TWI468924B - 峰值電流需求之減少 - Google Patents

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TWI468924B TW98135462A TW98135462A TWI468924B TW I468924 B TWI468924 B TW I468924B TW 98135462 A TW98135462 A TW 98135462A TW 98135462 A TW98135462 A TW 98135462A TW I468924 B TWI468924 B TW I468924B
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Description

峰值電流需求之減少
本發明係關於管理由電子器件汲取之電力的量，且更具體言之係關於減少由電子器件汲取之峰值電流。
電力管理對於操作電腦系統之許多方面為重要的，諸如最小化操作一或多個電腦之成本、控制由電腦產生之熱量，及最佳化系統之效能及效率。基於回饋之電力管理系統可涉及(例如)具有內建式電力錶電路之主機板、ACPI，及其他硬體及/或軟體元件。系統可由常見電力供應器或電力分配單元(PDU)供電。一些系統包括服務處理器用以監視電腦(諸如機架系統(rack system)中之伺服器)之即時電力消耗之電路(諸如底板管理控制器(BMC))。使用此回饋，服務處理器可「節流」伺服器上之處理器及/或記憶體以維持電力消耗低於設定點或由管理員設定且由機殼管理模組(chassis management module)監視之「電力頂限(power ceiling)」。
吾人已知用於個別地控制伺服器之電力消耗的許多方法。此等方法包括「最高電力限定(power capping)」之各種方法。最高電力限定涉及藉由選擇性地降低處理器效能而在伺服器上實行電力限制。伺服器可(例如)藉由使用電力錶量測經汲取之電力的量，且藉由當到達電力臨限值時節流處理器及/或記憶體而瞬時回應於電力消耗之增加來實行電力限制。雖然最高電力限定技術對於個別地管理伺服器之電力消耗為有用的，但亦需要考慮其他全系統參數。舉例而言，除考慮個別地管理伺服器之電力消耗外，亦需要考慮對作為一整體之系統的電力約束。此外，每一伺服器之電力高限(power cap)與其實際電力消耗之間的總計餘裕表示未經使用之電力可用性。諸如ADVANCED ENERGY MANAGER(紐約阿蒙克之國際商用機器公司之商標)的軟體最高電力限定工具可用於限制電腦系統之電力消耗。然而，因為軟體易遭修改或故障，所以規則通常禁止依賴軟體來控制至系統之總電力。
現代資料中心包括需要電力以操作之大量電子組件。事實上，在超過高達組件可汲取之最大可能電力的操作範圍中，必須提供足夠電力容量來支援電子組件中之每一者。由電子組件或組件之群組汲取的最大可能電力有時稱為最大標記電力。在用於支援及操作電腦系統(諸如一伺服器群組及支援硬體)之機架中，供電電路必須能夠供應足夠電力以在組件之最極端組態及最大工作負荷情境下操作該機架。即使實際操作電力可為最大標記電力之僅約30%至70%亦如此。此外，規則通常要求機架供電電路具有提供比每一電子組件之最大標記電力的總和多20%之電力的能力。遺憾地，提供過量且未經使用之電力容量增加基礎結構及操作成本。此外，若資料中心僅可支援有限之總電力，則過量電力意謂可在資料中心中安裝較少電子組件。
本發明之一實施例提供一種控制供應至一電子器件之電流的方法。該方法包括自一第一電流源汲取達一預定量之一輸入電流，及將該經汲取之輸入電流的一第一部分供應至該電子器件，其中該第一部分之量可隨時間推移而改變以在不超過該預定量之情況下供應該電子器件需求之電流量。在該第一部分小於該預定量之一時期期間，供應該經汲取之輸入電流的一第二部分以使一能量儲存器件(諸如，一電池)充電，其中該第二部分不大於該預定量與該第一部分之間的差。在該電子器件需求之該電流量大於該預定量的一時期期間，除輸入電流之該第一部分供應至該電子器件外，視需要亦使該儲存能量器件放電以將補充電流供應至該電子器件。更進一步，控制該電子器件之操作以防止該電流需求超過可自該輸入電流與該儲存能量器件之組合供應的該電流量。
本發明之另一實施例提供一種電力供應器。該電力供應器包含：一AC至DC轉換器，其提供一DC電流輸出以供應一電子器件之電流需求；一可再充電電池，其與該DC電流輸出電子連通；及一控制器。該控制器與該DC電流輸出操作性地連通，且經設計或經程式化以在該DC電流輸出超過該電子器件之電流需求之時期期間自動地以該DC電流輸出之一部分對該可再充電電池充電，且在該電子器件之該電流需求超過該DC電流輸出之時期期間自動地使該可再充電電池放電以將補充電流供應至該電子器件。該控制器亦控制該電子器件之操作以防止該電流需求超過可自該輸入電流與該可再充電電池之組合供應的電流量。舉例而言，該電子器件可包括一處理器晶片，其中該控制器藉由節流控制該處理器之操作。
本發明之一實施例提供一種控制供應至一電子器件之電流的方法。該方法包括自一第一電流源汲取達一預定量之一輸入電流，及將該經汲取之輸入電流的一第一部分供應至該電子器件，其中該第一部分之量可隨時間推移而改變以在不超過該預定量之情況下供應該電子器件需求之電流量。在該第一部分小於該預定量之一時期期間，供應該經汲取之輸入電流的一第二部分以使一能量儲存器件(諸如，一電池)充電，其中該第二部分不大於該預定量與該第一部分之間的差。在該電子器件需求之該電流量大於該預定量的一時期期間，除輸入電流之該第一部分供應至該電子器件外，視需要亦使該儲存能量器件放電以將補充電流供應至該電子器件。
在另一實施例中，該方法可進一步包含作為交流電(AC)汲取該輸入電流，將該交流電轉換為直流電(DC)，及作為直流電供應該經汲取之輸入電流的該第一部分及該第二部分。較佳在提供至該電子器件之前調整該供應至該電子器件的直流電。更進一步，該方法可以一第一電壓將該直流電提供至該電池，及在將電流供應至該電子器件之前將該直流電之該電壓自該第一電壓下調至一第二電壓。視情況，該方法可包括回應於該輸入電流到達該預定量而降低該第一電壓，使得該儲存能量器件將自動地開始將補充電流供應至該電子器件。因此，可使用一個二極體來控制該能量儲存器件之該充電及放電。
在又一實施例中，控制該電子器件之操作以防止該電流需求超過可自該輸入電流與該儲存能量器件之組合供應的電流量。舉例而言，若該電子器件為一電腦系統，則該電腦系統之操作可受控於節流處理器。
在其他實施例中，該儲存能量器件可包括(但不限於)一電池、一電容器、一燃料電池，或其組合。雖然電池為與大多數電腦系統一起使用之較佳能量儲存器件，但給定系統之特定動力學可由另一類型之器件更佳地伺服。舉例而言，電流需求小於預定限值的非常長之時期繼之以電流需求大於預定限值的非常長之時期可由燃料電池更佳地伺服。然而，對於任何給定能量儲存器件，可控制第二部分之量以有效地對能量儲存器件充電。
本發明之另一實施例提供一種電力供應器。該電流供應器包含：一AC至DC轉換器，其提供一DC電流輸出以供應一電子器件之電流需求；一可再充電電池，其與該DC電流輸出電子連通；及一控制器。該控制器經設計或經程式化以在該DC電流輸出超過該電子器件之該電流需求之時期期間自動地以該DC電流輸出之一部分對該可再充電電池充電，且在該電子器件之該電流需求超過該DC電流輸出之時期期間自動地使該可再充電電池放電以將補充電流供應至該電子器件。
在另一實施例中，電力供應器可進一步包含在該DC電流輸出與該電子器件之間電子連通的一電壓調節器。該電壓調節器可改良該DC電流輸出之品質及恆定性。視情況，該電力供應器可包括耦接於該DC電流輸出與該可再充電電池之間的一個二極體，以自動地控制該電池是充電還是放電。
圖1為電力供應器10之方塊圖。輸入12提供交流電(AC)給電力供應器10。AC電流首先由電流計14量測，且接著由AC/DC轉換器16調整、整流及濾波等。自轉換器16輸出之主體DC電壓18經輸入至充電控制電路20中。來自電流計14之電流量測信號15亦傳遞至控制電路20。
當控制電路20判定輸入電流12低於預定位準時，則將主體DC輸入18之一部分經由連接22引導至能量儲存器件24(諸如，電池)。來自充電控制電路20之輸出26在將輸出30提供至電子器件(負載)之前傳遞至DC調整與分配電路28。輸出可提供單一DC電壓或複數個經特定調節之DC電壓。
當控制電路20經由所量測之電流值15判定輸入電流12已到達預定限值之位準時，則控制電路20開始(例如)經由線路22自能量儲存器件24汲取電流。在AC輸入電流12無進一步增加之情況下，自能量儲存器件24汲取電流允許電力供應器之DC輸出26提供更多電力。若電子器件(負載)之電力需求繼續增加至來自經限定最高電力之AC輸入12之可用電流與來自能量儲存器件24之電流的組合電流不能滿足需求的點，則控制電路20可將另一控制信號32發送至電子器件或負載，以使需求減小。舉例而言，在電子器件為電腦之情況下，控制信號32可使電腦中之處理器節流。
在一實施例中，以足夠高之電壓提供來自AC至DC轉換器16之輸出18，使得輸出18及電池24可有效地進行二極體「或」(diode or'd)，以允許電池自稍高之電壓充電。此較高之電壓接著由(例如)DC調整區段28下調至可用電壓。當輸入電路12到達預定限值時，充電控制電路20內之電流限制控制電路引起來自AC電路之輸出18中的電壓降低，因此允許自電池24吸取更多電流。或者，電壓調節器28可被複製以與電池24一起使用，且彼複製之電路(未圖示)之輸出及輸出18可動作為二極體「或」。可使用類似於上文所描述之電流限制配置的電流限制配置來促使電流共用。
圖2為展示至電力供應器之輸入電流之動態改變的示意圖。該圖說明由電子器件汲取之電流的總量之假想變化(虛線40)。在由電子器件汲取之總電流40小於預定限值(水平線42)的情況下，經汲取之總電流由AC輸入電流完全滿足。然而，在任何給定時間點，由電子器件汲取的電流(虛線40)與預定限值(水平線42)之間的差44表示「可用」以對電池充電之電流。因此，此可用電流容量44之一些經引導作為至電池之電流(實線46)以供對電池充電。
當在任何給定時間點(例如，見時間點48)由電子器件汲取之電流(虛線40)到達預定限值(水平線42)時，流至電池之電流反向(見時間點50，其中實線46展示至電池之電流變成負的)且自電池汲取電流。藉由汲取電池，控制電路將輸入AC電流之最高值限定於限值42處，但以來自電池之DC輸出電流補充輸入AC電流以滿足電子器件之峰值電流需求。示意性地，超過預定限值42之電流需求(由陰影區域52表示)藉由使電池放電(由陰影區域54表示)而供應。只要此等峰值需求不耗盡電池，此過程可無限地繼續以便滿足峰值電流需求，同時限制經汲取之AC電流的量。若電池被耗盡，或若需求變得過高以至於電池及輸入AC電流兩者不能共同地滿足需求，則控制電路必須採取其他步驟來減小需求。在電腦系統之情形中，減小需求可包括節流處理器。
應瞭解，前述方法及裝置可(例如)經實施以適應某些臨時操作偏差同時減小最大標記電力(銘牌額定值)。因此，可更有效地配給資料中心可用之電力總量。
如熟習此項技術者將瞭解，本發明可體現為一系統、方法或電腦程式產品。因此，本發明可呈完全硬體實施例，或組合軟體(包括韌體、常駐軟體、微碼等)與硬體態樣之實施例的形式，該等實施例在本文中皆可通稱為「電路」、「模組」或「系統」。此外，本發明可呈實施於任何有形表現媒體中之電腦程式產品的形式，該有形表現媒體具有實施於媒體中之電腦可用程式碼。
可利用一或多個電腦可用或電腦可讀媒體之任何組合。電腦可用或電腦可讀媒體可為(例如，但不限於)電子、磁性、光學、電磁、紅外線或半導體系統、裝置、器件或傳播媒體。電腦可讀媒體之更具體實例(非詳盡清單)將包括以下：具有一或多個導線之電連接、攜帶型電腦磁片、硬碟、隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、可抹除可程式化唯讀記憶體(EPROM或快閃記憶體)、光纖、攜帶型緊密光碟-唯讀記憶體(CD-ROM)、光學儲存器件、傳輸媒體(諸如，支援網際網路或內部網路之傳輸媒體)，或磁性儲存器件。注意，電腦可用或電腦可讀媒體甚至可為程式列印於其上之紙張或另一種適當媒體，因為可經由(例如)對紙張或其他媒體之光學掃描來以電子方式捕獲該程式，且接著編譯、解譯或以適當方式另外處理該程式(若有必要)，且接著將該程式儲存於電腦記憶體中。在此文件之情形中，電腦可用或電腦可讀媒體可為可含有、儲存、傳達、傳播或傳送由指令執行系統、裝置或器件使用或與之結合而使用的程式之任何媒體。電腦可用媒體可包括在基頻中或作為一載波之部分的傳播資料信號，電腦可用程式碼實施於其中。可使用任何適當的媒體(包括，但不限於無線、有線線路、光纖電纜、RF等)來傳輸電腦可用程式碼。
可以包括物件導向式程式設計語言(諸如，Java、Smalltalk、C++或其類似者)及習知程序性程式設計語言(諸如，「C」程序設計語言或類似程序設計語言)之一或多種程式設計語言的任何組合撰寫用於執行本發明之操作的電腦程式碼。程式碼可完全在使用者電腦上執行，部分地在使用者電腦上執行，作為獨立套裝軟體執行，部分地在使用者電腦上執行且部分地在遠端電腦上執行，或完全在遠端電腦或伺服器上執行。在後一種情形中，遠端電腦可經由包括區域網路(LAN)或廣域網路(WAN)之任何類型的網路連接至使用者之電腦，或可進行(例如，使用網際網路服務提供者，經由網際網路)至外部電腦之連接。
前述本發明係根據本發明之實施例參考的方法、裝置(系統)及電腦程式產品之流程圖說明及/或方塊圖來描述。將理解，可由電腦程式指令來實施流程圖說明及/或方塊圖之每一區塊及流程圖說明及/或方塊圖中之區塊的組合。可將此等電腦程式指令提供至通用電腦、專用電腦或其他可程式化資料處理裝置之處理器以產生一機器，以使得經由該電腦或其他可程式化資料處理裝置之處理器執行的指令建立用於實施流程圖及/或方塊圖區塊中所指定之功能/動作之構件。
此等電腦程式指令亦可儲存於一電腦可讀媒體中，該媒體可引導電腦或其他可程式化資料處理裝置以一特定方式運作，使得儲存於該電腦可讀媒體中之指令產生一製品，其包括實施流程圖及/或方塊圖區塊中所指定之功能/動作的指令構件。
該等電腦程式指令亦可載入至電腦或其他可程式化資料處理裝置上以使一系列待執行於該電腦或其他可程式化裝置上之操作步驟產生一由電腦實施之過程，使得在該電腦或其他可程式化裝置上執行之指令提供用於實施流程圖及/或方塊圖區塊中所指定之功能/動作的過程。
本文所使用之術語僅為了描述特定實施例，其並不意欲限制本發明。如本文中所使用，單數形式「一」及「該」亦意欲包括複數形式，除非上下文另外清楚地指示。將進一步理解，當術語「包含」用於此說明書中時，其用以指定所陳述特徵、整體、步驟、操作、元件、組件，及/或其群組之存在，但並不排除一或多個其他特徵、整體、步驟、操作、元件、組件，及/或其群組之存在或添加。術語「較佳地」、「較佳」、「視情況」、「可」及類似術語用於指示所提及之項目、條件或步驟為本發明之可選(未要求)特徵。
以下申請專利範圍中之所有構件或步驟附加功能元件之對應結構、材料、動作及等效物意欲包括用於與如具體主張之其他所主張元件組合而執行功能的任何結構、材料或動作。已出於說明及描述之目的呈現本發明之描述，但該描述並不意欲為詳盡的或限於所揭示形式的本發明。在不脫離本發明之範疇及精神之情況下，許多修改及變化對於一般熟習此項技術者將顯而易見。選擇並描述實施例以便最佳地解釋本發明之原理及實務應用，且使其他一般熟習此項技術者能夠針對具有適合於所涵蓋之特定用途的各種修改之各種實施例來理解本發明。
10．．．電力供應器
12．．．輸入電流
14．．．電流計
15．．．電流量測信號/電流值
16．．．AC至DC轉換器
18．．．主體DC電壓
20．．．控制電路
22．．．連接/線路
24．．．能量儲存器件
26．．．DC輸出
28．．．DC調整及分配電路/電壓調節器
30．．．輸出
32．．．控制信號
40．．．總電流/虛線
42．．．限值/水平線
44．．．可用電流容量/差
46．．．實線
48．．．時間點
50．．．時間點
52．．．陰影區域
54．．．陰影區域
圖1為電力供應器之方塊圖；及
圖2為展示至電力供應器之輸入電流之動態改變的示意圖。
10．．．電力供應器
12．．．輸入電流
14．．．電流計
15．．．電流量測信號/電流值
16．．．AC至DC轉換器
18．．．主體DC電壓
20．．．控制電路
22．．．連接/線路
24．．．能量儲存器件
26．．．DC輸出
28．．．DC調整及分配電路/電壓調節器
30．．．輸出
32．．．控制信號

Claims (15)

  1. 一種控制供應至一電子器件之電流的方法，其包含：限定可由該電子器件自一第一電流源汲取之一輸入電流之最高量於該輸入電流之一預定量；自該第一電流源汲取達該預定量之該輸入電流；將該經汲取之輸入電流的一第一部分供應至該電子器件，其中該第一部分之量可隨時間推移而改變以在不超過該預定量之情況下供應該電子器件需求之電流量；在該第一部分小於該預定量之一時期期間，供應該經汲取之輸入電流之一第二部分以對一能量儲存器件充電，其中該第二部分不大於該預定量與該第一部分之間的差；在該電子器件需求之該電流量大於該預定量的一時期期間，除輸入電流之該第一部分供應至該電子器件外，亦使該儲存能量器件放電以將補充電流供應至該電子器件；控制該電子器件之操作以防止該電流需求超過可自該輸入電流與該儲存能量器件之組合供應的電流量；及改變該預定量以限制該電子器件之電力消耗。
  2. 如請求項1之方法，其進一步包含：控制該第二部分之該量以有效地對該能量儲存器件充電。
  3. 如請求項1之方法，其進一步包含：作為交流電汲取該輸入電流； 將該交流電轉換為直流電；及作為直流電供應該經汲取之輸入電流的該第一部分及該第二部分。
  4. 如請求項3之方法，其進一步包含：調整供應至該電子器件之該直流電。
  5. 如請求項1之方法，其中該儲存能量器件為一電池。
  6. 如請求項1之方法，其中該儲存能量器件為一電容器。
  7. 如請求項1之方法，其中該儲存能量器件為一燃料電池。
  8. 如請求項5之方法，其進一步包含：以一第一電壓將該直流電提供至該電池；及在將電流供應至該電子器件之前將該直流電之該電壓自該第一電壓下調至一第二電壓。
  9. 如請求項8之方法，其進一步包含：回應於該輸入電流到達該預定量而降低該第一電壓，以使得該儲存能量器件將自動地開始將補充電流供應至該電子器件。
  10. 如請求項9之方法，其中該儲存能量器件之該充電及放電受控於一個二極體。
  11. 如請求項1之方法，其中該電子器件包括一處理器晶片，且其中一控制器藉由節流來控制該處理器之操作。
  12. 一種電力供應器，其包含：一AC至DC轉換器，其提供一DC電流輸出以供應一電子器件之電流需求； 一可再充電電池，其與該DC電流輸出電子連通；一控制器，其與該DC電流輸出操作性地連通，其中該控制器限定供應給該電子器件之DC電流輸出之一最高量、在該DC電流輸出超過該電子器件之該電流需求之時期期間自動地以該DC電流輸出之一部分對該可再充電電池充電、在該電子器件之該電流需求超過該DC電流輸出之時期期間自動地使該可再充電電池放電以將補充電流供應至該電子器件、控制該電子器件之操作以防止該電流需求超過可自該輸入電流與該可再充電電池之組合供應的電流量、且改變該供應給該電子器件之DC電流輸出之經限定最高量，以限制該電子器件之電力消耗。
  13. 如請求項12之電力供應器，其進一步包含：一電壓調節器，其在該DC電流輸出與該電子器件之間電子連通。
  14. 如請求項13之電力供應器，其進一步包含：一個二極體，其耦接於該DC電流輸出與該可再充電電池之間。
  15. 如請求項12之電力供應器，其中該電子器件包括一處理器晶片，且其中該控制器藉由節流來控制該處理器之操作。
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