103に印加する。
一実施形態では、電力変換器302及び304は周期的に、メモリサブシステム105及びCPU103のそれぞれが消費している電流を量的に示すデータを電力管理ロジック109に送る。別の実施形態では、電力管理ロジック109は周期的に、電力変換器302及び304の消費電流をポーリングするようになっている。こうして、電力管理ロジック109は、特定の期間にわたり、例えば特定のアプリケーション112〜114が実行されているときに電力変換器302及び304の特定の構成要素の消費電流をモニタする。メモリサブシステム105及びCPU103を、電力管理ロジック109が電流を増減することできる例示的なモニタされる構成要素として示されているが、他の実施形態では、他の構成要素をモニタし制御できることに留意されたい。メモリサブシステム105及びCPU103は、例示する目的のみで記載されている。
一実施形態では、電力管理ロジック109は、モニタされている電流値が構成要素の対応する電流上限値に達するか、又はそれを超えるような時間の割合を決定する。電力管理ロジック109は、受け取った各電流値に対して計算を行い、値が指定された範囲内に収まっている場合にカウンタ(図示せず)を増分することによって、このような決定を行うことができる。別法として、電力管理ロジック109は、電流値を記憶し、モニタする期間が終了した際に、記憶されたそれぞれの値と現在の電力上限値との比較を行うことができる。
次いで、電力管理ロジック109は、特定の構成要素が消費している電流値がサンプル期間の間において電力上限値を超えた時間の割合を計算する。電流が、電力上限値を時間の所定の割合、例えば75%を超えて上回った場合、電力管理ロジック109は、構成要素から取得された電流値との比較に使用された電力上限値を動的に引き上げることができる。別の実施形態では、電流が時間の所定の割合、例えば75%を超えて電力上限値を大幅に下回った場合、電力管理ロジック109は、構成要素から取得された電流値との比較に使用された電力上限値を動的に低減して、別の構成要素での任意の電力上限値の引き上げを埋め合わせることができる。
更に、動作中、受け取った電流値が電力上限値を超える場合、電力管理ロジック109は、上述したように、受け取った電流値に関連する構成要素の動作を制御する信号を送る。例えば、電力変換器302から受け取った電流値が、メモリサブシステム105が電力上限値を超えたことを示すとする。電力管理ロジック109は、信号に応答して、メモリサブシステム105の発行レート(issue rate)を低減する信号をメモリコントローラ306に送る。これに関連して、メモリコントローラ306は、メモリサブシステム105の発行レートを加速化又は低速化する帯域幅制限ハードウェアを備えることができる。メモリコントローラ306は、信号を受け取ると、発行レートを低速化して、メモリサブシステム105が消費している電力を低減することができる。
更に、電力変換器302から受け取った電流値が、メモリサブシステム105が電力上限値を大幅に下回ったことを示したとする。これに対応して、電力管理ロジック109は、メモリサブシステム105の発行レートを加速化する信号をメモリコントローラ306に送ることができる。メモリコントローラ306は、信号を受け取ると、発行レートを加速化させて、メモリサブシステム105のパフォーマンスを増大させることができる。
電力管理ロジック109は、特定の構成要素が消費した電流を示すデータを使用して、構成要素が消費している電力を動的に求めることができることに留意されたい。電力管理ロジック109は、消費されている電力を消費電力の上限値と比較する。一実施形態では、電力管理ロジック109はまた、モニタする時間期間にわたる最大の消費電力、又はモニタする時間期間にわたる平均の消費電力を示すデータを記憶することができる。これに関連して、電力管理ロジック109は、最大の消費電力又は平均の消費電力を使用して、電流の増減値を計算する。したがって、電力管理ロジック109は、モニタする時間期間にわたる最大の消費電力に基づいて、特定の構成要素が消費している電流を増減することができる。
同様に、構成要素が時間の所定の割合で消費電力の上限値になる、又は消費電力の上限値を超えた場合、電力管理ロジック109は、特定の要素に関連する消費電力の上限値を引き上げることができる。
一例として、動作中、電力管理ロジック109は、メモリサブシステム105に供給される電流を示すデータを送るように電力変換器302に問い合わせることができる。電力変換器302は、メモリサブシステム105が10Aで動作していることを示すデータを送ることができる。電力管理ロジック109は、構成要素が消費している電力を求め、消費されている電力を消費電力の上限値、例えば30Wと比較する。
図4は、本開示の一実施形態によるコンピューティングシステム100の構成要素の例示的な消費電力の挙動を示しているグラフである。グラフは、要求された帯域幅の線401、消費電力の上限線402、及び上限が制限された帯域幅の線403の3本の線を含んでいる。各線401〜403は、例えば、ロジックボード91で実行中のアプリケーション112〜114(図2)に応答した際、又はコンピューティングシステム100(図1)での任意の他の種類の増大したトラフィックに応答した際における変化を示している。
特に、時間期間T1にわたり、メモリサブシステムが要求した帯域幅を線401で示している。しかしながら、メモリサブシステム105の消費電力が、点線402で示されているように、ピーク保持可能な電力のおよそ20%で上限が制限されている。破線403は、メモリサブシステム105に提供される実際の帯域幅を示している。
一方、時間期間T1にわたり、電力管理ロジック109は、消費電力をモニタし、期間時間T1にわたり消費電力が上限値を超えたこと、すなわち時間期間T1の期間においておよそ50%の割合で、ピーク保持可能な電力のおよそ40%に増大したことを示すデータを記憶するようになっている。
したがって、電力管理ロジック109は、時間期間T2中に線402で示されているように、上限をピーク保持可能な電力のおよそ40%に上げる。再び、電力管理ロジック109は、線401で示している要求された帯域幅をモニタし、ここで要求された帯域幅は、時間期間T2中にピーク保持可能な水準の40%を超えている。したがって、電力管理ロジック109は、線402で示されているように、メモリサブシステムの電力上限値を再び上げる。
したがって、時間期間T3中、メモリサブシステム105は引き続き、線401で示されているように、電力上限値を超える帯域幅を要求する。したがって、電力管理ロジック109は、期間T4に示されているように、電力上限値を再び上げる。
特に、メモリサブシステム105の帯域幅は、線403で示されているように上限が制限されている。これに関連して、電力管理ロジック109は、期間T1、T2、T3、及びT4の時間期間中において、メモリサブシステム105が線402で示されているような上限が制限されている帯域幅を超えるいかなる帯域幅も受け取らないようにする。しかしながら、電力管理ロジック109がメモリサブシステム105の電力の使用をモニタする間に帯域幅が増大するにつれて、電力管理ロジック109はメモリサブシステム105の電力上限値を上げる。
図5は、本発明の実施形態によるシステム100の構成要素の例示的な消費電力の挙動を示しているグラフ500である。グラフは、要求された帯域幅の線501、動的な消費電力の上限線502、及び上限が制限された帯域幅の線503の3本の線を含んでいる。各線501〜503は、例えば、ロジックボード91で実行中のアプリケーション112〜114(図2)、又はコンピューティングシステム100(図1)での任意の他の種類の増大したトラフィックに応答した際における変化を示している。
時間期間にわたり、電力管理ロジック109は、線501で示されているような要求された帯域幅をモニタする。要求された帯域幅の増大に付随して、電力管理ロジック109は、このような電力上限値を動的に上げる。したがって、グラフに示されているように、要求された帯域幅が上限を超える頻度が高いほど、電力管理ロジック109は上限を速く上げることになる。
図6は、本発明の電力管理ロジック109の例示的な構造及び機能を示すフローチャートである。
ブロック600及び601に示されているように、電力管理ロジック109(図1)は、タイマの開始及び消費電力値の取得をそれぞれ行う。上述したように、電力管理ロジック109は、タイマを備えてもよく、又はロジックボード91(図2)に配置されたクロックを使用してもよい。本明細書において述べたように、取得される電流値は、電力管理ロジック109による問い合わせから、又はモニタ中の構成要素によって送られる信号から得ることができる。
電力管理ロジック109は、取得された消費電力値を消費電力の上限値と比較する。ブロック602において、示される値が電力上限値を超える場合、ブロック604において、電力管理ロジック109は上限値を超えたことを示す「超過(exceeded)」カウンタを増分する。
ブロック602において、消費電力値が消費電力の上限値を下回ることを示す場合、電力管理ロジック109は、ブロック605において消費電力を示すデータを記憶し、ブロック606において、値が電力上限値を大幅に下回ることを示す「未満(below)」カウンタを増分する。
電力管理ロジック109は引き続き、或る時間期間にわたり消費電力をモニタする。これに関連して、ブロック607において、電力管理ロジック109は、タイマがまだ切れていない場合、ブロック601において別の電流値を取得する。
ブロック607において時間期間が過ぎた場合、続いて、ブロック608において、電力管理ロジック109は、所定の限度以上、例えばモニタする時間期間の50%以上で消費電力の上限値を超えたか否かを判断する。ブロック608において所定の限度以上で消費電力の限度を超えた場合、ブロック609において電力管理ロジック109は電力上限値を上げる。
これに関連して、電力管理ロジック109は、グラフ400(図4)に示されているように、時間期間での最大の消費電力に一致する値に上限値を上げることができる。別法として、電力管理ロジック109は、モニタする時間期間にわたり複数の回数、電力上限値を超えた場合、予め規定された増分だけ上限値を上げることができる。
ブロック610において、電力管理ロジック109は、消費電力が、所定の限度を超える、例えば時間期間の50%を超えて消費電力の上限値を大幅に下回ったか否かを判断する。ブロック610において、消費電力が所定の限度を超えて、例えばモニタする時間期間中に50%を超えて消費電力の上限値を下回った場合、ブロック611において、電力管理ロジック109は電力上限値を下げる。
電力管理ロジック109は、電力上限値を、時間期間中の最小の電流値、又は時間期間中の平均の電流値に一致するような値に下げることができることに留意されたい。
図7は、本発明の別の実施形態によるシステム700を示している。
システム700は、複数のロジックボード701,702,703を含んでいる。ロジックボード701〜703のそれぞれは、電力管理ロジック704を含むことができる。更に、システム700は、電力配分(budgeting)ロジック705と電源706とを備えている。
電力管理ロジック704は、コンピューティングシステム100(図1)の電力管理ロジック109(図1)と略同様に動作する。したがって、電力管理ロジック704は、各ロジックボード701〜703上の特定の構成要素に関連する少なくとも1つの電力上限値を示すデータを記憶する。動作中、電力管理ロジック704は、実行中のアプリケーションのニーズに基づいて、ロジックボード701〜703上の構成要素に電力を動的に再配分する。これに関連して、電力管理ロジック704は、アプリケーションのニーズに基づいて、動的にモニタされる電流値を消費電力値に換算し、それを電力上限値と比較したものに基づいて、記憶された電力上限値のそれぞれを動的に調整する。
更に、電力管理ロジック704は、構成要素が電力上限値を超えた、又は電力上限値を大幅に下回った場合に、取得された1つの電流値に基づいて信号を構成要素に送る。
留意すべきことに、システム700の動作中、ロジックボード701〜703のそれぞれは、実質的に互いに独立して動作する。しかしながら、単一の電源706が電力を複数のロジックボード701〜703に提供しており、電源706が複数のロジックボード701〜703に提供できる電力量は、例えば、電源706の定格によって制限される。特定の時間期間中、ロジックボード701〜703のうちの1つ又は複数のアクティビティが増大し、その他のロジックボード701〜703のうちの1つ又は複数のトランザクションが一時的な静止状態(lull)になり得る。したがって、アクティビティが増大したボード701〜703は、このような時間期間中により多くの電力を要求する可能性があり、トランザクションが一時静止状態となったボードは、それほど多くの電力を必要としない可能性がある。
電力配分ロジック705は、各ロジックボード701〜703に電力上限値を関連付け、ロジックボード701〜703が関連する電力上限値以下で動作することを保証することが可能である。これに関連して、ロジック705は、当業者に既知のように電圧の制限及び/又は電流の制限を各ロジックボード701〜703に提供して、ロジックボード701〜703に提供される電力が電力上限値以下に留まることを保証することができる。更に、電力配分ロジック705は、電力管理ロジック704のそれぞれと通信する。
これに関連して、電力管理ロジック704は、ロジックボード701〜703上の各種構成要素が消費している電力量を検知して記録する。ロジックボード701〜703が配分された電力上限値以上であることが分かった場合、上述したように、電力管理ロジック704は、ロジックボード701〜703のトランザクションアクティビティが増大していることを示すデータを電力配分ロジック705に送る。次いで、電力配分ロジック705は、その他のロジックボード701〜703のうちの1つ又は複数のアクティビティが低減しているか否かを判断する。ロジックボード701〜703のうちの1つのアクティビティが低減している場合、電力配分ロジック705は、アクティビティが低減しているロジックボード701〜703に関連する電力上限値のうちの1つ又は複数を下げることができる。更に、電力配分ロジック705は、アクティビティが増大しているロジックボード701〜703に関連する電力上限値を上げることができる。したがって、電力配分ロジック705は、電源706から利用可能な電力が、ロジックボード701〜703で行われているアクティビティに基づいてロジックボード701〜703に効率的且つ有効に配分されることを保証する。
これに関連して、電力配分ロジック705は、ロジックボード701〜703の消費電力と各ロジックボード701〜703上の各種構成要素の消費電力とを、モニタする時間期間にわたってモニタする。期間中、ロジックボード701〜703のうちの1つ又は複数の消費電力が、時間期間の特定の割合(例えば75%)で関連する電力上限値を下回った場合、電力管理ロジック704は、電力配分ロジック705によりその特定のロジックボード701〜703に割り振られた消費電力の上限値を下げる。同様に、期間中、ロジックボード701〜703のうちの1つ又は複数の消費電力が、時間の特定の割合(例えば75%)で関連する電力上限値を満たした場合、電力管理ロジック704は、電力配分ロジック705によりその特定のロジックボード701〜703に割り振られた消費電力の上限値を上げる。
動作中、電力配分ロジック705は、システム700の消費電力の特徴を表すデータを更に記憶することができる。例えば、電力配分ロジック705は、電源706の電圧定格を表すデータと、ロジックボード701〜703のそれぞれの動的な電流読み取り値を表すデータとを記憶することができる。更に、電力配分ロジック705は、各ロジックボード701〜703に関連する電力上限値を表すデータと、各ロジックボード701〜703上の構成要素(図示せず)に関連する電力上限値を表すデータとを記憶することができる。
動作中、電力配分ロジック705は、各ボード701〜703上の電力管理ロジック704と通信することによってロジックボード701〜703をモニタすることができる。これに関連して、電力配分ロジック705は、例えば、各ロジックボード701〜703が特定の期間にわたって消費している電力をモニタすることができる。
電力配分ロジック705は、ロジックボード701〜703から受け取る動的な電力情報に基づいて、ロジックボード701〜703のうちの1つ又は複数が特にアクティブであり、別のロジックボードがアクティブではないと判断することができる。したがって、電力配分ロジック705は、ボード701〜703のうちの1つに、モニタされた電流の使用状況に基づいて低速化又は加速化するように信号を送り、システム700のパフォーマンスを最大化し、且つ/又は使用電力を最小化することができる。これに関連して、電力配分ロジック705は、1つのボード701〜703の電力使用を増大できるようにし、次に別のロジックボードに電力使用を低減するように信号を送ることができる。こうして、システム700の全体としての消費電力が上述したようにモニタされ、且つ制御されるようになっている。
本発明の例示的な実施形態によるコンピューティングシステムを示しているブロック図である。 図1の例示的なロジックボードを示しているブロック図である。 図2の例示的なロジックボードを示しているブロック図である。 図1のコンピューティングシステムの例示的な一実施形態の保持可能ピークの割合としての電力と時間との関係を示しているグラフである。 図1のコンピューティングシステムの例示的な別の一実施形態のピーク保持可能な電力と時間との関係を示している別のグラフである。 図1のコンピューティングシステムの複数の構成要素による電力使用を制御する例示的な方法を示すフローチャートである。 本開示の例示的な一実施形態によるコンピューティングシステムを示しているブロック図である。

Claims (8)

  1. 電源により給電され、各々の電力上限値にそれぞれ関連付けられている複数の電子的構成要素と、
    該電子的構成要素の消費電力を或る期間にわたってモニタするとともに、モニタされた前記消費電力に基づいて前記電子的構成要素のうちの少なくとも1つに関連する少なくとも1つの電力上限値を動的に調整するように構成されているロジックと
    を備え、
    前記ロジックは、モニタされた前記消費電力が前記少なくとも1つの電力上限値から外れ且つ電力上限値の引き上げの決定が前記ロジックによってまだ行われていない場合において、前記少なくとも1つの電子的構成要素に対して、前記少なくとも1つの電子的構成要素の動作を低速化させる信号を送るように構成され、
    前記ロジックは、モニタされた前記消費電力が前記期間の中で所定の割合にわたって前記少なくとも1つの電力上限値から外れ且つ電力上限値の引き上げの決定が前記ロジックによって行われた場合において、前記少なくとも1つの構成要素の前記電力上限値を上げるように構成されている、システム。
  2. 前記ロジックは、モニタを行う期間中に、前記少なくとも1つの電子的構成要素のコントローラから複数の電流値を要求するように構成されている、請求項に記載のシステム。
  3. 前記ロジックは、前記少なくとも1つの電子的構成要素により消費される前記消費電力が所定の範囲内にある頻度を表す値を測定するように構成されている、請求項1に記載のシステム。
  4. 前記少なくとも1つの電子的構成要素により消費される前記消費電力が、前記期間中において少なくとも所定の割合で前記所定の範囲を超えることを前記値が示すような場合において、前記ロジックは、前記少なくとも1つの構成要素の前記電力上限値を上げるように構成されている、請求項に記載のシステム。
  5. 前記ロジックは、前記少なくとも1つの電子的構成要素に関連する前記電力上限値の引き上げに対応して、前記複数の電子的構成要素のうちの別の電子的構成要素の前記電力上限値を下げるように構成されている、請求項に記載のシステム。
  6. 或る期間にわたって複数の電子的構成要素の消費電力をモニタするステップと、
    モニタされた前記消費電力に基づいて、前記電子的構成要素のうちの少なくとも1つに関連する電力上限値を動的に調整するステップと
    を含み、
    前記動的に調整するステップは、
    モニタされた前記消費電力が前記少なくとも1つの電力上限値から外れ且つ電力上限値の引き上げの決定が前記ロジックによってまだ行われていない場合において、前記少なくとも1つの電子的構成要素に対して、前記少なくとも1つの電子的構成要素の動作を低速化させる信号を送るステップと、
    モニタされた前記消費電力が前記期間の中で所定の割合にわたって前記少なくとも1つの電力上限値から外れ且つ電力上限値の引き上げの決定が前記ロジックによって行われた場合において、前記少なくとも1つの構成要素の前記電力上限値を上げるステップと
    を含んでいる方法。
  7. 前記少なくとも1つの電子的構成要素の前記消費電力の引き上げに対応して、前記複数の電子的構成要素のうちの少なくとも1つに関連する前記電力上限値を上げるステップと、
    ロジックが前記電力上限値を引き上げることにより、システムに対して指定された全体の電力限度値を超えないように、前記複数の電子的構成要素のうちの別の電子的構成要素に関連する別の電力上限値を下げるステップと
    を更に含んでいる、請求項に記載の方法。
  8. 前記少なくとも1つの電子的構成要素の前記消費電力が所定の範囲を超える頻度を表す値を測定するステップを更に含んでいる、請求項に記載の方法。
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