用于计算系统冷却风扇控制的系统和方法与流程

用于计算系统冷却风扇控制的系统和方法


背景技术：

1.计算系统(比如在数据中心中发现的机架式计算系统)可以包括一个或多个冷却风扇以维持系统部件的热状况。为了操作冷却风扇和实现适当的热调节，可能会消耗大量的电力。风扇速度可以根据动态系统要求和热状况进行调节。
附图说明
2.当结合附图阅读时，从以下详细描述中将最佳地理解本公开，在附图中：
3.图1是现有技术冷却风扇的风扇性能与压力和功率决定因素的关系图；
4.图2是与施加功率上限的风扇性能相比的图1的现有技术冷却风扇的风扇性能与压力和功率决定因素的关系图；
5.图3是根据一个或多个示例的计算设备的框图；
6.图4是根据一个或多个示例的操作冷却风扇的方法的流程图；
7.图5是风扇性能与压力和功率的关系图，其用于比较施加功率上限、不施加功率上限、以及当采用图4的方法时的风扇性能；
8.图6是冷却风扇的功耗的曲线图，其比较了施加功率上限、不施加功率上限、以及当采用图4的方法时的功耗；
9.图7是冷却风扇的功耗的另一曲线图，其比较了施加功率上限、不施加功率上限、以及当采用图4的方法时的功耗；
10.图8是风扇性能与压力和功率的关系图，其比较了施加功率上限、不施加功率上限、以及当采用图4的方法时的风扇性能；
11.图9是图示了根据一个或多个示例的操作冷却风扇的方法的流程图；以及
12.图10是根据一个或多个示例的实施操作网络系统的方法的计算资源的框图。
13.需要强调的是，根据行业中的标准实践，各种特征未按比例绘制。实际上，为了论述或图示清楚，各种特征的尺寸可以任意增大或减小。
具体实施方式
14.公开了以下所要求保护的主题的说明性示例。为了清楚起见，本说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。将理解的是，在任何这样的实际实施方式的开发中，可以做出许多特定于实施方式的决策以实现开发人员的特定目标，比如符合系统相关约束和业务相关约束，这些约束将因实施方式而不同。此外，将理解的是，这种开发工作虽然复杂且耗时，但对于受益于本公开的本领域普通技术人员而言将是常规任务。
15.如本文所使用的，冠词“一”旨在具有其在专利领域中的普通含义，即“一个或多个”。在本文中，术语“约”当被应用于某个值时通常意指在被用于产生所述值的设备的公差范围内，或者在一些示例中，除非另有明确指定，否则意指加或减10％、或者加或减5％、或者加或减1％。进一步地，如本文所用的术语“基本上”意指例如大部分、或几乎全部、或全部、或在约51％至约100％范围内的量。此外，本文中的示例旨在仅是说明性的，以及出于讨
论目的而不是通过限制的方式给出。
16.如本文所使用的，“提供”物品是指拥有和/或控制物品。这可以包括例如由其组成材料形成(或组装)一些或全部物品和/或获得对已经形成的物品的拥有和/或控制。
17.在计算系统中，提供给一个或多个冷却风扇的功率在定义风扇在计算系统的限定压力-气流(或“pq”范围)内的总体性能方面起着一定的作用。风扇功耗可能在较高的工作压力(或“背压”(back pressure))下较高，而在接近自由空气工作时较低。取决于计算系统的配置(包括计算系统外壳的大小以及安装在外壳中的部件的数量和类型)，可能存在较高的工作压力。
18.在本文所公开的示例中，可以通过将风扇功率的上限限制为系统工作范围之外(即，风扇在计算系统中工作时不会遇到的工作范围)的定义阈值来提高计算系统中的风扇性能。在一些示例中，当风扇功率在系统工作范围之外时，可以通过将工作风扇功率与风扇内的定义功率极限进行比较来限制风扇功率的上限，从而允许在工作范围内增加通过计算系统的总气流。
19.图1是现有技术计算系统冷却风扇(未示出)的冷却风扇性能与工作压力和风扇功率的关系图。图1的示例冷却风扇是工作范围为50瓦特的60
×
60
×
38毫米(mm)的风扇。
20.在图1中，左侧y轴100反映第一风扇性能决定因素，即风扇压力，其可以以英寸水柱(“英寸h2o”)为单位衡量，而右侧y轴102反映第二风扇性能决定因素，即风扇功率，其可以以瓦特(w)为单位衡量。图1中的x轴104反映风扇性能，其可以以每分钟立方英尺(“cfm”)的空气移动量来衡量。在工作范围内的风扇性能可能分别受到y轴100和102的压力和功率决定因素的影响。
21.继续参考图1，曲线106是反映冷却风扇的工作的风扇曲线，而曲线108是本示例中冷却风扇的额定功率曲线。图1中的额定功率曲线108反映额定最大功率大约为62w的风扇，因为在该功率下风扇曲线106在反映大约7英寸h2o的点处与左侧(压力)y轴100相交，额定功率曲线108显示风扇消耗的额定功率大约为62w，如在右侧y轴102上所反映的。在另一个极端，在风扇曲线106与x轴104(cfm)相遇的地方，风扇承受最小工作压力(零英寸h2o)，并且输出最大值大约为72cfm。此时，如额定功率曲线108所反映的，风扇消耗的额定功率在其额定范围内最小，在图1的示例中约为35w。
22.在图1中，第一空气阻抗(即，工作压力)曲线110反映图1的示例中的计算系统的最大空气阻抗，并且第二空气阻抗曲线112反映最小空气阻抗。图1中的空气阻抗曲线110和112反映了在计算系统的给定实施方式中根据计算系统的配置(即，外壳的类型、安装在外壳中的部件的类型和数量)对空气流动的阻力。
23.风扇曲线106的工作范围段114(即，在高空气阻抗曲线110与低空气阻抗曲线112之间的段114)反映了计算系统中的风扇的正常工作范围，其范围从配置为展现出最大空气阻抗(曲线110)的计算系统到配置为展现出最小空气阻抗(曲线112)的计算系统。图1显示，工作范围段114仅落在风扇的整体额定工作(额定功率曲线108)的有限部分内。即，在具有由图1中的空气阻抗曲线110和112表示的高和低空气阻抗特性的计算系统内的实施方式上下文中，风扇在工作范围段114之外的点处的工作额定值不受关注。图1还显示，在对应于工作范围段114的工作范围内，风扇(在该示例中额定最大功率为62w)仅消耗大约50瓦特，如对应于工作范围段114的区域中的额定功率曲线108所反映的。
24.然而，图1显示，为了实现与风扇曲线108的工作范围段114相对应的期望风扇性能，如图1所示，需要最大额定功率为62w的风扇，如额定功率曲线108所反映的。在一些示例中，可以对计算系统风扇施加较小的最大功率约束，从而可以利用具有较低额定功率(例如，50w)的风扇。这可能导致在工作范围内实现较低的工作性能。这一点如图2中所示，在该图中，与图1中的要素相同的要素保留相同的附图标记。
25.特别地，参考图2，示出了图1中额定消耗最大功率为62w的现有技术风扇的性能与功率上限限制为50w时该风扇的工作相比较的示例。图2中，示出了上限限制风扇曲线200，其表示风扇的上限限制性能，如由上限限制额定功率曲线202所反映的。如图2中所示，对于上限限制风扇曲线200，在高阻抗曲线110与低阻抗曲线112之间的风扇工作范围段204反映了相对于没有上限限制的额定功率为62w的风扇的工作范围段114的风扇性能降低。
26.图3是图示了根据本发明的一个或多个实施例的计算设备300的某些部件的框图。在一个或多个示例中，计算设备300可以是机架安装式或“刀片”型计算设备，其配置为容纳在外壳或机架(未示出)内，该外壳或机架可以包含多个这样的计算设备。如本文所使用的，术语计算设备将被理解为一般是指各种类型的计算装备，包括但不限于处理设备、存储器设备、硬盘驱动器、交换机、路由器或其任何组合。
27.如图3所示，计算设备300可以包括一个或多个计算设备302，如上所述，该计算设备可以是但不限于一个或多个处理设备、存储器设备、硬盘驱动器、交换机、路由器或其任何组合。在示例中，计算设备300可以进一步包括用于控制和/或协调计算设备300和包含在其中的一个或多个计算设备302的操作的微控制单元(“mcu”)304。mcu 304可以包括处理器306，该处理器可以是但不限于微处理器、微控制器、专用集成电路(“asic”)或专用编程逻辑电路。处理器306可以耦接到存储器308，该存储器用于存储可由处理器306执行以控制处理器306的操作的数据和/或编程指令。在一些示例中，存储器308可以被省略。例如，在处理器306是asic或专用编程逻辑电路的示例中，存储器308可以被省略。
28.mcu 304可以进一步可选地包括集成电路间(“i2c”)接口，该接口用于将mcu304连接到外部控制总线312，以用于与其他计算设备(诸如，例如，在容纳本示例的计算设备300的外壳中的其他计算设备)进行系统内通信。
29.继续参考图3，计算设备300可以包括通过链路315电耦接到mcu 304的一个或多个传感器314，这些传感器用于监测计算设备300的操作参数。例如，一个或多个传感器314可以包括用于在计算设备302的操作期间向mcu 304提供热读数的温度传感器。在示例中，链路315可以是平台环境控制接口(peci)连接或另一数据路径。该一个或多个传感器可以包括并入计算设备302中的数字热传感器，或者可以位于外部。
30.此外，计算设备300可以包括一个或多个风扇316，这些风扇用于提供通过300的空气循环以消散计算设备302在操作期间产生的热量。(多个)风扇316可以经由链路317耦接到mcu 304，以使(多个)风扇316能够将速度信息传送到mcu 304，并且使mcu304能够将速度控制命令传送到(多个)风扇316。在示例中，链路317可以是peci连接或另一数据路径。
31.在各种示例中，mcu 304可以控制一个或多个风扇316的操作，以便例如根据热需求控制一个或多个风扇316的(多个)速度。即，在一些示例中，从(多个)传感器314提供给mcu 304的热数据以及从(多个)计算设备302提供给mcu 304的操作数据可以指示对散热的需求程度，并且mcu然后可以根据该需求控制(多个)风扇316的操作。例如，在低热需求时
期，mcu 304可以降低一个或多个风扇316的(多个)速度，从而减少计算设备300的功率利用，而如果热需求增加，则mcu 304可以增加一个或多个风扇316的(多个)速度，以确保热状况保持在期望的限制内，以避免(多个)计算设备302的性能下降。
32.需要注意的是，尽管风扇316被示为图3中的计算设备300的一部分，但这不是必须的。一些示例可以采用如计算设备300等计算设备来控制位于其中安装有计算设备的计算系统中其他地方的风扇。其他示例可以使用计算设备来控制作为计算设备的一部分的风扇以及位于除计算设备以外的其他地方的风扇。
33.转到图4，示出了根据一个或多个示例的用于控制冷却风扇的工作的方法400的流程图。在图4的示例中，冷却风扇可以是安装在计算系统中的冷却风扇，该计算系统诸如是以上参考图3所描述的计算设备300。
34.在框402中，mcu(诸如图3中的mcu 304)确定风扇功率极限。框402中的该确定可以基于风扇的标识及其额定功率(诸如参考图2描述的62w和50w的风扇)，或者基于其他系统约束。额定功率可以由制造商和/或第三方认证实体(诸如保险商实验室)指配给特定风扇。在框402中确定的风扇功率极限可以等于或小于由制造商或第三方认证实体指配给特定风扇的额定功率。在框402中确定的风扇功率极限可以进一步受计算系统本身的风扇功率容量的约束，即，计算系统的风扇功率容量可以小于由制造商或第三方认证实体指配给特定风扇的额定功率。
35.在判定框404中，mcu确定风扇是否正以超过预定阈值的速度工作。在一个示例中，该阈值可以是其最大速度的百分之八十(80％)，尽管在替代实施方式中，在判定框404中可以应用其他阈值。如果mcu确定风扇正在以不超过预定阈值的速度工作，则该过程继续，而mcu不采取任何动作。
36.另一方面，如果在判定框404中mcu确定风扇正以超过预定阈值的速度工作，则在框406中mcu开始周期性地确定提供给风扇的功率。这种对提供给风扇的功率的确定可以通过估计或测量来完成。功率估计可以基于功率值的计算，该功率值的计算基于由风扇提供给mcu的风扇速度信息以及风扇或计算系统的已知特性，诸如机箱/系统空气流动阻抗、空气入口与空气出口之间的温差以及安装在计算系统中的部件的热特性。测量可以利用mcu中或向风扇供电的电源中的专用电路来完成。
37.在一个示例中，mcu可以根据下表1计算风扇速度与风扇功率之间的关系：
38.风扇速度(％)功率(w)从全速开始的功率降低(％)1005009036.45278025.6497017.15666010.878506.2588403.294
39.基于对风扇功率的测量或估计，在判定框408中，mcu确定工作风扇功率是否超过为系统定义的功率极限。该系统功率极限可以是例如风扇的额定功率极限，或者在风扇额定功率极限以下的一定裕度，例如，对于额定功率为50w的风扇，系统功率极限为45w。如果
工作功率没有超过系统功率极限，则在框410中，mcu继续或恢复标称风扇工作，并且过程流程将返回到判定框404，以进一步确定风扇速度是否超过预定阈值。在这种情况下，在框410中，其中工作风扇功率不超过系统功率极限并且mcu先前已经降低了风扇速度(如以下参考框412所讨论的)，则恢复标称工作可能涉及mcu停止任何风扇速度降低。
40.另一方面，在判定框408中，如果工作风扇功率超过系统功率极限，则在框412中，通过将风扇速度降低预定增量来限制风扇功率的上限。在一些示例中，这个增量可以是风扇速度的百分比，例如，百分之十(10％)。
41.接下来，在由虚线框414表示的可选步骤中，mcu可以经由其i2c接口(诸如图3的示例中的i2c接口310)进行通信，以更新由系统管理模块(在图中未示出)维护的系统集成管理日志，并指示已经进行了框412中的调整。其他系统管理部件可以收集该信息，以确定风扇的气流可能由于堵塞而受阻。
42.接下来，在框416中，mcu将在采取关于风扇的任何进一步动作之前启动倒计时器。例如，mcu可以在采取任何进一步动作之前等待十秒。
43.一旦在框416中倒计时器到期，就在判定框408中再次确定工作风扇功率是否超过风扇的系统功率极限，并且如果是，则在框412中，将风扇速度降低额外的增量，例如，额外的百分之十(10％)。另一方面，如果在判定框408中，状况已经清除并且工作风扇功率不超过系统功率极限，则在框410中，由mcu通过停止任何先前的风扇速度降低来继续或恢复标称风扇工作，并且过程流程返回到判定框404。
44.图5是冷却风扇性能与工作压力和风扇功率的关系图，其图示了参考图1和图2所描述的示例额定功率62w的风扇和额定功率50w的风扇以及根据图4的示例中描述的方法工作的50w风扇之间的比较。图5中与图1和图2的要素相同的要素保留相同的附图标记。
45.在图5中，曲线500是表示根据图4的方法工作的50w风扇的性能的风扇曲线。风扇曲线500的工作范围段502(即，风扇曲线500在高空气阻抗曲线110与低空气阻抗曲线112之间延伸的部分)反映了性能超过或等于额定功率62w风扇的性能。图5显示，根据图4的方法400工作的风扇的风扇曲线500在整个cfm性能范围内超过现有技术的额定功率50w的风扇的性能。
46.图6是额定功率62w的风扇的功耗的曲线图，比较了该风扇的没有上限限制的功耗(图6中的曲线602)与当施加了50w功耗时该风扇的功耗(图6中的曲线604)以及当根据参考图4描述的方法400工作时该风扇的功耗(图6中的曲线606)。如图6中所示，参考图4描述的方法400有效地使风扇在其整个工作范围内的功耗平坦化，同时保持50w的功率限制并且在由图5中的工作范围段502所例示的工作范围内实现改进的性能。
47.在替代示例中，图4的方法可以修改为仅在风扇的功耗超过期望阈值(例如，50w)时才限制功率的上限，但在风扇工作的所有其他部分允许风扇正常工作。在图6中，例如，可以仅在范围608中限制功率的上限，在该范围中，没有上限限制的功耗超过50w。在这样的示例中，范围608之外的所得功耗将与曲线602相同。
48.图7是另一示例风扇(特别是额定功率为175w的80mm
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80mm
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86mm的风扇)的功耗曲线图。在图7中，额定功率曲线702反映了零到超过175立方英尺每分钟(“cfm”)工作的风扇的标称额定功率和功耗。另一方面，额定功率曲线704反映了当上限限制为150w最大值时风扇的功耗。曲线706反映了当根据本文参考图4所描述的方法400工作时该示例的风扇的
有效额定功率。
49.基于图7的功耗曲线图，图8是图7的风扇在示例计算系统中的性能的曲线图。在该示例中，高空气阻抗曲线802和低空气阻抗曲线804定义了示例计算系统的空气阻抗分布的范围。风扇曲线806反映了没有功率上限的风扇的工作，即，如参考图7所描述的，最大功率为175w。附图标记808指示风扇曲线806的工作范围段808是风扇曲线806在高空气阻抗曲线802与低空气阻抗曲线804之间的段。
50.风扇曲线810反映了功率上限为150w的风扇的工作，也如参考图7所描述的。风扇曲线810的工作范围段812是风扇曲线810在高空气阻抗曲线802与低空气阻抗曲线804之间的段。
51.最后，图8中风扇曲线814反映了根据本文参考图4所描述的方法400操作时风扇的工作。风扇曲线814的工作范围段816是风扇曲线814在高空气阻抗曲线802与低空气阻抗曲线804之间的段。如图8中所示，与由上限限制风扇曲线810的工作范围段812所反映的上限限制性能相比，工作范围段816反映了计算系统的工作范围中的显著更好的性能。
52.根据本文的公开，已经示出了如图9所示的用于操作计算设备的冷却风扇的方法900的示例。如图9中所示，在一些示例中，该方法包括在框902中确定计算设备中的冷却风扇的风扇速度超过预定阈值。
53.接下来，在框904中，该方法包括周期性地确定冷却风扇的功耗。如上所述，该确定可以通过基于风扇特性和当前风扇速度来估计风扇功耗来进行，或者该确定可以通过测量风扇功耗来进行。如本文所使用的，术语“周期性地”不一定意味着特定的或有规律的间隔，而仅仅意味着可以在连续的时间进行确定。
54.在框906中，对于风扇功率的每个周期性确定，如果风扇功耗超过预定阈值，则可以将风扇速度降低预定增量。在一些示例中，该增量可以是风扇速度的预定百分比，例如，百分之十。
55.图10是表示根据一个或多个示例的实施控制计算设备中的冷却风扇的方法的计算资源1000的框图。计算资源1000可以包括至少一个硬件处理器1002、以及机器可读存储介质1004。如图所示，机器可读介质904可以存储指令，这些指令当由硬件处理器1002(直接或经由仿真/虚拟化)执行时，使硬件处理器1002执行以上参考图4所描述的方法400。
56.在各种示例中，硬件处理器1002可以是例如但不限于微控制器、中央处理单元(“cpu”)、数字信号处理器(“dsp”)、编程逻辑阵列(pla)或定制处理电路。
57.本公开中的示例可以针对一种非暂态计算机可读介质，该介质存储计算机可执行、并可由计算机的一个或多个处理器执行的指令，经由这些处理器访问该计算机可读介质。例如，图3的存储器308可以是一个这样的非暂态可读介质。存储器308存储可由处理器308执行以执行归属于上述微控制单元304的功能的指令。
58.计算机可读介质可以是计算机可以访问的任何可用介质。作为示例，这样的计算机可读介质可以包括随机存取存储器(“ram”)、只读存储器(“rom”)、电可擦除/可编程只读存储器(“eeprom”)、致密盘rom(“cd-rom”)或其他光盘存储装置、磁盘存储装置或其他磁存储设备，或可用于以指令或数据结构的形式携带或存储所需程序代码并可由计算机访问的任何其他介质。如本文所使用的，磁盘和光盘包括压缩光盘(cd)、激光盘、光盘、数字通用光盘(dvd)、软盘和光盘，其中，磁盘通常磁性地再现数据，而光盘通过激光光学地再
现数据。
59.还应注意的是，本主题的软件实施方面通常在某种形式的程序存储介质上编码或在某种类型的传输介质上实施。程序存储介质是非暂态介质，并且可以是磁性的(例如，软盘或硬盘驱动器)或光学的(例如，光盘只读存储器、或“cd rom”)，并且可以是只读的或随机存取的。类似地，传输介质可以是双绞线对、同轴电缆、光纤或本领域已知的一些其他合适的传输介质。所要求保护的主题不限于任何给定实施方式的这些方面。
60.出于解释的目的，前述描述使用特定术语来提供对本公开的透彻理解。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，不需要特定的细节即可实践本文所描述的系统和方法。出于说明和描述的目的给出了具体示例的前述描述。本文的示例无意于穷举或将本公开限制为所描述的精确形式。鉴于以上教导，许多修改和变化是可能的。示出并且描述这些示例，以便最佳地解释本公开的原理和实际应用，由此使本领域的其他技术人员能够最佳地利用本公开以及具有适于预期的特定用途的各种修改的各种示例。本公开的范围旨在由权利要求及其等同物来限定。