TW202122687A - 電子裝置及散熱器操作方法 - Google Patents

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陳逸傑
吳岳璋
陳仁茂
楊志偉
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Abstract

本發明提供一種運轉於待機模式的電子裝置包括電源供應器、散熱器、電子組件以及控制器。散熱器耦接電源供應器及散熱器。電子組件由散熱器散熱。控制器在待機模式時可週期性地偵測電子組件的電力數據和溫度，且控制器更用以根據偵測電子組件所得的電力數據和溫度調整供應給散熱器的電力。

Description

電子裝置及散熱器操作方法
本發明有關於一種電子裝置的散熱系統，特別是涉及在待機模式調整供應給散熱器電力的散熱系統。
電子裝置(例如：伺服器)具有耦接電源供應器的電子組件。由於內部電子組件的運行，伺服器會產生大量的熱量，而典型的電子組件有控制器、處理器、網路(LAN)卡、硬碟(Hard Disk Drives)和固態硬碟(Solid State Disk Drives)。當散熱的效率不足時，電子組件的運行會被阻礙或停止。因此，伺服器被設計為利用氣流流通電子設備內部，進而將電子組件產生的熱量給帶走。電子組件通常包含複數個散熱片貼附於電子組件。散熱片通常由導熱性佳的材料所製成。散熱片吸收電子組件的熱量並將熱量從電子組件轉移出去，並經由流過散熱片或在散熱片周圍的氣流來吸收熱量。通常來說，風扇系統產生氣流經過或圍繞散熱片和電子組件，進而能讓所產生的氣流將熱量帶離電子組件和散熱器。在某些狀況下，也可以選擇其 他的散熱裝置將熱量帶離電子組件和散熱片(例如：液體冷卻裝置)。
對某些典型的伺服器而言，冷卻電子組件的系統電力會受到散熱設計所限制，而散熱器的運轉速度也受到散熱設計限制，因此電子組件有時必須以低速運轉來避免過熱。基於能量轉換的原理，風扇散熱器的電力受流經電子裝置的空氣流量所限制。當空氣流量越大時，更多的氣流能用來散熱，而系統的運轉情形也會因此而改善。更高的系統電力也允許某些電子組件(例如：中央處理器)以更高的時脈速度(Clock Speed)或更高的電力運轉，進而能因此增強性能。當然，提供更高電力給風扇雖然能產生更大量的氣流，但電子裝置整體的電力需求也會進一步更高。此外，也需要不同的風扇管理機制來平衡散熱性能及降低噪音。
由於風扇噪音會隨著風扇的運轉速度上升，減少風扇每分鐘的轉數(RPM；rotations per minute)也能相當程度地降低風扇噪音。但若風扇運轉速度降低太多，電子組件可能會過熱。其中一種調節風扇電力的技術是利用脈衝寬度調變(PWM；Pulse Width Modulation)控制訊號。脈衝寬度調變技術是在特定頻率將風扇開啟或關閉，並藉由調整工作週期(Duty Cycle)以控制風扇運轉速度。當工作週期越大時，風扇旋轉也會越快。為了避免訊號頻率太低必須選用適當的頻率，進而避免風扇的運轉速度在脈衝寬度調變循環中明顯地震盪。另外，使用風扇正負端 供應電力給電路來完成換向(Commutation)可能造成頻率過高。當風扇(以及內部換向電子設備)使用脈衝寬度調變過快，會導致內部換向電子元件無法正確運轉。除此之外，如果脈衝寬度調變上升和下降的時間週期變化太短，長期下來風扇的性能也會被影響。再者，各個電子組件間的散熱需求並不同，而電子組件(例如：處理器、電路卡或記憶體裝置)相對應的散熱需求通常能由其產品規格中得知。
系統模式會限制散熱電子組件的系統電力。在待機模式，多數電子組件停止運行而不會產生熱量。然而，開放運算計畫(OCP；Open Compute Project)3.0電路卡在待機模式會消耗相當高的電力並產生相當多的熱量。備用電源可用於多種功能，如支持喚醒功能(例如：網路喚醒(Wake-on-LAN))或其他待機功能。處於待機模式時，由於主動散熱器沒有啟動，開放運算計畫3.0電路卡只能依靠自然的空氣對流散熱(缺乏主動散熱對流)，故僅依靠機箱內的熱空氣對流升溫或僅依靠冷空氣對流降溫。此外，其他電子組件在待機模式的系統內或系統附近可能會產生熱量，而導致系統內的電路卡在處於待機模式時會進一步累積熱量。因此，電路卡會受到周圍電子組件和/或他們的待機功能而變熱。由於電子裝置處於待機模式時，系統風扇並不會開啟以冷卻開放運算計畫3.0電路卡，因此有必要在電子裝置處於待機模式時，使開放運算計畫3.0電路卡有效地散熱。
為了解決上述問題，本發明提供一種運轉於待機模式的電子裝置包括電源供應器、散熱器、電子組件及控制器。散熱器耦接電源供應器及散熱器。電子組件由散熱器散熱。控制器在待機模式時可週期性地偵測電子組件的電力數據和溫度，且控制器更用以根據偵測電子組件所得的電力數據和溫度調整供應給散熱器的電力。
在某些實施方式中，電子組件為開放運算計畫3.0電路卡。控制器為管理控制器(例如：基板管理控制器(BMC；Baseboard Management Controller)、電源管理控制器(PMC；Power Management Controller)或機箱管理控制器(CMC；Chassis Management Controller))。散熱器可以基於脈衝寬度調變訊號的工作週期調整電力。電子裝置更可包含第二個散熱器。控制器用以根據耦接到電源供應器的散熱器之運轉效能來調整供應給第二個散熱器的電力。在某些實施方式中，控制器更用以確定電子組件所接收之電力是否超過電子組件的功耗需求。控制器更在待機模式執行每十秒偵測電子組件的電力數據和溫度。在某些實施方式中，當電子組件的溫度超過預設溫度閾值時，控制器更用以提高供應給散熱器之電力。
本發明亦提供一種在待機模式調整散熱器操作以冷卻電子裝置的方法。電子裝置包含電源供應器、耦接電 源供應器的散熱器以及處於待機模式的電子組件。該方法包含：將系統散熱資訊儲存在記憶體裝置中；週期性地偵測電子組件的電力數據和溫度；以及根據電子組件偵測所得的電力數據、偵測所得的溫度及系統散熱資訊調整供應給散熱器的電力。系統散熱資訊包含電子組件的需求、系統的需求和/或散熱器的散熱能力。
以上所述僅係用以闡述本發明所欲解決的問題、解決問題的技術手段、及其產生的功效等等，本發明之具體細節將在下文的實施方式及相關圖式中詳細介紹。本發明的特徵和優點可以通過在請求項中特別指出的方法和組合來實現和獲得。
100:伺服器
110,310:電源供應器
112,312:散熱器
114,214:主機板
120,220:處理器
126:硬碟
128:固態硬碟
130,330:快速週邊組件互連電路卡
132,332:開放運算計畫3.0電路卡
136,236:雙列直插式記憶體裝置
140,340:基板管理控制器
142,342:機箱管理控制器
250:快速週邊組件互連電路卡插軌
252:開放運算計畫電路卡插軌
300:方法
400:方法
401:步驟
402:步驟
403:步驟
404:步驟
405:步驟
406:步驟
407:步驟
408:步驟
409:步驟
為描述獲得本發明上述或其它的優點和特徵，將通過參考其具體實施方式對上述簡要描述的原理進行更具體的闡釋，而具體實施方式被展現在附圖中。這些附圖僅例示性地描述本發明，因此不被認為是對範圍的限制。通過附圖，將清楚解釋本發明的原理，且附加的特徵和細節將被完整描述，其中：
第1圖為繪示根據本發明一具體實施方式所例示之網路設備(例如：伺服器)的電子組件的俯視圖；
第2圖為繪示根據本發明一具體實施方式所例示具有不同散熱需求之伺服器中電子組件的俯視圖；
第3圖為繪示根據本發明一具體實施方式關於在待機模式 冷卻開放運算計畫3.0電路卡的方法示意圖；以及
第4圖為繪示根據本發明一具體實施方式關於在待機模式冷卻開放運算計畫3.0電路卡的流程圖。
本發明參照附圖圖式來說明，其中在所有附圖中使用相同的參考數字以指明相似或同等的元件。附圖並未以實際大小繪示，而僅提供用以說明本發明。下面參照用於說明的實例應用描述了本發明的數個面向。應可理解的是，列舉的許多具體細節、關係以及方法為用以提供對本發明的全面理解。然而，所屬領域中具有通常知識者可輕易地辨別本發明可不以一或多個具體細節或以其他方法來實施。在其他例子中，習知的結構或操作並未詳細繪示以避免混淆本發明。本發明並非受限於所示的動作或事件的順序，因為一些動作可以不同順序發生及/或和其他動作或事件同時發生。此外，並非要求所有所示的動作或事件皆用以執行根據本發明的方法。
第1圖為繪示根據本發明一具體實施方式所例示之網路設備(例如：伺服器100)的電子組件的俯視圖。伺服器100包含電源供應器110和散熱器112。電源供應器110提供電源給伺服器100中的不同電子組件。伺服器100包含安裝於主機板114上的數個電子組件，而供電時電子組件會發熱。其中，每一個電子組件需滿足不同的散熱需求以維持運轉。於本實施方式中，電子組件可以包含 處理器120，其他的電子組件也可以包含硬碟126(HHD；Hard Disk Drive)和固態硬碟128(SSD；Solid State Disk Drive)。
伺服器100包含設備插槽以容納額外的積體電路及插軌供電路板插入。各插入組件也會發熱並需要散熱以維持運轉。於本實施方式中，其他插入組件可包含插入對應插軌之一系列的快速週邊組件互連電路卡130(PCIe；Peripheral Component Interconnect Express)和一系列的開放運算計畫3.0電路卡132。可將類似於場域可程式閘陣列(FPGA；Field Programmable Gate Array)或網路卡的選裝設備插入其他設備插槽。一系列的雙列直插式記憶體裝置136(DIMM；Dual In-line Memory Module)容納於靠近處理器120的設備插槽。伺服器100可以在三種不同的模式運轉：待機模式、於本發明揭露的降溫模式以及全功率模式。舉例來說，如果伺服器100未處於全功率模式，伺服器100可以在其他模式運轉(例如：待機模式或降溫模式)。在本發明的一些具體實施方式中，伺服器100在待機模式接收12伏特的電力。降溫模式則將電力(例如：12伏特)導向散熱器。在全功率模式中，伺服器中的所有系統都全功率運行。
伺服器100還包括基板管理控制器140，基板管理控制器140配置以偵測電力數據和其他對於伺服器100中電子組件的支援。伺服器100更包含機箱管理控制器142以控制電源供應器110及散熱器112的輸出。可以有 許多類型相同的電子組件。舉例來說，伺服器100的主機板114可包含額外的插槽或插軌以容納額外的電子組件(例如：處理器、板卡或記憶體裝置等)。實際安裝於伺服器100中電子組件的裝配方式不同，也會導致散熱需求不同。
第2圖為繪示根據本發明一具體實施方式中具有不同散熱需求伺服器之電子組件的俯視圖。主機板214類似於第1圖中的主機板114，其可用於第1圖中的伺服器100。如第2圖所示，伺服器包含數個安裝於主機板214的電子組件。電子組件於通電時會發熱，且各電子組件分別有不同的散熱需求以維持運轉。於本實施方式中，電子組件包含處理器220，而一系列的雙列直插式記憶體裝置236設置於鄰近處理器220的插槽。主機板214還包含開式放的快速週邊組件互連電路卡插軌250和開放運算計畫電路卡插軌252，以支應伺服器的散熱需求因其他電子組件增加而改變。如下所述，在本實施方式中，基板管理控制器240和機箱管理控制器(例如：第1圖的機箱管理控制器142)可調整供應給散熱器(例如：第1圖的散熱器112)的電力以增強散熱效果，而能在待機模式下適用於各種散熱等級。可以理解的是，散熱器112可以是任何一種類型的散熱器(例如：風扇或液體冷卻裝置)。基於以上原則，可以瞭解任何一種適合的控制器搭載適當的軟體或韌體都可用來控制散熱器。
針對不同產品規格的電子組件(例如：處理器、記 憶體裝置和板卡)都有相對應的散熱要求。在本實施方式中，可利用不同的技術在待機模式調整供應給散熱裝置的電力強度進而有效地對開放運算計畫3.0電路卡(例如：第1圖中的開放運算計畫3.0電路卡132)降溫。利用軟體或韌體輔助降溫機制，可以為開放運算計畫3.0電路卡確定散熱器轉速，散熱器轉速用於控制散熱器的功率，因此有助於節省能源並避免散熱器過度運轉以減低聲音振動與傳遞。舉例而言，風扇(例如：第1圖中的散熱器112)被分組設置於兩個風扇區域中，從而達到更具有目標性的降溫效果及相關的功率設定。因此，第一風扇區中的兩個風扇可以用相同的風扇轉速來轉動，而第二風扇區中的兩個風扇則可以用另一個不同的風扇轉速來轉動。當然，針對不同的配置，也可依需求分別控制各風扇轉動的風扇轉速。
一般而言，執行以下操作的控制器之作業記憶體包含支援組件列表，其中支援組件列表是基於電子裝置中電子組件的熱限制(Thermal Limitation)所組成。由於高耗能和嚴格的散熱需求，某些組件很難降溫。相反地，某些電子組件由於低耗能和較低的散熱需求，因此較易於降溫。結果就是，每種電子組件(包含：開放運算計畫3.0電路卡)都具有特定的散熱需求而導致熱限制。
第3圖為繪示根據本發明一實施方式關於在待機模式散熱開放運算計畫3.0電路卡的方法300之示意圖。經由軟體或韌體的設置，可以有很多種散熱方法。第3圖所示為其中一種在待機模式冷卻開放運算計畫3.0電路卡 332(例如：第1圖中之開放運算計畫3.0電路卡132)和快速週邊組件互連電路卡330(例如：第1圖中之快速週邊組件互連電路卡130)的方法。可以用伺服器(例如：第1圖中之伺服器100)來執行方法300。
如第3圖所示，待機模式(或稱輔助模式(auxiliary mode))中服務器處於接收交流電(AC on)和接收直流電(DC on)之間的狀態。待機模式也可以視為完全關閉電源(DC off)的狀態。在待機模式時，散熱器312通常被斷電。在某些實施方式中，當伺服器處於待機狀態，開放運算計畫3.0電路卡332仍接收待機電力。一般而言，待機電力是指電子組件關閉(但設計上會消耗一些電力)時或處於待機模式時消耗的電力。
當伺服器處於待機模式，基板管理控制器340用以確定開放運算計畫3.0電路卡332是否接收電力。當基板管理控制器340確定開放運算計畫3.0電路卡332接收電力時，基板管理控制器340進一步確定開放運算計畫3.0電路卡332的特定耗能需求。當開放運算計畫3.0電路卡332所接收的電力小於其特定耗能需求，散熱器312保持關閉。相反地，當開放運算計畫3.0電路卡332所接收的電力大於其特定耗能需求，基板管理控制器340用以控制機箱管理控制器342以啟動電源供應器310進入如本發明所述之降溫模式。基板管理控制器340用以週期性地偵測開放運算計畫3.0電路卡332的電力資訊和溫度。在某些實施方式中，基板管理控制器340每隔10秒偵測開 放運算計畫3.0電路卡332的電力資訊和溫度。在某些實施方式中，當開放運算計畫3.0電路卡332的溫度達到預設閾值，基板管理控制器340用以控制機箱管理控制器342以啟動電源供應器310而進入本發明所述之降溫模式。基板管理控制器340能以每隔1秒至每隔60秒之間的週期來週期性地進行偵測，且該週期也可以較短。也可用比60秒長的週期來進行偵測(例如：在待機模式時，基板管理控制器340每隔數分鐘或每隔數小時進行一次偵測)。在某些實施方式中，當系統處於待機模式時，基板管理控制器340可以用第一週期進行偵測，但是當處於降溫模式時，基板管理控制器340可以用第二週期(例如：比第一週期更長或更短的週期)進行偵測。在某些實施方式中，基板管理控制器340的偵測週期取決於電路卡(例如：開放運算計畫3.0電路卡332)的溫度和/或相關電路卡(例如：開放運算計畫3.0電路卡332)的電力數據。
在降溫模式中，基板管理控制器340用以控制電源供應器310以供應散熱器312電力進而冷卻開放運算計畫3.0電路卡332。在降溫模式中，系統使用的電力可高於待機模式，但降溫模式使用的電力低於全功率模式。基板管理控制器340用以根據散熱器312的運轉效能及偵測開放運算計畫3.0電路卡332所得的溫度來調整散熱器312的降溫能力(例如：調整散熱器312的脈衝寬度調變)。舉例而言，當第一個散熱器312故障時，在同一個散熱裝置區域中的第二個散熱器312增加運轉速度以補償第一個 散熱器312的故障。
第4圖為繪示根據本發明一實施方式關於在待機模式中冷卻開放運算計畫3.0電路卡(例如：第1圖中的開放運算計畫3.0電路卡132)的方法400之流程圖。方法400可適用於伺服器(例如：第1圖中的伺服器100)。可以利用記憶體(例如：基板管理控制器的內部記憶體)儲存相關的散熱器資訊。首先，在步驟401及步驟402確定基板管理控制器的狀態。亦即先在步驟401查詢有關基板管理控制器是否故障。接著在步驟402查詢基板管理控制器是否可以啟動。如果基板管理控制器故障，方法400則結束。如果基板管理控制器不能啟動，方法400返回到步驟401，並再一次查詢基板管理控制器是否故障。此外，如果基板管理控制器可以在步驟402啟動，方法400持續執行步驟403。
在步驟403中，基板管理控制器蒐集開放運算計畫3.0電路卡的電力資訊和溫度。可得而知，基板管理控制器被設置為蒐集伺服器的配置需求，特別是主機板上所有電子組件的功耗需求。在步驟404，基板管理控制器進一步確定散熱器處於待機模式時是否從電源供應器接收電力。
如果確定散熱器在待機模式時沒有接收電源供應器提供的電力，進行至步驟405。在步驟405中，基板管理控制器控制機箱管理控制器以啟動電源供應器。機箱管理控制器控制電源供應器以供應電力至散熱器，進而冷卻 開放運算計畫3.0電路卡。
在步驟406，基板管理控制器偵測開放運算計畫3.0電路卡的電力數據和溫度以調整散熱器的運轉速度。在步驟407中，基板管理控制器更偵測散熱器以識別故障。在步驟408，進一步確定是否有任何一個散熱器故障。當散熱器故障時，再進行至步驟409，其中基板管理控制器輸出脈衝寬度調變訊號至散熱器。在本實施方式中，第二個散熱器的運轉速度上升，進而補償散熱器故障所損失的散熱能力。
與傳統解決方式相比，基於開放運算計畫3.0電路卡的運轉狀態來控制散熱器運轉之優點在於能節省電力及增強裝置運轉性能。
第3圖和第4圖中的方法300及方法400繪示為基板管理控制器和機箱管理控制器設定散熱器功率強度所例示之機器可讀取指令(Machine Readable Instruction)。在這些實施方式中，機器可讀取指令包含用於以下裝置執行的演算法：(a)處理器；(b)控制器；和/或(c)一個或多個適合的處理設備。演算法可以利用儲存在有形介質的軟體所實施(例如：快閃記憶體、唯讀光碟(CD-ROM)、軟碟、硬碟、數位影像(多功能)光碟(DVD)或其他記憶體裝置)。然而，本領域普通技術人員可以了解演算法整體和/或其部分可選擇性地由處理器以外的設備實施，或以眾所周知的方式執行於韌體或專用硬體(例如：可以執行於特定應用積體電路(ASIC；Application Specific Integrated Circuit)；可程式化邏輯裝置(PLD；Programmable Logic Device)；場域可程式化邏輯裝置(FPLD；Field Programmable Logic Device)；場域可程式化閘陣列(FPGA；Field Programmable Gate Array)；離散邏輯(Discrete Logic)裝置等。舉例來說，全部或部分介面的電子組件可以經由軟體、硬體和/或韌體所實施。此外，由第3圖和第4圖所示的方法300和方法400中一些或全部機器可讀取指令可改以手動執行。進一步而言，儘管第3圖和第4圖的方法300和方法400所示為演算法。參照第3圖和第4圖，本領域普通技術人員可輕易理解並以其他方法替代圖中所例示之機器可讀取指令。例如，可以改變步驟的執行順序，也可以改變、消除或組合所述的某些步驟。
雖然本發明的不同實施例已在上述描述，應可理解的是不同實施例僅作為實例來呈現，而不作為限定。在不脫離本發明的精神和範圍下，可根據本文的揭露對本揭露的實施例做許多更動。因此，本發明的廣度和範圍不應受上述描述的實施例所限制。相反地，應根據以下的申請專利範圍及其同等來定義本發明的範圍。
雖然一或多個具體實施例已用於繪示與描述本發明，所屬技術領域中具有通常知識者在閱讀及理解本說明書和附圖時將可想到同等改變與修飾。此外，相對若干實施變化，本發明的特定特徵可能僅揭露一種形態，但這樣的特定特徵可與其他一或多個其他特徵結合，並對於任何 給定或特定應用帶來有利效果。
本文使用的術語僅用於描述特定實施例的目的，而不意欲限定本發明。如本文所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否則單數形式的「一」、「一個」以及「該」也意欲包含複數形式。此外，在實施方式及/或申請專利範圍中使用的術語，例如「包括」、「具有」或其變化而言，這些術語意欲包括在類似於術語「包含」的方式。
除非另外定義，否則本中所有使用的術語(包含科技或科學術語)具有本發明所屬技術領域中具有通常知識者通常理解的相同意義。進一步理解，除非在本文中已明確定義，否則這樣的術語，如同定義在一般使用詞典內的術語，應該被解釋為具有與其在相關技術領域的上下文中意思一樣的涵義，而不會被解釋為理想化或過於正式。
100:伺服器
110:電源供應器
112:散熱器
114:主機板
120:處理器
126:硬碟
128:固態硬碟
130:快速週邊組件互連電路卡
132:開放運算計畫3.0電路卡
136:雙列直插式記憶體裝置
140:基板管理控制器
142:機箱管理控制器

Claims (10)

  1. 一種電子裝置，包括：
    一電源供應器；
    一散熱器，耦接該電源供應器；
    至少一電子組件，經由該散熱器散熱；以及
    一控制器，耦接該散熱器並用以執行：
    當該至少一電子組件未處於全功率模式運轉時，週期性地偵測該至少一電子組件的電力數據和溫度；以及
    根據該至少一電子組件偵測所得的電力數據和偵測所得的溫度，調整供應給該散熱器的電力。
  2. 如請求項1所述之電子裝置，其中該控制器更用以接收該至少一電子組件發出的一散熱需求資訊，並進一步基於該散熱需求資訊調整供應給該散熱器的電力。
  3. 如請求項1所述之電子裝置，更包含另一散熱器，其中該控制器進一步根據耦接該控制器的該散熱器之運轉效能調整供應給該另一散熱器的電力。
  4. 如請求項3所述之電子裝置，其中該散熱器之運轉效能是基於該至少一電子組件之溫度所決定。
  5. 如請求項3所述之電子裝置，其中該散熱器的運轉效能是基於該至少一電子組件的散熱需求和氣流資 訊所決定。
  6. 如請求項3所述之電子裝置，其中該控制器更用以偵測該散熱器的故障，並根據所偵測該散熱器的故障調整供應給該另一散熱器之電力。
  7. 如請求項1所述之電子裝置，其中該控制器更用以根據該至少一電子組件所接收之電力確定是否超過該至少一電子組件的一功耗需求，並根據該至少一電子組件所接收之電力超過該功耗需求之資訊調整供應給該散熱器之電力。
  8. 一種散熱器操作方法，其用以冷卻一電子裝置，該電子裝置包括一電源供應器、耦接該電源供應器的一散熱器以及至少一電子組件，該方法包括：
    將系統散熱資訊儲存在一記憶體裝置中；
    週期性地偵測該至少一電子組件的電力數據和溫度；以及
    根據該至少一電子組件偵測所得的電力數據、偵測所得的溫度及系統散熱資訊調整供應給該散熱器的電力。
  9. 如請求項8所述之方法，更包含：
    該控制器更接收該至少一電子組件發出的一散熱需求資 訊，並進一步基於該散熱需求資訊調整供應給該散熱器的電力。
  10. 如請求項8所述之方法，更包含：
    偵測該散熱器的故障；以及
    根據所偵測該散熱器的故障調整供應給另一散熱器之電力。
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