JP7056318B2 - 冷却評価システムおよび冷却評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、発熱体を備えている装置の冷却状況を評価する技術に関する。

ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの電子部品を搭載している装置では、動作中に電子部品などが発熱し、これにより、装置内の温度が上昇し、熱が装置内の回路に悪影響を及ぼすことが懸念される。このため、例えば装置内にファンによる風を通し装置内を冷却することが行われる。

そのような装置の冷却状況は、例えば、シミュレーションされ、当該シミュレーションによる算出結果に基づいて良し悪しが評価される。さらに、シミュレーション結果を確認するために、実際に装置を作製し当該装置を用いて装置内の冷却状況を評価する実機評価が実施される場合がある。

なお、特許文献１には、装置内に複数の冷却装置（例えばファン）が搭載される場合における各冷却装置の個別の冷却能力をシミュレーションにより検証する技術が開示されている。

特開２０１４－２１５８０５号公報

装置内の冷却状況を実機評価する場合に、時間とコストを多く費やしてしまう場合がある。例えば、サーバの実機評価を実施する場合に、冷却の観点から見た場合に最も悪い環境を想定して評価対象のサーバを作製すると、発熱量が多いハイスペックなＣＰＵやメモリが評価対象のサーバに組み込まれる。そのようなハイスペックなＣＰＵやメモリは高額であることから、実機評価にコストが掛かるという問題が発生する。

また、複数のオプション製品を搭載することが可能なサーバにあっては、搭載するオプション製品の組み合わせの変更と、装置内の冷却状況に係る測定とを繰り返し、かつ、手作業により行うこととなり、評価に時間が掛かるという問題が生じる。

本発明は上記課題を解決するために考え出された。すなわち、本発明の主な目的は、冷却評価に要する時間とコストの増加を抑制しつつ、装置内の冷却状況を評価する技術を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の冷却評価システムは、
制御部を含む回路が構成されている評価対象装置の前記回路に組み込まれる回路構成装置に代えて前記評価対象装置に搭載される評価用装置と、
前記評価対象装置の冷却状況の評価に使用する情報を前記制御部に提供し、また、前記制御部から受け取った検知情報を利用して前記評価対象装置を評価する情報処理装置と
を備え、
前記評価用装置は、
発熱量を可変制御可能な発熱体と、
前記発熱体の発熱量を可変する発熱可変部と
装置内の通風抵抗を可変する通風抵抗可変部と、
装置内の温度を検知する温度検知部と、
装置内の通風の風量又は風速を検知する通風検知部と
を備え、
前記発熱可変部による前記発熱体の発熱量と、前記通風抵抗可変部による通風抵抗とは、前記情報処理装置から提供された情報を利用して、前記制御部によって制御され、
前記温度検知部による検知値と、通風検知部による検知値とは、前記検知情報として前記制御部を通して前記情報処理装置に向けて送信される。

また、本発明の冷却評価方法は、
制御部を含む回路が構成されている評価対象装置の前記回路に組み込まれる回路構成装置に代えて前記評価対象装置に搭載される評価用装置と、前記評価対象装置の冷却状況の評価に使用する情報を前記制御部に提供する情報処理装置とを備え、前記評価用装置は、発熱量を可変制御可能な発熱体と、前記発熱体の発熱量を可変する発熱可変部と、装置内の通風抵抗を可変する通風抵抗可変部と、装置内の温度を検知する温度検知部と、装置内の通風の風量又は風速を検知する通風検知部とを備えている冷却評価システムにおける前記制御部は、
前記発熱可変部による前記発熱体の発熱量と、前記通風抵抗可変部による通風抵抗とを前記情報処理装置から提供された情報を利用して制御し、
また、前記評価用装置から検知情報として出力された前記温度検知部による検知値および通風検知部による検知値を前記情報処理装置に向けて送信し、
前記情報処理装置は、前記制御部から受け取った前記検知情報を利用して前記評価対象装置を評価する。

本発明によれば、冷却評価に要する時間とコストの増加を抑制しつつ、装置内の冷却状況を評価できる。

本発明に係る第１実施形態の冷却評価システムの構成を簡略化して表す図である。 第１実施形態の冷却評価システムを構成する評価用装置の構成例を表す図である。 第１実施形態の冷却評価システムに保持される情報の例を説明する図である。 通風抵抗を可変する手法の具体例を説明する図である。 第１実施形態の冷却評価システムの動作例を表すシーケンス図である。 本発明に係る冷却評価システムのその他の実施形態の構成を簡略化して表すブロック図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面を参照しつつ説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明に係る第１実施形態の冷却評価システムの構成を簡略化して表す図である。第１実施形態の冷却評価システム１は、情報処理装置である管理装置２と、記憶装置（データベース）３と、評価対象の装置（評価対象装置）４に搭載されている制御部５と、評価用装置６とを備えている。

第１実施形態では、評価対象装置４は、例えばサーバであり、回路基板（マザーボード）１０を備えている。制御部５は、例えばＣＰＵなどのプロセッサにより構成され、回路基板１０には、制御部５を含む回路が構成されている。回路基板１０には、コネクタ（スロット）１１が設けられている。コネクタ１１は、回路基板１０に構成されている回路に組み込まれる回路構成装置（例えばＳＳＤ（Solid State Drive）や、ＣＰＵが搭載されている装置（拡張ボード）（図示せず））とコネクタ接続する際に利用される接続部材である。なお、この例では、回路基板１０に設けられるコネクタ１１の設置数は複数であるが、コネクタ１１の設置数は１個でもよく、数は限定されず、例えば仕様に従って適宜に設定される。

評価用装置６は、コネクタ１１に接続されることが想定される回路構成装置に代えて、コネクタ１１に接続可能な装置であり、冷却評価に使用される特有な構成を備えている。評価用装置６には、コネクタ１１に接続するコネクタ１２が設けられている。

図２（ａ）、（ｂ）には、それぞれ、評価用装置６の構成例が表されている。評価用装置６は、対応する回路構成装置に応じた次のような構成を有する。例えば、図２（ａ）に表される評価用装置６は、回路構成装置であるＤＩＭＭ（Dual Inline Memory Module）に対応する装置であり、ＤＩＭＭの回路基板に応じた大きさを持つ回路基板２０を有する。コネクタ１２は回路基板２０の端縁部に設けられている。図２（ｂ）に表される評価用装置６は、回路構成装置であるＰＣＩｅ（Peripheral Component Interconnect express）タイプのI/O（Input/Output）シリアルインタフェースを備える装置に対応する装置である。図２（ｂ）の評価用装置６は、ＰＣＩｅタイプの装置の回路基板に応じた大きさを持つ回路基板２０を備えている。この例でも、コネクタ１２は回路基板２０の端縁部に設けられている。なお、図２（ａ）、（ｂ）には、回路基板２０の基板面の上方側から回路基板２０を見た平面図と、端面側から回路基板２０を見た側面図とが表されている。

評価用装置６の回路基板２０には、対応する回路構成装置の回路基板に形成されている回路に代えて、冷却評価に使用する回路が構成されている。すなわち、回路基板２０は、発熱体としての電熱線２１を備えている。また、回路基板２０は、当該回路基板２０の外部から供給される電力を電熱線２１に導く電力導通路（図示せず）と、当該電力導通路に通電する電力量を可変制御する電力調整回路（図示せず）とを備える。電熱線２１は通電する電力量に応じて発熱量が可変する構成を備えており、電力調整回路は、電熱線２１の通電電力量を可変することにより、電熱線２１の発熱量を可変することが可能である。すなわち、電力調整回路は、電熱線２１の発熱量を可変する発熱可変部を構成する。

さらに、回路基板２０は、電熱線２１の電力導通路に通電している電流を検知する電流センサ２２と、電力導通路の電圧を検知する電圧センサ２３とを備える。また、回路基板２０は、制御部（例えばＣＰＬＤ（Complex Programmable Logic Device））２４を備えている。第１実施形態では、電熱線２１の発熱量の設定値に関する情報が制御部５から制御部２４に提供される構成となっている。制御部２４は、電流センサ２２と電圧センサ２３の各検知値を参照しながら、電熱線２１の発熱量がその提供された発熱量の設定値となるように、電力調整回路の回路動作を制御する機能を備えている。

評価用装置６は、さらに、装置を冷却する冷却風に関わる情報を取得するための構成を備えている。すなわち、図２（ａ）、（ｂ）に表されている評価用装置６は、コネクタ１２を評価対象装置４の回路基板１０のコネクタ１１に接続することによって、回路基板１０に回路基板２０が立設する態様でもって回路基板１０に搭載される。評価対象装置４には、例えばファン（図示せず）の駆動による風（以下、冷却風と記す）が回路基板１０の基板面に沿う図１に表されるＸ方向に流れる。つまり、評価用装置６には、回路基板２０の基板面に沿う図２（ａ）、（ｂ）に表されるＸ方向に冷却風が流れる。

評価用装置６の回路基板２０は、冷却風を遮るように設けられる壁部２５を備える。壁部２５には、冷却風を通す孔部２６が形成されている。この例では、壁部２５に設けられる孔部２６は複数である。

壁部２５には、孔部２６の開口度を可変するシャッター２７が設けられている。さらに、シャッター２７を孔部２６の開口部に対し進退（開閉）動作させる駆動機構２８が回路基板２０に設けられている。

壁部２５の孔部２６の開口度がシャッター２７により可変することにより、孔部２６を通る通風の風量が可変する。つまり、評価用装置６の内部を流れる冷却風の通風抵抗（風量および風速）が可変する。このような壁部２５と孔部２６とシャッター２７と駆動機構２８は、評価用装置６の内部を流れる冷却風の通風抵抗を可変する通風抵抗可変部を構成する。第１実施形態では、通風抵抗の設定値に関する情報が制御部５から制御部２４に提供される構成となっている。評価用装置６には、装置内の通風抵抗と壁部２５の孔部２６の開口度との関係データが予め与えられており、制御部２４は、提供された通風抵抗の設定値をその関係データに参照することにより、通風抵抗の設定値に対応する孔部２６の開口度の情報を取得する。制御部２４は、孔部２６の開口度（例えば開状態とする孔部２６の数）が、通風抵抗の設定値に対応する孔部２６の開口度となるように、シャッター２７の駆動機構２８を制御することにより、孔部２６の開閉状態を制御する。図４に表されている例では、壁部２５に設けられている４つの孔部２６（２６ａ～２６ｄ）のうち、孔部２６（２６ａ，２６ｂ）は開状態であり、孔部２６（２６ｃ，２６ｄ）はシャッター２７により閉状態である。

評価用装置６の回路基板２０は、さらに、評価用装置６の内部の風速を検知する風速センサ３０を通風検知部として備え、評価用装置６の内部の温度を検知する温度センサ３１を温度検知部として備える。風速センサ３０と温度センサ３１の各検知値は、制御部２４を通して検知情報として制御部５に送信される。

冷却評価システム１を構成する記憶装置３は、各種データを記憶する構成を備え、第１実施形態では、図３（ｂ）に表されるようなデータを保持する。このデータは、シミュレーションにより得られた回路構成装置の内部における通風抵抗の情報が回路構成装置の名称（デバイス名）に関連付けられているデータである。

冷却評価システム１を構成する管理装置２は、記憶装置３および評価対象装置４の制御部５に、それぞれ、情報通信網を介して、あるいは、直接的にデータ通信可能に接続されている。管理装置２は、制御部４０と、記憶装置４１とを備える。記憶装置４１は各種データやコンピュータプログラムを記憶する構成を備え、第１実施形態では、記憶装置４１は、図３（ａ）に表されるようなデータを保持している。このデータは、シミュレーションにより得られた回路構成装置の回路の発熱量の情報としての回路の消費電力の情報が、回路構成装置の名称（デバイス名）と、回路基板１０における回路構成装置の配置位置の情報とに関連付けられているデータである。

制御部４０は例えばＣＰＵにより構成される。制御部４０は、例えば、管理装置２の操作者が、キーボードやタッチパネルやマウスなどの入力装置を利用して、冷却評価の開始を管理装置２に指令した場合に、次のような動作を実行する機能を備えている。なお、ここでは、冷却評価が開始される際には、操作者による入力装置の操作によって、冷却評価を実施する評価対象装置４に組み込まれる回路構成装置の名称と配置位置の情報が管理装置２に入力される。

例えば、制御部４０は、評価対象装置４の冷却評価を開始する際に、その評価対象装置４に組み込まれる回路構成装置の名称および配置位置に関連付けられている通風抵抗のデータを記憶装置３から読み出す。そして、制御部４０は、読み出した通風抵抗のデータを、評価対象装置４の冷却状況の評価に使用する情報（つまり、評価用装置６の通風抵抗の設定値の情報）として制御部５に向けて出力（提供）する。また、制御部４０は、評価対象装置４の冷却評価を開始する際に、その評価対象装置４に組み込まれる回路構成装置の名称に関連付けられている消費電力のデータを記憶装置４１から読み出す。そして、制御部４０は、読み出した消費電力のデータを、評価対象装置４の冷却状況の評価に使用する情報（つまり、評価用装置６の電熱線２１の発熱量の設定値の情報）として制御部５に向けて出力（提供）する。

管理装置２の制御部４０から評価対象装置４の制御部５に提供された情報は、制御部５の機能により、さらに、対応する評価用装置６の制御部２４に提供される。そして、制御部２４は、前述したように、提供された情報を利用して、電熱線２１の発熱量（通電電力）の制御および壁部２５の孔部２６における開口度制御を実施する。すなわち、制御部５は、制御部２４に情報を提供することにより制御部２４を制御し、これにより、電熱線２１の発熱量と、孔部２６の開口度による通風抵抗とを制御する。

管理装置２の制御部４０は、さらに、次のような機能を備える。つまり、制御部４０は、評価用装置６の制御部２４から制御部５を通して風速センサ３０と温度センサ３１の検知値を検知情報として受け取る機能を備える。さらに、制御部４０は、受け取った検知情報、および、予め与えられている評価用データを利用することにより、評価対象装置４の冷却状況を評価する機能を備えている。

第１実施形態の冷却評価システム１は上記のように構成されている。次に、冷却評価システム１の動作例を図５を参照しつつ説明する。図５は、システム全体の動作例を表すシーケンス図である。

例えば、管理装置２の操作者が入力装置を利用して冷却評価の開始を管理装置２に指令すると、管理装置２の制御部４０はその開始指令を受け付ける（図５におけるステップＳ１０１）。管理装置２は、冷却評価を実施する評価対象装置４に組み込まれる回路構成装置の名称と配置位置の情報をも操作者によって管理装置２に入力させるように、例えば、管理装置２に備えられている表示装置の画面にメッセージなどが表示されるように構成されている。この構成によって、操作者により管理装置２に入力された回路構成装置の名称と配置位置の情報をも制御部４０は受け付ける。

そして、制御部４０は、受け付けた回路構成装置の名称の情報と情報の読み出し指令を記憶装置３に出力する（ステップＳ１０２）。記憶装置３は、その指令を受けて、受信した回路構成装置の名称に関連付けられている通風抵抗の情報を読み出す（ステップＳ１０３）。その後、記憶装置３は、読み出した通風抵抗の情報を管理装置２の制御部４０に出力する。

管理装置２の制御部４０は、記憶装置３から受け取った通風抵抗と、記憶装置４１から読み出した消費電力との情報を回路構成装置の名称および配置位置の情報が関連付けられている状態で評価対象装置４の制御部５に向けて出力する（ステップＳ１０４）。制御部５は、受け取った通風抵抗と消費電力の情報を設定値の情報として評価用装置６の制御部２４に向けて出力する。このとき、評価対象装置４に複数の評価用装置６が搭載されている場合には、制御部５は、配置位置の情報を参照し、配置位置に応じた通風抵抗と消費電力の情報を配置位置に対応する評価用装置６の制御部２４に向けて出力する。

評価用装置６の制御部２４は、情報を受信すると、その情報を利用して、電熱線２１の発熱量と、壁部２５の孔部２６の開口度による通風抵抗とを制御する（ステップＳ１０６）。そして、制御部２４は、そのような制御中に検知された風速センサ３０と温度センサ３１の検知値を検知情報として制御部５に向けて出力する（ステップＳ１０７）。

制御部５は検知情報を受信すると、その検知情報に、当該検知情報を出力した評価用装置６に関連する回路構成装置の名称および配置位置の情報を関連付けて管理装置２の制御部４０に向けて出力する（ステップＳ１０８）。

そして、管理装置２の制御部４０は、検知情報を受け取ると、受け取った検知情報を利用して、評価対象装置４の冷却状況を評価する（ステップＳ１０９）。

第１実施形態の冷却評価システム１は、実機ではなく、実機に相当する発熱量と通風抵抗を持つ評価用装置６を利用して評価対象装置４の冷却状況を評価する構成を備えている。評価用装置６は、発熱量の可変が可能な電熱線と、通風抵抗の可変が可能な壁部２５とを備えている簡単な構成を有する装置であり、実機に比べて格段に安価に作製可能である。このため、冷却評価システム１は、冷却状況の評価のために実機を作製する場合に比べて、冷却状況の評価に係るコストの高額化を抑制することができる。また、評価用装置６は、発熱量と通風抵抗を可変できるため、発熱量と通風抵抗が異なる複数の条件での冷却状況の評価に対応可能である。このことも、冷却状況の評価に係るコストの高額化の抑制に寄与する。さらに、例えば冷却状況の評価のために、実機を作製しなくて済む分、冷却評価システム１は、実機の作製に係る時間を削減することができ、冷却評価に要する時間の短縮化を図ることができる。

さらにまた、冷却評価システム１は、シミュレーションにより得られた評価対象装置４における発熱量や通風抵抗の情報を利用して、評価用装置６の発熱量や通風抵抗を制御することが可能な構成を備えている。これにより、冷却評価システム１は、シミュレーションの結果を簡単に検証することができる。さらに、冷却評価システム１では、評価用装置６における発熱量と通風抵抗の制御に利用する情報には、その評価用装置６に対応する回路構成装置の名称が関連付けられている。これにより、管理装置２の操作者は、その回路構成装置の名称を管理装置２に入力することにより、評価用装置６における発熱量と通風抵抗の制御に利用する情報を管理装置２の機能により評価用装置６に提供できる。つまり、冷却評価システム１は、操作者の手間を軽減することができる。

＜その他の実施形態＞
なお、この発明は第１実施形態に限定されず、様々な実施の形態を採り得る。例えば、第１実施形態では、評価用装置６には発熱体として電熱線２１が設けられているが、評価用装置６に搭載される発熱体は、発熱量を可変制御可能な構成を持つものであれば電熱線２１に限定されない。また、評価用装置６には、孔部２６が形成されている壁部２５が通風抵抗可変部として設けられているが、通風抵抗可変部はその構成に限定されない。

さらに、評価用装置６には、風速センサ３０が配設されているが、風速センサに代えて風量センサが通風検知部として設けられていてもよい。

さらに、第１実施形態では、評価用装置６の制御に利用する通風抵抗の情報は記憶装置３に保持されているが、通風抵抗の情報は管理装置２が保持していてもよい。

図６は、本発明に係る冷却評価システムのその他の実施形態の構成を簡略化して表すブロック図である。この実施形態の冷却評価システム６０は、情報処理装置７０と、評価用装置８２とを備えている。評価用装置８２は、制御部８１を含む回路が構成されている評価対象装置８０の回路に組み込まれる回路構成装置に代えて評価対象装置８０に搭載される装置である。評価用装置８２は、発熱量を可変制御可能な発熱体９０と、発熱体９０の発熱量を可変する発熱可変部９１とを備える。また、評価用装置８２は、装置内の通風抵抗を可変する通風抵抗可変部９２と、装置内の温度を検知する温度検知部９３と、装置内の通風の風量又は風速を検知する通風検知部９４とを備える。

情報処理装置７０は、評価対象装置８０の冷却状況の評価に使用する情報を制御部８１に提供する機能を備える。評価用装置８２の発熱可変部９１による発熱体９０の発熱量と、通風抵抗可変部９２による通風抵抗とは、情報処理装置７０から提供された情報を利用して、制御される。

評価用装置８２の温度検知部９３による検知値と、通風検知部９４による検知値とは、検知情報として制御部８１を通して情報処理装置７０に向けて送信される。情報処理装置７０は、制御部８１から受け取った検知情報を利用して評価対象装置８０の冷却状況を評価する機能を備える。

この冷却評価システム６０は、冷却評価に要する時間とコストの増加を抑制しつつ、装置内の冷却状況を評価できる。

１，６０ 冷却評価システム
２ 管理装置
４，８０ 評価対象装置
５，８１ 制御部
６，８２ 評価用装置
２１ 電熱線
２５ 壁部
２６ 孔部
３０ 風速センサ
３１ 温度センサ

Claims (5)

1. 制御部を含む回路が構成されている評価対象装置の前記回路に組み込まれる回路構成装置に代えて前記評価対象装置に搭載される評価用装置と、
   前記評価対象装置の冷却状況の評価に使用する情報を前記制御部に提供し、また、前記制御部から受け取った検知情報を利用して前記評価対象装置を評価する情報処理装置と
   を備え、
   前記評価用装置は、
   発熱量を可変制御可能な発熱体と、
   前記発熱体の発熱量を可変する発熱可変部と
   当該評価用装置の内部の通風抵抗を可変する通風抵抗可変部と、
   当該評価用装置の内部の温度を検知する温度検知部と、
   当該評価用装置の内部の通風の風量又は風速を検知する通風検知部と
   を備え、
   前記発熱可変部による前記発熱体の発熱量と、前記通風抵抗可変部による通風抵抗とは、前記情報処理装置から提供された情報を利用して、前記制御部によって制御され、
   前記温度検知部による検知値と、通風検知部による検知値とは、前記検知情報として前記制御部を通して前記情報処理装置に向けて送信される
   冷却評価システム。
2. 前記通風抵抗可変部は、前記評価用装置における前記通風の経路に前記通風を遮るように設けられる壁部と、当該壁部に形成され前記通風を通す孔部と、当該孔部の開口度を可変することにより前記孔部を通る風量を制御して前記通風抵抗を制御する駆動機構とを備え、
   前記駆動機構は、前記制御部による制御によって動作する
   請求項１に記載の冷却評価システム。
3. 前記評価対象装置には、前記回路構成装置に設けられているコネクタと接続するコネクタが設けられており、前記評価用装置には、前記評価対象装置の前記コネクタに接続するコネクタが設けられ、当該コネクタを用いたコネクタ接続により前記評価用装置は前記評価対象装置に搭載される請求項１又は請求項２に記載の冷却評価システム。
4. 前記評価対象装置に複数の前記評価用装置が搭載され、複数の前記評価用装置における前記発熱可変部と前記通風抵抗可変部がそれぞれ制御される請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載の冷却評価システム。
5. 制御部を含む回路が構成されている評価対象装置の前記回路に組み込まれる回路構成装置に代えて前記評価対象装置に搭載される評価用装置と、前記評価対象装置の冷却状況の評価に使用する情報を前記制御部に提供する情報処理装置とを備え、前記評価用装置は、発熱量を可変制御可能な発熱体と、前記発熱体の発熱量を可変する発熱可変部と、当該評価用装置の内部の通風抵抗を可変する通風抵抗可変部と、当該評価用装置の内部の温度を検知する温度検知部と、当該評価用装置の内部の通風の風量又は風速を検知する通風検知部とを備えている冷却評価システムにおける前記制御部は、
   前記発熱可変部による前記発熱体の発熱量と、前記通風抵抗可変部による通風抵抗とを前記情報処理装置から提供された情報を利用して制御し、
   また、前記評価用装置から検知情報として出力された前記温度検知部による検知値および通風検知部による検知値を前記情報処理装置に向けて送信し、
   前記情報処理装置は、前記制御部から受け取った前記検知情報を利用して前記評価対象装置を評価する
   冷却評価方法。

Images