JP5614705B2

JP5614705B2 - ファン冷却装置

Info

Publication number: JP5614705B2
Application number: JP2010024269A
Authority: JP
Inventors: 隆弘白地
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2010-02-05
Filing date: 2010-02-05
Publication date: 2014-10-29
Anticipated expiration: 2030-02-05
Also published as: JP2011165241A

Description

本発明は、ＨＤＤ等を有する情報処理システム等を冷却するファン冷却装置に関するものである。

近年、情報処理装置は、小型化・高密度化が進み、内部の温度が上昇しやすい構造に変化している。そのため、冷却のためにファン（ＦＡＮ）を高速回転することが頻繁に起こるようになっている。しかし、ＦＡＮが高速回転する場合には、ＦＡＮが発生する振動がＨＤＤにも伝わり、Ｒｅａｄ／Ｗｒｉｔｅ性能低下という問題が起こり、このような性能低下を防ぐ手段が求められている。

また、情報処理装置等を構成する部品は、温度が高いほど劣化の進行が早く、故障しやすい傾向がある。また、温度が低い状態で稼動すると、性能の向上・故障率の低下といったメリットがある。例えば、ＣＰＵは温度が低い場合には、発熱に余裕があるため定格以上のクロック周波数で動作し、性能が向上する。また、ＣＰＵを含む各部品は高温で稼動する場合よりも低温で稼動する場合の方が劣化が進まないため、部品の寿命が延び故障率が低くなる。

そこで、装置内温度を低くするために冷却ＦＡＮを高速回転させたいが、ＦＡＮから大きな振動が発生し、装置全体に振動が伝わってしまう。この振動がＨＤＤにも伝わることでＨＤＤのデータ書き込み・読み込み速度が低下する。以上のことから、ＦＡＮの振動によるＨＤＤのＲｅａｄ／Ｗｒｉｔｅ性能の低下を抑えつつ、装置内温度を低く維持するバランスの良いＦＡＮ制御が期待されている。

そこで、例えば、特許文献１には、装置が起動されてから一定時間は装置内温度に拘わらず冷却ファンを低速で駆動し、装置内温度が閾値を越えた場合には冷却ファンを高速駆動することが記載されている。

また、特許文献２には、音声を記録する装置において録音時には冷却ファンを停止することが記載されている。

特開２００８−０４１１７７号公報特開２００７−２０７４２１号公報

特許文献１の方法は、装置の高温時に冷却ファンを高速駆動するものであるが、ＨＤＤ等を用いた場合に冷却ファンによる振動の影響を考慮してＨＤＤ等のＲｅａｄ／Ｗｒｉｔｅ性能の低下を抑えつつ装置内温度を低く維持するというバランスの良いＦＡＮ制御を行うものではない。

また、特許文献２の方法は、録音時に冷却ファンを停止して冷却ファンによる振動の影響を考慮してはいるが、ＨＤＤ等のＲｅａｄ／Ｗｒｉｔｅ性能の低下を考慮するものとは異なっている。

本発明の目的は、ファンの振動による性能低下を抑えると共に装置内温度を低く維持することが可能なファン冷却装置を提供することにある。

本発明は、冷却用のファンと、装置内温度を検出する検出素子と、検出素子で検出された温度と予め設定された装置が安全に稼働することが可能な装置内温度の限界値とを比較する手段とを具備し、情報を記録又は再生するＨＤＤ等のディスク記録媒体にアクセスしているかどうかを検出し、装置内温度が安全に装置が稼働可能な温度で、且つ、ディスク記録媒体にアクセスしていない状態ではファンが高速回転するように制御し、ディスク記録媒体にアクセスしている状態ではファンによる振動を抑えるためファンの回転数をディスク記録媒体の読み出し／書き込み性能が低下しない回転数に抑え込むように制御する。

また、本発明は、冷却用のファンと、装置内温度を検出する検出素子と、検出素子で検出された温度と予め設定された装置が安全に稼働することが可能な装置内温度の限界値とを比較する手段とを具備し、情報を記録又は再生するＨＤＤ等のディスク記録媒体にアクセスする頻度が予め設定された閾値を超えているかを検出し、装置内温度が安全に装置が稼働可能な温度で、且つ、ディスク記録媒体へのアクセス頻度が閾値を越えていない状態ではファンが高速回転するように制御し、アクセス頻度が閾値を越えている状態ではファンによる振動を抑えるためファンの回転数を抑え込むように制御する。

本発明によれば、ＨＤＤ等のディスク記録媒体へのアクセス状態やアクセス頻度に基づいてファンを制御することにより、ファンが発生する振動による読み出し／書き込み性能低下を抑制することができる。また、ＨＤＤ等のディスク記録媒体にアクセスしていない場合（又はアクセス頻度が閾値を越えていない場合）、即ち、ファンの振動がディスク記録媒体に悪影響を与えない場合には、ファンを高速回転することで装置内の温度を低く維持することが可能となる。

本発明に係るファン冷却装置の第１の実施形態の構成を示すブロック図である。図１のＦＡＮ制御部を詳細に示すブロック図である。図１の実施形態のＨＤＤにアクセスしている状態とアクセスしていない状態とで装置内温度とＦＡＮ回転数との関係を比較して示す図である。図１の実施形態の動作を説明するフローチャートである。本発明の第２の実施形態の動作を説明するフローチャートである。本発明の第３の実施形態のＦＡＮ制御部を詳細に示すブロック図である。本発明の第３の実施形態の動作を説明するフローチャートである。

（第１の実施形態）
図１は本発明に係るファン冷却装置の第１の実施形態を示すブロック図である。図１ではＨＤＤ（ハードディスクドライブ）を有する情報処理システムに本発明のファン冷却装置を適用した例を示す。図中１０１は装置内部の温度を検出する温度センサー、１０２は装置内部を冷却するファン（ＦＡＮ）である。図１では装置内に３個のＦＡＮを配置した例を示す。１０３はＦＡＮ１０２を制御するＦＡＮ制御部、１０４は情報を記録又は再生するＨＤＤである。図１では２台のＨＤＤを配置した例を示す。

１０５はＨＤＤ１０４へのアクセスを制御するＨＤＤアクセス制御部である。なお、図１ではシステム内のＣＰＵ、メモリ等の本発明とは直接関係のない構成は省略している。ＨＤＤ１０４がＲｅａｄ又はＷｒｉｔｅ処理を行っている時、ＨＤＤ１０４のアクセスランプが点灯するが、ＦＡＮ制御部１０３はアクセスランプの点灯に用いる信号を検出し、ＨＤＤ１０４のアクセス状態を検知する。

図２はＦＡＮ制御部１０３の内部構成の一例を示すブロック図である。図中２０１は温度センサー１０１から装置内の温度情報を取得する温度情報取得部、２０２は予め設定された装置内の温度限界値を保持する温度限界値保持レジスタ、２０３は上述のようにアクセスランプ点灯信号線からＨＤＤ１０４のアクセス情報を取得するＨＤＤアクセス情報取得部である。

また、２０４は予め設定されたＦＡＮ１０２の回転による振動を抑制する時の回転数を保持するＦＡＮ回転数保持レジスタである。２０５はこれら温度情報取得部２０１、温度限界値保持レジスタ２０２、ＨＤＤアクセス情報取得部２０３、ＦＡＮ回転数保持レジスタ２０４からの情報に基づいてＦＡＮ１０２の回転数を制御するＦＡＮ回転数決定・制御方法判定部である。

ＦＡＮ回転数決定・制御方法判定部２０５内には、ＦＡＮ１０２の回転数を取得するＦＡＮ回転数情報取得部２０６、温度情報取得部２０１からの温度値と温度限界値保持レジスタ２０３に保持された限界温度値との２値の大小比較を行う大小比較部２０７が設けられている。

図３は本実施形態のＦＡＮ回転数と温度との関係を示すグラフ、図４は本実施形態の動作を説明するフローチャートである。図３、図４を用いて本実施形態の動作を説明する。まず、ＦＡＮ制御部１０３は装置内温度が安全に装置が稼動できる温度限界値を超えているかを確認する（Ｓ１０１）。

即ち、大小比較部２０７で温度情報取得部２０１で取得した装置内温度と、温度限界値保持レジスタ２０３に保持されている限界値とを比較し、装置内温度が限界値を超えている場合には、ＨＤＤ１０４の性能低下防止のためにＦＡＮ１０２の回転数を抑えることは危険であると判断し、装置内温度を下げるためにＦＡＮ１０２を高速回転するように制御を行う（Ｓ１０２）。高速回転としてはＦＡＮ１０２の回転数を最大とする。以下の実施形態でも同様である。

一方、装置内温度が限界値より低い場合には、ＨＤＤアクセス情報取得部２０３からの情報に基づいてＨＤＤ１０４のアクセス状態の確認を行う（Ｓ１０３）。装置がＨＤＤ１０４にアクセスしていない場合には、ＦＡＮ１０２の振動によるＨＤＤ１０４のＲｅａｄ／Ｗｒｉｔｅ性能低下は起こらないため、ＦＡＮ回転数を最大にするように制御を行う（Ｓ１０２）。この状態を図３（ａ）に示す。

また、装置がＨＤＤ１０４にアクセスしている場合には、ＦＡＮ制御部１０３はＦＡＮ１０２の回転数の抑え込みを行う（Ｓ１０４）。抑え込み時の回転数はＨＤＤ１０４のＲｅａｄ／Ｗｒｉｔｅ性能が低下しない範囲で最大の回転数とする。この回転数はＦＡＮ回転数保持レジスタ２０４に保持されている。この状態を図３（ｂ）に示す。

このように装置が稼動している間、ＦＡＮ制御部１０３は、（１）ＨＤＤ１０４のアクセス状態、（２）装置内温度、（３）ＦＡＮ回転数の３つのパラメータを定期的に監視し、上述のようなＦＡＮ制御を行う。

次に、（１）、（２）のパラメータによって決まるＦＡＮ回転制御の条件を説明する。装置がＨＤＤ１０４にアクセスしている状態で、装置内温度が安全に装置が稼動できる限界値以内であることがＦＡＮ回転数の抑え込みを行う条件となる。抑え込み時のＦＡＮ回転数の決定方法としては、ＨＤＤのＲｅａｄ／Ｗｒｉｔｅの性能低下が始まるＦＡＮ回転数は、装置内の搭載位置・ＨＤＤ自身の個体差等でばらつきがある。

そこで、製品出荷前の検査においてＦＡＮ回転数を調整しながらＨＤＤのＲｅａｄ／Ｗｒｉｔｅ試験を行い、各ＨＤＤにおいて性能低下しない最大のＦＡＮ回転数を決定する。これらの値でＦＡＮ回転数の抑え込みを行うため、ＦＡＮ制御部のレジスタ領域に各ＨＤＤに対する抑え込み時の回転数の値を保持しておく。

なお、ＨＤＤが複数台ある場合には、抑え込み時のＦＡＮ回転数に差があると考えられるが、低い回転数を適用して制御を行う。各ＨＤＤに合わせた細かいＦＡＮ回転数の制御を行うことによってＦＡＮ回転数の過剰な抑え込みを防ぎ、冷却能力を比較的高い状態で維持することが可能となる。

次に、本実施形態を具体例を挙げて説明する。まず、ある情報処理装置Ａに、例えば、ＦＡＮが３台、ＨＤＤが２台搭載されているものとする。また、装置内温度が６０℃以上になると正常に動作しない可能性があり、１００００ｒｐｍ（＝回転／分）以上の回転数で回転しているＦＡＮが１個以上ある場合には、ＨＤＤのＲｅａｄ／Ｗｒｉｔｅ性能が低下するものとする。

装置ＡにはＨＤＤが２台搭載されているが、１台でもアクセス中のＨＤＤが存在する場合には、ＦＡＮ回転数の抑え込みを行う。図４のフローに従うと、情報処理装置Ａに搭載されているＦＡＮの制御条件は以下の通りとなる。

（ａ）装置内温度が６０℃以上の場合にはＦＡＮ回転数を最大にする。

（ｂ）（ａ）の条件に当てはまらない状態（装置内温度６０℃以下）で、アクセスがＨＤＤ２台共に無い場合にはＦＡＮ回転数を最大にする。

（ｃ）（ｂ）の条件に当てはまらない場合には（装置内温度６０℃以下、１台以上のＨＤＤにアクセス）、３台全てのＦＡＮの回転数を１００００ｒｐｍ以下に抑え込む制御を行う。

本実施形態では、ＨＤＤへのアクセス状態に応じてＦＡＮの回転数を制御するため、ＦＡＮが発生する振動によるＨＤＤのＲｅａｄ／Ｗｒｉｔｅ性能低下を抑制することが可能となる。また、ＨＤＤにアクセスしていない状態、即ち、ＦＡＮが発生する振動がＨＤＤに悪影響を与えない場合には、ＦＡＮを高速回転することで装置内温度を低く維持し、装置内のＣＰＵ、メモリ等の性能を最大限に引き出すことができる。また、装置内部品の寿命が延びるため故障率を低くすることができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。本実施形態の基本的構成は図１〜図４で説明した実施形態と同様であるが、ＦＡＮの回転数抑え込みについて単純化するものである。図５は本実施形態の動作を示すフローチャートである。図５では図４と同一処理には同一ステップ番号を付して説明を省略する。

具体的には、図１等の実施形態ではＦＡＮ制御部１０３は装置がＨＤＤ１０４へアクセス中の場合には、ＦＡＮ回転数の抑え込みを行うが、本実施形態ではＦＡＮ制御部１０３はＦＡＮ１０２への給電を停止し、回転を停止させる（Ｓ１０５）。逆に、装置がＨＤＤにアクセスしていない場合には、ＦＡＮ制御部１０３はＦＡＮ１０２への給電を行い、最大回転数で回転するように制御する（Ｓ１０２）。

本実施形態では、第１の実施形態の効果に加えてＦＡＮ制御部１０３を比較的単純な回路で構成・実現することができる。即ち、振動を抑える場合のＦＡＮ回転数を保持するレジスタが不要となる。

（第３の実施形態）
図１等の実施形態では、装置からＨＤＤ１０４にアクセスがあった場合には、ＦＡＮ１０２の回転数の抑え込みを行う。その際、ＨＤＤ１０４へのアクセス時間が非常に短い場合には、ＦＡＮ１０２が発生する振動によるＨＤＤ１０４のＲｅａｄ／Ｗｒｉｔｅ性能の低下は非常に小さく、無視しても問題ないという考え方もできる。

本実施形態では、ＨＤＤ１０４のアクセス状態を監視するのではなく、ＨＤＤ１０４のアクセス頻度に閾値を設定し、ＦＡＮ制御部１０３はＨＤＤ１０４へのアクセス頻度を監視する。ＨＤＤ１０４のアクセス頻度が閾値より低い場合には、ＦＡＮ制御部１０３は回転数を最大にしたまま抑え込みを行わない。アクセス頻度が閾値より高い場合には、ＦＡＮ１０２の発生する振動によるＨＤＤ１０４のＲｅａｄ／Ｗｒｉｔｅ性能低下を抑えるため、ＦＡＮ１０２の回転数の抑え込みを行う。

図６は本実施形態のＦＡＮ制御部１０３の内部構成を示すブロック図である。図６では図２と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。図６では新たにＨＤＤ１０４へのアクセス頻度の閾値を保持するＨＤＤアクセス頻度閾値保持レジスタ２０８を有し、このレジスタ２０８に予め設定した閾値を保持しておく。

また、図１のＨＤＤアクセス制御部１０５からＨＤＤのアクセス頻度を取得するＨＤＤアクセス頻度情報取得部２０９、ＨＤＤアクセス頻度閾値保持レジスタ２０８に保持された閾値とＨＤＤアクセス頻度情報取得部２０９で取得した値とを比較する大小比較部２１０が設けられている。その他の構成は図２と同様である。

図７は本実施形態の動作を説明するフローチャートである。図７では図４と同一処理には同一ステップ番号を付して説明を省略する。図４等ではＳ１０３で装置がＨＤＤ１０４にアクセスしている状態か否かを判断しているが、図７ではＳ１０６でアクセス頻度が閾値を超えているかを判断する。

アクセス頻度が閾値を越えていない場合には、ＦＡＮ回転数を最大にするように制御を行い（Ｓ１０２）、アクセス頻度が閾値を越えている場合には、振動によるＨＤＤの性能低下を防ぐためＦＡＮ１０２の回転数の抑え込みを行う（Ｓ１０４）。アクセス頻度が閾値を超えているか否かの判断は、図６に示すＨＤＤアクセス頻度閾値保持レジスタ２０８に保持された閾値とＨＤＤアクセス頻度情報取得部２０９で取得した値とを大小比較部２１０で比較することによって行う。

本実施形態では、第１、第２の実施形態に比べてＦＡＮの回転数を抑え込む頻度が減少するため、比較的装置内の温度を低く維持することができる。

ここで、本実施形態では、装置がＨＤＤに頻繁にアクセスするほどＨＤＤの性能低下の影響が大きくなるため、ＨＤＤのアクセス頻度を監視し、アクセス頻度が高い場合にはＦＡＮ制御部１０３はＦＡＮ１０２の回転数の抑え込みを行う。アクセス頻度は単位時間当たりのＨＤＤのアクセス時間で決定する。

例えば、アクセス頻度の閾値を２０％、単位時間を０．１秒と設定する。０．１秒の間に装置がＨＤＤに０．０２秒以上アクセスしていた場合には、ＦＡＮ制御部１０３はＦＡＮ１０２の回転数の抑え込み制御を開始する。逆に、ＨＤＤ１０４へのアクセス時間が０．０２秒以下であった場合には、ＨＤＤ１０４の性能低下の影響は無視できるとしてＦＡＮの回転数を最大にするように制御を行う。

本実施形態においても、図５と同様にＨＤＤへのアクセス頻度が閾値を越えている場合にはＦＡＮの回転を停止させても良い。また、図７でＦＡＮのファンの回転数を抑え込む場合の回転数は、先の説明と同様にＨＤＤのＲｅａｄ／Ｗｒｉｔｅ性能が低下しない最大の回転数とする。

なお、以上の実施形態では、本発明をＨＤＤを有する情報処理システムに適用した例を挙げて説明したが、本発明はこれに限ることはない。例えば、本発明は磁気ディスク装置、光ディスク装置、光磁気ディスク装置、ＢＤ装置等のディスク記録媒体を用いたシステムにおいてＦＡＮの回転による振動によりＲｅａｄ／Ｗｒｉｔｅ性能が影響を受け易い全てのシステムの冷却に使用することができる。

１０１温度センサー
１０２ＦＡＮ
１０３ＦＡＮ制御部
１０４ＨＤＤ
１０５ＨＤＤアクセス制御部
２０１温度情報取得部
２０２温度限界値保持レジスタ
２０３ＨＤＤアクセス情報取得部
２０４振動抑制時ＦＡＮ回転数保持レジスタ
２０５ＦＡＮ回転数決定・制御方法判定部
２０６ＦＡＮ回転数情報取得部
２０７、２１０２値の大小比較部
２０８ＨＤＤアクセス頻度情報取得部
２０９ＨＤＤアクセス頻度閾値保持レジスタ

Claims

冷却用のファンと、
装置内温度を検出する検出素子と、
前記検出素子で検出された温度と予め設定された装置が安全に稼働することが可能な装置内温度の限界値とを比較する手段と、
情報を記録又は再生するディスク記録媒体にアクセスしているかどうかを検出する検出手段と、
前記装置内温度が安全に装置が稼働可能な温度で、且つ、前記ディスク記録媒体にアクセスしていない状態では前記ファンが高速回転するように制御し、前記ディスク記録媒体にアクセスしている状態では前記ファンによる振動を抑えるため前記ファンの回転数を前記ディスク記録媒体の読み出し／書き込み性能が低下しない回転数に抑え込むように制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とするファン冷却装置。
前記ファンの回転数を抑え込む場合の回転数は、前記ディスク記録媒体の読み出し／書き込み性能が低下しない最大の回転数であることを特徴とする請求項１に記載のファン冷却装置。
前記制御手段は、前記装置内温度が安全に稼働可能な温度を超えている場合には、前記ファンが高速回転するように制御することを特徴とする請求項１又は２に記載のファン冷却装置。
前記制御手段は、前記ディスク記録媒体にアクセスしている状態では前記ファンによる振動を抑えるため前記ファンの回転を停止させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のファン冷却装置。
冷却用のファンと、
装置内温度を検出する検出素子と、
前記検出素子で検出された温度と予め設定された装置が安全に稼働することが可能な装置内温度の限界値とを比較する手段と、
情報を記録又は再生するディスク記録媒体にアクセスする頻度が予め設定された閾値を超えているかを検出する検出手段と、
前記装置内温度が安全に装置が稼働可能な温度で、且つ、前記ディスク記録媒体へのアクセス頻度が閾値を越えていない状態では前記ファンが高速回転するように制御し、前記アクセス頻度が閾値を越えている状態では前記ファンによる振動を抑えるため前記ファンの回転数を抑え込むように制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とするファン冷却装置。
前記ファンの回転数を抑え込む場合の回転数は、前記ディスク記録媒体の読み出し／書き込み性能が低下しない最大の回転数であることを特徴とする請求項５に記載のファン冷却装置。
前記制御手段は、前記装置内温度が安全に稼働可能な温度を超えている場合には、前記ファンが高速回転するように制御することを特徴とする請求項５又は６に記載のファン冷却装置。
前記制御手段は、前記ディスク記録媒体へのアクセス頻度が閾値を越えている状態では前記ファンによる振動を抑えるため前記ファンの回転を停止させることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載のファン冷却装置。