JP5177896B2

JP5177896B2 - ファンの動的回転数制御装置、ファンの動的回転数制御方法及びファンの動的回転数制御プログラム

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Publication number: JP5177896B2
Application number: JP2009053507A
Authority: JP
Inventors: ジュン江藤
Original assignee: NEC Computertechno Ltd
Current assignee: NEC Computertechno Ltd
Priority date: 2009-03-06
Filing date: 2009-03-06
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2029-03-06
Also published as: US20100228403A1; JP2010211269A; US8265799B2

Description

本発明はコンピュータにおける冷却用ファンの、動的回転数の制御に関する。

サーバ等に代表されるコンピュータにおいては、ＣＰＵやメモリの動作に伴い、コンピュータ内の温度が上昇する。特に、近年はＣＰＵの高性能化等もあり温度上昇も顕著である。そこで、このような温度上昇を防止するためにサーバ等に冷却用のファンを設け、この冷却用のファンによりコンピュータ内の冷却を行うということが一般的である。

もっとも、冷却用のファンを回転させることにより騒音が発生し、これがサーバ等の主な騒音源となっていた。また、一般的にファンの回転数の制御はサーバ最大負荷時を想定した制御となっているため、低負荷時に冷却的に過剰な回転数となっており不必要に、騒音が高くなっていた。

この点に鑑み、通信制御装置の冷却用ファンの騒音低減方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。

また、特許文献２には、ＣＰＵに温度センサーを配置し、予め許容できる上限と設定したファンの回転数で冷却用ファンを回転させるという技術が記載されている。そして特許文献２に記載の技術では、設定した回転数でも充分冷却できるようにＣＰＵのクロックを制御する。これにより、ユーザの希望する静音性を提供できる。

特開平０１−２９１０００号公報特開２００５−１９０２９４号公報

しかし、特許文献１及び２記載の技術では、上述の低負荷時に冷却的に過剰な回転数となるという問題を解消できない。また、特許文献２に記載の技術では、ＣＰＵの動作速度が遅くなるという問題がある。

更に、ＣＰＵ温度が予め定めた閾値を超えた場合にファンによる冷却はやめて（ファンは止めて）、ファン以外の騒音の少ない冷却装置を作動させることにより、冷却を実現して、騒音低減を実現するということも考えられる。しかし、この場合には、ファン以外の冷却装置を別途用意する必要があり、コスト的に高くなり、省スペース化を図ることも困難となる。

そこで本発明は、コンピュータが有する冷却用のファンの制御において、ファン以外の冷却装置を設けなくとも、コンピュータの低負荷時にファンが過剰な回転することを防止することが可能なファンの動的回転数制御装置、ファンの動的回転数制御方法及びファンの動的回転数制御プログラムを提供することを目的とする。

本発明の第１の観点によれば、計算機が備えるファンの動的回転数を制御する動的回転数制御回路において、前記計算機の設置されている環境の温度である「環境温度」を受け付ける第１の受付手段と、前記計算機内が備える第１のデバイスの温度である「第１のデバイス温度」を受け付ける第２の受付手段と、前記計算機内が備える第２のデバイスの温度である「第２のデバイス温度」を受け付ける第３の受付手段と、前記第１乃至第３の受付手段において受け付けた前記環境温度、前記第１のデバイス温度及び前記第２のデバイス温度と、前記各温度とファン回転数の関係が記入されたファン回転数記述テーブルとを比較することにより、ファンの回転数を決定し、当該決定したファンの回転数で回転をするように、前記ファンに指示するファン回転指示手段と、を備え、前記第１のデバイス及び前記第２のデバイスの何れか若しくは両方が複数存在し、前記第１のデバイス温度と前記第２のデバイス温度は、各々のデバイスで最も高い温度デバイスの温度であることを特徴とする動的回転数制御回路が提供される。

本発明の第２の観点によれば、第１のデバイス、第２のデバイス、ファン及び動的回転数制御回路を有し、ファンの動的回転数を制御することが可能な動的回転数制御装置において、前記動的回転数制御回路が上述の動的回転数制御回路であることを特徴とする動的回転数制御装置が提供される。

本発明の第３の観点によれば、計算機が備えるファンの動的回転数を制御する動的回転数制御方法において、前記計算機の設置されている環境の温度である「環境温度」を受け付ける第１の受付ステップと、前記計算機内が備える第１のデバイスの温度である「第１のデバイス温度」を受け付ける第２の受付ステップと、前記計算機内が備える第２のデバイスの温度である「第２のデバイス温度」を受け付ける第３の受付ステップと、前記第１乃至第３の受付ステップにおいて受け付けた前記環境温度、前記第１のデバイス温度及び前記第２のデバイス温度と、前記各温度とファン回転数の関係が記入されたファン回転数記述テーブルとを比較することにより、ファンの回転数を決定し、当該決定したファンの回転数で回転をするように、前記ファンに指示するファン回転指示ステップと、を備え、前記第１のデバイス及び前記第２のデバイスの何れか若しくは両方が複数存在し、前記第１のデバイス温度と前記第２のデバイス温度は、各々のデバイスで最も高い温度デバイスの温度であることを特徴とする動的回転数制御方法が提供される。

本発明の第４の観点によれば、計算機が備えるファンの動的回転数を制御する動的回転数制御プログラムにおいて、前記計算機の設置されている環境の温度である「環境温度」を受け付ける第１の受付手段と、前記計算機内が備える第１のデバイスの温度である「第１のデバイス温度」を受け付ける第２の受付手段と、前記計算機内が備える第２のデバイスの温度である「第２のデバイス温度」を受け付ける第３の受付手段と、前記第１乃至第３の受付手段において受け付けた前記環境温度、前記第１のデバイス温度及び前記第２のデバイス温度と、前記各温度とファン回転数の関係が記入されたファン回転数記述テーブルとを比較することにより、ファンの回転数を決定し、当該決定したファンの回転数で回転をするように、前記ファンに指示するファン回転指示手段と、を備え、前記第１のデバイス及び前記第２のデバイスの何れか若しくは両方が複数存在し、前記第１のデバイス温度と前記第２のデバイス温度は、各々のデバイスで最も高い温度デバイスの温度である動的回転数制御回路としてコンピュータを機能させることを特徴とする動的回転数制御プログラムが提供される。

本発明によれば、コンピュータが有する冷却用のファンの制御において、コンピュータが低負荷時の冷却的に過剰な回転することを防止できることから騒音を低く抑えることが可能となる。

本発明の実施形態の基本的構成を表す図である。本発明の実施形態におけるサーバマネージメントコントローラ６０の基本的構成を表す図である。本発明の実施形態におけるファン回転数記述テーブル７０の構成を表す図である。本発明の実施形態の基本的動作を表すフローチャートである。従来のファン設定テーブルの構成を表す図である。

次に、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。

図１を参照すると本実施形態のサーバ１００は、環境温度センサー１０、ファン２１〜２７、第１のメモリ群３０、ＣＰＵ群４０、第２のメモリ群５０、サーバマネージメントコントローラ６０及びファン回転数記述テーブル７０を有する。ＣＰＵ群４０は、第１のＣＰＵ４１及び第２のＣＰＵ４２を有する。

本サーバは、サーバ内に設置された７台のファン（ファン２１〜２７）により、サーバ内のＣＰＵとメモリを冷却している。装置前部（吸入側）に環境温度を読み取る温度センサー（環境温度センサー１０）が設置されている。ＣＰＵ（第１のＣＰＵ４１及び第２のＣＰＵ４２：計２個まで搭載することを想定）にはＣＰＵ内部温度を読み取るセンサーが内蔵されている。メモリ（第１のメモリ群３０及び第２のメモリ群５０：計１２枚搭載することを想定）にはメモリ内部温度を読み取るセンサーが内蔵されている。更に、ファン制御機能及び温度センサー読み取り機能を備えたサーバ全体をマネージメントするサーバマネージメントコントローラ６０が設置されている。この例では、サーバマネージメントコントローラ６０を集積回路（ＬＳＩ：Large Scale Integration）によって実現している。

ここで、本実施形態は、概略、サーバマネージメントコントローラ６０のソフトウェアが、サーバ内に設置された環境温度センサー、ＣＰＵ温度センサー及びメモリ温度センサー値を入力として、騒音低減及び冷却最適になるように冷却ファンの回転数を制御するというものである。

なお、本実施形態をサーバとして実装するのは、あくまで一例である。本実施形態は、冷却のためにファンを採用している装置であれば適用することが可能であり、その装置の用途がサーバに限定されるものではない。また、本実施形態の、ＣＰＵ、メモリ及びファンの個数を変更してもよい。

次に、図１のブロック図を参照して実施形態の具体的な構成を説明する。

環境温度センサー１０は、サーバ１００の吸入部に設けられている温度センサーであり、サーバ１００が設置されている環境の温度（以下、「環境温度」と表記する。）を読み取る。また、読み取った環境温度をサーバマネージメントコントローラ６０に通知する。

ファン２１〜２７はサーバ１００の冷却のために動作するファンである。ファン２１〜２７はサーバマネージメントコントローラ６０からの指示に従い、自身の単位時間あたりの回転数（回転速度）を変更する。

第１のメモリ群３０及び第２のメモリ群５０は、ＣＰＵ群４０が利用するメモリである。第１のメモリ群３０及び第２のメモリ群５０は、メモリ内部の温度（以下、「メモリ温度」と表記する。）を読み取る温度センサーとしての機能も有しており、読み取ったメモリ温度をサーバマネージメントコントローラ６０に通知する。

ＣＰＵ群４０は、サーバ１００内で動作する演算処理装置である。ＣＰＵ群４０は、ＣＰＵ内部の温度（以下、「ＣＰＵ温度」と表記する。）を読み取る温度センサーとしての機能も有しており、読み取ったＣＰＵ温度をサーバマネージメントコントローラ６０に通知する。

サーバマネージメントコントローラ６０（本発明の「動的回転数制御回路」に相当する。）は、通知されてくる各温度に従いファン２１〜２７の動的回転数制御を行う。図２は本実施形態におけるサーバマネージメントコントローラ６０の構成と動的回転数制御について示す図である。図２を参照するとサーバマネージメントコントローラ６０は、受付部６１とファン回転数指示部６２及びファン回転数記述テーブル７０を有している。

そして、受付部６１がＣＰＵ温度（複数有り）、メモリ温度（複数有り）、環境温度を読み込んで、ファン回転数指示部６２がファンに回転数を指示している。

次に、ファン回転数記述テーブル７０について図３に示す具体例を用いて説明する。図３は環境温度ごとに、ＣＰＵ、メモリ負荷量を温度で換算し、その時に冷却に必要なファン回転数を記述したテーブルである。なお、環境温度ごとにテーブルＡ乃至Ｄを示す。ここで、本実施形態における制御の前提について説明する。通常、ＣＰＵ、メモリともサーバ上のソフトウェア負荷が低い時は、発熱量も少ないので、ＣＰＵ及びメモリの温度は低く、負荷と温度は比例の関係にある。すなわち、ＣＰＵ及びメモリの負荷を温度で換算することが可能であるということを制御の前提としている。

ここで、テーブルの値は事前評価で決定して、ファン回転数記述テーブル７０に記憶させておく。また、図１のようにファン回転数記述テーブル７０を別途設けてもよく、図２のようにサーバマネージメントコントローラ６０がファン回転数記述テーブル７０を記憶するようにしてもよい。

また、ファン回転数記述テーブル７０は図３に示すように段階的（階段状）となっている。この点、各温度とファンの回転数を一定の関係式に基づく比例関係とすることも考えられる。しかし、実際に発熱とファン回転数の関係は直線でなく、二次曲線（Ｅｘｐ曲線）であるため、冷却的にうまくいかないことも考えられる。

また、例え二次曲線にしても、ファンがデバイス温度で敏感に変動して、ファンによるうなり音が発生するということも考えられる。そこで、本実施形態ではこれらの問題を解消できるようにファン回転数記述テーブル７０を図３に示すような段階的（階段状）に設定している。

次に、図４のフローチャートを参照してサーバマネージメントコントローラ６０がファン回転数記述テーブル７０を使用し、回転数をファン２１〜２７に指示するまでの動作について説明する。サーバマネージメントコントローラ６０はサーバ１００の動作中、ソフトウェアとハードウェアの協働によるオンライン処理を実施して、ファン２１〜２７に回転数を指示している。

まず、環境温度センサー１０、第１のメモリ群３０、ＣＰＵ群４０及び第２のメモリ群５０から、サーバマネージメントコントローラ６０に対して各々のセンサーが読み取った温度が通知される（ステップＳ２０１）。

通知を受けたサーバマネージメントコントローラ６０は、まず環境温度を読み込み、図４のファン回転数記述テーブル７０のテーブルＡ〜Ｄから、採用するテーブルを選択する（ステップＳ２０２）。

次いで、サーバマネージメントコントローラ６０は、ＣＰＵ温度を読み込み、ステップＳ２０２で選択したテーブルよりファン回転数（以下、「Ｔ１」と表記する。）を選択する（ステップＳ２０３）。なお、本実施形態のようにＣＰＵが複数（第１のＣＰＵ４１及び第２のＣＰＵ４２）存在する場合は、最も温度の高い方のＣＰＵ温度の値を読み取る。

続いて、サーバマネージメントコントローラ６０は、メモリ温度を読み込み、ステップＳ２０２で選択したテーブルよりファン回転数（以下、「Ｔ２」と表記する。）を選択する（ステップＳ２０４）。ＣＰＵ同様に複数のメモリが存在する場合は、最も温度の高いメモリのメモリ温度の値を読み取る。

更に、サーバマネージメントコントローラ６０は、Ｔ１とＴ２の高い方の回転数をＴとする（ステップＳ２０５）。

そして、ファンに回転数Ｔで回転するように指示をし、ステップＳ２０１へ戻る（ステップＳ２０６）。

これにより、サーバ１００の付加に応じて適切な回転数でファンを回転させることが可能となる。

ここで、本実施形態の効果について説明するために図５に従来のファン設定テーブルを示す。

図５に示すように従来は環境温度のみでファン回転数を制御しており、ＣＰＵ、メモリ負荷が一番高い状態を想定し、ファン回転数を決めていた。それに比べると、図３のファン設定テーブルでは、負荷が低い時、ファン回転数が図５よりも、低くなっている。

これにより、より適切にファンを回転させることが可能となる。そのため、騒音を低く抑えることが可能となる。また、ファンの回転に伴う消費電力を低くすることが可能となる。

更に、本実施形態では予め設定された、温度とファン回転数の関係が記入されたファン設定テーブルと装置内で検出した温度を比較して、ファン回転数を決める。そのため、温度のＦｅｅｄＢａｃｋ回路（又はソフトウェア）を設けて、デバイス温度（ＣＰＵ）を一定にするようにファン回転数を制御するような技術と比較して、ＦｅｅｄＢａｃｋ回路（又はソフトウェア）を設ける必要がないという効果も奏する。

更に、サーバの内部構造が複雑化されており、或るファンがどのデバイスの冷却に対応しているか、明確な区別がつきにくい、といった場合であっても対応することが可能となる。

なお、本発明の実施形態である動的回転数制御装置は、ハードウェア、ソフトウェア又はこれらの組合せにより実現することができる。

また、上述した実施形態は、本発明の好適な実施形態ではあるが、上記実施形態のみに本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である。

例えば、本実施形態では、ＣＰＵ及びメモリの温度を基準として用いたが、他のデバイス（例えば、ＨＤＤやＶＧＡ（Video Graphics Array））にも温度センサーを設け、そのデバイスの温度も考慮するようにしてもよい。また、本実施形態では全てのメモリ及びＣＰＵに温度センサーを内蔵させたが、必ずしも全てのメモリ及びＣＰＵに温度センサーを内蔵させなくともよい。例えば、隣り合うメモリの１つおきのメモリにのみ温度センサーを内蔵させるようにしてもよい。

加えて、上述のように本実施形態は、ＣＰＵ、メモリ及びファンの個数を変更してもよい。

１０環境温度センサー
２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７ファン
３０第１のメモリ群
４０ＣＰＵ群
４１第１のＣＰＵ
４２第２のＣＰＵ
５０第２のメモリ群
６０サーバマネージメントコントローラ
６１受付部
６２ファン回転数指示部
７０ファン回転数記述テーブル
１００サーバ

Claims

計算機が備えるファンの動的回転数を制御する動的回転数制御回路において、
前記計算機の設置されている環境の温度である「環境温度」を受け付ける第１の受付手段と、
前記計算機内が備える第１のデバイスの温度である「第１のデバイス温度」を受け付ける第２の受付手段と、
前記計算機内が備える第２のデバイスの温度である「第２のデバイス温度」を受け付ける第３の受付手段と、
前記第１乃至第３の受付手段において受け付けた前記環境温度、前記第１のデバイス温度及び前記第２のデバイス温度と、前記各温度とファン回転数の関係が記入されたファン回転数記述テーブルとを比較することにより、ファンの回転数を決定し、当該決定したファンの回転数で回転をするように、前記ファンに指示するファン回転指示手段と、
を備え、
前記第１のデバイス及び前記第２のデバイスの何れか若しくは両方が複数存在し、前記第１のデバイス温度と前記第２のデバイス温度は、各々のデバイスで最も高い温度デバイスの温度であることを特徴とする動的回転数制御回路。
請求項１に記載の動的回転数制御回路において、
前記ファン回転数記述テーブルは、前記環境温度毎に複数のテーブルが用意されており、
前記ファン回転指示手段は、前記受け付けた前記環境温度に対応する前記テーブルを選択し、選択した当該テーブルと前記第１のデバイス温度とを比較することにより第１の回転数を決定し、選択した当該テーブルと前記第２のデバイス温度とを比較することにより第２の回転数を決定し、当該第１の回転数と第２の回転数の高い方の回転数で回転をするように、前記ファンに指示することを特徴とする動的回転数制御回路。
請求項１又は２に記載の動的回転数制御回路において、前記ファン回転数記述テーブルは、或るファンの回転数に対しての温度の関係が階段状に設定されていることを特徴とする動的回転数制御回路。
請求項１乃至３の何れか１項に記載の動的回転数制御回路において、前記第１のデバイスがＣＰＵ（Central Processing Unit）であり、前記第２のデバイスがメモリであることを特徴とする動的回転数制御回路。
第１のデバイス、第２のデバイス、ファン及び動的回転数制御回路を有し、ファンの動的回転数を制御することが可能な動的回転数制御装置において、
前記動的回転数制御回路が請求項１乃至４の何れか１項に記載の動的回転数制御回路であることを特徴とする動的回転数制御装置。
計算機が備えるファンの動的回転数を制御する動的回転数制御方法において、
前記計算機の設置されている環境の温度である「環境温度」を受け付ける第１の受付ステップと、
前記計算機内が備える第１のデバイスの温度である「第１のデバイス温度」を受け付ける第２の受付ステップと、
前記計算機内が備える第２のデバイスの温度である「第２のデバイス温度」を受け付ける第３の受付ステップと、
前記第１乃至第３の受付ステップにおいて受け付けた前記環境温度、前記第１のデバイス温度及び前記第２のデバイス温度と、前記各温度とファン回転数の関係が記入されたファン回転数記述テーブルとを比較することにより、ファンの回転数を決定し、当該決定したファンの回転数で回転をするように、前記ファンに指示するファン回転指示ステップと、
を備え、
前記第１のデバイス及び前記第２のデバイスの何れか若しくは両方が複数存在し、前記第１のデバイス温度と前記第２のデバイス温度は、各々のデバイスで最も高い温度デバイスの温度であることを特徴とする動的回転数制御方法。
請求項６に記載の動的回転数制御方法において、
前記ファン回転数記述テーブルは、前記環境温度毎に複数のテーブルが用意されており、
前記ファン回転指示ステップにおいて、前記受け付けた前記環境温度に対応する前記テーブルを選択し、選択した当該テーブルと前記第１のデバイス温度とを比較することにより第１の回転数を決定し、選択した当該テーブルと前記第２のデバイス温度とを比較することにより第２の回転数を決定し、当該第１の回転数と第２の回転数の高い方の回転数で回転をするように、前記ファンに指示することを特徴とする動的回転数制御方法。
請求項６又は７に記載の動的回転数制御方法において、前記ファン回転数記述テーブルは、或るファンの回転数に対しての温度の関係が階段状に設定されていることを特徴とする動的回転数制御方法。
請求項６乃至８の何れか１項に記載の動的回転数制御方法において、前記第１のデバイスがＣＰＵ（Central Processing Unit）であり、前記第２のデバイスがメモリであることを特徴とする動的回転数制御方法。
計算機が備えるファンの動的回転数を制御する動的回転数制御プログラムにおいて、
前記計算機の設置されている環境の温度である「環境温度」を受け付ける第１の受付手段と、
前記計算機内が備える第１のデバイスの温度である「第１のデバイス温度」を受け付ける第２の受付手段と、
前記計算機内が備える第２のデバイスの温度である「第２のデバイス温度」を受け付ける第３の受付手段と、
前記第１乃至第３の受付手段において受け付けた前記環境温度、前記第１のデバイス温度及び前記第２のデバイス温度と、前記各温度とファン回転数の関係が記入されたファン回転数記述テーブルとを比較することにより、ファンの回転数を決定し、当該決定したファンの回転数で回転をするように、前記ファンに指示するファン回転指示手段と、
を備え、
前記第１のデバイス及び前記第２のデバイスの何れか若しくは両方が複数存在し、前記第１のデバイス温度と前記第２のデバイス温度は、各々のデバイスで最も高い温度デバイスの温度である動的回転数制御回路としてコンピュータを機能させることを特徴とする動的回転数制御プログラム。
請求項１０に記載の動的回転数制御プログラムにおいて、
前記ファン回転数記述テーブルは、前記環境温度毎に複数のテーブルが用意されており、
前記ファン回転指示手段は、前記受け付けた前記環境温度に対応する前記テーブルを選択し、選択した当該テーブルと前記第１のデバイス温度とを比較することにより第１の回転数を決定し、選択した当該テーブルと前記第２のデバイス温度とを比較することにより第２の回転数を決定し、当該第１の回転数と第２の回転数の高い方の回転数で回転をするように、前記ファンに指示することを特徴とする動的回転数制御プログラム。
請求項１０又は１１に記載の動的回転数制御プログラムにおいて、前記ファン回転数記述テーブルは、或るファンの回転数に対しての温度の関係が階段状に設定されていることを特徴とする動的回転数制御プログラム。
請求項１０乃至１２の何れか１項に記載の動的回転数制御プログラムにおいて、前記第１のデバイスがＣＰＵ（Central Processing Unit）であり、前記第２のデバイスがメモリであることを特徴とする動的回転数制御プログラム。