TWI679439B - 電源管理系統及電源管理方法 - Google Patents

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駱易辰
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許志遠
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姜威宇
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亓恆毅
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Abstract

一種電源管理系統及電源管理方法。電源管理系統包括主機管理器以及至少一伺服器。伺服器與主機管理器通訊。伺服器包括至少一處理器、至少一穩壓器以及穩壓控制器。穩壓器提供實際功率至對應的處理器。穩壓控制器調整穩壓器所提供的實際功率。主機管理器控制伺服器中的穩壓控制器，並利用穩壓控制器調整穩壓器所提供的實際功率來管理處理器的電源。

Description

電源管理系統及電源管理方法
本發明是有關於一種電子裝置的電源管理技術，且特別是有關於一種利用穩壓控制器調整實際功率來管理處理器電源的電源管理系統及電源管理方法。
電源管理對於具備處理器(如，中央處理器、圖像處理器等)的電子裝置(例如，個人電腦、筆記型電腦、伺服器等)是相當重要的功能，尤其是對於具備眾多伺服器的資料中心來說，電源管理所能節省的經費更為可觀。各種處理器在設計時皆有定義其自身的熱設計功率(Thermal Design Power；TDP)以及工作頻率的上限閥值。以中央處理器為例，為了進行自動化電源管理，中央處理器在電子裝置運作時可依據自身的工作負荷而利用動態電壓調整(dynamic voltage scaling；DVS)來調整中央處理器的工作頻率及工作電壓，從而降低功耗。
目前的電源管理通常僅能在中央處理器的工作負荷較低時透過降低工作頻率和/或功率來降低電源消耗。當中央處理器的 工作負荷較高時，由於中央處理器具備功率上限及工作頻率上限的緣故，因此僅能使中央處理器依據這些上限進行全速運轉，而無其他的電源管理途徑來解決工作負荷較高的問題。換句話說，在部份情況中，有可能需要讓伺服器在短時間內提高其工作負荷，但並非常態的情形下，目前的解決方式僅能額外增購伺服器來平均工作負載，而不能以現有的伺服器短暫地提升其效率的上限的方式來解決。
本發明提供一種電源管理系統及電源管理方法，可同時對多台運行中的伺服器設定與調整其內部的處理器實際功率，以即時性地對伺服器的整體功耗進行提升或限制。
本發明的電源管理系統包括主機管理器以及伺服器。伺服器與所述主機管理器通訊。伺服器包括處理器、穩壓器以及穩壓控制器。所述穩壓器耦接至對應的所述處理器以提供實際功率至對應的所述處理器。穩壓控制器耦接至所述穩壓器，其用以調整所述穩壓器所提供的所述實際功率。主機管理器控制所述伺服器中的所述穩壓控制器，並利用所述穩壓控制器調整所述穩壓器所提供的所述實際功率來管理所述處理器的電源。
本發明的電源管理方法適用於主機管理器。主機管理器位於包括伺服器的電源管理系統中。所述電源管理方法包括下列步驟：量測所述伺服器中的多個參數，以監控所述伺服器，其中 所述伺服器包括處理器、穩壓器以及穩壓控制器；以及，控制所述穩壓控制器，並利用所述穩壓控制器調整所述穩壓器所提供的實際功率來管理所述處理器的電源。
基於上述，本發明實施例的電源管理系統中的主機管理器利用各個伺服器中的穩壓控制器來調整各處理器的實際功率，從而管理處理器的電源，讓處理器的功率可以適度地超出自身的熱設計功率的上限或是降低處理器的功率已降低整體功耗。例如，可利用穩壓控制器的過電回報方式降低處理器的實際功率，或利用穩壓控制器的低電回報方式適度地提升處理器的實際功率。藉此，電源管理系統中的主機管理器可同時對多台運行中的伺服器設定與調整其內部的處理器實際功率，以即時性地對伺服器的整體功耗進行提升或限制。此外，經設定且正在運行中的伺服器不需要透過重開機等電力循環便可達到本實施例的電源管理，可節省處理時間。
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。
100‧‧‧電源管理系統
110‧‧‧主機管理器
120-1、120-2‧‧‧伺服器
130-1、132-1、130-2、132-2‧‧‧處理器
130-1、132-1、130-2、132-2‧‧‧穩壓器
150-1、150-2‧‧‧穩壓控制器
160-1、160-2‧‧‧基板管理控制器
170-1、170-2‧‧‧感測器
S210~S250‧‧‧步驟
310、320、330、410、420、430、440‧‧‧線
圖1是依照本發明一實施例的一種電源管理系統的方塊圖。
圖2是依照本發明一實施例的一種電源管理方法的流程圖。
圖3與圖4分別是圖1中伺服器120-1為效能提升模式且圖 1中伺服器120-2為功率節約模式時的總功率/工作頻率的示意圖。
圖1是依照本發明一實施例的一種電源管理系統100的方塊圖。電源管理系統100包括主機管理器110以及至少一個伺服器(在此以伺服器120-1與120-2作為舉例)。本實施例的電源管理系統100可適用於具備大量伺服器的資料中心。主機管理器110可以是用來管理這些伺服器的特定主機伺服器，或是這些伺服器中的其中之一。
在此說明伺服器120-1的內部結構。伺服器120-1主要包括至少一個處理器(如，處理器130-1與132-1)、與每個處理器相對應的穩壓器(如，穩壓器140-1、142-1)以及穩壓控制器150-1。本實施例中的處理器是以中央處理器(CPU)作為舉例，應用本實施例者可依其需求來調整處理器的類型，例如，可用圖形處理器(GPU)或其他類型的微處理器來作為本發明實施例所述的處理器。穩壓器140-1與142-1分別耦接至對應的處理器130-1與132-1。穩壓器140-1與142-1分別提供實際功率至對應的處理器140-1與142-1。穩壓控制器150-1耦接至各個穩壓器(如，位於伺服器120-1中的穩壓器14-10與142-1)，其用以調整穩壓器140-1、142-1所提供至各個處理器130-1、132-1的實際功率。
伺服器120-1還包括基板管理控制器160-1。伺服器120-1中的基板管理控制器160-1可透過網路或其他方式以與主機管理 器110通訊。伺服器120-1還包括多種類型的感測器170-1，其耦接至基板管理控制器160-1。感測器170用來量測伺服器120-1中的多個參數(如，各個處理器的溫度、功耗、工作電壓及工作電流...等)。基板管理控制器160-1將感測器170-1量測的參數傳輸至主機管理器110，以使主機管理器110監控伺服器120-1。
伺服器120-2具備與伺服器120-1相似的內部結構。亦即，伺服器120-2包括處理器130-2、132-2、穩壓器140-2、142-2、穩壓控制器150-2、基板管理控制器160-2以及感測器170-2。
本發明實施例並不限制在單個伺服器中的處理器、與其對應的穩壓器以及穩壓控制器的數量。例如，應用本實施例者可依其需求在伺服器中僅具備單個處理器及對應的單個穩壓器，也可在伺服器中設置2個、4個甚至16個處理器及對應數量的穩壓器。穩壓控制器的數量也將會因為其可同時控制的穩壓器的數量而會相應地調整。
一般來說，位於伺服器120-1中的穩壓控制器150-1是為了要讓每個處理器130-1、132-1獲得在適當的功率，此功率的數值盡量不超出每個處理器130-1、132-1出廠時所設定的額定功率上限(亦即，熱設計功率(TDP))。在此假設處理器130-1、132-1的額定功率上限為100W。然而，由於穩壓器140-1、142-1的用料、供電負載...等情況，可能導致穩壓器140-1、142-1輸出已超過100W的功率(如，105W)給處理器130-1、132-1。此時，穩壓控制器150-1便需要調整穩壓器140-1、142-1的輸出並使其降 低為100W以滿足處理器130-1、132-1的需求。處理器130-1、132-1則依據自身的工作負荷來自行調整工作頻率跟功耗，從而進行自身的電源管理，但處理器130-1、132-1無法提高自身的功耗上限。
從上述可知，穩壓控制器150-1事實上可適度地調升或調降穩壓器140-1、142-1的輸出功率，也就是說，每個處理器所獲得的實際功耗可以不等於處理器在出廠時設定的額定功耗。因此，本發明實施例便利用『穩壓控制器150-1可調整穩壓器140-1、142-1的輸出功率』來作為電源管理系統100進行各個處理器(如，處理器130-1、132-1、130-2、132-2)的電源管理。如此一來，雖然各個處理器具備自身的額定功率上限，但本實施例可適度地調升各個處理器的實際功率以大於其額定功率上限，從而使其暫時地獲得較高的工作效率，以應付暫時性需要讓伺服器獲得較高工作負荷的情形，以高耗電方式來降低伺服器過載的可能性(如，遊戲廠商在遊戲剛啟動時將會湧入大量人潮，或是在特定期間將會預期性地有大量使用者湧入；在開放熱門的票據進行網路訂購時，將預期伺服器的工作負荷將增加...等)。
本實施例中，實際功率的最大值是可以是各處理器的所述額定功率上限的105%；換句話說，本實施例可將額定功率上限再提升5%以適度地調整各處理器的實際功率，並在控制條件中設置回復時間已將處理器的實際功率調回原有的額定功率上限，以避免處理器因實際功率過高且運作時間過長而損毀。相對地，本實施例並無限制將各處理器的實際功率向下調整的範圍，因為當 處理器的實際功率低於額定功率上限時，處理器較少有損毀的情況發生。
另一方面，本實施例亦可調降各個處理器的實際功率以小於其額定功率上限，從而降低電力消耗(如，在高電費時段限制伺服器的功耗；在主電源臨時斷電或短期缺電而採用備用電源作為供電來源時，臨時性地限制伺服器的功耗，以延長備用電源...等)。
因此，本實施例的主機管理器110可依據使用者設定的多個控制條件來判斷是否需要將伺服器設定為效能提升模式(亦即，增加處理器的實際功率至大於額定功率上限)或是功率節約模式(亦即，降低處理器的實際功率至小於額定功率上限)。本實施例中的控制條件以及與這些控制條件相對應的伺服器變化可以是由使用者或管理者直接依據其需求進行設定。如此一來，在特殊情況發生時(如，判斷控制條件已發生或觸發)，能讓管理者直接使用與已發生或觸發的此控制條件相對應、由管理者預定義的伺服器變化控制資訊來調整伺服器120-1、120-2。詳細來說，管理者可對主機管理器110設定多個控制條件(如，條件1、條件2及條件3)以及當這些條件發生時想要進行的預定義的伺服器變化控制資訊(變化1、變化2及變化3)。當條件1至條件3其中之一發生時，主機管理器110會在發生的條件(如，條件1)發生時通知管理者，讓管理者有能力及權力從預定義的伺服器變化控制資訊(如，變化1、變化2及變化3)選擇其中之一來讓伺服器 120-1、120-2進行相應的變化。主機管理器110亦可直接在條件1、條件2及條件3的其中之一發生時，立即性地選擇相對應的變化1、變化2及變化3來控制伺服器120-1、120-2。另一方面，主機管理器110亦可依據由基板管理控制器160-1、160-2所傳輸的、對應的伺服器120-1、120-2的參數來得知各個伺服器120-1、120-2的情況(如，工作負載、供電情形...等)，從而判斷是否將伺服器設定為效能提升模式或是功率節約模式，以讓主機管理器110對伺服器120-1、120-2進行自動化電源管理。
例如，使用者可在主機管理器110中預先設定多個第一控制條件，當主機管理器110判斷這些第一控制條件的其中之一發生或觸發時，便將伺服器120-1、120-2設定為效能提升模式。使用者亦可在主機管理器110中預先設定多個第二控制條件，當主機管理器110判斷這些第二控制條件的其中之一發生或觸發時，便將伺服器120-1、120-2設定為功率節約模式。甚至，當主機管理器110判斷已觸發的第一控制條件或已觸發的第二控制條件已完成或已消除時，主機管理器110還可控制穩壓控制器160-1、160-2以讓各個穩壓器140-1、142-1、140-2、142-2提供額定功率至各個處理130-1、132-1、130-2、132-2。此外，經設定且正在運行中的伺服器120-1、120-2不需要透過重開機等電力循環(power cycle)便可達到本實施例的電源管理，可節省處理時間。
圖2是依照本發明一實施例的一種電源管理方法的流程 圖。此電源管理方法適用於圖1的主機管理器110，且主機管理器110位於包括伺服器120-1、120-2的電源管理系統100中。請同時參照圖1及圖2，於步驟S210中，主機管理器110利用各伺服器120-1、120-2上的感測器170-1、170-2量測伺服器120-1、120-2中的多個參數，以監控伺服器120-1、120-2。
於步驟S220中，主機管理器110判斷多個第一控制條件以及多個第二控制條件是否發生或觸發。如上述描述可知，使用者或維護人員可在主機管理器110預先設定多個第一控制條件與多個第二控制條件。
當多個第一控制條件以及多個第二控制條件的其中之一已發生或觸發時，便從步驟S220進入步驟S230，主機管理器110控制120-1、120-2伺服器中對應的穩壓控制器150-1、150-2，並利用穩壓控制器150-1、150-2調整穩壓器140-1、142-1、140-2、142-2所提供的實際功率來管理處理器130-1、132-1、130-2、132-2的電源。詳細來說，主機管理器110依據控制條件的類型(第一控制條線或第二控制條件)得知伺服器是效能提升模式或功率節約模式，並將相對應模式的控制指令分別傳輸給基板管理控制器160-1、160-2。基板管理控制器160-1、160-2便依據所述控制指令以分別調整穩壓器140-1、142-1、140-2、142-2所提供的實際功率。
步驟S230可拆分成多個細部步驟S232、S234以及S236，在此逐一說明。於步驟S232中，主機管理器110利用預先設定的 多個第一控制條件與多個第二控制條件以判斷伺服器120-1、120-2是否為效能提升模式或是功率節約模式。在此假設伺服器120-1經判斷為效能提升模式，而伺服器120-1經判斷為功率節約模式。
當主機管理器110判斷伺服器120-1為效能提升模式時，從步驟S232進入步驟S234，主機管理器110控制穩壓控制器160-1以使其利用低電回報(under reporting)方式以讓穩壓器140-1、142-1提供高於對應的處理器130-1、132-1的額定功率上限(如，120W)的實際功率(如，135W)至處理器130-1、132-1。藉此，處理器130-1、132-1的工作頻率能高於原有的預設效能。雖然提供高於額定功率上限的實際功率給處理器130-1、132-1將導致電源功耗的提升，但也同時讓處理器130-1、132-1具備更高的效能，在特定情況下將不需另外增添備援的伺服器。
另一方面，當主機管理器110判斷伺服器120-1為功率節約模式時，從步驟S232進入步驟S236，主機管理器110控制穩壓控制器160-2以使其利用過電回報(power-over reporting)以讓穩壓器140-2、142-2提供低於對應的處理器130-2、132-2的額定功率上限(如，120W)的實際功率(如，110W)至處理器130-2、132-2。藉此，便可達到節省功耗的效果。換句話說，主機管理器110藉由穩壓控制器160-2直接地降低伺服器120-2的處理器130-2、132-2的實際功率，從而讓伺服器120-2的整體功耗直接地向下調整。
於步驟S240中，在伺服器120-1、120-2為效能提升模式 或功率節約模式時，主機管理器110判斷已觸發的第一控制條件或已觸發的第二控制條件是否已完成或已消除。當已觸發的第一控制條件或已觸發的第二控制條件並未完成或消除時，主機管理器110將會持續地將伺服器120-1、120-2維持在效能提升模式或功率節約模式中，並持續地以步驟S240進行判斷。相對地，當已觸發的第一控制條件或已觸發的第二控制條件已完成或已消除時，便從步驟S240進入步驟S250，主機管理器110控制穩壓控制器160-1、160-2以讓對應的穩壓器140-1、142-1、140-2、142-2分別提供額定功率上限(即，120W)至處理器130-1、132-1、130-2、132-2。
圖3與圖4分別是伺服器120-1為效能提升模式且伺服器120-2為功率節約模式時的總功率及工作頻率的示意圖。圖3的橫軸表示時間，圖3的縱軸表示功率。如圖3所示，線310表示伺服器120-1中的處理器130-1自我量測到的功耗，線310亦表示伺服器120-2中的處理器130-2自我量測到的功耗，可從圖3得知線310皆為125W。在此從伺服器120-1與伺服器120-2的外部進行總功率的量測，從而得知線320為效能提升模式下伺服器120-1的總功耗，且線330為功率節約模式下伺服器120-2的總功耗。從圖3可輕易看出，效能提升模式下伺服器120-1的總功耗皆大於功率節約模式下伺服器120-2的總功耗。
圖4的橫軸表示時間，圖4的縱軸表示處理器的工作頻率。如圖4所示，線410表示效能提升模式下伺服器120-1的處 理器130-1的工作頻率；線420表示效能提升模式下伺服器120-1的處理器132-1的工作頻率；線430表示功率節約模式下伺服器120-2的處理器130-2的工作頻率；線440表示功率節約模式下伺服器120-2的處理器132-2的工作頻率。從圖3與圖4中可看出，伺服器120-1的處理器130-1與132-1雖然具備較高功耗，但亦具備較高工作頻率以可承載較高的工作負荷；伺服器120-2的處理器130-2與132-2具備較低功耗，亦具備較低的工作頻率以省電。
綜上所述，本發明實施例的電源管理系統中的主機管理器利用各個伺服器中的穩壓控制器來調整各處理器的實際功率，從而管理處理器的電源，讓處理器的功率可以適度地超出自身的熱設計功率的上限或是降低處理器的功率已降低整體功耗。例如，可利用穩壓控制器的過電回報方式降低處理器的實際功率，或利用穩壓控制器的低電回報方式適度地提升處理器的實際功率。藉此，電源管理系統中的主機管理器可同時對多台運行中的伺服器設定與調整其內部的處理器實際功率，以即時性地對伺服器的整體功耗進行提升或限制。此外，經設定且正在運行中的伺服器不需要透過重開機等電力循環便可達到本實施例的電源管理，可節省處理時間。
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，當可作些許的更動與潤飾，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。

Claims (11)

  1. 一種電源管理系統，包括： 主機管理器；以及 伺服器，與所述主機管理器通訊， 其中所述伺服器包括： 處理器； 穩壓器，耦接至對應的所述處理器以提供實際功率至對應的所述處理器；以及 穩壓控制器，耦接至所述穩壓器，用以調整所述穩壓器所提供的所述實際功率， 其中，所述主機管理器控制所述伺服器中的所述穩壓控制器，並利用所述穩壓控制器調整所述穩壓器所提供的所述實際功率來管理所述處理器的電源。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電源管理系統，其中所述伺服器還包括： 基板管理控制器，透過網路以與所述主機管理器通訊， 其中所述主機管理器傳輸控制指令給所述基板管理控制器，所述基板管理控制器依據所述控制指令調整所述穩壓器所提供的所述實際功率。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的電源管理系統，其中所述伺服器還包括： 多個感測器，耦接至所述基板管理控制器，所述感測器量測所述伺服器中的多個參數， 其中所述基板管理控制器將所述感測器量測的所述參數傳輸至所述主機管理器，以使所述主機管理器監控所述伺服器。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的電源管理系統，其中所述主機管理器預先設定多個第一控制條件以判斷所述伺服器是否為效能提升模式， 在回應所述主機管理器判斷所述伺服器為所述效能提升模式時，所述主機管理器控制所述穩壓控制器以使其利用低電回報（under reporting）方式以讓所述穩壓器提供高於對應的所述處理器的額定功率上限的所述實際功率至所述處理器。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的電源管理系統，其中所述實際功率的最大值是所述處理器的所述額定功率上限的105%。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的電源管理系統，其中所述主機管理器還預先設定多個第二控制條件以判斷所述伺服器是否為功率節約模式， 在回應所述主機管理器判斷所述伺服器為所述功率節約模式時，所述主機管理器控制所述穩壓控制器以使其利用過電回報（power-over reporting）方式以讓所述穩壓器提供低於對應的所述處理器的所述額定功率上限的所述實際功率給至所述處理器。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的電源管理系統，其中在所述伺服器為所述效能提升模式或所述功率節約模式時，所述主機管理器判斷已觸發的所述第一控制條件或已觸發的所述第二控制條件是否已完成或已消除， 在回應所述主機管理器判斷已觸發的所述第一控制條件或已觸發的所述第二控制條件已完成或已消除時，所述主機管理器控制所述穩壓控制器以讓所述穩壓器提供所述額定功率上限至所述處理器。
  8. 一種電源管理方法，適用於主機管理器，所述主機管理器位於包括伺服器的電源管理系統中，所述電源管理方法包括： 量測所述伺服器中的多個參數，以監控所述伺服器，其中所述伺服器包括處理器、穩壓器以及穩壓控制器；以及 控制所述穩壓控制器，並利用所述穩壓控制器調整所述穩壓器所提供的實際功率來管理所述處理器的電源。
  9. 如申請專利範圍第9項所述的電源管理方法，還包括： 預先設定多個第一控制條件以判斷所述伺服器是否為效能提升模式；以及 在回應將所述伺服器判斷為所述效能提升模式時，控制所述穩壓控制器以使其利用低電回報方式讓所述穩壓器提供高於對應的所述處理器的額定功率上限的所述實際功率至所述處理器。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的電源管理方法，還包括： 預先設定多個第二控制條件以判斷所述伺服器是否位於功率節約模式；以及 在回應將所述伺服器判斷為所述功率節約模式時，控制所述穩壓控制器以使其利用過電回報方式讓所述穩壓器提供低於對應的所述處理器的所述額定功率上限的所述實際功率給至所述處理器。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的電源管理方法，還包括： 在所述伺服器為所述效能提升模式或所述功率節約模式時，已觸發的所述第一控制條件或已觸發的所述第二控制條件是否已完成或已消除；以及 在回應所述主機管理器判斷已觸發的所述第一控制條件或已觸發的所述第二控制條件已完成或已消除時，控制所述穩壓控制器以使其讓所述穩壓器提供所述額定功率上限至所述處理器。
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