KR102351681B1 - System and method for active disturbance rejection based thermal control - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시 예에 따른 능동 방해 제거 열 제어(ADRC; active Disturbance Rejection thermal Control) 시스템 및 방법은 제1 ADRC 컨트롤러에서, 제1 열 구역으로부터 제1 온도 측정치를 수신하고, 제1 ADRC 컨트롤러에 의해, 제1 냉각 소자를 제어하는 제1 출력 제어 신호를 생성하도록 구성된다. 제1 출력 제어 신호는 제1 열 구역에 대한 제1 추정된 온도 및 제1 ADRC 컨트롤러의 제1 확장된 상태 감시자(ESO; extended state observer)에 의해 연산된 제1 열 구역에 대한 제1 추정된 방해에 따라 생성된다.An active Disturbance Rejection thermal control (ADRC) system and method according to an embodiment of the present invention includes, at a first ADRC controller, receiving a first temperature measurement from a first thermal zone, and , to generate a first output control signal for controlling the first cooling element. The first output control signal includes a first estimated temperature for the first thermal zone and a first estimated temperature for the first thermal zone computed by a first extended state observer (ESO) of the first ADRC controller. generated by interference.
Description
본 발명의 실시 예들은 서버들 및 데이터센터들에서 열-냉각을 조절하는 것에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to controlling thermal-cooling in servers and data centers.
데이터의 급격한 증가는 데이터 센터의 대응하는 증가를 야기한다. 데이터 센터 성장의 부분으로서, 컴퓨팅 기반시설의 밀도 또한 증가했다. 예를 들어, 1U 스토리지 서버들이 인기가 있으며, 점점 더 강력한 프로세서들 및 고밀도의 스토리지(예를 들어, 플래시 스토리지)를 특징으로 한다. 이러한 고밀도의 데이터 센터들에 적절한 냉각을 제공하는 것은 점점 더 어려워지고 있으며, 냉각을 제공하는 비용은 데이터 센터의 전체 전력 소비에서 점점 증가하고 있다. A rapid increase in data causes a corresponding increase in data centers. As part of data center growth, the density of computing infrastructure has also increased. For example, 1U storage servers are popular and feature increasingly powerful processors and high-density storage (eg, flash storage). It is becoming increasingly difficult to provide adequate cooling for these high-density data centers, and the cost of providing cooling is increasing in the overall power consumption of the data center.
상술된 정보는 오직 본 발명의 실시 예들의 배경 기술에 대한 이해를 돕기 위한 것이므로, 종래 기술을 구성하지 않는 정보가 포함될 수 있다.Since the above-described information is only for helping understanding of the background of the embodiments of the present invention, information that does not constitute the prior art may be included.
본 발명은 상술된 기술적 과제를 해결하기 위한 것으로써, 본 발명은 감소된 소비 전력을 갖는 능동 방해 제거 기반의 열 제어를 위한 시스템 및 방법을 제공할 수 있다. The present invention is to solve the above technical problem, the present invention can provide a system and method for active interference cancellation-based thermal control with reduced power consumption.
본 발명의 일부 실시 예들은 능동 방해 제거 열 제어를 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 다양한 실시 예들에서, 시스템은, 제1 능동 방해 제거 열 제어(ADRC; active Disturbance Rejection thermal Control) 컨트롤러에서, 제1 열 구역으로부터 제1 온도 측정치를 수신한다. 상시 시스템은, 상기 제1 ARDC 컨트롤러를 사용하여, 제1 냉각 소자를 제어하기 위한 제1 출력 신호를 생성할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 제1 출력 제어 신호는 상기 제1 열 구역에 대한 제1 추정된 온도 및 상기 제1 ADRC 컨트롤러의 제1 확장된 상태 감시자(ESO; extended state observer)에 의해 연산된 제1 추정된 방해에 따라 생성된다.Some embodiments of the present invention provide systems and methods for active jamming thermal control. In various embodiments, the system receives, at a first active Disturbance Rejection thermal control (ADRC) controller, a first temperature measurement from the first thermal zone. The constant system may generate a first output signal for controlling the first cooling element by using the first ARDC controller. In various embodiments, the first output control signal includes a first estimated temperature for the first thermal zone and a first estimate calculated by a first extended state observer (ESO) of the first ADRC controller. generated according to the interference.
다양한 실시 예들에서, 상기 시스템은, 제2 ADRC 컨트롤러에서, 제2 열 구역으로부터 제2 온도 측정치를 수신한다. 상기 제2 ADRC 컨트롤러는 제2 냉각 소자를 제어하기 위한 제2 출력 제어 신호를 생성할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 상기 제2 출력 제어 신호는 제2 추정된 온도 및 상기 제2 ADRC 컨트롤러의 제2 ESO에 의해 연산된 제2 추정된 방해에 따라 생성된다.In various embodiments, the system receives, at a second ADRC controller, a second temperature measurement from a second thermal zone. The second ADRC controller may generate a second output control signal for controlling the second cooling element. In various embodiments, the second output control signal is generated according to a second estimated temperature and a second estimated disturbance computed by a second ESO of the second ADRC controller.
다양한 실시 예들에서, 상기 시스템은, 상기 제1 ADRC 컨트롤러에서, 상기 제1 온도 측정치를 제1 목표 온도와 비교하여 제1 온도 추적 오류를 연산하고, 상기 제2 ADRC 컨트롤러에서, 상기 제2 온도 측정치를 제2 목표 온도와 비교하여 제2 온도 추적 오류를 연산한다. 다양한 실시 예들에서, 상기 시스템은 상기 제1 및 제2 온도 추적 오류들을 기반으로, 상기 제1 출력 제어 신호 및 상기 제2 출력 제어 신호 중 적어도 하나를 변형할 수 있다.In various embodiments, the system calculates, in the first ADRC controller, a first temperature tracking error by comparing the first temperature measurement to a first target temperature, and in the second ADRC controller, the second temperature measurement is compared with the second target temperature to calculate a second temperature tracking error. In various embodiments, the system may modify at least one of the first output control signal and the second output control signal based on the first and second temperature tracking errors.
다양한 실시 예들에서, 상기 제1 열 구역은 SSD, 프로세서, 또는 그래픽 처리 유닛 중 적어도 하나를 포함한다.In various embodiments, the first thermal zone includes at least one of an SSD, a processor, or a graphics processing unit.
다양한 실시 예들에서, 상기 제1 ESO는 상기 제1 열 구역으로부터 판독한 최대 온도, 상기 제1 열 구역으로부터 판독한 상기 최대 온도의 추정, 전체 방해의 추정, 상기 제1 출력 제어 신호, 감시자 이득(observer gain), 및 적어도 하나의 조절 가능한 파라미터에 따라 동작하는 2차 ESO(second order ESO)이다.In various embodiments, the first ESO is a maximum temperature read from the first thermal zone, an estimate of the maximum temperature read from the first thermal zone, an estimate of total disturbance, the first output control signal, a supervisor gain ( observer gain), and second order ESO (second order ESO) that operates according to at least one adjustable parameter.
다양한 실시 예들에서 있어서, 상기 감시자 이득은 조절 가능한 감시자 대역폭 및 샘플링 타임의 값들에 반비례한다.In various embodiments, the supervisor gain is inversely proportional to the values of adjustable supervisor bandwidth and sampling time.
다양한 실시 예들에서, 상기 제1 출력 제어 신호(ui)는 상기 제1 목표 온도(r), 상기 제1 추정된 온도(z1), 및 상기 제1 추정된 방해(z2)의 수학식과 같은 함수를 포함하고, In various embodiments, the first output control signal (u i ) includes the equations of the first target temperature (r), the first estimated temperature (z 1 ), and the first estimated disturbance (z 2 ) contains the same function,
상기 ωc는 조절 가능한 컨트롤러 대역폭이고, 상기 b0는 조절 가능한 파라미터이다.The ω c is an adjustable controller bandwidth, and the b 0 is an adjustable parameter.
다양한 실시 예들에서, 스토리지 서버는 상기 제1 열 구역은 제1 온도 센서 및 제1 냉각 소자를 포함하는 제1 열 구역에 포함된, 제1 장치 및 상기 제1 열 센서 및 상기 제1 냉각 소자와 연결된 제1 능동 방해 제거 열 제어(ADRC; active disturbance rejection thermal control) 컨트롤러를 포함한다. 다양한 실시 예들에서, 상기 제1 ADRC 컨트롤러는 상기 제1 온도 센서로부터 상기 제1 열 구역의 제1 온도 측정치를 수신하고, 상기 제1 열 구역에 대한 제1 추정된 온도, 상기 제1 열 구역에 대한 제1 확장된 상태 감시자(ESO; extended state observer)에 의해 연산된 제1 추정된 방해, 및 상기 제1 열 구역에 대한 제1 목표 온도에 따라, 상기 제1 냉각 소자로 제1 출력 제어 신호를 제공하도록 구성된다.In various embodiments, the storage server includes a first device and the first thermal sensor and the first cooling element, wherein the first thermal zone is included in a first thermal zone including a first temperature sensor and a first cooling element; and a first active disturbance rejection thermal control (ADRC) controller coupled thereto. In various embodiments, the first ADRC controller receives a first temperature measurement of the first thermal zone from the first temperature sensor, a first estimated temperature for the first thermal zone, a first output control signal to the first cooling element according to a first estimated disturbance computed by a first extended state observer (ESO) for is configured to provide
다양한 실시 예들에서, 스토리지 서버는 제2 온도 센서 및 제2 냉각 소자를 포함하는 제2 열 구역에 포함된, 제2 장치 및 상기 제2 온도 센서 및 상기 제2 냉각 소자와 연결된 제2 ADRC 컨트롤러를 더 포함한다. 다양한 실시 예들에서, 상기 제2 ADRC 컨트롤러는 상기 제2 온도 센서로부터 제2 온도 측정치를 수신하고, 상기 제2 냉각 소자를 제어하는 제2 출력 제어 신호를 생성하고, 상기 제2 출력 제어 신호는 상기 제2 열 구역의 제2 추정된 온도, 상기 제2 열 구역에 대한 제2 ESO에 의해 연산된 제2 추정된 방해, 및 상기 제2 열 구역에 대한 제2 목표 온도에 따라 생성된다.In various embodiments, the storage server includes a second device included in a second thermal zone including a second temperature sensor and a second cooling element, and a second ADRC controller connected to the second temperature sensor and the second cooling element. include more In various embodiments, the second ADRC controller receives a second temperature measurement from the second temperature sensor and generates a second output control signal for controlling the second cooling element, and the second output control signal is a second estimated temperature of the second thermal zone, a second estimated disturbance computed by the second ESO for the second thermal zone, and a second target temperature for the second thermal zone.
다양한 실시 예들에서, 상기 제1 ADRC 컨트롤러는 상기 제1 온도 측정치를 상기 제1 목표 온도와 비교하여 제1 온도 추적 오류를 연산하도록 더 구성되고, 상기 제2 ADRC 컨트롤러는 상기 제2 온도 측정치를 상기 제2 목표 온도와 비교하여 제2 온도 추적 오류를 연산하도록 더 구성된다. 다양한 실시 예들에서, 상기 제1 및 제2 온도 추적 오류들을 기반으로, 상기 제1 출력 제어 신호 또는 상기 제2 출력 제어 신호 중 적어도 하나가 변형된다.In various embodiments, the first ADRC controller is further configured to calculate a first temperature tracking error by comparing the first temperature measurement to the first target temperature, and wherein the second ADRC controller calculates the second temperature measurement as the and calculate a second temperature tracking error compared to the second target temperature. In various embodiments, at least one of the first output control signal or the second output control signal is modified based on the first and second temperature tracking errors.
다양한 실시 예들에서, 상기 제1 장치는 SSD, 프로세서, 또는 그래픽 처리 유닛 중 적어도 하나를 포함한다.In various embodiments, the first device includes at least one of an SSD, a processor, or a graphics processing unit.
다양한 실시 예들에서, 상기 제1 ESO는 제1 열 구역으로부터 판독한 최대 온도, 상기 제1 열 구역으로부터 판독한 상기 최대 온도의 추정, 전체 방해의 추정, 상기 제1 출력 제어 신호, 감시자 이득(observer gain), 및 적어도 하나의 조절 가능한 파라미터에 따라 동작하는 2차 ESO(second order ESO)를 포함한다.In various embodiments, the first ESO is a maximum temperature read from a first thermal zone, an estimate of the maximum temperature read from the first thermal zone, an estimate of total disturbance, the first output control signal, an observer gain gain), and a second order ESO (second order ESO) operating according to at least one adjustable parameter.
다양한 실시 예뜰에서, 상기 감시자 이득은 조절 가능한 감시자 대역폭 및 샘플링 타임의 값들에 반비례한다.In various embodiments, the monitor gain is inversely proportional to the values of adjustable monitor bandwidth and sampling time.
다양한 실시 예들에서, 상기 제1 출력 제어 신호(ui)는 상기 제1 목표 온도(r), 상기 제1 추정된 온도(z1), 및 상기 제1 추정된 방해(z2)의 아래의 수학식과 같은 함수를 포함한다. In various embodiments, the first output control signal ui is the first target temperature r, the first estimated temperature z1, and the first estimated disturbance z2, contains functions.
상기 ωc는 조절 가능한 컨트롤러 대역폭이고, 상기 b0는 조절 가능한 파라미터이다.The ωc is an adjustable controller bandwidth, and the b 0 is an adjustable parameter.
다양한 실시 예들에서, 데이터 센터는 ADRC를 포함하는 복수의 열 구역들을 포함한다. 다양한 실시 예들에서, 상기 데이터 센터는 제1 온도 센서 및 제1 냉각 소자를 포함하는 제1 열 구역, 상기 제1 온도 센서 및 상기 제1 냉각 소자와 연결되고, 상기 제1 온도 센서로부터 상기 제1 열 구역의 제1 온도를 수신하고, 제1 추정된 온도, 제1 확장된 상태 감시자(ESO; estimated state observer)에 의해 연산된 제1 추정된 방해, 및 제1 목표 온도에 따라 상기 제1 냉각 소자로 제1 출력 제어 신호를 제공하도록 구성된 제1 능동 방해 제거 열 제어(ADRC; active disturbance rejection thermal control) 컨트롤러, 제2 온도 센서 및 제2 냉각 소자를 포함하는 제2 열 구역, 상기 제2 온도 센서 및 상기 제2 냉각 소자와 연결되고, 상기 제2 온도 센서로부터 제2 온도 측정치를 수신하고, 제2 추정된 온도, 상기 제2 냉각 소자를 제어하기 위한 제2 출력 신호를 생성하도록 구성되고, 상기 제2 출력 제어 신호는 제2 ESO에 의해 연산된 제2 추정된 방해, 및 제2 목표 온도에 따라 생성된다.In various embodiments, a data center includes a plurality of thermal zones comprising an ADRC. In various embodiments, the data center is connected to a first thermal zone including a first temperature sensor and a first cooling element, the first temperature sensor and the first cooling element, and from the first temperature sensor Receive a first temperature of a thermal zone, and the first cooling according to a first estimated temperature, a first estimated disturbance computed by a first estimated state observer (ESO), and a first target temperature. a second thermal zone comprising a first active disturbance rejection thermal control (ADRC) controller configured to provide a first output control signal to an element, a second temperature sensor, and a second cooling element, the second temperature coupled to a sensor and the second cooling element, configured to receive a second temperature measurement from the second temperature sensor, and to generate a second estimated temperature, a second output signal for controlling the second cooling element, The second output control signal is generated according to a second estimated disturbance computed by the second ESO, and a second target temperature.
다양한 실시 예들에서, 상기 제1 ADRC 컨트롤러는 상기 제1 온도 측정치를 상기 제1 목표 온도와 비교하여 제1 온도 추적 오류를 생성하도록 더 구성되고, 상기 제2 ADRC 컨트롤러는 상기 제2 온도 측정치를 상기 제2 목표 온도와 비교하여 제2 온도 추적 오류를 생성하도록 더 구성되고, 상기 제1 및 제2 온도 추적 오류들을 기반으로, 상기 제1 출력 제어 신호 및 상기 제2 출력 제어 신호 중 적어도 하나가 변형된다. In various embodiments, the first ADRC controller is further configured to compare the first temperature measurement to the first target temperature to generate a first temperature tracking error, and wherein the second ADRC controller compares the second temperature measurement to the and generate a second temperature tracking error compared to a second target temperature, wherein at least one of the first output control signal and the second output control signal is modified based on the first and second temperature tracking errors. do.
다양한 실시 예들에서, 상기 제1 열 구역은 적어도 하나의 서버를 포함하고, 상기 제2 열 구역은 적어도 하나의 서버를 포함한다.In various embodiments, the first thermal zone includes at least one server and the second thermal zone includes at least one server.
다양한 실시 예들에서, 상기 제1 열 구역은 상기 제2 열 구역의 적어도 일부를 포함한다.In various embodiments, the first thermal zone comprises at least a portion of the second thermal zone.
다양한 실시 예들에서, 상기 제1 ESO는 제1 열 구역으로부터 판독한 최대 온도, 상기 제1 열 구역으로부터 판독한 상기 최대 온도의 추정, 전체 방해의 추정, 상기 제1 출력 제어 신호, 감시자 이득(observer gain), 및 적어도 하나의 조절 가능한 파라미터에 따라 동작하는 2차 ESO(second order ESO)를 포함한다.In various embodiments, the first ESO is a maximum temperature read from a first thermal zone, an estimate of the maximum temperature read from the first thermal zone, an estimate of total disturbance, the first output control signal, an observer gain gain), and a second order ESO (second order ESO) operating according to at least one adjustable parameter.
다양한 실시 예들에서, 상기 감시자 이득은 제어 가능한 감시자 대역폭 및 샘플링 타임의 값들에 반비례한다.In various embodiments, the supervisor gain is inversely proportional to the values of controllable supervisor bandwidth and sampling time.
본 발명의 실시 예에 따르면, 감소된 소비 전력을 갖는 능동 방해 제거 기반의 열 제어를 위한 시스템 및 방법이 제공된다. According to an embodiment of the present invention, a system and method for active interference cancellation-based thermal control with reduced power consumption are provided.
일부 실시 예들은 첨부된 도면들과 함께 제공되는 이하의 설명들로부터 좀 더 상세하게 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 ADRC 열 관리를 사용한 예시적인 서버를 보여준다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 열 구역에 대한 ADRC-기반의 열 제어를 수행하는 방법을 보여준다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 예시적인 ADRC 컨트롤러를 보여준다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 복수의 열 구역들에 대한 복수의 ADRC 컨트롤러들을 포함하는 예시적인 ADRC 컨트롤러를 보여준다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 복수의 열 구역들에 대한 냉각 소자들을 제어하는 방법을 보여준다.Some embodiments may be understood in more detail from the following descriptions provided in conjunction with the accompanying drawings.
1 shows an exemplary server using ADRC thermal management in accordance with various embodiments of the present invention.
2 shows a method of performing ADRC-based thermal control for a thermal zone according to various embodiments of the present disclosure.
3 shows an exemplary ADRC controller according to various embodiments of the present invention.
4 shows an exemplary ADRC controller including a plurality of ADRC controllers for a plurality of thermal zones in accordance with various embodiments of the present invention.
5 shows a method of controlling cooling elements for a plurality of thermal zones according to various embodiments of the present invention.
본 발명의 다양한 특징들 및 본 발명을 달성하는 방법들은 첨부된 도면들 및 실시 예들에 대한 이하의 상세한 설명을 참조하여 더욱 상세하게 이해될 수 있다. 이하에서, 실시 예들은 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명될 것이다. 유사한 참조 번호들은 전체에서 유사한 구성 요소들을 지칭한다. 그러나 본 발명이 다양한 다른 형태로 구형될 수 있으며, 설명된 실시 예들에 국한되는 것으로 이해되어서는 안될 것이다. 오히려, 이러한 실시 예들은 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위한 예시로서 제공되며, 당업자에게 본 발명의 기술적 특징 및 양상을 충분히 전달할 것이다. 따라서, 당업자가 본 발명의 특징 및 양상을 완전하게 이해하는데 불필요한 프로세스들, 요소들, 및 기법들은 설명되지 않을 수 있다. 다르게 언급되지 않는 한, 첨부된 도면들 및 기재된 상세한 설명 전반에 걸쳐, 유사한 참조 번호들은 유사한 요소들을 지칭하며, 그것들의 설명은 반복되지 않을 것이다. 도면들에서, 요소들, 계층들, 및 영역들의 상대적인 크기는 명확성을 위하여 과장될 수 있다.Various features of the present invention and methods for achieving the present invention may be understood in more detail with reference to the accompanying drawings and the following detailed description of embodiments. Hereinafter, embodiments will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. Like reference numbers refer to like elements throughout. However, the present invention may be embodied in various other forms and should not be construed as being limited to the described embodiments. Rather, these embodiments are provided as examples to help the general understanding of the present invention, and will fully convey the technical features and aspects of the present invention to those skilled in the art. Accordingly, processes, elements, and techniques that are unnecessary for one of ordinary skill in the art to fully understand the features and aspects of the present invention may not be described. Unless otherwise noted, throughout the appended drawings and the detailed description, like reference numerals refer to like elements, and their description will not be repeated. In the drawings, the relative sizes of elements, layers, and regions may be exaggerated for clarity.
이하의 상세한 설명에서, 설명의 편의 및 다양한 실시 예들의 이해를 돕기 위하여, 다수의 특정 설명들이 제공된다. 그러나 다양한 실시 예뜰이 상세한 설명 없이 또는 하나 또는 그 이상의 균등한 대체물과 함께 구현될 수 있다. 다른 예에서, 잘 알려진 구조들 및 장치들은 다양한 실시 예들을 불필요하게 모호하게 하게 하지 않도록 블록도의 형태로 도시된다. In the following detailed description, a number of specific descriptions are provided for convenience of description and understanding of various embodiments. However, various embodiments may be implemented without detailed description or with one or more equivalent substitutes. In other instances, well-known structures and devices are shown in block diagram form in order not to unnecessarily obscure various embodiments.
요소, 계층, 영역, 또는 구성이 다른 요소, 계층, 영역, 또는 구성과 "연결된(on, connected to, 또는 coupled to)" 것으로 지칭되는 경우, 다른 요소, 계층, 영역, 또는 구성과 직접적으로(directly) 연결되거나 또는 하나 또는 그 이상의 중간 요소들, 계층들, 영역들, 또는 구성들이 존재할 수 있다. 그러나 "직접적으로 연결된"의 용어는 하나의 구성 요소가 중간 구성 없이 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되는 것을 지칭한다. 한편, "사이(between, immediately between)" 또는 "인접(adjacent to 또는 directly adjacent to)과 같이 구성 사이의 관계를 설명하는 다른 표현들은 유사하게 해석될 수 있다. 추가적으로, 요소 또는 계층이 두 개의 요소들 또는 계층들 사이(between)인 것으로 지칭되는 경우, 요소들 또는 구성들 사이에 오직 요소 또는 계층만 존재하거나 또는 하나 또는 그 이상의 중간 요소들 또는 계층들이 더 존재할 수 있는 것으로 이해될 수 있다. When an element, layer, region, or component is referred to as being “on, connected to, or coupled to” another element, layer, region, or component, the other element, layer, region, or component is directly ( directly) or there may be one or more intermediate elements, layers, regions, or configurations. However, the term “directly connected” refers to one component being directly connected to another component without an intermediate component. On the other hand, other expressions describing a relationship between constructs, such as "between, immediately between" or "adjacent to or directly adjacent to," may be interpreted similarly. Additionally, an element or hierarchy is two elements. When referring to being between elements or layers, it may be understood that only an element or layer may exist between elements or components, or one or more intermediate elements or layers may further exist.
본문에서 사용되는 용어들은 오직 특정한 실시 예들을 설명하기 위한 예시적인 것이며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본문에서 사용되는 바와 같이, 맥락에서 명확히 다르게 지칭되지 않는 한, 단수 용어들은 복수의 형태들을 포함하는 것으로 의도된다. "포함하다"의 용어가 상세한 설명에서 사용되는 경우, 열겨된 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 요소들, 및/또는 구성들의 존재를 정의하나, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 요소들, 구성들, 및/또는 그것들의 그룹들의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 본문에서 사용되는 바와 같이, "및/또는"의 용어는 관련되어 열거된 목록들의 하나 또는 그 이상의 모든 조합 또는 일부를 포함한다.Terms used in the text are illustrative only for describing specific embodiments, and the present invention is not limited thereto. As used herein, singular terms are intended to include plural forms, unless the context clearly dictates otherwise. When the term "comprises" is used in the specification, it defines the presence of open features, integers, steps, operations, elements, and/or configurations, but one or more other features, integers, etc. It does not exclude the presence or addition of groups, steps, acts, elements, configurations, and/or groups thereof. As used herein, the term "and/or" includes any combination or portion of one or more of the associated listed lists.
본문에서 사용되는 바와 같이, "실질적인(substantiall)", "약(about, approximately)"의 용어들 및 유사한 용어들은 근사의 용어들로서 사용되며, 정도의 용어들(terms of degree)로서 사용되지 않으며, 당업자에 의해 인식될 수 있는 측정되거나 또는 연산된 값들에서 고유한 편차들을 설명하는 것으로 의도된다. 본문에서 사용되는 "약(about, approximately)"의 용어는 언급된 값을 포함하며, 특정한 양의 측정과 연관된 오차 및 의심스러운 측정치(예를 들어, 측정 시스템의 한계들)를 고려한, 당업자에 의해 결정된 특정한 값에 대한 허용 가능한 편차 내임을 의미한다. 예를 들어, "약(about)"은 하나 또는 그 이상의 표준 편차들 내임을 또는 언급된 값의 ± 30%, 20%, 10%, 5% 내임을 의미할 수 있다. 본문에서 사용되는 바와 같이, "사용(use, using, 및 used)"의 용어들은 "활용(utilize, utilizing, 및 utilized)"과 동의어로 간주될 수 있다. 또한 "예시적인(exemplary)"의 용어는 " 예(example) 또는 설명illustration)을 지칭하는 것으로 의도된다.As used herein, the terms "substantial", "about, approximately" and similar terms are used as terms of approximation, not as terms of degree; It is intended to account for inherent deviations in measured or computed values that would be recognized by one of ordinary skill in the art. As used herein, the term "about, approximately" is inclusive of the recited value, and is considered by one of ordinary skill in the art to account for errors and questionable measurements (eg, limitations of the measurement system) associated with measurement of a particular quantity. It means that it is within an acceptable deviation of the determined specific value. For example, “about” can mean within one or more standard deviations or within ± 30%, 20%, 10%, 5% of a stated value. As used herein, the terms "use, using, and used" may be considered synonymous with "utilize, utilizing, and utilized." Also, the term "exemplary" is intended to refer to an "example or illustration."
특정한 실시 예가 다르게 구현되는 경우, 특정한 프로세스 순서가 기재된 순서와 다르게 수해오딜 수 있다. 예를 들어, 2개의 연속하여 설명된 프로세스들은 실질적으로 동시에 수행되거나 또는 기재된 순서와 반대의 순서로 수해오딜 수 있다.If particular embodiments are implemented differently, the particular process order may result in a different order than the order described. For example, two successively described processes may be performed substantially simultaneously or may be performed in an order opposite to that described.
다양한 실시 예들이 실시 예들 및/또는 중간 구조들의 개략도인 단면도를 참조하여 본문에서 설명된다. 이와 같이, 예를 들어, 제조 기술 및/또는 허용 오차의 결과로서 도시된 형태들로부터의 변형이 예상되어야 한다. 더욱이, 본문에서 기재된 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 본 발명의 사상에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 단순한 예시들이다. 즉, 본문에 기재된 실시 예들은 영역들의 특정하게 도시된 형태들에 제한되는 것으로 해석되어서는 안되며, 예를 들어, 제고의 결과인 형상의 편차를 포함하여야 한다. 예를 들어, 직사각으로 도시된 임플란트 영역은, 전형적으로, 임플란트로부터 비-임플란트 영역으로으로의 이진-변화라기보다는 그것들의 에지에서 둥글거나 또는 곡선의 특징들 및/또는 임플란트 농도의 기울기를 가질 것이다. 마찬가지로, 임플란트에 의해 형성된 매립 영역은 매립 영역과 임플란트가 방생하는 표면 사이의 영역에서 일부 임플란트를 야기할 수 있다. 즉, 도면들에 도시된 영역들은 본질적으로 개략적인 것이며, 그것들의 형상들이 장치의 영역의 실제 형상을 도시하는 것을 의되하지 않으며, 이를 제한하는 것이 아니다. Various embodiments are described herein with reference to cross-sectional views that are schematic views of embodiments and/or intermediate structures. As such, deviations from the forms shown should be expected, for example, as a result of manufacturing techniques and/or tolerances. Moreover, specific structural or functional descriptions described in the text are merely examples for describing embodiments according to the spirit of the present invention. That is, the embodiments described in the text should not be construed as being limited to the specifically illustrated shapes of the regions, but should include, for example, deviations in shape resulting from improvement. For example, implant regions depicted as rectangular will typically have rounded or curved features at their edges and/or slopes of implant concentration rather than a binary-change from implant to non-implant region. . Likewise, the buried area formed by the implant may result in some implants in the area between the buried area and the surface from which the implant is born. That is, the regions shown in the drawings are schematic in nature, and their shapes are not meant to depict the actual shape of the region of the device, and are not intended to be limiting.
본문에 기재된 본 발명의 실시 예들에 따른 전기 또는 전자 장치들 및/또는 다른 연관된 장치들 또는 구성들은 적절한 하드웨어어, 펌웨어(예를 들어, 애플리케이션-특정 집적 회로(ASIC; application-specific integrated circuit), 소프트웨어, 또는 소프트웨어, 펌웨어, 및 하드웨어의 조합을 사용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 이러한 장치들의 다양한 구성들은 하나의 집적 회로(IC; integrated circuit) 칩 또는 별도의 IC 칩들에 형성될 수 있다. 더욱이, 이러한 장치들의 다양한 구성들은 연성 인쇄 회로 필름(flexible printed circuit film), 테이프 캐리어 패키지(TCP; tape carrier package), 인쇄 회로 기판(PCB; printed circuit board)에 구현될 수 있거나 또는 하나의 기판(substrate) 상에 형성될 수 있다. 더욱이, 이러한 장치들의 다양한 구성들은 본문에서 설명된 다양한 기능들을 수행하기 위하여 다른 시스템 구성들과 통신하고, 컴퓨터 프로그램 명령어들을 실행하는, 하나 또는 그 이상의 컴퓨팅 장치들에서의, 하나 또는 그 이상의 프로세서들에서 구동하는 프로세스 또는 쓰레드일 수 있다. 컴퓨터 프로그램 명령어들은 RAM(random access memory)와 같은 표준 메모리 장치를 사용하는 컴퓨팅 장치에 구현될 수 있는 메모리에 저장된다. 컴퓨터 프로그램 명령어들은, 예를 들어, CD-ROM, 플래시 드라이브, 등과 같은 다른 비-일시적인 컴퓨터 판독 가능한 매체에 저장될 수 있다. 또한 당업자는 본 발명의 예시적인 실시 예들의 사상 및 양상으로부터의 벗어남 없이, 다양한 컴퓨팅 장치들의 기능이 단일 컴퓨팅 장치로 조합 또는 집적될 수 있거나 또는 특정 컴퓨팅 장치의 기능이 하나 또는 그 이상의 다른 컴퓨팅 장치들로 분산될 수 있음을 이해할 수 있다. Electrical or electronic devices and/or other associated devices or components according to the embodiments of the invention described herein may include appropriate hardware, firmware (eg, application-specific integrated circuits (ASICs); It may be implemented using software or a combination of software, firmware, and hardware For example, various components of these devices may be formed in one integrated circuit (IC) chip or separate IC chips Moreover, the various configurations of these devices may be implemented on a flexible printed circuit film, a tape carrier package (TCP), a printed circuit board (PCB), or on a single substrate. Furthermore, various components of such devices may be in communication with other system components and executing computer program instructions to perform various functions described herein, one or more computing devices. may be a process or thread running on one or more processors Computer program instructions are stored in a memory that may be implemented in a computing device using a standard memory device such as random access memory (RAM). The program instructions may be stored in other non-transitory computer readable media, such as, for example, a CD-ROM, a flash drive, etc. Those skilled in the art will also do so without departing from the spirit and aspect of the exemplary embodiments of the present invention. It will be appreciated that the functions of various computing devices may be combined or integrated into a single computing device, or the functionality of a particular computing device may be distributed among one or more other computing devices.
다르게 정의되지 않는 한, 본문에서 사용되는 기술적/과학적 용어들을 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서의 당업자에 의해 공통적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 공용 사전에 정의된 것들과 같은 용어들은 연관된 기술의 맥락 및/또는 본 발명의 상세한 설명에서 그것들의 의미와 일관된 의미를 갖는 것으로 해석되어야 할 것이며, 본문에 명세적으로 정의되지 않는 한, 이상적이거나 또는 지나치게 형식적인 의미로 해석되어서는 안 된다. Unless defined otherwise, all terms including technical/scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in the public dictionary are to be interpreted as having a meaning consistent with their meaning in the context of the related art and/or detailed description of the present invention, and unless specifically defined in the text, ideal or It should not be interpreted in an overly formal sense.
본 발명의 실시 예들은 능동적 장애 제거(active disturbance rejection)에 기반된 열 제어(thermal control)에 대한 시스템 및 방법을 포함한다. 다양한 실시 예들에서, 시스템은 하나 또는 그 이상의 구동 구역들 및 프로세서 구역들의 냉각(cooling)을 제어하고 모니터링하는 하나 또는 그 이상의 컨트롤러를 포함한다. 시스템은 ADRC(active disturbance rejection control)-기반의 열 관리(thermal management l)가 데이터 센터들, 서버들, 및 스토리지 시스템들에서 열 제어를 향상시키도록 구성될 수 있다. 시스템은 열 판독(thermal reading) 뿐만 아니라, 작업 부하 변동(workload fluctuations)을 보상하도록 함으로써, 열 제어 효율을 향상시킨다. 그러므로 향상된 열 제어는 냉각 비용(cooling cost)을 감소시키고, 그로 인하여 서버들 및 데이터 센터들의 사용자의 전체 비용을 감소시킨다. 더욱이, 시스템은 프로세서, GPU들, 및 스토리지 드라이브들의 써멀 쓰로틀링(thermal throttling)을 감소시킴으로써, 성능을 향상시킨다.Embodiments of the present invention include systems and methods for thermal control based on active disturbance rejection. In various embodiments, the system includes one or more controllers that control and monitor cooling of one or more drive zones and processor zones. The system can be configured such that active disturbance rejection control (ADRC)-based
관련된 기술 분야에서, 다수의 열 관리 시스템들이 사용된다. 예를 들어, 일부 시스템들은 고유 냉각(native cooling)(예를 들어, 기본 서버 팬 스피드 제어), 동적 냉각(dynamic cooling)(예를 들어, 온도에 기반된 동적 팬 속도 제어), 및 PID(proportional-integral-derivative) 제어를 포함한다. PID 컨트롤러들은 목표 값과 현재 값의 차이를 연산하고, 비례(proportional), 적분(integral), 및 미분(derivative) 항목들을 기반으로 보정(correction)을 적용한다. 이러한 방법들 각각이 다양한 이점들을 갖지만, 각각이 다양한 단점들 또한 갖는다. 예를 들어, PID 제어기들은 3개의 컨트롤러 이득들 사이의 좋은 균형(good balance)를 필요로 하고, 과도 응답(transient response), 로버스트성(robustness), 또는 방해 제거 성능(disturbance rejection ability)을 절충시킬 수 있다. In the related art, a number of thermal management systems are used. For example, some systems have native cooling (eg, native server fan speed control), dynamic cooling (eg, dynamic fan speed control based on temperature), and proportional (PID) -integral-derivative) control. PID controllers calculate a difference between a target value and a current value, and apply a correction based on proportional, integral, and derivative items. While each of these methods has various advantages, each also has various disadvantages. For example, PID controllers require a good balance between the three controller gains, and compromise between transient response, robustness, or disturbance rejection ability. can do it
도 1은 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 ADRC 열 관리를 사용하는 예시적인 서버를 보여준다.1 shows an exemplary server using ADRC thermal management in accordance with various embodiments of the present invention.
도 1을 참조하면, 다양한 실시 예들에서, 서버(100)는 복수의 열(예를 들어, 온도) 구역들의 냉각을 관리하는 ADRC 컨트롤러(110)를 포함한다. 예를 들어, 다양한 실시 예들에서, 서버(100)는 복수의 프로세서들, 스토리지 드라이브들, 및 메모리(예를 들어, DRAM), GPU들, 파워 서플라이들, 및 다른 구성요소들과 같은 다른 구성요소들을 포함하는 1U 스토리지 서버일 수 있다. 다양한 실시 예에서, 서버(100)는 각각이 다양한 구성 요소들을 포함하는 복수의 열 구역들(thermal zones)로 분할될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 열 구역들 각각은 단일 형태의 구성들(예를 들어, 프로세서들 또는 스토리지 드라이브들)을 주로 포함할 수 있으나, 다른 실시 예들에서, 열 구역들은 복합된 구성 요소들을 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 온도 구역들은 물리적으로 구분될 수 있으나, 다른 실시 예들에서, 구역들 사이의 물리적 경계들이 없을 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 각 온도 구역(temperature zone)은 하나 또는 그 이상의 액티브 냉각 소자들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 각 구역은 하나 또는 그 이상의 팬들(fans)을 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 냉각 소자들은 하나 또는 그 이상의 열 구역들과 연관될 수 있다.Referring to FIG. 1 , in various embodiments,
다양한 실시 예들에서, ADRC 컨트롤러(110)는 온도 측정들을 수신하고, 냉각 소자들을 제어하는 복수의 입력들 및 복수의 출력들(MIMO; multiple inputs and multiple outputs)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 다양한 실시 예들에서, ADRC 컨트롤러(110)는 구역들 각각에서의 각 장치(예를 들어, 프로세서, GPU, 또는 스토리지 드라이브)에 대한 온도 입력을 포함하고, 대응하는 냉각 소자들 각각에 대한 제어 출력들을 포함한다.In various embodiments, the
다양한 실시 예들에서, 서버(100)는 하나 또는 그 이상의 프로세서 구역들(120, 130, 140), 하나 또는 그 이상의 드라이브 구역들(150, 160, 170), 및 하나 또는 그 이상의 다른 구역들(180, 190)을 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 프로세서 구역들(120, 130, 140) 각각은 하나 또는 그 이상의 CPU들을 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 드라이브 구역들(150, 160, 170) 각각은 하나 또는 그 이상의 스토리지 드라이브들(예를 들어, SSD들, HDD들 등)을 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 다른 구역들(180, 190) 각각은 파워 서플라이들, GPU들, 메모리, 또는 다른 서버 구성요소들과 같은 하나 또는 그 이상의 다른 컴퓨팅 구성들을 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 구역들 각각은 하나 또는 그 이상의 냉각 소자들(125, 135, 145, 155, 165, 175, 185, 195)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 냉각 소자들 각각은 하나 또는 그 이상의 속도 조절이 가능한 팬들을 포함할 수 있다. In various embodiments,
도 2는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 열 구역들에 대한 ADRC-기반의 열 제어를 수행하는 방법을 보여준다. 2 shows a method of performing ADRC-based thermal control for thermal zones according to various embodiments of the present disclosure.
도 2를 참조하면, ADRC 컨트롤러(예를 들어, 도 1의 ADRC 컨트롤러(110))는 서버(예를 들어, 도 1의 서버(100))의 복수의 온도 구역들을 모니터링하도록 구성될 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 온도 구역들 각각은 온도를 모니터링하고, 방해를 추정하고, 냉각 소자들을 관리하는 (예를 들어, 팬 스피드를 제어함) 출력을 제공하는 개별적인 ADRC 제어 루프를 포함할 수 있다. 예를 들어, 서버는 i개의 열 구역들을 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, ADRC 컨트롤러는 제i 열 구역의 하나 또는 그 이상의 온도 센서로부터 하나 또는 그 이상의 온도 측정들을 수신한다. (S200) 다양한 실시 예들에서, 온도 센서들은 장치들에 내장된 온도 센서들(예를 들어, SSD, 프로세서, GPU 각각의 내에 포함된 온도 센서)를 포함할 수 있는 반면에, 다른 실시 예들에서, 온도 센서는 복수의 장치들을 포함하는(예를 들어, 서버 섀시에 위치한) 구역을 위한 것일 수 있다. 다양한 실시 예들에서, ADRC 컨트롤러는 온도 판독(temperature reading)을 사용하여 온도 추적 오류(temperature tracking error)(예를 들어, 설정된 온도와 추정된 최대 온도의 차이)를 판별하고, 추정된 온도 및 추정된 방해를 연산할 수 있다. (S210) 이는 이하에서 더욱 상세하게 설명된다. 온도 추적 오류, 추정된 온도, 추정된 방해를 기반으로, ADRC 컨트롤러는 출력 제어 신호를 냉각 소자(들)로 제공하여 냉각 소자(들)의 출력을 제어할 수 있다. (예를 들어, 팬 속도를 조정함)(S220)Referring to FIG. 2 , an ADRC controller (eg,
다양한 실시 예들에서, ADRC 컨트롤러는 복수의 단일-입력-단일-출력(SISO; single-input-single-output) 또는 MIMO 시스템들의 조합인 MIMO 시스템이다. 다양한 실시 예들에서, ADRC 컨트롤러는 복수의 ADRC 컨트롤러들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 다양한 실시 예들에서, 각 열 구역에 대한 개별적인 ADRC 컨트롤러가 있을 수 있다. 따라서, 각 열 구역은 열 구역에 영향을 미치는 외부 방해들(예를 들어, 작업 부하)와 함께 열 구역의 실시간 온도를 추정하는 확장된 상태 감시자(ESO; extended state observer)를 포함하는 개별적인 ADRC 제어 루프를 포함할 수 있다. 예를 들어, 외부 방해들(external disturbances)은 열 구역에서 동작하는 장치들로 전송된 알려지지 않은 작업 부하(예를 들어, 스토리지 장치로 전송된 I/O, 프로세서로 전송된 작업 부하들 등)로부터 기인한 응집된 불확실성(lumped uncertainties)을 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, ESO는 이하의 수학식 1 내지 수학식 5에 따라 정의된 2차 ESO(second order ESO)일 수 있다. In various embodiments, the ADRC controller is a MIMO system that is a combination of multiple single-input-single-output (SISO) or MIMO systems. In various embodiments, the ADRC controller may include a plurality of ADRC controllers. For example, in various embodiments, there may be a separate ADRC controller for each thermal zone. Thus, each thermal zone is an individual ADRC control that includes an extended state observer (ESO) that estimates the real-time temperature of the thermal zone along with external disturbances (eg, workload) affecting the thermal zone. It can contain loops. For example, external disturbances can arise from unknown workloads sent to devices operating in the thermal zone (eg, I/O sent to storage devices, workloads sent to processors, etc.) may include the resulting lumped uncertainties. In various embodiments, ESO may be a second order ESO (second order ESO) defined according to
yi는 구역으로부터 판독된 온도(예를 들어, 복수의 SSD들을 포함하는 구역의 하나의 SSD로부터 판독한 최고 온도(the highest temperature)이고, z1은 구역으로부터 판독한 최대 온도(max temperature)의 추정이고, z2는 루프로의 전체 방해(total disturbance)이고, ui는 냉각 소자들을 제어하는 출력 제어 신호이다. I1 및 I2는 감시자 이득(observer gain)을 나타낸다. δ, b0, 및 α에 대한 값들은 전체 시스템 튜닝을 기반으로 선택될 수 있는 조절 가능한 파라미터들이다. y i is the temperature read from the zone (eg, the highest temperature read from one SSD in a zone containing a plurality of SSDs), and z 1 is the maximum temperature read from the zone (max temperature). Estimation, z 2 is the total disturbance into the loop, u i is the output control signal controlling the cooling elements I 1 and I 2 are the observer gains δ, b 0 , and values for α are adjustable parameters that can be selected based on overall system tuning.
수학식 4 및 수학식 5는 ESO 출력들의 함수로서 출력 제어 신호를 보여주기 위하여 다시 쓰여질 수 있다. 예를 들어, ESO 수학식 4 및 수학식 5는 수학식 6과 같이 선형 형태로 변환될 수 있다.
0차 홀드 방법(zero order hold method)을 사용하면, ESO의 이산 시간 형태(discrete-time form)가 수학식 7과 같이 표현된다.If the zero order hold method is used, the discrete-time form of ESO is expressed as Equation (7).
Ts는 샘플링 시간이다.T s is the sampling time.
다양한 실시 예들에서, 아래와 같이 수학식 8의 모든 폴들(poles)(예를 들어, 4개)을 위치시키도록 감시자 이득(β)이 선택되어야 한다. In various embodiments, the supervisor gain β should be selected to position all poles (eg, four) of
β는 수학식 9에 의해 정의된다.β is defined by Equation (9).
수학식 9에서, ω0는 조절 가능한 감시자 대역폭이다. 따라서, 다양한 실시 예에서, 감시자 이득(β)은 ESO에 대한 단일 튜닝 파라미터일 수 있다. 적절하게 조절된 ESO를 사용하면, 감시자 상태들은 시스템의 상태를 추적할 것이다. 즉, 출력 제어 신호(ui)는 수학식 10에 의해 표현될 수 있다.In equation (9), ω 0 is the adjustable monitor bandwidth. Thus, in various embodiments, the supervisor gain β may be a single tuning parameter for ESO. With properly tuned ESO, the watcher states will track the state of the system. That is, the output control signal u i may be expressed by Equation (10).
R은 온도 설정 포인트(temperature set point)(예를 들어, 목표 또는 원하는 동작 온도)이고, ωc는 조절 가능한 컨트롤러 대역폭이고, b0는 사용자에 의해 설정되는 조절 가능한 파라미터이다. 즉, ESO는 최대 온도 및 작업 부하 방해를 추정하고, ADRC는 작업 부하 방해를 능동적으로 보상할 수 있다. R is the temperature set point (eg, target or desired operating temperature), ω c is the adjustable controller bandwidth, and b 0 is the adjustable parameter set by the user. That is, ESO estimates the maximum temperature and workload disturbance, and ADRC can actively compensate for the workload disturbance.
도 3은 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 예시적인 ADRC 컨트롤러를 보여준다. 3 shows an exemplary ADRC controller according to various embodiments of the present invention.
도 3을 참조하면, 다양한 실시 예들에서, ADRC 컨트롤러(300)는 하나 또는 그 이상의 온도 센서(310)로부터 온도 정보를 수신하고, 열 구역에 대한 하나 또는 그 이상의 냉각 소자들(320)의 출력을 제어할 수 있다. 열 구역은 다양한 크기들을 가질 수 있다. 예를 들어, 다양한 실시 예들에서, 하나 또는 그 이상의 SSD들은 스토리지 서버 내부의 열 구역에서 동작 중일 수 있으나, 다른 실시 예들에서, 열 구역은 데이터 센터 내부에서 동작하는 하나 또는 그 이상의 서버들을 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들이 확장 또는 축소될 수 있으며, 다양한 레벨들의 ADRC 컨트롤러들(예를 들어, 서버 내의 냉각을 위한 ADRC-기반의 제어 및 데이터 센터 내의 냉각을 위한 ADRC-기반의 제어)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3 , in various embodiments, the
다양한 실시 예들에서, ADRC 컨트롤러(300)는 목표 온도(r)를 수신한다. 목표 온도는 열 구역 내에서 동작하는 하나 또는 그 이상의 장치들에 대한 이로운 동작 온도일 수 있다. 예를 들어, 다양한 실시 예들에서, 열 구역은 복수의 SSD들을 포함할 수 있고, 목표 온도는 섭씨 60도일 수 있다. 다양한 실시 예들에서, ADRC 컨트롤러(300)는 또한 온도 센서(들)로부터 구역 온도(y)를 수신한다. 다양한 실시 예들에서, 구역 온도(r)는 열 구역들로부터 판독한 최고 온도를 포함할 수 있다. 다른 실시 예들에서, 구역 온도(y)는 열 구역의 온도 센서들로부터 판독한 평균 온도를 포함할 수 있다.In various embodiments, the
다양한 실시 예들에서, ADRC는 구역 온도와 목표 온도를 비교하여 온도 추적 오류를 생성하는 비교 구성(330)을 포함한다. 다양한 실시 예들에서, 수학식 1 내지 수학식 5에 따라, 루프(z2)에 대한 전체 방해의 추정 및 구역(z1)으로부터 판독한 최대 온도의 추정을 생성하기 위하여 구역 온도(y)는 ESO(340)로 제공된다. 다양한 실시 예들에서, ADRC 컨트롤러(300)는 냉각 소자(들)(320)로 출력을 제공하는 출력 컨트롤러(350)를 포함한다. 다양한 실시 예들에서, 출력 컨트롤러(350)는 추적 오류, 목표 온도(r) 및 ESO(340)의 출력(z1, z2)을 수신하고, 출력 제어 신호(ui)(예를 들어, 수학식 10에 따라)를 생성한다. 수학식 4에 게시된 바와 같이 추정된 최대 온도(z1)를 연산하기 위한 추가 연산을 위하여, 출력 제어 신호(ui)는 ESO(340)로 피드백될 수 있다. In various embodiments, the ADRC includes a
다양한 실시 예들에서, ADRC 컨트롤러(300)는 다른 ADRC 컨트롤러부터 입력을 또한 수신할 수 있다. 예를 들어, 다양한 실시 예들에서, 냉각 소자들은 열 구역들에 걸쳐 공유될 수 있거나, 또는 냉각 소자들 전부가 동일한 시간에 활성화되지 않을 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 하나 또는 그 이상의 다른 ADRC 컨트롤러들(300)은 비교를 위해 그것들의 추적 오류를 제공할 수 있고, 최고 추적 오류(the highest tracking error)를 갖는 구역에 대한 냉각 소자들이 활성화될 수 있다. 이는 도 4 및 도 5를 참조하여 더욱 상세하게 설명된다.In various embodiments, the
도 4는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 복수의 열 구역들에 대한 복수의 ADRC 컨트롤러들을 포함하는 예시적인 ADCR 컨트롤러를 보여준다. 4 shows an exemplary ADCR controller including a plurality of ADRC controllers for a plurality of thermal zones in accordance with various embodiments of the present invention.
도 4를 참조하면, 다양한 실시 예들에서, ADRC 컨트롤러(400)는 제1 내지 제8 열 구역들(Zone1~Zone8)_에 대한 냉각을 관리하도록 구성된다. 예를 들어, 다양한 실시 예들에서, ADRC 컨트롤러(400)는 복수의 SISO(single-input-single-output) 또는 MIMO 시스템들의 조합인 MIMO 시스템일 수 있고, 열 구역들 각각에 대한 개별적인 ADRC 컨트롤러들(410~480)을 포함한다. 예를 들어, 다양한 실시 예들에서, 제1 ADRC 컨트롤러(410)는 제1 열 구역(Zone1)을 모니터링하고, 냉각 소자들(FAN1, FAN2)을 제어하도록 구성될 수 있다. 제2 ADRC 컨트롤러(420)는 제2 열 구역(Zone2)을 모니터링하고, 냉각 소자들(FAN1, FAN3)을 제어하도록 구성될 수 있다. 제3 ADRC 컨트롤러(430)는 제3 열 구역(Zone3)을 모니터링하고, 냉각 소자(FAN4)를 제어하도록 구성될 수 있다. 제4 ADRC 컨트롤러(440)는 제4 열 구역(Zone4)을 모니터링하고, 냉각 소자(FAN1)를 제어하도록 구성될 수 있다. 제5 ADRC 컨트롤러(450)는 제5 열 구역(Zone5)을 모니터링하고, 냉각 소자들(FAN1, FAN6)을 제어하도록 구성될 수 있다. 제6 ADRC 컨트롤러(460)는 제6 열 구역(Zone6)을 모니터링하고, 냉각 소자(FAN7)를 제어하도록 구성될 수 있다. 제7 ADRC 컨트롤러(470)는 제7 열 구역(Zone7)을 모니터링하고, 냉각 소자들(FAN1, FAN8)을 제어하도록 구성될 수 있다. 제8 ADRC 컨트롤러(480)는 제8 열 구역(Zone8)을 모니터링하고, 냉각 소자(FAN1)를 제어하도록 구성될 수 있다.Referring to FIG. 4 , in various embodiments, the
도 5는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 복수의 열 구역들에 대한 냉각 소자들을 제어하는 방법을 보여준다. 5 shows a method of controlling cooling elements for a plurality of thermal zones according to various embodiments of the present invention.
도 4 및 도 5를 참조하면, 다양한 실시 예들에서, ADRC 컨트롤러(400)는 복수의 열 구역들로부터 온도 측정들을 수신하고, 하나 또는 그 이상의 냉각 소자들을 활성화시키도록 구성된다. 예를 들어, 다양한 실시 예들에서, 제1 ADRC 컨트롤러(410)는 제1 열 구역(Zone1)으로부터 온도 센서(들)을 읽을 수 있다. (S500) 이와 동시에, 제2 ADRC 컨트롤러(420)는 제2 열 구역(Zone2)으로부터 온도 센서(들)을 읽을 수 있다. (S505) 다양한 실시 예들에서, 제1 및 제2 ADRC 컨트롤러들(410, 420)은 제1 및 제2 온도 추적 오류를 생성할 수 있다. (S510, S520) 다양한 실시 예들에서, ADRC(400)는 제1 열 구역(Zone1) 및 제2 열 구역(Zone2)에 대한 냉각 소자들 모두를 동시에 활성화시키지 못할 수 있다. 예를 들어, 제1 열 구역(Zone1) 및 제2 열 구역(Zone2)은 냉각 소자(예를 들어, FAN1)를 공유할 수 있거나 또는 일부 제한(예를 들어, 전력 제한)으로 인하여 구역들 모두에 대해 냉각 소자를 활성화시키는 것이 가능하지 않을 수 있다. 예를 들어, 서버에서, 제1 열 구역(Zone1)은 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 포함하고, 제2 열 구역(Zone2)은 하나 또는 그 이상의 SSD들을 포함하고, 제1 팬(FAN1)은 서버 섀시 팬이고, 제2 팬(FAN2)은 CPU 팬이고, 제3 팬(FAN3)은 SSD 팬일 수 있다. 즉, 제1 및 제2 열 구역들을 제어하는 경우, 제1 팬(FAN1)은 오직 하나의 ADRC 컨트롤러에 의해서만 제어될 수 있다. 즉, 다양한 실시 예들에서, ADRC는 제1 및 제2 추적 오류들을 비교할 수 있다. (S520) 다양한 실시 예들에서, 제1 추적 오류가 제2 추적 오류보다 큰 경우, 제1 ADRC는 제1 열 구역의 온도 판독들에 따라 냉각 소자들을 활성화시킨다. (S530) 반대로, 제1 추적 오류가 제2 추적 오류보다 작은 경우, 제2 ADRC는 제2 열 구역의 온도 판독들에 따라 냉각 소자들을 활성화시킨다. (S535)4 and 5 , in various embodiments, the
따라서, 상술된 본 발명의 실시 예들은 능동 방해 제거 기반의 열 제어(active disturbance rejection based thermal control)를 위한 시스템 및 방법을 제공한다. ADRC-기반의 시스템은 작업 부하의 변동에 의해 야기되는 장치의 성능 저하(예를 들어, 장치 쓰로틀링)을 방지하면서, 구성 온도를 좀 더 잘 조절하고, 팬 전력 소모 효율을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 다양한 실시 예들에서, ADRC-기반의 시스템은 종래의 시스템(예들 들어, 고유 냉각, 동적 냉각, 및 PID-기반의 냉각)과 비교할 때, 구성의 온도를 좀더 잘 조절할 수 있다. 예를 들어, ADRC-기반의 열 제어 시스템은 PID-기반의 시스템보다 주변 온도에 더욱 강하다(more robust). ADRC-기반의 시스템은 고유, 동적, 및 PID-기반의 시스템들보다 빠른 변화들 및/또는 알려지지 않은 작업 부하들에 더욱 강하다. ADRC-기반의 시스템은 고유 및 PID-기반의 시스템들보다 CPU 활용 비율에서의 변화에 더욱 강하다. ADRC-기반의 시스템은 고유, 동적, 및 PID-기반의 시스템들보다 온도 오버샷(overshot) 및 언더샷(undershot)을 더욱 최소화시킬 수 있다. 더 나아가 ADRC-기반의 시스템은 동적 및 PID-기반의 시스템들과 비교하여 장치 쓰로틀링 (device throttling)를 더 잘 회피할 수 있다. 이러한 특징들은 ADRC-기반의 시스템이 종래의 시스템보다 더욱 높은 구성 요소들의 성능을 제공하게 한다. Accordingly, the above-described embodiments of the present invention provide a system and method for active disturbance rejection based thermal control. ADRC-based systems can better control configuration temperature and improve fan power consumption efficiency, while avoiding device degradation (eg, device throttling) caused by variations in workload. For example, in various embodiments, an ADRC-based system may better regulate the temperature of a configuration when compared to conventional systems (eg, intrinsic cooling, dynamic cooling, and PID-based cooling). For example, ADRC-based thermal control systems are more robust to ambient temperature than PID-based systems. ADRC-based systems are more resistant to fast changes and/or unknown workloads than native, dynamic, and PID-based systems. ADRC-based systems are more resistant to changes in CPU utilization ratio than native and PID-based systems. ADRC-based systems can further minimize temperature overshot and undershot than native, dynamic, and PID-based systems. Furthermore, ADRC-based systems can better avoid device throttling compared to dynamic and PID-based systems. These features allow ADRC-based systems to provide higher component performance than conventional systems.
다양한 실시 예들에서, ADRC-기반의 열 제어 시스템은 팬 전력 제어 효율을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 고유 및 동적 시스템들과 달리, ADRC-기반의 시스템은 연속적으로 변화할 수 잇는 제어 신호를 제공한다. 유사하게, ADRC-기반의 시스템은 온도 추정 오류 정정을 할 수 있으나, 고유 및 동적-기반의 시스템들은 그렇지 않다. ADRC-기반의 시스템은 좀 더 효율적으로 전력 소모를 할 수 있고, 고유 및 동적 시스템들과 비교하여 낮은 제어 수고(low control effort)를 갖는다. ADRC-기반의 시스템은 동적 및 PID-기반의 시스템들과 비교할 때, 보다 부드러운 제어 수고를 허용하여, 팬의 마모를 줄이고, 이로 인하여 팬의 예상 수명이 증가된다. In various embodiments, an ADRC-based thermal control system may improve fan power control efficiency. For example, unlike native and dynamic systems, ADRC-based systems provide a control signal that can vary continuously. Similarly, ADRC-based systems are capable of temperature estimation error correction, whereas intrinsic and dynamic-based systems are not. ADRC-based systems are more efficient in power consumption and have a low control effort compared to native and dynamic systems. ADRC-based systems allow for smoother control effort when compared to dynamic and PID-based systems, thereby reducing fan wear and thereby increasing the life expectancy of the fan.
상세한 설명은 본 발명의 실시 예들을 예시적으로 보여주는 것이며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 비록 일부 예시적인 실시 예들이 설명되었으나, 예시적인 실시 예들의 새로운 교시 및 이점들로부터의 벗어남 없이 예시적인 실시 예들 내에서 다양한 변화들이 가능함은 당업자에 의해 충분히 이해될 것이다. 따라서, 이러한 모든 변형들은 첨부된 특허청구범위에서 정의되는 바와 같이 예시적인 실시 예들에 포함되는 것으로 의도된다. 특허청구범위에서, 기능식 청구항은 참조된 기능을 수행하는 본문에 기재된 바와 같은 구조들, 및 이와 구조적인 균등물 뿐만 아니라 균등한 구조물을 포함하는 것으로 의도된다. 그러므로, 앞서 설명은 예시적인 실시 예들이며, 기재된 특정한 실시 예들에 제한되는 것으로 해석되지 않는다. 기재된 예시적인 실시 예들뿐만 아니라 다른 실시 예들에 대한 변형들은 첨부된 특허청구범위의 사상에 포함되는 것으로 의도된다. 본 발명의 기술적 사상은 이하의 특허청구범위 및 그것의 균등물에 의해 정해질 것이다.The detailed description shows exemplary embodiments of the present invention, and the present invention is not limited thereto. Although some exemplary embodiments have been described, it will be fully understood by those skilled in the art that various changes are possible in the exemplary embodiments without departing from the novel teachings and advantages of the exemplary embodiments. Accordingly, all such modifications are intended to be included in the exemplary embodiments as defined in the appended claims. In the claims, functional claims are intended to cover structures as described in the text that perform the referenced function, as well as structural equivalents thereof, as well as equivalent structures. Therefore, the foregoing descriptions are exemplary embodiments, and should not be construed as being limited to the specific embodiments described. Modifications to the described exemplary embodiments as well as other embodiments are intended to be included within the scope of the appended claims. The technical spirit of the present invention will be defined by the following claims and their equivalents.
Claims (10)
제1 ADRC 컨트롤러에서, 제1 열 구역으로부터의 제1 온도 측정치를 수신하는 단계; 및
상기 제1 ADRC 컨트롤러에 의해, 제1 냉각 소자를 제어하는 제1 출력 제어 신호를 생성하는 단계를 포함하고,
상기 제1 출력 제어 신호는 상기 제1 온도 측정치를 기반으로 상기 제1 ADRC 컨트롤러의 제1 확장된 상태 감시자(ESO; extended state observer)에 의해 연산된 상기 제1 열 구역에 대한 제1 추정 방해 및 상기 제1 열 구역에 대한 제1 추정 온도에 따라 생성되는 방법.In the method of active disturbance rejection thermal control (ADRC),
receiving, at the first ADRC controller, a first temperature measurement from the first thermal zone; and
generating, by the first ADRC controller, a first output control signal for controlling a first cooling element;
The first output control signal includes a first estimated disturbance for the first thermal zone computed by a first extended state observer (ESO) of the first ADRC controller based on the first temperature measurement and a method generated according to a first estimated temperature for the first thermal zone.
상기 제1 온도 측정치를 수신하는 동안 제2 ADRC 컨트롤러에서, 제2 열 구역으로부터의 제2 온도 측정치를 수신하는 단계; 및
상기 제1 출력 제어 신호를 생성하는 동안, 상기 제2 ADRC 컨트롤러에 의해, 제2 냉각 소자를 제어하는 제2 출력 제어 신호를 생성하는 단계를 더 포함하고,
상기 제2 출력 제어 신호는 상기 제2 ADRC 컨트롤러의 제2 ESO에 의해 연산된 상기 제2 열 구역에 대한 제2 추정 방해 및 상기 제2 열 구역에 대한 제2 추정 온도에 따라 생성되는 방법.The method of claim 1,
receiving, at a second ADRC controller, a second temperature measurement from a second thermal zone while receiving the first temperature measurement; and
generating, by the second ADRC controller, a second output control signal for controlling a second cooling element while generating the first output control signal;
and the second output control signal is generated according to a second estimated disturbance for the second thermal zone and a second estimated temperature for the second thermal zone computed by a second ESO of the second ADRC controller.
상기 제1 및 제2 출력 신호들이 생성된 이후에:
상기 제1 온도 측정치를 제1 목표 온도와 비교함으로써, 상기 제1 ADRC 컨트롤러에서, 제1 온도 추적 오류를 연산하는 단계;
상기 제2 온도 측정치를 제2 목표 온도와 비교함으로써, 상기 제2 ADRC 컨트롤러에서, 제2 온도 추적 오류를 연산하는 단계; 및
상기 제1 온도 추적 오류 및 상기 제2 온도 추적 오류를 기반으로, 상기 제1 출력 제어 신호 또는 상기 제2 출력 제어 신호 중 적어도 하나를 변형하는 단계를 더 포함하는 방법.3. The method of claim 2,
After the first and second output signals are generated:
calculating, at the first ADRC controller, a first temperature tracking error by comparing the first temperature measurement with a first target temperature;
calculating, at the second ADRC controller, a second temperature tracking error by comparing the second temperature measurement with a second target temperature; and
The method further comprising: modifying at least one of the first output control signal or the second output control signal based on the first temperature tracking error and the second temperature tracking error.
상기 제1 열 구역은 SSD(solid state drvie), 프로세서, 또는 그래픽 처리 유닛 중 적어도 하나를 포함하는 방법.The method of claim 1,
wherein the first thermal zone includes at least one of a solid state drive (SSD), a processor, or a graphics processing unit.
제1 ESO는 상기 제1 열 구역으로부터 판독한 최대 온도, 상기 제1 열 구역으로부터 판독한 상기 최대 온도의 추정치, 전체 방채의 추정치, 상기 제1 출력 제어 신호, 감시자 이득(observer gain), 적어도 하나의 조절 가능한 파라미터에 따라 동작하는 2차 ESO(second order ESO)를 포함하는 방법.The method of claim 1,
A first ESO is a maximum temperature read from the first thermal zone, an estimate of the maximum temperature read from the first thermal zone, an estimate of the total room, the first output control signal, an observer gain, at least one A method comprising a second order ESO (second order ESO) operating according to an adjustable parameter of
상기 감시자 이득은 조절 가능한 감시자 대역폭 및 샘플링 타임들의 값들에 반비례하는 방법.6. The method of claim 5,
wherein the supervisor gain is inversely proportional to the values of adjustable supervisor bandwidth and sampling times.
제1 출력 제어 신호(ui)는 상기 제1 열 구역의 제1 목표 온도, 상기 제1 추정 온도, 상기 제1 추정 방해, 조절 가능한 컨트롤러 대역폭, 및 조절 가능한 파라미터에 기반된 방법.The method of claim 1,
A first output control signal ui is based on a first target temperature of the first thermal zone, the first estimated temperature, the first estimated disturbance, an adjustable controller bandwidth, and an adjustable parameter.
제1 온도 센서 및 제1 냉각 소자를 포함하는 제1 열 구역에 포함된, 제1 장치; 및
상기 제1 온도 센서 및 상기 제1 냉각 소자와 연결된 제1 능동 방해 제거 열 제어(ADRC; active disturbance rejection thermal control) 컨트롤러를 포함하고,
상기 제1 ADRC 컨트롤러는:
상기 제1 온도 센서로부터 상기 제1 열 구역의 제1 온도 측정치를 수신하고,
상기 제1 열 구역에 대한 제1 추정된 온도, 상기 제1 열 구역에 대한 제1 확장된 상태 감시자(ESO; extended state observer)에 의해 연산된 제1 추정된 방해, 및 상기 제1 열 구역에 대한 제1 목표 온도에 따라, 상기 제1 냉각 소자로 제1 출력 제어 신호를 제공하도록 구성된 스토리지 서버.In the storage server,
a first device included in a first thermal zone comprising a first temperature sensor and a first cooling element; and
a first active disturbance rejection thermal control (ADRC) controller connected to the first temperature sensor and the first cooling element;
The first ADRC controller is:
receive a first temperature measurement of the first thermal zone from the first temperature sensor;
a first estimated temperature for the first thermal zone, a first estimated disturbance computed by a first extended state observer (ESO) for the first thermal zone, and a storage server configured to provide a first output control signal to the first cooling element according to a first target temperature for
제2 온도 센서 및 제2 냉각 소자를 포함하는 제2 열 구역에 포함된, 제2 장치; 및
상기 제2 온도 센서 및 상기 제2 냉각 소자와 연결된 제2 ADRC 컨트롤러를 더 포함하고,
상기 제2 ADRC 컨트롤러는:
상기 제2 온도 센서로부터 제2 온도 측정치를 수신하고,
상기 제2 냉각 소자를 제어하는 제2 출력 제어 신호를 생성하고,
상기 제2 출력 제어 신호는 상기 제2 열 구역의 제2 추정된 온도, 상기 제2 열 구역에 대한 제2 ESO에 의해 연산된 제2 추정된 방해, 및 상기 제2 열 구역에 대한 제2 목표 온도에 따라 생성되는 스토리지 서버.9. The method of claim 8,
a second device included in a second thermal zone comprising a second temperature sensor and a second cooling element; and
Further comprising a second ADRC controller connected to the second temperature sensor and the second cooling element,
The second ADRC controller is:
receiving a second temperature measurement from the second temperature sensor;
generating a second output control signal for controlling the second cooling element;
The second output control signal includes a second estimated temperature of the second thermal zone, a second estimated disturbance computed by a second ESO for the second thermal zone, and a second target for the second thermal zone. A storage server created by temperature.
제1 온도 센서 및 제1 냉각 소자를 포함하는 제1 열 구역;
상기 제1 온도 센서 및 상기 제1 냉각 소자와 연결되고, 상기 제1 온도 센서로부터 상기 제1 열 구역의 제1 온도 측정치를 수신하고, 제1 추정된 온도, 제1 확장된 상태 감시자(ESO; estimated state observer)에 의해 연산된 제1 추정된 방해, 및 제1 목표 온도에 따라 상기 제1 냉각 소자로 제1 출력 제어 신호를 제공하도록 구성된 제1 능동 방해 제거 열 제어(ADRC; active disturbance rejection thermal control) 컨트롤러;
제2 온도 센서 및 제2 냉각 소자를 포함하는 제2 열 구역;
상기 제2 온도 센서 및 상기 제2 냉각 소자와 연결되고, 상기 제2 온도 센서로부터 제2 온도 측정치를 수신하고, 상기 제2 냉각 소자를 제어하기 위한 제2 출력 제어 신호를 생성하도록 구성된 제2 능동 방해 제거 열 제어(ADRC; active disturbance rejection thermal control) 컨트롤러를 포함하되,
상기 제2 출력 제어 신호는 제2 ESO에 의해 연산된 제2 추정된 온도 및 제2 추정된 방해, 그리고 제2 목표 온도에 따라 생성되는 데이터 센터.
In a data center,
a first thermal zone comprising a first temperature sensor and a first cooling element;
a first temperature sensor coupled with the first cooling element, the first temperature sensor receiving a first temperature measurement of the first thermal zone from the first temperature sensor, a first estimated temperature, a first extended state monitor (ESO); a first active disturbance rejection thermal control (ADRC) configured to provide a first output control signal to the first cooling element according to a first estimated disturbance calculated by an estimated state observer, and a first target temperature control) controller;
a second thermal zone comprising a second temperature sensor and a second cooling element;
a second active, coupled to the second temperature sensor and the second cooling element, configured to receive a second temperature measurement from the second temperature sensor, and to generate a second output control signal for controlling the second cooling element an active disturbance rejection thermal control (ADRC) controller;
and the second output control signal is generated according to a second estimated temperature and a second estimated disturbance calculated by the second ESO, and a second target temperature.
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