TW201321951A - 電源分配方法與應用其之伺服器系統 - Google Patents

Abstract

一種電源分配方法，適於伺服器系統。此方法係首先分別供應平均功率至被啟動的主機板，且分別讀取被啟動的主機板的期望功率，並以期望功率與平均功率作比較，其中若期望功率大於平均功率時，則定義為第一狀態，而若期望功率小於平均功率時，則定義為第二狀態。接著，則對定義為第二狀態之主機板的期望功率與平均功率作計算，並得到第一餘留電源。然後，將第一餘留電源平均分配至被定義為第一狀態的主機板。此方法可以根據各主機板的需求動態地分配電源，並且提供主機板運作所需之電力。

Description

電源分配方法與應用其之伺服器系統

本發明是有關於一種電源管理技術，且特別是有關於一種應用於伺服器系統的電源分配方法。

一般而言，對於伺服器的電源管理採取靜態的用電控制(power capping)，以將固定功率平均地分配給每一個主機板。可是伺服器在運作時，每一個主機板需要的電源並不相同。有些主機板的期望功率低於固定功率，有些主機板的期望功率高於固定功率。因此習知技術針對不同負載的主機板無法有效分配電源。在期望功率低於固定功率的主機板中，主機板分配到了過高的用電控制值(power capping value)；而在期望功率高於固定功率的主機板中，主機板分配到了過少的用電控制值。也就是說，目前固定的用電控制技術沒有針對不同需求的主機板來進行電源分配，所以電源使用效率不佳。

如何解決習知技術的電源分配問題，實現一種可動態調整的技術，這是一個有待克服的課題。

有鑑於此，本發明提出一種電源分配方法與應用其之伺服器系統，藉以解決先前技術所述及的問題。

本發明提出一種電源分配方法，適於伺服器系統，所述伺服器系統包括多個主機板、風扇模組以及硬碟模組，每一主機板、風扇模組與硬碟模組分別具有相應的期望功率，此電源分配方法包括以下步驟：分別供應平均功率至這些主機板中被啟動的主機板；分別讀取這些主機板中被啟動的主機板的期望功率，並以期望功率與平均功率作比較，其中若期望功率大於平均功率時，則定義為第一狀態，而若期望功率小於平均功率時，則定義為第二狀態；對定義為第二狀態之主機板的期望功率與平均功率作計算，並得到第一餘留電源；以及將第一餘留電源平均分配至被定義為第一狀態的主機板；其中，第一餘留電源為被定義為第二狀態的主機板超過期望功率的電源總和。

在本發明的一實施例中，電源分配方法更包括：計算被定義為第一狀態的主機板的供給功率大於期望功率與否，並於供給功率大於期望功率時，將第一狀態改為第三狀態；以及對定義為第三狀態之主機板的期望功率與供給功率作計算，並得到第二餘留電源；其中，第二餘留電源為被定義為第三狀態的主機板超過該期望功率的電源總和。

在本發明的一實施例中，其中平均功率為以可用功率除以這些主機板中被啟動的主機板作計算，而可用功率為總輸出功率扣除風扇模組的期望功率與硬碟模組的期望功率。

在本發明的一實施例中，電源分配方法更包括：分別將對定義為第一狀態之主機板以第一邏輯準位作表示；以及分別將對定義為第二狀態之主機板以第二邏輯準位作表示。

在本發明的一實施例中，電源分配方法更包括儲存每一這些主機板所被供給的功率及被定義的狀態。

從另一觀點來看，本發明提出一種伺服器系統，其包括多個主機板、電源供應模組以及中央管理匯流排。每一這些主機板係具有相對應的期望功率。電源供應模組係輸出總輸出功率。中央管理匯流排係電性耦接至電源供應模組與這些主機板，並接收總輸出功率以分別供應平均功率至這些主機板中被啟動的主機板，中央管理匯流排包括控制模組，控制模組分別讀取這些主機板中被啟動的主機板的期望功率，並以期望功率與平均功率作比較，若期望功率大於平均功率時，則定義為第一狀態，而若期望功率小於平均功率時，則定義為第二狀態，用以對定義為第二狀態之主機板的期望功率與平均功率作計算，並得到第一餘留電源。其中，中央管理匯流排係將第一餘留電源平均分配至被定義為第一狀態的主機板，而且第一餘留電源為被定義為第二狀態的主機板超過期望功率的電源總和。

在本發明的一實施例中，針對伺服器系統，於第一餘留電源被平均分配至被定義為第一狀態的主機板後，控制模組計算被定義為第一狀態的主機板的供給功率大於期望功率與否，並於供給功率大於期望功率時，將第一狀態改為第三狀態，用以對定義為第三狀態之主機板的期望功率與供給功率作計算，並得到第二餘留電源，其中，第二餘留電源為被定義為第三狀態的主機板超過期望功率的電源總和。

在本發明的一實施例中，伺服器系統更包括風扇模組以及硬碟模組。風扇模組係電性耦接至中央管理匯流排，風扇模組係具有相對應的期望功率。硬碟模組係電性耦接至中央管理匯流排，硬碟模組係具有相對應的期望功率。其中平均功率為利用電源供應模組的可用功率除以這些主機板中被啟動的主機板作計算，而可用功率為總輸出功率扣除風扇模組的期望功率與硬碟模組的期望功率。

在本發明的一實施例中，中央管理匯流排更包括記憶體，此記憶體係電性耦接控制模組，用以儲存每一這些主機板所被供給的功率及被定義的狀態。

在本發明的一實施例中，控制模組係包括記憶體，用以儲存每一這些主機板所被供給的功率及被定義的狀態。

基於上述，本發明之中央管理匯流排根據各主機板的需求，採取合理地且動態地分配電源機制，所以可以有效地解決傳統因採用固定功率分配方式所衍生的電源可靠性問題。如此一來，可使主機板正常運作，並且電源分配也較有效率。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1是依照本發明一實施例之伺服器系統的示意圖。請參閱圖1，伺服器系統100包括電源供應模組110、中央管理匯流排(Center Management Bus，CMB)120、多個主機板150(其中元件符號150表示為符號151、152、153、…、15z的集合)、硬碟模組140與風扇模組130。其中，用戶可以根據需求來設定主機板151、152、153、…、15z是否開機。

電源供應模組220係為接收交流電源，並於交流/直流轉換後輸出為直流電源，而此直流電源係代表伺服器系統100的總輸出功率。中央管理匯流排120包括控制模組122，並且中央管理匯流排120電性耦接至電源供應模組110、主機板151~15z、硬碟模組140與風扇模組130。電源供應模組110輸出的電力可以經由控制模組122的控制來進行電力分配運作。關於電力分配方式於後文詳述。惟本實施例並未限制控制模組122的型式，於另一未繪示的實施例中，控制模組122係選自積體電路或具有邏輯運算處理的組合電路，在此不限制其範圍。

此外，中央管理匯流排120還可包括記憶體124，此記憶體124係電性耦接至控制模組122。記憶體124用來儲存這些主機板150中每一者所被供給的功率及被定義的狀態。

在另一實施例中，控制模組122可包括記憶體126。記憶體126用來儲存這些主機板150所被供給的功率及被定義的狀態。

因此，控制模組122可以從所配置的記憶體124或126得知目前供給的功率及被定義的狀態，在此並不對記憶體的位置加以限制。

在本發明之較佳實施例中，中央管理匯流排120可以例如是伺服器系統100中的風扇控制板(fan control board)，但並不以此為限。

必需特別說明的是，在本實施例中，中央管理匯流排120會根據各主機板的需求，採取動態地分配電力機制。以下將以圖2A來說明伺服器系統100中各個構件的詳細運作流程。請同時參閱圖1與圖2。

一般來說，當用戶在伺服器系統100上，可以根據需求來設定主機板151、152、153、…、15z是否開機。而這些主機板150中的每一者具有相對應的期望功率。中央管理匯流排120的控制模組122讀取這些主機板150中被啟動的數量。此時如步驟S201所示，中央管理匯流排120接收來自電源供應模組220的總輸出功率，並分別供應至主機板151~15z、硬碟模組140與風扇模組130。其中，中央管理匯流排120係將一平均功率分別供應至這些主機板150中被啟動的N個主機板。由於電源供應模組220為同時提供伺服器系統100中所有裝置的用電需求，因此在計算欲分別輸出至N個主機板平均功率時，則需先扣除非主機板的構件的期望功率，例如，總輸出功率扣除風扇模組130與硬碟模組140等非主機板構件的期望功率。在扣除後，則可得到可用功率。而控制模組126將可用功率除以被啟動的主機板數量(N個)以得到平均功率，如熟悉該項技藝者可以輕易知曉，平均功率數值之大小將隨著被啟動的主機板數量而有所不同。

其中，平均功率可表示如下：

平均功率=(總輸出功率-風扇模組130的期望功率-硬碟模組140的期望功率)=可用功率/N。

類似地，在一未繪示實施例，若伺服器系統100中的風扇模組130與硬碟模組140不是由電源供應模組110來供電時，則平均功率=總輸出功率/N。

接著在步驟S203中，控制模組122分別讀取這些主機板150中被啟動的主機板的期望功率。其中，期望功率係為使主機板在目前狀態(如正常運作模式、休眠模式、深度休眠模式等等)下能正常運作或處於最佳運作狀態的所需電力，其功率大小可以例如是由伺服器系統100或主機板151~15z的製造商所制定，但均不以此為限。

接著，如步驟S205所示，控制模組122分別判斷每一個被啟動的主機板的期望功率是否大於平均功率，亦即判斷主機板所被供給之功率是否足以使主機板正常運作。若期望功率大於平均功率則如步驟S207所示，控制模組122將被啟動的主機板定義為第一狀態。若期望功率小於平均功率，則如步驟S209所示，控制模組122將被啟動的主機板定義為第二狀態。若期望功率剛好等於平均功率，則如步驟S211所示，控制模組122對被啟動的主機板不定義任何狀態。

接著，如步驟S213所示，控制模組122對定義為第二狀態之主機板的期望功率與平均功率作計算，並得到第一餘留電源。其中，第一餘留電源被定義為第二狀態的主機板超過期望功率的電源總和。

接著，如步驟S215所示，控制模組122將第一餘留電源平均分配至被定義為第一狀態的主機板。

在本實施例中，一旦進行步驟S201至S215之後，透過第一餘留電源的分配運作，可以有效地解決傳統因採用固定功率分配方式所衍生的電源可靠性問題。

在又一實施例中，有鑒於進行第一次餘留電源的分配步驟之後，分配到主機板的電源功率尚未達到期望功率，電源分配方法還可以有後續的運作。請同時參閱圖1和圖2B，其中步驟A是用來表示接續圖2A的步驟S215。在步驟S215之後，為了增加電源分配方法在操作上的彈性，還可以包括以下幾個步驟：如步驟S217所示，控制模組122計算被定義為第一狀態的主機板的供給功率，其中供給功率為步驟S201中的平均功率加上步驟S215中被平均分配後的第一餘留電源。

接著，如步驟S219所示，控制模組122判斷被定義為第一狀態的主機板的供給功率是否大於期望功率。若判斷的結果為是，表示供給功率已大於期望功率，則如步驟S221所示，控制模組122將主機板的第一狀態改為第三狀態，然後進行步驟S225。若判斷的結果為否，則表示供給功率尚未達到期望功率，則如步驟S223所示，主機板仍被定義為第一狀態的主機板。

如步驟S225所示，控制模組122對定義為第三狀態之主機板的期望功率與供給功率作計算，並得到第二餘留電源。其中，第二餘留電源為被定義為第三狀態的主機板超過期望功率的電源總和。

接著，如步驟S227所示，控制模組122將第二餘留電源平均分配至仍被定義為第一狀態的主機板。然後，結束電源分配的步驟。

以上步驟S217至S227為電源分配方法中關於第二餘留電源的實施態樣。

在本實施例中，一旦進行步驟S217至S227之後，透過第二餘留電源的分配運作，可以更合理地且較佳地分配電源至主機板，除了可使各構件與主機板皆能正常運作，還可充分發揮整體系統的運作效能。另一方面，此方法的電源分配可以達到節能，並能有效降低設備成本。

以下再舉一例，將更詳細來說明第一、第二餘留電源的分配運作，請回到圖1。為了方便說明，假設圖1只有4個主機板(亦即N=4)，主機板151、152、153、15z皆為被啟動的狀態，經分配的平均功率為250KW，亦即電源供應模組110在初始階段輸出至主機板151、152、153、15z的電源功率皆為250KW。

此時，控制模組122可以檢查被啟動的各個主機板的期望功率，因此控制模組122至記憶體124或126中讀取主機板151、152、153、15z的期望功率。假設各主機板的期望功率如下：主機板151為200KW，主機板152為200KW，主機板153為300KW，主機板15z為250KW。控制模組122在進行檢查時，若主機板本身的期望功率大於平均功率則可以被定義為第一狀態，而若主機板本身的期望功率小於平均功率則可以被定義為第二狀態，而若期望功率剛好等於平均功率時，則不定義狀態。於是，主機板153的期望功率300KW大於平均功率250KW，被定義為第一狀態；主機板151、152期望功率200KW小於平均功率250KW，被定義為第二狀態。主機板15z的期望功率剛好等於平均功率，不屬於上述兩種狀態，因此不定義任何狀態。

另一方面，為了便於分配電源，控制模組122可以分別將對定義為第一狀態之主機板以第一邏輯準位(例如，邏輯高準位)作表示，並且分別將對定義為第二狀態之主機板以第二邏輯準位(例如，邏輯低準位)作表示。其中，關於邏輯準位的設定方式也可以相反，在此不特別限制。

接著，控制模組122進行動態的第一次餘留電源再分配，並將第一餘留電源平均分配至被定義為第一狀態的主機板153中。第一餘留電源為被定義為第二狀態的主機板151、152中超過期望功率的電源總和。其中，第一餘留電源可表示如下：

第一餘留電源=(250KW-200KW)_主機板151+(250KW-200KW)_主機板152=100KW。

由於第一狀態的主機板只有一個，因此，主機板153可再多分配到100KW，亦即現在的主機板153被分配到350KW。其中，在此階段的主機板151及152因各別被減少供給50 KW，於是被分配到200KW，而主機板15z則維持在250KW。亦即，此時供應主機板151、152、153和15z的電源功率分別為200KW、200KW、350KW和250KW。請注意，本發明並不侷限於上述實施方式，例如當第一狀態的主機板有y個時，則將第一餘留電源除以y，再進行電源分配。

如此一來，在相同的電源供應模組110的基礎情況下，進行餘留電源再分配方式比起靜態的固定功率分配方式可以確保電源的可靠性。並且電源分配也較有效率，且可以達到節能。

此外，可以再進一步地分配電源，以使分配到主機板的電源達到較佳均衡狀態，而進行的方式如下：控制模組122可以檢查經分配至第一狀態的主機板153的供給功率是否已經滿足其本身的期望功率。若主機板153經分配的功率有超出其本身的期望功率則被定義為第三狀態。由於主機板153被分配到的功率為350KW，控制模組122根據分配的數值為超過主機板153的原先期望功率300KW，則判定結果為第三狀態。因此，控制模組122計算得到第二次餘留電源，並將第二餘留電源平均分配至仍為第一狀態的主機板。由於，所舉實施例中已無第一狀態的主機板，結束電源分配流程。

其中，第二餘留電源可表示如下：

第二餘留電源=(350KW-300KW)_主機板153=50KW。

其中，如熟悉該項技藝者可以輕易知曉，控制模組122可將第二餘留電源再次重新分配至主機板151與152或是不再進行電源分配，其端看設計時的需求而定。

基於上述，本實施例的伺服器系統100的動態電源分配情形可以彙整如下表，請參考表1。

再者，關於各主機板被供給的功率(用電控制限制值)及被定義的狀態可以記錄於記憶體124或是記憶體126中。若主機板的負載有變化，則控制模組122可以重新計算並進行電源分配，亦即針對每一主機板的需求做到即時的電源分配。類似地，若主機板的開機狀態或負載狀態沒有改變，則控制模組122使電源供應模組110持續用電控制限制值來供應相應構件的電能。

此外，伺服器系統100於重新開機時，控制模組122可以根據記憶體124或126所記錄的各用電控制限制值來快速地進行電源分配。因此，本實施例的解決方案可在限制或設定能源使用上限的同時兼顧運作效能。

綜上所述，本發明實施例之中央管理匯流排根據各主機板的需求，採取合理地且動態地分配電源機制，所以可以有效地解決傳統因採用固定功率分配方式所衍生的電源可靠性問題。如此一來，可使各構件與主機板皆能正常運作，並充分發揮整體系統的運作效能。另一方面，此方法的電源分配可以達到節能，並能有效降低設備成本。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100．．．伺服器系統

110．．．電源供應模組

120．．．中央管理匯流排

122．．．控制模組

124、126．．．記憶體

130．．．風扇模組

140．．．硬碟模組

150．．．多個主機板

151、152、153、…、15z．．．主機板

A、S201~S227．．．電源分配方法流程圖各步驟

圖1是依照本發明一實施例之伺服器系統的示意圖。

圖2A是依照本發明一實施例之電源分配方法流程圖。

圖2B是依照本發明另一實施例之電源分配方法流程圖。

A、S201~S215．．．本發明一實施例之電源分配方法流程圖各步驟

Claims (10)

1. 一種電源分配方法，適於一伺服器系統，該伺服器系統包括多個主機板、一風扇模組以及一硬碟模組，每一該些主機板、該風扇模組與該硬碟模組分別具有相應的一期望功率，該電源分配方法包括：分別供應一平均功率至該些主機板中被啟動的主機板；分別讀取該些主機板中被啟動的主機板的該期望功率，並以該期望功率與該平均功率作比較，其中若該期望功率大於該平均功率時，則定義為一第一狀態，而若該期望功率小於該平均功率時，則定義為一第二狀態；對定義為該第二狀態之主機板的該期望功率與該平均功率作計算，並得到一第一餘留電源；以及將該第一餘留電源平均分配至被定義為該第一狀態的主機板；其中，該第一餘留電源為被定義為該第二狀態的主機板超過該期望功率的電源總和。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電源分配方法，更包括：計算被定義為該第一狀態的主機板的一供給功率大於該期望功率與否，並於該供給功率大於該期望功率時，將該第一狀態改為一第三狀態；以及對定義為該第三狀態之主機板的該期望功率與該供給功率作計算，並得到一第二餘留電源；其中，該第二餘留電源為被定義為該第三狀態的主機板超過該期望功率的電源總和。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電源分配方法，其中該平均功率為以一可用功率除以該些主機板中被啟動的主機板作計算，而該可用功率為一總輸出功率扣除該風扇模組的該期望功率與該硬碟模組的該期望功率。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電源分配方法，更包括：分別將對定義為該第一狀態之主機板以該第一邏輯準位作表示；以及分別將對定義為該第二狀態之主機板以該第二邏輯準位作表示。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電源分配方法，更包括儲存每一該些主機板所被供給的功率及被定義的狀態。
6. 一種伺服器系統，包括：多個主機板，每一該些主機板係具有相對應的一期望功率；一電源供應模組，係輸出一總輸出功率；以及一中央管理匯流排，係電性耦接至該電源供應模組與該些主機板，並接收該總輸出功率以分別供應一平均功率至該些主機板中被啟動的主機板，該中央管理匯流排包括一控制模組，該控制模組分別讀取該些主機板中被啟動的主機板的該期望功率，並以該期望功率與該平均功率作比較，若該期望功率大於該平均功率時，則定義為一第一狀態，而若該期望功率小於該平均功率時，則定義為一第二狀態，用以對定義為該第二狀態之主機板的該期望功率與該平均功率作計算，並得到一第一餘留電源；其中，該中央管理匯流排係將該第一餘留電源平均分配至被定義為該第一狀態的主機板，而且該第一餘留電源為被定義為該第二狀態的主機板超過該期望功率的電源總和。
7. 如申請專利範圍第6項所述之伺服器系統，其中於該第一餘留電源被平均分配至被定義為該第一狀態的主機板後，該控制模組計算被定義為該第一狀態的主機板的一供給功率大於該期望功率與否，並於該供給功率大於該期望功率時，將該第一狀態改為一第三狀態，用以對定義為該第三狀態之主機板的該期望功率與該供給功率作計算，並得到一第二餘留電源，其中，該第二餘留電源為被定義為該第三狀態的主機板超過該期望功率的電源總和。
8. 如申請專利範圍第6項所述之伺服器系統，其中該伺服器系統更包括：一風扇模組，係電性耦接至該中央管理匯流排，該風扇模組係具有相對應的該期望功率；以及一硬碟模組，係電性耦接至該中央管理匯流排，該硬碟模組係具有相對應的該期望功率；其中該平均功率為利用該電源供應模組的一可用功率除以該些主機板中被啟動的主機板作計算，而該可用功率為該總輸出功率扣除該風扇模組的該期望功率與該硬碟模組的該期望功率。
9. 如申請專利範圍第6項所述之伺服器系統，其中該中央管理匯流排更包括：一記憶體，該記憶體係電性耦接該控制模組，用以儲存每一該些主機板所被供給的功率及被定義的狀態。
10. 如申請專利範圍第6項所述之伺服器系統，其中該控制模組係包括一記憶體，用以儲存每一該些主機板所被供給的功率及被定義的狀態。