(57)【要約】      （修正有）【課題】情報処理装置に用いる直流電源ユニットのＡＣ-ＤＣ電力変換効率が電源負低５０％をピークとしたカーブとなり、電源負荷が低い際のＡＣ-ＤＣ電力変換効率は低い場合に、ＡＣ-ＤＣ電力変換の効率化を図る。【解決手段】電源容量の異なる直流電源ユニット２Ａ〜２Ｃ、３Ａ〜３Ｃが冗長且つ選択可能に搭載され、選択された直流電源ユニットから負荷に電力が供給される情報処理装置１であって、各直流電源ユニットの出力電力の監視を行い、各直流電源ユニットの稼働状態を制御する管理用プロセッサを備え、管理用プロセッサは各直流電源ユニットから取得した出力電力に基づいて当該情報処理装置の消費電力を算出し、算出した消費電力に応じていずれの電源容量の直流電源ユニットを稼働させるかを選択する。【選択図】図４
2015148914.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源容量の異なる直流電源ユニットが冗長且つ選択可能に搭載され、選択された直流電源ユニットから負荷に電力が供給される情報処理装置であって、各直流電源ユニットの出力電力の監視を行い、各直流電源ユニットの稼働状態を制御する管理用プロセッサを備え、前記管理用プロセッサは各直流電源ユニットから取得した出力電力に基づいて当該情報処理装置の消費電力を算出し、算出した消費電力に応じていずれの電源容量の直流電源ユニットを稼働させるかを選択する情報処理装置。
【請求項２】
電源容量が大小２種類の電源ユニットを備え、前記管理用プロセッサは当該情報処理装置の消費電力が所定値より小さい時に電源容量が小さい電源ユニットを選択する請求項１記載の情報処理装置。
【請求項３】
前記管理用プロセッサは負荷の消費電力を制限可能な機能を有し、電源ユニットの故障発生の際に代替え可能な電源ユニットがない場合に、前記管理用プロセッサは負荷の消費電力を制限し、制限後の当該情報処理装置の消費電力に応じていずれの電源容量の電源ユニットを稼働させるかを選択する請求項１記載の情報処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報処理装置において、稼動電源の選択により電力変換効率の最適化を実現するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、サーバなどの情報処理装置において、省電力技術が注目、発展している。
特にＣＰＵの省電力機能は著しく発展しており、待機時と高負荷状態時における消費電力の差分は非常に大きくなっている。また、情報処理装置の安定動作を保証するためには高負荷状態の動作を保証する容量の直流電源ユニットを選択する必要がある。一方で、直流電源ユニットのＡＣ-ＤＣ電力変換効率は一般に低負荷時は低電力効率であり、待機時には十分な電力効率を発揮することが出来ない。
【０００３】
特許文献1(特開2008-125349)には、低電源容量の電源ユニットを複数台搭載し、単体での供給可能電力を超過した際に複数の電源ユニットから電力の供給を行う方法が開示されている。ただし、同一電源容量の電源を複数台搭載するのみであり、電力効率の向上は見込めない。また、特許文献2(特開2007-60847)にはバッテリーを搭載し、低負荷時にバッテリーに対し充電を行い、電源の供給可能電源容量を超過した際にバッテリーより電力を供給を行う方式が開示されているが、バッテリーの蓄電量には制限があり、安定した電力供給を実施することは出来ない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2008-125349号公報
【特許文献２】特開2007-60847号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
学術用途など大規模演算システムを除き、一般のシステムでは常に高演算負荷状態が続くことは稀であり、時間帯などにより演算負荷が異なる。演算負荷率が異なるということに伴い、システム装置の消費電力にも高負荷時、低負荷時の差分が発生する。更に近年では低負荷時の消費電力削減技術が注目されており、ＣＰＵの省電力機能や、情報処理装置の発熱が低い際にはシステムＦＡＮの回転数制御を低減する技術などが発展している。すなわち、高負荷時と低負荷時の消費電力差分は増大している。
【０００６】
通常、情報処理装置に用いる直流電源ユニットは高負荷時の運用を考慮し、高負荷時の消費電力を十分に満たす電源容量を持つ直流電源ユニットを選択する必要がある。一方で、直流電源ユニットのＡＣ-ＤＣ電力変換効率は一般に電源負荷５０％をピークとしたカーブとなり、電源負荷が低い際のＡＣ-ＤＣ電力変換効率は著しく低い。近年の高効率直流電源ユニットにおいても、低い負荷率のＡＣ-ＤＣ電力変換効率の改善は小さい。
言い換えると、実運用上において多くの時間を占める低負荷時には、直流電源ユニットのＡＣ-ＤＣ電力変換効率が低い状態で運用されており、電力損失が大きい。
【０００７】
本発明では、情報処理装置の負荷状況に応じて適切な直流電源ユニットの稼動状態を選択する方式を示す。なお、電源構成に冗長性を持つシステム、異なる電源容量の直流電源ユニットを搭載することを前提としている。稼動する直流電源ユニットを適切に選択することでＡＣ-ＤＣ電力変換の効率化を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
電源容量の異なる直流電源ユニットが冗長且つ選択可能に搭載され、選択された直流電源ユニットから負荷に電力が供給される情報処理装置であって、各直流電源ユニットの出力電力の監視を行い、各直流電源ユニットの稼働状態を制御する管理用プロセッサを備え、前記管理用プロセッサは各直流電源ユニットから取得した出力電力に基づいて当該情報処理装置の消費電力を算出し、算出した消費電力に応じていずれの電源容量の直流電源ユニットを稼働させるかを選択する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、直流電源ユニットの冗長性を有するシステム装置において、システム装置の負荷に応じ直流電源ユニットの稼動状態を制御することにより、ＡＣ-ＤＣ電力変換効率を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の目的となる電源効率についてのイメージ図である。
【図２】本発明の電源系統概念図である。
【図３】本発明の電源オフ時供給電源概念図である。
【図４】本発明の電源制御信号系統図である。
【図５】本発明の負荷制限信号系統図である。
【図６】本発明の一実施形態である稼動電源を選択の一例を示すフローチャートである。
【図７】本発明における、係数選択を示す概念図である。
【図８】本発明の一実施形態である容量の異なる電源に動作を切り替える際のタイムチャートである。
【図９】本発明の一実施形態である電源ユニットの異常検出時処理の一例を示すフローチャートである。
【図１０】本発明における、主な稼動状態での電源ユニットの稼動状態および負荷制御信号の状態を示したテーブルである。
【図１１】本発明における、電源ユニットの稼動状態を格納するレジスタの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００１２】
図１に示すように電力効率は電力負荷５０％をピークとして、低負荷状態では著しく悪化する曲線となるのが一般的である。図１は例として、400[W]の容量を持つ電源ユニットと、800[W]の容量を持つ電源ユニットについて記載している。一般的な電力効率曲線より、サーバ装置の低負荷状態(200[W]前後)において、大容量電源(800[W]の容量を持つ電源)は、低容量電源(400[W]の容量を持つ電源)に対し、非常に電力効率が劣ることが見て取れる。一方で、高負荷状態(700[W]-800[W]程度)の電力を低容量電源では供給できないこともわかる。
【００１３】
図２は、本発明の電源系統構成を示す。情報処理装置１は、直流電源ユニットに冗長性を持ち、直流電源ユニットは電源容量が異なる２つの直流電源ユニット、電源ユニットＡ ２Ａ〜２Ｃおよび電源ユニットＢ  ３Ａ〜３Ｃにより構成される。電源ユニットＢは電源ユニットＡよりも大きい電源容量を持つものとする。なお、情報処理装置向け一般の電源ユニットと同様に、電源ユニットは情報処理装置の電源オン時のみ稼動する主電源系と、電源オフ時にも電力を供給するスタンバイ電源系を持つ。
【００１４】
全ての電源ユニットが出力する電力は情報処理装置の同じ電源系統に供給され、直流低電圧回路４Ａ〜４Ｃにより適切な電圧値に変圧され、負荷５Ｂ〜５Ｄを動作させる。すなわち、電力の供給元がどの電源ユニットであるかは情報処理装置の動作には影響しない。ここで、負荷は情報処理装置の稼動に必要となるＣＰＵやメモリ、ＨＤＤを代表とするデバイスと定義する。情報処理装置の稼動時には全ての負荷がＯＮとなる。
【００１５】
なお、図３に示すように、後に述べる電源オン処理に動作が必要となるＢＭＣ６およびチップセット７には、電源ユニットＡおよびＢによるスタンバイ電源が供給されているため、電源オン前に動作が可能な状態となっている。なお、スタンバイ電源により供給される電圧を素子が使用するために適切な電圧に変圧を行う直流低電圧回路４Ｄ〜４Ｈはスタンバイ電源により動作する。
【００１６】
続いて、図４は、電源制御信号１０３の系統を示す。本発明では、電源のオンオフはＩＯ Ｅｘｐａｎｄｅｒ  ９Ａにより制御される。ＢＭＣ６からの命令により、ＩＯ  Ｅｘｐａｎｄｅｒのレジスタを書き換えることで、直流電源ユニットのオンオフ信号のアサート/ディアサートを制御する。なお、Ｎ＋Ｍが例えば２個のように小さな数である場合にはＩＯ  Ｅｘｐａｎｄｅｒは必須ではなく、ＢＭＣへ電源制御信号を直結することも可能である。
【００１７】
また、本発明では図５に示すようにＰＭ  ｂｕｓ１０４にて電源ユニット２Ａ〜２Ｃ、３Ａ〜３ＣとＢＭＣ６が接続されている。ＰＭ ｂｕｓを用いて出力電力をＢＭＣが読み取ることで、情報処理装置の消費電力の算出が可能である。更に各々の電源の定格電力容量及び、各電源ユニットの搭載台数を取得する。
【００１８】
ＰＭ  ｂｕｓ経由にて読み取りを行った情報処理装置全体の消費電力Ｐ(以降、消費電力Ｐは動作中の電源ユニット全数の消費電力値の総和とする)に対し、各々の電源ユニットの定格電源容量ＰAmaxおよびＰBmaxを用いて、図６のフローチャートに従い動作する電源ユニットを選択する。動作する電源ユニットを決定した際に、ＩＯ  Ｅｘｐａｎｄｅｒへ状態を送信し、ＩＯ  Ｅｘｐａｎｄｅｒは選択された電源ユニットのＯＮ信号をアサートする。
【００１９】
初めに、情報処理装置の電源オン処理について述べる。ユーザーによる電源ＳＷ６の押下に伴いチップセット７へ情報処理装置ＯＮ信号１０１Ａ、１０１Ｂが通知される（Ｓ６０１）。電源ＯＮ通知はＢＭＣへと通知され（Ｓ６０２）、ＢＭＣにより電源ユニットＢの１つがＯＮすることで情報処理装置の起動が開始される（Ｓ６０３）。ここで電源ユニットＢの稼動数ｎの値を１とする（Ｓ６０４）。
【００２０】
起動後にＢＭＣにより測定される消費電力Ｐを電源ユニットＡの定格電源容量ＰAmaxに係数ｋを乗じた値と比較を行う（Ｓ６０５）。係数ｋは電源ユニットＡおよび電源ユニットＢの定格電源容量差分に従い、任意に最適値を選択できるものとする。上記判定にて、消費電力がｋＰAmaxよりも小さく、動作できる電源ユニットＡが存在する場合（Ｓ６０６）、かつ現在、電源ユニットＡで動作していない場合には（Ｓ６０７）、電源容量の小さい電源ユニットＡに動作を切り替え（Ｓ６０８）、電源ユニットの負荷率を５０％に近づけることで、電力効率を向上させるものとする。なお、ここで電源ユニットＡの稼動数ｍを１、電源ユニットＢの稼動数ｎを０とする（Ｓ６０９）。
【００２１】
一方で、ｋＰAmaxよりも消費電力が大きい際には、電源ユニットＢの稼動数ｎが０であるか判定を行い（Ｓ６１０）、電源ユニットＢの稼動数が０である、つまり電源ユニットＡで稼動している場合には、稼動する電源ユニットを電源ユニットＡから電源ユニットＢへと切り替え（Ｓ６１１）、電源ユニットＡの稼動数ｍを０、電源ユニットＢの稼動数ｎを１とする（Ｓ６１２）。電源ユニットＢの稼動数が０ではない、すなわち電源ユニットＢにて稼動している状態の際には、ＰBmaxに現在の動作電源ユニット数ｎおよび任意の係数ｌを乗じた値と消費電力Ｐを比較する（Ｓ６１３）。ここでの任意の係数ｌは定格の電力値を超過する可能性を防ぐために乗じる１以下の値であり、任意の値を選択することが可能である。
【００２２】
消費電力Ｐが大きい場合には、電源ユニットＢの稼動数を増加させた際の稼動数(ｎ＋１)が最大動作可能台数Ｎmaxよりも小さいかを比較することで稼動数増加可否を判定する（Ｓ６１４）。可能であれば、稼動する電源ユニットＢを１つ追加し（Ｓ６１５）、電源ユニットＢの稼動数ｎを１増加させることで（Ｓ６１６）、１つの電源ユニットの負荷率を５０％に近づけ、電力効率を向上させる。なお、追加した動作要求電源数が、動作可能電源数を超過する場合には、例外処理を行う（Ｓ６１７）。
【００２３】
消費電力Ｐが小さい場合には現在の動作電源ユニット数を維持し、次の判定を行う（Ｓ６１８）。ＰBmaxに現在の動作電源ユニット数からデクリメントした値(ｎ-1)および任意の係数を乗じた値よりも、消費電力Ｐが小さい場合には、稼動電源ユニットＢを一台停止して（Ｓ６１９）、電源ユニットＢの稼動数ｎから１減じる（Ｓ６２０）。これにより１つの電源ユニットの負荷率を５０％に近づけ、電力効率を向上させる。
【００２４】
図７を用いて、係数ｋおよびｌについて補足説明を行う。先に述べたように、本発明は電源効率の良い電力負荷率となるように稼動電源ユニット種および稼動電源ユニット数を選択する。これらの切り替えを行うタイミングについてユーザーが任意の値を選択することを可能とするために係数を設けている。図７では電力負荷率６０％〜９０％(ｋ、ｌ = ０．６〜０．９)を推奨としている。１００％に近く設定するほど、電源定格を超過するリスクが高くなり、５０％に近く設定するほど、稼働電源ユニット数を増加させた際の電力効率は悪化する。
【００２５】
ここで、切り替えを行う際に、図８のタイムチャートに従い切り替え時間に猶予を持たせることで、電源ユニットの切り替えに伴う電圧のドロップの危険性を防ぎ、安定した情報処理装置の動作を保障する。
【００２６】
以降に、異常系の処理について述べる。
本方式の異常系として、大きく３つが考えられる。１．電源ユニットＢの故障発生  ２．電源の動作要求数(ｎ＋１)に動作可能数(Ｎmax)が満たない、３．電源ユニットＢの動作可能数が０であり、電源容量の小さい電源ユニットのみが動作可能
上記の異常系に対する処理の実装形態を図９に従い説明する。
異常系の例２．および３に関しては例１の事例内に含めることが可能であるため、例１を用いて説明を行う。
【００２７】
初めに電源ユニットＢの故障により、ＰＭ  Ｂｕｓを通じ、故障が通知される（Ｓ９０１）ことでＢＭＣが異常を検知し、電源異常フラグをセットする（Ｓ９０２）。故障により動作可能な電源ユニットＢの数量が減少するため、Ｎmaxから故障検知数をデクリメントする（Ｓ９０３）。また、故障が発生した際の電源ユニットＢの稼動数をＮabnとしてＢＭＣは記憶する（Ｓ９０４）。
【００２８】
続いて代替として動作可能な電源ユニットＢが存在するかの判定を行う（Ｓ９０５）。動作可能電源ユニット数Ｎmaxが現在の動作電源ユニット数ｎよりも大きい場合には、直ちに待機中の電源ユニットを代替として稼動させ（Ｓ９０６）正常系フローに戻る（Ｓ９０７）。但し、電源異常フラグは解除せず、故障した電源が存在することをユーザーは知ることが可能である。
【００２９】
一方で、代替品の割り当てが不可能であった場合の処理を述べる。以降の処理は例２．３．の処理と共通となる。稼動していた数の電源を確保できない、つまりは消費電力Ｐを供給するのに十分な電力容量を確保できていない状態となっていることから、ＢＭＣは図５に示す負荷制限信号１０５をアサートする（Ｓ９０８）。負荷制御信号１０５はＩＯ  Ｅｘｐａｎｄｅｒ９Ｂを通じ、消費電力の制御が可能である全ての負荷に接続される。なお、制御対象の負荷数が少ない場合にはＩＯ  Ｅｘｐａｎｄｅｒ９Ｂを用いず、ＢＭＣへ直接信号を接続することも可能とする。
【００３０】
負荷制御信号をアサートした後の消費電力Ｐに対し、動作可能な電源ユニットＡの数Ｍmaxは１以上かつ、消費電力Ｐは係数ｋに電源ユニットＡの定格を乗じた値より小さいかの判定、つまりは電源ユニットＡへの切り替え可否判定を実施する（Ｓ９０９）。可能な際には稼動電源ユニットを電源ユニットＡへ変更し（Ｓ９１０）、電源ユニットＡの稼動数ｍを１、電源ユニットＢの稼動数ｎを０とする（Ｓ９１１）。それ以外の場合には故障した電源ユニットを除き、Ｎabn-１台にてシステムを継続動作する（Ｓ９１２）。この際、電源ユニットＢの稼働台数ｎはＮabn-１に変更される(Ｓ９１３）。負荷を制御した状態にて情報処理装置の動作を継続し、異常検知信号の状態を監視する（Ｓ９１４）。全ての異常検知信号が解除された際に、ＢＭＣは電源異常フラグを解除し（Ｓ９１５）、電源ユニットＢの稼動可能数Ｎmaxを初期値に戻す（Ｓ９１６）。稼動電源数ｎを故障発生前の値Ｎabnに設定した上で（Ｓ９１７、Ｓ９１８）、電力制限信号を解除する（Ｓ９１９）。上記処理が完了した後に、正常系フローへと戻り稼動を続ける（Ｓ９２０）。
【００３１】
図１０に各電源ユニットの稼動状態テーブルに主な複数の例を示す。
起動時には電源ユニットＢが１つ稼動状態となる。一般に初期化処理を行う際には全ての負荷は高負荷とならないことから、十分な電力の供給が可能である。
続いて、電源ユニットＡに切り替えた際の動作状態を示す。ユーザー使用状態では主に電源ユニットＢがｎ個稼動している状態となる。ここで示すように、基本は電源ユニット番号の若いものから電源をＯＮする。続いて異常時について述べる。負荷制御をＯＮすることで、情報処理装置の消費電力が著しく制限することが出来た場合には、電源ユニットＡのみにて動作を継続する。電源ユニットＡでは電力が十分ではない場合には、故障発生時に稼動していた電源のうち、故障した電源ユニット以外の残り全てを稼動することで、安定した動作を提供する。テーブルには電源ユニットＢ[２]に故障が発生した際の例を示す。最後に、電源ユニットＡに故障が発生した際について述べる。Ｍ個搭載されている電源ユニットＡは最も若い番号の電源ユニット以外は待機系となる。最も若い番号の電源ユニットＡに異常が発生した際には、次の番号の電源ユニットＡが動作する。
【００３２】
図１１に電源ユニットの稼動状態を格納するレジスタマップの一例を示す。ＢＭＣが持つ記憶領域のうち、ユーザー領域を使用して、稼動数、最大動作可能数(実装数)および故障が発生した際の動作数をそれぞれ８ｂｉｔ使用して格納する。なお、８ｂｉｔは一例であり、システム用件として必要最低限のｂｉｔ数を選択することが可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１  情報処理装置
２、２Ａ〜２Ｃ  電源ユニットＡ
３、３Ａ〜３Ｃ  電源ユニットＢ
４、４Ａ〜４Ｈ  直流低電圧回路
５、５Ａ〜５Ｄ  負荷
６  ＢＭＣ
７  チップセット
８  電源スイッチ
９，９Ａ，９Ｂ  Ｉ/Ｏ  Ｅｘｐａｎｄｅｒ
１０１  電源ＯＮ通知信号
１０２  Ｉ２Ｃ  Ｂｕｓ
１０３  電源制御信号
１０４  ＰＭ  Ｂｕｓ
１０５  負荷制限信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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