JP5293396B2

JP5293396B2 - 情報処理装置、および情報処理装置の制御方法

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Publication number: JP5293396B2
Application number: JP2009116669A
Authority: JP
Inventors: 修一佐伯
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2009-05-13
Filing date: 2009-05-13
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2029-05-13
Also published as: JP2010267005A

Description

本発明は、処理を実行するプロセッサを複数設けることにより情報処理装置の性能を向上させる技術に関する。

汎用のプロセッサーボードを使い呼処理等の制御系処理やパケットプロトコル処理などの様々な処理を行うコンピュータにおいて、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を設けたメインボードに、別のＣＰＵを搭載したメザニンボード（拡張基板）を増設して、メインボードとメザニンボードとの間で処理負荷の分散を図ることがあった。

負荷分散に関して、特許文献１に記載されたコンピュータでは、複数のＣＰＵの使用率を測定し、使用率の高いＣＰＵに対する処理負荷の一部を、使用率の低いＣＰＵに割り当てている。

特開２００３−４６５３９号公報

しかし、特許文献１に記載されたコンピュータでは、メザニンボードの増設により処理負荷の分散を行うと、装置が大型化してしまうという問題があった。

コンピュータの外枠と、挿入するボードとのハードウェア仕様を定めた規格としてＡＴＣＡ(Advanced Telecom Communication Architecture)規格などがあるが、このような規格では、各ボードの消費電力値の上限が定められている。

メインボード上に、メインボードに供給される電力の一部を使用するメザニンボードを増設した場合、そのメザニンボードが消費電力の高いＣＰＵを備えていると、消費電力が上限値を超えてしまうことがある。このため、メザニンボード上のＣＰＵは、性能の低いものでなければならず、メザニンボードにメインボードの処理の一部を十分に割り当てることができなかった。

ハードウェア規格においてメインボードに必要な電力よりも大きな電力を供給できる電源に置き換えれば、メザニンボードに処理を十分に割り当てることができるが、それでは電源のサイズが大きくなり、装置が大型化してしまう。

本発明は、装置を大型化せずに、拡張基板の増設により処理負荷を分散する技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の情報処理装置は、割り当てられた処理を実行する回路を搭載した主基板と、前記主基板上に増設された基板であって、該主基板から電源の供給を受けて割り当てられた処理を実行する回路を搭載した拡張基板と、前記主基板に搭載された回路の消費電力の指標となる指標値と、前記拡張基板に搭載された回路の消費電力の指標となる指標値とを取得する指標値取得手段と、前記指標値取得手段により取得された前記主基板に対応する指標値と、前記拡張基板に対応する指標値とに基づいて、該主基板に対応する消費電力と該拡張基板に対応する消費電力との合計値が閾値を超えないように、該主基板に割り当てる処理の処理量と該拡張基板に割り当てる処理の処理量とを制御する制御手段と、を有する。

本発明の情報処理装置の制御方法は、割り当てられた処理を実行する回路を搭載した主基板と、前記主基板上に増設された基板であって、該主基板から電源の供給を受けて割り当てられた処理を実行する回路を搭載した拡張基板とを有する情報処理装置の制御方法であって、前記主基板に搭載された回路の消費電力の指標となる指標値と、前記拡張基板に搭載された回路の消費電力の指標となる指標値とを取得し、前記主基板に対応する指標値と、前記拡張基板に対応する指標値とに基づいて、該主基板に対応する消費電力と該拡張基板に対応する消費電力との合計値が閾値を超えないように、該主基板に割り当てる処理の処理量と該拡張基板に割り当てる処理の処理量とを制御する、情報処理装置の制御方法である。

本発明によれば、情報処理装置は、主基板と拡張基板との消費電力の合計値の指標となる指標値に基づいて、消費電力の合計値が閾値を超えないように、これらの基板に割り当てる処理負荷を制御する。このため、電源を大容量にする必要がなくなり、装置を大型化せずに処理負荷を分散できる。

本実施形態の情報処理装置の一構成例を示すブロック図である。本実施形態の情報処理装置の外観図の一例である。本実施形態の情報処理装置の一構成例を示すブロック図である。本実施形態の情報処理装置の消費電力推定テーブルＡの記載内容を示す図である。本実施形態の情報処理装置の消費電力推定テーブルＢの記載内容を示す図である。本実施形態のロードバランス回路の動作を示すフローチャートである。本実施形態のメインボード内負荷分散処理を示すフローチャートである。一般的な情報処理装置の一構成例を示すブロック図である。

本発明を実施するための実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態の情報処理装置１の一構成例を示す機能ブロック図である。情報処理装置１は、パケット処理などを行う情報処理装置であり、例えば汎用サーバー装置として使用される。同図を参照すると、情報処理装置１は、メインボード１０、指標値取得部２１、および制御部２２を有する。

図２は、情報処理装置１の外形図の一例である。同図を参照すると、情報処理装置は、所定のハードウェア規格（例えば、ＡＴＣＡ規格）に準拠または合致した外枠４０を有する。この外枠４０に、外枠４０と同じハードウェア規格に準拠または合致したメインボード１０、１３、およびスイッチボード３０を含む各種のボードが挿入される。各メインボードのいずれか１以上には、図３で後述するメザニンボードが増設されている。

図１に戻り、メインボード１０の上には、メザニンボード１１が増設されている。メザニンボード１１は、メインボード１０上に追加で装着された拡張基板である。このメザニンボード１１には、メインボード１０に接続された電源から電力が供給される。

指標値取得部２１は、メインボード１０の消費電力の指標となる指標値と、そのメインボードに増設されたメザニンボード１１の消費電力の指標となる指標値とを取得する。例えば、指標値として、メインボード１０およびメザニンボード１１に搭載された各ＣＰＵの使用率や、ＣＰＵを含む各デバイスの温度などが用いられる。

制御部２２は、指標値に基づいて、メインボード間、またはメインボードとメザニンボードとの間において、処理負荷を分散する。

具体的には、制御部２２は、各ＣＰＵの組み合わせや、各温度の組み合わせから、メインボード１０およびメザニンボード１１の消費電力の合計値を推定する。そして、制御部２２は、その合計値が、メインボード１０について定められた閾値を超えないように、消費電力が高いメインボードから低いメインボードへ処理負荷を分散する。消費電力の合計値の閾値は、メインボード１０のハードウェア規格により定められた値である。

また、制御部２２は、メインボード１０およびメザニンボード１１において、デバイスの温度やＣＰＵ使用率が閾値を超えないように、使用率や温度の高いＣＰＵから低いＣＰＵへ処理負荷を分散する。温度の閾値は、例えば、ＣＰＵの動作保障温度である。

図３は、図１で示した、メインボード１０、指標値取得部２１、および制御部２２を実現する情報処理装置１の具体的な構成例を示すブロック図である。同図を参照すると、情報処理装置１は、メインボード１０、電源回路１２、メインボード１３、およびスイッチボード３０を有する。

図２では、情報処理装置１にメインボードを２枚設ける構成としているが、メインボードを３枚以上設けてもよいし、１枚しか設けなくてもよい。メインボードを複数枚設けている場合、全てのメインボードにメザニンボードを設けてもよいし、一部のメインボードにのみ、メザニンボードを設ける構成としてもよい。

メインボード１０には、ＣＰＵ１０１、１０２と、ＬＡＮ(Local Area Network)コントローラ１０２とが設けられている。

メザニンボード１１には、マルチコアＣＰＵ１１１、温度センサ回路１１２、監視回路１１３、およびＬＡＮコントローラ１１４が設けられている。

このメインボード１０およびメザニンボード１１は、情報処理装置１内でパケット処理装置として動作する。このパケット処理装置(１０、１１)は、ＳＧＳＮ（Serving GPRS Support Node）、ＧＧＳＮ（Gateway GPRS Support Node）、ＳＧＷ（Serving Gateway）、PＧＷ（Packet data network Gateway）等に該当し、ＩＰパケット処理、ＧＴＰ(GPRS Tunneling Protocol)パケット処理等のプロトコル処理を実施する。

電源回路１２は、メインボード１０およびメザニンボード１１へ電源を供給する。

スイッチボード３０は、メインボードと同じ規格に準拠または合致した基盤であり、ロードバランス回路３０１および、Ｌ２／Ｌ３スイッチ３０２を有する。このスイッチボード３０には、対向装置２、およびメインボード１３が接続される。

この対向装置２は、３ＧＰＰモバイルコアネットワークにおいて、インターネット網上のノードやＲＮＣ（Radio Network Controller）等に該当する。

ＣＰＵ１０１、１０２は、メインボード１０全体を制御し、３ＧＰＰ(Third Generation Partnership Project)モバイルコアネットワーク等における呼処理等を行う演算処理装置である。ＬＡＮコントローラ１０３は、スイッチボード３０を経由して対向装置２との間でＩＰ（Internet Protocol）パケットの送受信を行うためのイーサネット（登録商標）インタフェース装置である。

マルチコアＣＰＵ１１１は、専用のＯＳ（Operation System）などを実行し、所定の処理を高速に処理するための演算処理装置である。例えば、マルチコアＣＰＵ１１１は、パケットプロトコル処理専用のプロセッサである。

温度センサ回路１１２は、メインボード１０およびメザニンボード１１の温度分布を測定する。詳細には、温度センサ回路１１２は、各ボード上のＣＰＵ（１０１、１０２、２１１）やデバイスの温度を測定する。監視回路１１３は、ＣＰＵ１０１、１０２、およびマルチコアＣＰＵ１１１の各ＣＰＵの使用率を測定し、温度センサ回路１１２により測定された各ボードの温度状態を取得する。監視回路１１３は、これらのＣＰＵ使用率を示すＣＰＵ使用率情報と、各ボードの温度分布を示す温度情報とを、スイッチボード３０へ、定期的に送信する。

ロードバランス回路３０１は、監視回路１１３から送信されたＣＰＵ使用率情報および温度情報に基づいて、メインボード１０、１３およびメザニンボード１１のそれぞれに対するパケットの出力量の割り当てを変更する。Ｌ２／Ｌ３スイッチ３０２は、ロードバランス回路３０１が決定した割り当てに従って、トラヒックを制御する。

図３における温度センサ回路１１２、および監視回路１１３が、図１における指標値取得部２１に相当する。図３におけるスイッチボード３０が、図１における制御部２２に相当する。

ロードバランス回路３０１の制御内容について詳細に説明する。ロードバランス回路３０１は、各ＣＰＵのＣＰＵ使用率と、各ボードの温度分布から、メインボード１０およびメザニンボード１１の消費電力の合計値を推定する。

例えば、ロードバランス回路３０１は、各ＣＰＵの使用率または各ボードの温度分布の組み合わせと、消費電力の合計値とを対応づけたテーブルを記憶しておき、測定した使用率または温度分布に対応する消費電力をテーブルから読み出す。

そして、ロードバランス回路３０１は、読み出した消費電力に基づいて、Ｌ２／Ｌ３スイッチ３０２を制御することにより、メインボード間、またはメインボードとメザニンボードとの間において、処理負荷を分散する。具体的には、ロードバランス回路３０１は、推定した消費電力が、閾値を超えないように、消費電力の高いボードから、低いボードへパケット処理の負荷を分散する。

また、ロードバランス回路３０１は、各ボードにおいて、デバイスの温度や、ＣＰＵの使用率が閾値を超えないように、温度やＣＰＵの高いボードから低いボードへパケット処理の負荷を分散する。

図４は、ロードバランス回路３０１が、消費電力を推定するために用いる消費電力推定テーブルＡの一例を示した図である。同図を参照すると、消費電力推定テーブルＡには、メインボード、メザニンボードのそれぞれの「ＣＰＵ使用率」と、「消費電力」および「判定」とが対応付けて記載されている。

メインボードの「ＣＰＵ使用率」欄には、メインボード１０に搭載されたＣＰＵ１０１、１０２のＣＰＵ使用率の平均値が記載される。メザニンボードの「ＣＰＵ使用率」欄には、メザニンボード１１に搭載されたマルチコアＣＰＵ１１１のＣＰＵ使用率が記載される。

「消費電力」欄には、各ＣＰＵ使用率から推定されるメインボード１０およびメザニンボード１１の消費電力の合計値に対する評価内容が記載される。例えば、「消費電力」は、「高」、「中」、「低」の３段階で評価される。「判定」欄には、「消費電力」をボードへの負荷の増減の判定に用いる情報が記載される。例えば、「判定」欄には、「消費電力」は、「高」、「中」、「低」に対応づけて「Ｌ３」、「Ｌ２」、「Ｌ１」が記載される。「消費電力」が「高」（「Ｌ３」）の場合、メインボード１０およびメザニンボード１１の消費電力値は、ハードウェア規格に基づく閾値未満の上限値を超えていることを意味する。

図５は、ロードバランス回路３０１が、消費電力を推定するために用いる消費電力推定テーブルＢの一例を示した図である。同図を参照すると、消費電力推定テーブルＢには、メインボードおよびメザニンボードのそれぞれの「温度」と、「消費電力」および「判定」とが対応付けて記載されている。

メインボードの「温度」欄には、メインボード１０に搭載されたＣＰＵ１０１、１０２の温度と、ボード上のデバイスの温度との平均値が記載される。メザニンボードの「温度」欄には、メザニンボード１１に搭載されたマルチコアＣＰＵ１１１の温度と、ボード上のデバイスの温度との平均値が記載される。

「消費電力」欄および「判定」欄の記載は、図４の消費電力推定テーブルＡの「消費電力」欄および「判定」欄の記載と同様である。

例えば、ロードバランス回路３０１は、図４、５の消費電力推定テーブルＡ、Ｂを参照し、ＣＰＵ使用率や温度に対応する「判定」を求める。その「判定」が「Ｌ３」であった場合、ロードバランス回路３０１は、メインボード１０、およびメザニンボード１１への処理負荷を、消費電力が低い他のボード（１３など）へ分散する。

本実施形態では、ロードバランス回路３０１は、ＣＰＵやデバイスの温度の平均値から、消費電力を推定する構成としている。しかし、ロードバランス回路３０１は、各ＣＰＵの温度のみや、各デバイスの温度のみから消費電力を推定してもよい。また、ロードバランス回路３０１は、平均値でなく、ＣＰＵやデバイスの温度の組み合わせから、消費電力を推定してもよい。

図６は、ロードバランス回路３０１の動作を示すフローチャートである。この動作は、情報処理装置１に電源を投入したときに開始する。ロードバランス回路３０１は、監視回路１１３から、ＣＰＵ使用率情報および温度情報を受信する（ステップＳ１）。

ロードバランス回路３０１は、各ＣＰＵの使用率の組み合わせに対応する「判定」欄に記載の内容を図４に示した消費電力推定テーブルＡから読み出す。そして、ロードバランス回路３０１は、ＣＰＵ使用率情報から推定される消費電力が「Ｌ３」であるか否かを判断する（ステップＳ２）。

消費電力が「Ｌ３」でなければ（ステップＳ２：ＮＯ）、ロードバランス回路３０１は、各ボードの温度の組み合わせに対応する「判定」欄に記載の内容を図５に示した消費電力推定テーブルＢから読み出す。そして、ロードバランス回路３０１は、温度情報から推定される消費電力が「Ｌ３」であるか否かを判断する（ステップＳ３）。

ステップＳ２またはステップＳ３において、消費電力が「Ｌ３」であれば、ロードバランス回路３０１は、メインボード１０、およびメザニンボード１１への処理負荷を、消費電力が低い他のボード（１３など）へ分散する（ステップＳ４）。

ステップＳ３において、消費電力が「Ｌ３」でなければ（ステップＳ３：ＮＯ）、ロードバランス回路３０１は、メインボード内負荷分散処理を実行する（ステップＳ５）。ステップＳ４またはＳ５の後、ロードバランス回路３０１は、ステップＳ１に戻る。

図７は、メインボード内負荷分散処理を示すフローチャートである。同図を参照すると、ロードバランス回路３０１は、使用率が、閾値未満の上限値以上のＣＰＵ（２０１、２０２、２１１）が、メインボードまたはメザニンボードにあるか否かを判断する（ステップＳ５１）。

使用率が上限値以上のＣＰＵがなければ（ステップＳ５１：Ｎｏ）、ロードバランス回路３０１は、温度が、閾値（動作保障温度）未満の上限値以上のＣＰＵがあるか否かを判断する（ステップＳ５２）。

使用率が上限値以上のＣＰＵがある場合（ステップＳ５１：ＹＥＳ）、または温度が上限値以上のＣＰＵがある場合（ステップＳ５２：ＹＥＳ）、ロードバランス回路３０１は、使用率や温度が高いＣＰＵに対するパケット処理の負荷を、使用率や温度が低い他のＣＰＵへ分散する（ステップＳ５３）。

使用率が上限値以上のＣＰＵがない場合（ステップＳ５１：ＮＯ）、ステップＳ５３の後、ロードバランス回路３０１は、メインボード内負荷分散処理を終了する。

本実施形態では、メインボード１０が、本発明の主基板に相当し、メザニンボード１１が、本発明の拡張基板に相当する。Ｌ２／Ｌ３スイッチ３０２が、本発明の経路制御回路に相当する。

なお、本実施形態では、情報処理装置１は、図４、５で示した消費電力推定テーブルＡ、Ｂを参照することにより、消費電力の合計値が閾値未満の所定値以上であるか否かを判断している。しかし、情報処理装置１は、これらのテーブルを設けず、ＣＰＵ使用率や各デバイスの温度から、所定の計算式を使用して各基板の消費電力の合計値を算出し、算出した値が所定値以上であるか否かを判断する構成としてもよい。

また、図６および図７に示したフローチャートの全部または一部は、コンピュータプログラムにより実現することもできる。

本実施形態では、情報処理装置１は、各ＣＰＵの使用率が、それぞれの閾値を超えないように負荷分散する構成としている。しかし、メザニンボードのＣＰＵの方がパケットを高速処理できる場合、情報処理装置１は、この制御に加えて、メインボードのＣＰＵ使用率より、メザニンボードのＣＰＵ使用率の方が所定値以上高くなるように、負荷分散することもできる。メザニンボードに優先的にパケット処理を割り当てることにより、装置全体の性能を向上できる。

以上説明したように、本実施形態によれば、情報処理装置は、主基板と拡張基板との消費電力の合計値の指標となる指標値に基づいて、合計値が閾値を超えないように、これらの基板に割り当てる処理負荷を制御する。このため、電源を大容量にする必要がなくなり、装置を大型化せずに、処理負荷を分散できる。

これに対して、温度センサ回路１１２、監視回路１１３、およびロードバランス回路３０１を設けずに、メザニンボードを増設して処理負荷を分散した場合の構成を図８に示す。同図に示すように、スイッチボードは、使用率や温度を示す情報を取得できないので、処理負荷に応じた各ボードの消費電力の変動を把握できない。そこで、各ボードの処理負荷が高くても消費電力が閾値を超えないようにするため、電源回路は、ハードウェア規格においてメインボードに必要な電力よりも大きな電力を供給できるものにしなければならない。この結果、電源が大型のものとなり、装置全体が大型化してしまう。

１情報処理装置
１０、１３メインボード
１１メザニンボード
２１指標値取得部
２２制御部
２２電源回路
３０スイッチボード
４０外枠
１０１、１０２ＣＰＵ
１０３ＬＡＮコントローラ
１１１マルチコアＣＰＵ
１１２温度センサ回路
１１３監視回路
１１４ＬＡＮコントローラ
３０１ロードバランス回路
３０２Ｌ２／Ｌ３スイッチ
Ｓ１〜Ｓ５、Ｓ５１〜Ｓ５３ステップ

Claims

割り当てられた処理を実行する回路を搭載した主基板と、
前記主基板上に増設された基板であって、該主基板から電源の供給を受けて割り当てられた処理を実行する回路を搭載した拡張基板と、
前記主基板に搭載された回路の消費電力の指標となる指標値と、前記拡張基板に搭載された回路の消費電力の指標となる指標値とを取得する指標値取得手段と、
前記指標値取得手段により取得された前記主基板に対応する指標値と、前記拡張基板に対応する指標値とに基づいて、前記主基板および前記拡張基板の消費電力の合計値を推定し、該推定した消費電力の合計値が閾値を超えず、かつ、消費電力が高い基板から消費電力が低い基板に処理が割り当てられるように、前記主基板および前記拡張基板に割り当てる処理を制御する制御手段と、
を有する情報処理装置。
前記回路は、演算処理装置を含み、
前記指標値は、演算処理装置の使用率を含む、請求項１に記載の情報処理装置。
前記指標値は、前記主基板に搭載された回路の温度と、前記拡張基板に搭載された回路の温度とを含む、請求項２に記載の情報処理装置。
前記制御手段は、それぞれの前記指標値の組み合わせと、前記合計値が前記閾値未満の所定値以上であるか否かを示す判定結果とを対応づけて記載したテーブルを参照し、該合計値が該所定値以上であるか否かに応じて、該主基板に割り当てる処理の処理量と該拡張基板に割り当てる処理の処理量とを制御する、請求項３に記載の情報処理装置。
前記制御手段は、前記演算処理装置の使用率が、該演算処理装置ごとに定められた使用率閾値を超えないように、前記主基板に割り当てる処理の処理量と前記拡張基板に割り当てる処理の処理量とを制御する、請求項２乃至４のいずれか１項に記載の情報処理装置。
前記制御手段は、前記回路の温度が、該回路の動作保障温度を超えないように、前記主基板に割り当てる処理の処理量と前記拡張基板に割り当てる処理の処理量とを制御する、請求項３乃至５のいずれか１項に記載の情報処理装置。
前記回路が実行する処理は、パケット処理である、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の情報処理装置。
前記制御手段は、
前記指標値に基づいて、前記主基板に対応する消費電力と前記拡張基板に対応する消費電力との合計値が前記閾値を超えないように、前記主基板に割り当てるパケット処理の処理量と前記拡張基板に割り当てるパケット処理の処理量とを決定するロードバランス回路と、
前記ロードバランス回路により決定された前記処理量に基づいて、前記主基板により送受信されるパケットの経路と、前記拡張基板により送受信されるパケットの経路とを制御する経路制御回路と、
を有する請求項７に記載の情報処理装置。
割り当てられた処理を実行する回路を搭載した主基板と、前記主基板上に増設された基板であって、該主基板から電源の供給を受けて割り当てられた処理を実行する回路を搭載した拡張基板とを有する情報処理装置の制御方法であって、
前記主基板に搭載された回路の消費電力の指標となる指標値と、前記拡張基板に搭載された回路の消費電力の指標となる指標値とを取得し、
前記主基板に対応する指標値と、前記拡張基板に対応する指標値とに基づいて、前記主基板および前記拡張基板の消費電力の合計値を推定し、該推定した消費電力の合計値が閾値を超えず、かつ、消費電力が高い基板から消費電力が低い基板に処理が割り当てられるように、前記主基板および前記拡張基板に割り当てる処理を制御する、情報処理装置の制御方法。