KR102079551B1 - 듀얼모드를 갖는 서버용 전압조정기 - Google Patents

Abstract

듀얼모드를 갖는 서버용 전압조정기가 개시된다. 본 발명의 일측면에 따른 서버 장치용 전압조정기는 제1모드로 동작하기 위한 제1 회로부; 제2모드로 동작하기 위한 제2 회로부; 및 제1 설정기간 동안 상기 제1 회로부를 구동하고, 이후 제2 설정기간 동안 상기 제2 회로부를 구동하여 각각의 전력손실량을 측정하며, 각 전력손실량을 서로 비교한 결과를 이용하여 상기 제1 모드 또는 상기 제2 모드를 구동하는 구동스케줄을 결정하는 제어부를 포함하되, 상기 제1 설정기간 및 상기 제2 설정기간은 24시간으로 설정하고, 상기 제어부는 동일 시간대의 상기 제1 모드에 의한 전력손실량과 상기 제2 모드에 의한 전력손실량을 서로 비교하고, 낮은 전력손실량을 갖는 모드를 구동모드로 설정하는 방식으로 상기 구동스케줄을 결정하는 것을 특징으로 한다.

Description

듀얼모드를 갖는 서버용 전압조정기{Dual mode voltage regulator for server}

본 발명은 전압조정기에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 듀얼모드를 갖는 서버용 전압조정기에 관한 것이다.

서버를 포함한 컴퓨팅 장치는 CPU로 공급되는 전력을 조정하기 위해 전압조정기(voltage regulator)가 구비된다. 전압조정기는 입력 전압과 출력 부하가 변화하더라도 일정한 출력 전압을 유지하도록 설계된 장치로서, 각 제조사별 CPU는 서로 다른 전력을 이용하며, 또한 CPU는 대기모드 등을 포함하는 여러 전력 사용 모드를 갖는데, 그에 따른 전력을 조정하기 위해 전압조정기가 이용된다.

서버의 경우 다수 사용자에게 서비스를 제공함으로 인해 전원관리가 더욱 중요할 수 있으며, 이로 인해 전압조정기에서의 변환효율(Conversion Efficiency)을 높이기 위한 기술이 다양하게 연구되고 있다.

대한민국 공개특허 제10-2013-0078964 (공개일자 2013년07월10일) 전원장치효율 개선을 위한 교류/직류 겸용 서버전원장치

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 변환효율을 높이기 위해 듀얼모드를 가지는 서버용 전압조정기를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적들은 이하에 서술되는 바람직한 실시예를 통하여 보다 명확해질 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 서버 장치용 전압조정기는 제1모드로 동작하기 위한 제1 회로부; 제2모드로 동작하기 위한 제2 회로부; 및 제1 설정기간 동안 상기 제1 회로부를 구동하고, 이후 제2 설정기간 동안 상기 제2 회로부를 구동하여 각각의 전력손실량을 측정하며, 각 전력손실량을 서로 비교한 결과를 이용하여 상기 제1 모드 또는 상기 제2 모드를 구동하는 구동스케줄을 결정하는 제어부를 포함하되, 상기 제1 설정기간 및 상기 제2 설정기간은 24시간으로 설정하고, 상기 제어부는 동일 시간대의 상기 제1 모드에 의한 전력손실량과 상기 제2 모드에 의한 전력손실량을 서로 비교하고, 낮은 전력손실량을 갖는 모드를 구동모드로 설정하는 방식으로 상기 구동스케줄을 결정하는 것을 특징으로 한다.

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또한, 상기 제어부는 인가되는 전압이 0이 된 이후 다시 전압이 인가되면 상기 구동스케줄을 다시 설정할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 상기 제1 설정기간 및 제2 설정기간 동안의 입력전류를 각각 측정하고, 각 입력전류의 시간대별 평균값을 상기 구동스케줄의 결정에 이용할 수 있다.

본 발명에 따르면, 각기 다른 상황에 더 효율적인 변환 컨트롤 기능을 갖는 듀얼모드를 구비하고, 테스트 기간 동안의 전력손실 등을 모니터링하여 구동스케줄을 생성함으로써, 특정한 접속 패턴을 가지는 서버 장치에 효율적인 전압조정기를 제공할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 서버장치의 전원관련 시스템을 도시한 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압조정기의 구성을 도시한 블록도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼모드를 이용한 전압조정을 위한 구동스케줄 설정 과정을 도시한 흐름도.
도 4 및 도 5는 본 발명의 각 실시예에 따른 설정기간 동안의 전력손실량 또는 입력전류량을 도시한 그래프들.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 후술될 제1 임계값, 제2 임계값 등의 용어는 실질적으로는 각각 상이하거나 일부는 동일한 값인 임계값들로 미리 지정될 수 있으나, 임계값이라는 동일한 단어로 표현될 때 혼동의 여지가 있으므로 구분의 편의상 제1, 제2 등의 용어를 병기하기로 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 일반적인 서버장치의 전원관련 시스템을 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압조정기의 구성을 도시한 블록도이다.

도 1을 참조하면, 서버장치는 전원공급부(110), 전압조정기(100) 및 CPU(120)를 포함한다. 일반적으로 전원공급부(110)는 AC전원을 DC전원으로 변경하여 전압조정기(100)로 제공하며, 전압조정기(100)는 전원공급부(110)로부터 인가되는 전압을 CPU(120)에서 필요한 전압으로 변환하여 제공한다.

전압조정기(100)에서는 전압의 변환에 의한 손실을 최소화할 필요가 있는데, 다시 말해 변환효율(Conversion Efficiency)을 높이는 것이 바람직하다. 이를 위한 방식으로서 예를 들어, 로드(Load) 전류에 따라 구동(Turn-on)되는 모스펫(MosFET)의 갯수를 정하는 방안 등이 있다. 즉, 저전류(Low Load Current) 조건에서는 하나의 모스펫을 이용하고, 고전류(High Current) 영역에서는 모든 모스펫으 구동시키며, 중간 전류(Medium Load Current) 조건에서는 영역별로 가장 효율적인 모스펫의 개수를 정하는 방식 등이다.

이처럼 변환효율을 높이기 위해 모스펫의 갯수를 달리하는 등의 다이내믹 전압조정기가 제안되고 있는데, 이에 추가적으로 본 발명에서는 두가지 모드(즉, 듀얼모드)를 구비하고, 각 모드에 의한 결과를 비교함으로써 상황에 맞게 어느 하나의 모드를 이용하여 전력손실률을 낮추는 방안을 제안한다.

이에 따른 전압조정기(100)의 구성을 도시한 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 전압조정기(100)는 제1 모드로 동작하는 제1 회로부(10), 제2 모드로 동작하는 제2 회로부(12) 및 각 모드의 구동을 제어하기 위한 제어부(30)를 포함한다. 제어부(30)는 제1 회로부(10) 또는 제2 회로부(12) 어느 하나를 구동시키기 위한 스케줄(이하 구동스케줄이라 칭함)을 생성한다. 즉, 제어부(30)는 구동스케줄에 따라 제1 회로부(10)를 구동시킬지 또는 제2 회로부(12)를 구동시킬지를 시간의 흐름에 따라 결정하고 제어하는 것이다.

제1 모드 및 제2 모드는 모두 변환효율을 높이기 위한 저마다의 방식으로 작동하는데, 예를 들어 제1 모드는 저전류에서 보다 높은 효율을 갖도록 구현되고, 제2 모드는 고전류에서 효율이 높은 방식으로 구현될 수 있다. 구체적인 예를 들자면, 제2 모드에서는 저전류에서 두개의 모스펫을 이용하나, 제1 모드에서는 저전력에서 하나의 모스펫만을 이용하도록 설정된다. 물론 이는 하나의 실시예일 뿐 한정되는 것은 아니며, 각 모드는 저마다의 고유한 방식으로 전압을 변환할 수 있다.

도면에 도시된 바와 같이, 제어부(30)는 손실량측정부(32)를 포함하는데, 손실량측정부(32)는 전압변환에 의한 전력손실량을 측정한다. 일례에 따르면 제어부(30)는 전력손실량을 이용하여 구동스케줄을 생성하는데, 이에 대한 상세한 설명은 이하에서 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼모드를 이용한 전압조정을 위한 구동스케줄 설정 과정을 도시한 흐름도이고, 도 4 및 도 5는 본 발명의 각 실시예에 따른 설정기간 동안의 전력손실량 또는 입력전류량을 도시한 그래프들이다.

먼저 도 3을 참조하면, 전압조정기(100)는 제1 설정기간 동안 제1 회로부(10)를 구동(즉 제1 모드로 구동)하며(S310), 이후 제2 설정기간 동안에는 제2 회로부(12)를 이용한 제2 모드로 구동한다. 다시 말해, 제1 설정기간 동안에는 CPU(120)에 전력을 제공함에 있어 제1 회로부(10)를 이용하고, 제2 설정기간 동안에는 제2 회로부(12)를 이용하는 것이다.

제1 설정기간 및 제2 설정기간은 동일한 시간간격이 바람직하며, 예를 들어 하루(즉 24시간)일 수 있다. 쉽게 말하자면, 하루는 제1 모드로 동작하고, 그 다음날 하루는 제2 모드로 동작하는 것이다.

그리고 이때, 시간의 흐름에 따른 전력손실량을 각각 측정한다. 이에 대한 예시를 도시한 도 4를 참조하면, 각각의 설정기간 동안 구동된 각 모드에 따른 전력손실량을 측정하는 것이다.

다시 도 3을 참조하면, 전압조정기(100)는 각 전력손실량을 서로 비교하여 분석함으로써(S330), 제1 모드 및 제2 모드의 구동스케줄을 결정한다(S340). 0시부터 24시까지 설정기간 동안의 각 전력손실량을 예시한 도 4를 참조하여 예를 들자면, t1~t2 까지는 제1 모드의 실행 시에 전력손실량이 낮았으며, 나머지 구간에서는 제2 모드에 의한 전력손실량이 더 낮아 변환효율이 높다는 것을 알 수 있다. 그러므로, 0시부터 t1시까지 및 t2시간부터 24시까지는 제2 회로부(12)에 의한 제2 모드를 실행하고, t1부터 t2까지는 제1 회로부(10)에 의한 제1 모드가 실행되도록 구동스케줄이 생성될 수 있다.

일반 개인용 컴퓨터는 복수의 사용자가 공유할 수도 있으나 대부분 한명의 사용자가 이용하는 경우가 많아 그 사용패턴이 고르지 않을 수 있지만, 서버의 경우 다수의 사용자에 의한 접속 방식이므로, 여러 사용자에 의한 패턴이 발생될 수 있다. 일례로 동영상 스트리망 서비스를 제공하는 서버의 경우 오전부터 밤까지는 많은 사용자들이 접속하고, 이에 비해 새벽에는 접속자수가 적어지는 것과 같은 패턴이 발생할 수 있을 것이다. 따라서, 서버의 경우 하루의 시간 흐름에 따라 접속자수의 패턴이 형성될 수 있으며, 접속자 수에 따라 CPU(120)의 사용 전력이 달라질 수 있다는 것을 이용한 것이다.

따라서, 본 실시예에 따르면 시간의 흐름에 따른 접속자수의 패턴과 같이, 두가지 모드의 각 사용에 의한 전력손실량에 대한 패턴을 서로 비교함으로써, 더 효율적인 모드를 선택하여 스케줄링하는 것이다. 보다 높은 적중을 위해 구동스케줄을 위한 설정기간을 더 늘릴 수도 있는데, 예를 들어, 일주일간 제1 모드로 실행해보고, 다음 일주일간 제2 모드로 실행하여, 각 전력손실량을 비교함으로써 하루 또는 일주일 단위의 구동스케줄을 설정할 수도 있을 것이다.

본 실시예에서는 전력손실량을 이용하여 구동스케줄을 결정하는 방안에 대해 설명하였다. 다른 실시예에 따르면 전압조정기(100)에 입력되는 입력전류를 모니터링하고, 그에 따라 구동스케줄을 결정할 수도 있다.

예를 들면, 제1 모드는 저전류에서 보다 변환효율이 높도록 구현되고, 반대로 제2 모드는 고전류에서 보다 변환효율이 높도록 구현된 것으로 가정하고 도 5를 참조하면, 제1 설정기간 및 제2 설정기간 동안의 시간대별 입력전류값의 평균값을 이용하여 구동스케줄을 결정한다. 예를 들어, 그래프에 표시된 바와 같은 시간흐름에 따른 두 설정기간 동안의 평균입력값과, 그 평균입력값들의 평균값과의 비교에 의해, 주로 평균값보다 높은 구간인 t3 내지 t4시간은 고전류에 유리한 제2 모드가 실행되고 나머지 구간에서는 제1 모드가 실행되도록 구동스케줄이 결정될 수 있다.

그리고, 전압조정기(100)의 제어부(30)는 필요 시 또는 주기적으로, 구동스케줄을 다시 결정하여 생성할 수 있다. 즉, 도 2를 참조하여 설명한 과정을 다시 수행하여 구동스케줄을 재생성하는 것으로, 일례에 따르면, 전원공급부(110)로부터 인가되는 전압이 0이 된 이후, 다시 전압이 인가되면(예를 들어, 서버장치의 다운, 리셋(reset) 등), 구동스케줄을 다시 설정할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 제1 회로부
12 : 제2 회로부
30 : 제어부

Claims (5)

1. 서버 장치용 전압조정기에 있어서,
   제1모드로 동작하기 위한 제1 회로부;
   제2모드로 동작하기 위한 제2 회로부; 및
   제1 설정기간 동안 상기 제1 회로부를 구동하고, 이후 제2 설정기간 동안 상기 제2 회로부를 구동하여 각각의 전력손실량을 측정하며, 각 전력손실량을 서로 비교한 결과를 이용하여 상기 제1 모드 또는 상기 제2 모드를 구동하는 구동스케줄을 결정하는 제어부를 포함하되,
   상기 제1 설정기간 및 상기 제2 설정기간은 24시간으로 설정하고,
   상기 제어부는 동일 시간대의 상기 제1 모드에 의한 전력손실량과 상기 제2 모드에 의한 전력손실량을 서로 비교하고, 낮은 전력손실량을 갖는 모드를 구동모드로 설정하는 방식으로 상기 구동스케줄을 결정하는 것을 특징으로 하는 서버용 전압조정기.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어부는 인가되는 전압이 0이 된 이후 다시 전압이 인가되면 상기 구동스케줄을 다시 설정하는, 서버용 전압조정기.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어부는 상기 제1 설정기간 및 제2 설정기간 동안의 입력전류를 각각 측정하고, 각 입력전류의 시간대별 평균값을 상기 구동스케줄의 결정에 이용하는, 서버용 전압조정기.
   
   

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