特許 6892330 サーバ制御システム、非常用発電設備、サーバの制御方法及び非常用発電設備の制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6892330

(24)【登録日】2021年5月31日

(45)【発行日】2021年6月23日

(54)【発明の名称】サーバ制御システム、非常用発電設備、サーバの制御方法及び非常用発電設備の制御方法

(51)【国際特許分類】

   G06F 1/30 20060101AFI20210614BHJP

   G06F 1/3206 20190101ALI20210614BHJP

   G06F 1/324 20190101ALI20210614BHJP

   H02J 9/00 20060101ALI20210614BHJP

   G06F 1/04 20060101ALI20210614BHJP

【ＦＩ】

   G06F1/30

   G06F1/3206

   G06F1/324

   H02J9/00 150

   G06F1/04 570

【請求項の数】7

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2017-115298(P2017-115298)

(22)【出願日】2017年6月12日

(65)【公開番号】特開2019-3279(P2019-3279A)

(43)【公開日】2019年1月10日

【審査請求日】2020年5月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002299

【氏名又は名称】清水建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100161506

【弁理士】

【氏名又は名称】川渕 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(72)【発明者】

【氏名】山崎 元明

(72)【発明者】

【氏名】笠井 一徳

(72)【発明者】

【氏名】林 隆浩

【審査官】 佐賀野 秀一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−２３６６３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１０６３１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１５／０４０６５４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０６Ｆ １／２６− １／３２９６

Ｇ０６Ｆ １／０４

Ｈ０２Ｊ ９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

商用電源による電力の供給が停止された際に、一又は複数の非常用発電機から電力が供給されるサーバの制御を行うサーバ制御システムであり、
サーバを制御するサーバ制御部と、前記一又は複数の非常用発電機の発電容量に応じて予め決められた、前記サーバの設定クロック周波数が記憶された記憶部と、を有し、
商用電源による電力の供給が停止されたことに伴い、前記サーバ制御部は、前記記憶部に記憶された設定クロック周波数を読み込み、前記サーバを稼働させるクロック周波数を前記設定クロック周波数に設定する
ことを特徴とするサーバ制御システム。

【請求項2】

前記サーバは、複数のサーバであり、前記複数のサーバを構成するサーバは各々、前記設定クロック周波数に設定されている
ことを特徴とする請求項１に記載のサーバ制御システム。

【請求項3】

前記複数のサーバを構成するサーバの各々は、それぞれ異なる周波数の前記設定クロック周波数が設定されている
ことを特徴とする請求項２に記載のサーバ制御システム。

【請求項4】

前記複数のサーバの消費電力の総計が前記発電容量以下となるように前記設定クロック周波数が設定されている
ことを特徴とする請求項２または３に記載のサーバ制御システム。

【請求項5】

請求項１〜４のいずれか１項に記載のサーバ制御システムと、
商用電源による電力の供給が停止されたことを検知する異常検知部と、
前記異常検知部が商用電源による電力の供給が停止されことを検知した場合に起動される、一又は複数の非常用発電機と、
を有することを特徴とする非常用発電設備。

【請求項6】

商用電源による電力の供給が停止された際、一又は複数の非常用発電機から電力が供給されるサーバの制御方法であり、
商用電源による電力の供給が停止されたことに伴い、サーバ制御部は、前記一又は複数の非常用発電機の発電容量に応じて予め決められた前記サーバの設定クロック周波数を記憶部から読み込み、前記サーバを稼働させるクロック周波数を前記設定クロック周波数に設定する
ことを特徴とするサーバの制御方法。

【請求項7】

商用電源による電力の供給が停止されたことを検知する異常検知部と、
前記異常検知部が商用電源による電力の供給が停止されことを検知した場合に起動される、一又は複数の非常用発電機と、
サーバを制御するサーバ制御部と、前記一又は複数の非常用発電機の発電容量に応じて予め決められた、前記サーバの設定クロック周波数が記憶された記憶部と、を有するサーバ制御システムと、
を有する非常用発電設備の制御方法であり、
商用電源による電力の供給が停止されたことを前記異常検知部が検知したことに伴い、前記サーバ制御部は、前記一又は複数の非常用発電機の発電容量に応じて予め決められた前記サーバの設定クロック周波数を前記記憶部から読み込み、前記サーバを稼働させるクロック周波数を前記設定クロック周波数に設定する
ことを特徴とする非常用発電設備の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、サーバ制御システム、非常用発電設備、サーバの制御方法及び非常用発電設備の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

データセンターや電算センター（以下、ＤＣと示す）の建物においては、サーバの配置されている居室、例えばサーバ室に対する電源の供給が、停電あるいは電源設備の故障などにより停止される場合がある。この電源の供給が停止された際、サーバ室内のサーバ及び空調機などの設備の稼働を継続させるため、例えば数千ＫＶＡクラスの大容量の非常用発電機を単数あるいは複数台設置している（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

一般的には、サーバ室に対する電源の供給が停止した際、全てのサーバの稼働率を１００％に維持し、かつその際にサーバの発熱による温度上昇に対応した空調機の稼働を行えるだけの容量を有する発電機が必要となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００２−２３８１８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上述したような、大容量の非常用発電機は極めて高価であり、広大な設置スペースも要求されるので、ＤＣの施設などの建物を構築する際のイニシャルコスト低減の障害となっている。
また、大容量の非常用発電機はランニングコストやメンテナンスにかかる費用も極めて高価であり、設備管理運用にかかるコストの負担が大きい。

【0006】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、非常用発電機の容量を低下させ、ＤＣの施設などの建物を構築する際のイニシャルコスト、及び設備管理運用にかかるコストを低減することが可能なサーバ制御システム、非常用発電設備、サーバの制御方法及び非常用発電設備の制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

この発明は上述した課題を解決するためになされたもので、本発明のサーバ制御システムは、商用電源による電力の供給が停止された際に、一又は複数の非常用発電機から電力が供給されるサーバの制御を行うサーバ制御システムであり、サーバを制御するサーバ制御部と、前記一又は複数の非常用発電機の発電容量に応じて予め決められた、前記サーバの設定クロック周波数が記憶された記憶部と、を有し、商用電源による電力の供給が停止されたことに伴い、前記サーバ制御部は、前記記憶部に記憶された設定クロック周波数を読み込み、前記サーバを稼働させるクロック周波数を前記設定クロック周波数に設定することを特徴とする。

【0008】

本発明のサーバ制御システムは、前記サーバは、複数のサーバであり、前記複数のサーバを構成するサーバは各々、前記設定クロック周波数に設定されていることを特徴とする。

【0009】

本発明のサーバ制御システムは、前記複数のサーバを構成するサーバの各々は、それぞれ異なる周波数の前記設定クロック周波数が設定されていることを特徴とする。

【0010】

本発明のサーバ制御システムは、前記複数のサーバの消費電力の総計が前記発電容量以下となるように前記設定クロック周波数が設定されていることを特徴とする。

【0011】

本発明の非常用発電設備は、上記いずれかに記載のサーバ制御システムと、商用電源による電力の供給が停止されたことを検知する異常検知部と、前記異常検知部が商用電源による電力の供給が停止されことを検知した場合に起動される、一又は複数の非常用発電機と、を有することを特徴とする。
本発明のサーバ制御方法は、商用電源による電力の供給が停止された際、一又は複数の非常用発電機から電力が供給されるサーバの制御方法であり、商用電源による電力の供給が停止されたことに伴い、サーバ制御部は、前記一又は複数の非常用発電機の発電容量に応じて予め決められた前記サーバの設定クロック周波数を記憶部から読み込み、前記サーバを稼働させるクロック周波数を前記設定クロック周波数に設定することを特徴とする。
本発明の非常用発電設備の制御方法は、商用電源による電力の供給が停止されたことを検知する異常検知部と、前記異常検知部が商用電源による電力の供給が停止されことを検知した場合に起動される、一又は複数の非常用発電機と、サーバを制御するサーバ制御部と、前記一又は複数の非常用発電機の発電容量に応じて予め決められた、前記サーバの設定クロック周波数が記憶された記憶部と、を有するサーバ制御システムと、を有する非常用発電設備の制御方法であり、商用電源による電力の供給が停止されたことを前記異常検知部が検知したことに伴い、前記サーバ制御部は、前記一又は複数の非常用発電機の発電容量に応じて予め決められた前記サーバの設定クロック周波数を前記記憶部から読み込み、前記サーバを稼働させるクロック周波数を前記設定クロック周波数に設定することを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

この発明によれば、停電発生の信号を受けた時には、各サーバのクロック周波数を低減させてサーバの総消費電力量を低減する仕組みを設けることで、施設に設置する非常用発電機の電気容量を低減させることができる。非常用発電機の電気容量を低減しても、停電時にサーバを停止させず、サーバの稼働を縮退運転にて継続させることができる。これにより、従来に比較してＤＣの施設を構築する際のイニシャルコスト、及び設備管理運用にかかるコストを低減することが可能なサーバ制御システム、非常用発電設備、サーバの制御方法及び非常用発電設備の制御方法を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施形態によるサーバ制御システムを用いた無停電サーバシステムの構成例を示す概略ブロック図である。

【図2】パワーキャッピング機能におけるＣＰＵ負荷とサーバの消費電力との対応の一例を示す図である。

【図3】商用電力（商用電源）の供給が有る状態から、一旦供給が無くなり（電源断）、その後商用電源供給が復旧した場合の、各々の状態のサーバにおけるパワーキャッピングの機能の動作（時系列変化）について説明する図である。

【図4】サーバ室に配置されたサーバの消費電力に対応して、このサーバ室に設置する非常用発電機１２が発電する電力の容量の算出の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態によるサーバ制御システムを用いた無停電サーバシステムの構成例を示す概略ブロック図である。この図１において、無停電サーバシステム１０は、サーバ制御システム１１、非常用発電機１２、サーバ１３＿１、サーバ１３＿２、サーバ１３＿３、…、サーバ１３＿ｎ、空調機１４、電力異常検知器１５、電力経路切替器１６及び電力経路切替器１７の各々を備えている。以下、サーバ１３＿１、サーバ１３＿２、サーバ１３＿３、…、サーバ１３＿ｎの全てを示す場合、サーバ１３と記載する。本実施形態では、通常時はサーバ１３に対しては、電力経路切替器１６を介して商用電力が供給されている。電力異常検知器１５が商用電源の停電を検知した場合には、非常用発電機１２を起動し、電源系統を電力経路切替器１６にて、商用電源から非常用発電機１２に電源を切り替える。その結果、サーバ１３への電源供給は非常用発電機１２により継続される。

【0015】

非常用発電機１２は、商用電力が供給されなくなる非常時において供給する電力を発電する非常用発電設備であり、停電時にサーバ１３及び空調機１４の各々を稼働させるための電力を発電する。
サーバ制御システム１１は、電力異常検知器１５からの停電検知信号が供給されると、サーバ１３の各々に対して、パワーキャッピング機能による縮退運転で稼働するように指示信号を出す。
サーバ制御システム１１は、異常検知部１１１、サーバ制御部１１２及び記憶部１１３の各々を備えている。

【0016】

異常検知部１１１は、電力異常検知器１５から供給される停止信号を検出し、この停止信号が供給されたことを示す確認信号を、サーバ制御部１１２に対して出力する。
サーバ制御部１１２は、異常検知部１１１からの確認信号に基づき、ＣＰＵを稼働するクロックのクロック周波数（サーバ１３を稼働させるクロックのクロック周波数）を低下させる制御信号を、予め設定されたクロック周波数の数値とともに、サーバ１３に対して出力する。

【0017】

記憶部１１３には、サーバ１３の消費電力を低減する際に用いる、サーバ１３を稼働させるＣＰＵのクロック周波数の数値（上記予め設定されたクロック周波数の数値、以下、設定クロック周波数と示す）が予め書き込まれて記憶されている。

【0018】

ここで、設定クロック周波数は、上述したようにサーバ１３の各々の消費電力を低下させるため、通常のクロック周波数に対して低く設定されている。また、設定クロック周波数は、サーバ１３の各々の消費電力が、サーバ室に対応して設けられる非常用発電機１２の発電する電力の電力容量の合計に対応した消費電力となるように適時設定される。
また、サーバ制御部１１２は、上記制御信号を出力する際、記憶部１１３から設定クロック周波数を読み出し、制御信号に付加してサーバ１３の各々に対して出力する。

【0019】

ここで、サーバ１３の各々は、パワーキャッピング（電力制限）機能を有していることが前提である。このパワーキャッピング機能とは、本実施形態において、サーバ内のＣＰＵを稼働させるクロックのクロック周波数を低減し、サーバによる電力消費の上限を設定する機能を示している。そのため、サーバ１３の各々は、サーバ制御部１１２からの制御信号を受信すると、正常時におけるクロック周波数から制御信号に付加されている設定クロック周波数に、ＣＰＵのクロックのクロック周波数を変更し、サーバ消費電力を低減する。

【0020】

図２は、パワーキャッピング機能におけるＣＰＵ負荷とサーバの消費電力との対応の一例を示す図である。図２においては、縦軸がＣＰＵ負荷（％）を示し、横軸がサーバの消費電力（Ｗ）を示している。この図２は、ＣＰＵ負荷の数値に対応したサーバの消費電力の変化の一例を示している。このＣＰＵ負荷は、例えば、ＣＰＵに供給されるクロックのクロック周波数が仕様における最大値の場合を１００％として示している。

【0021】

図２の例において、ＣＰＵのクロックのクロック周波数が最大値、すなわちＣＰＵ負荷１００％の場合、サーバの消費電力が３４０（Ｗ）である。
そして、ＣＰＵのクロックが設定クロック周波数とされた際、この設定クロック周波数の周波数値に対応してＣＰＵ負荷が９０％の場合、サーバの消費電力が２６０（Ｗ）となり、また、ＣＰＵ負荷が４６％の場合、サーバの消費電力が１４０（Ｗ）となる。このように、ＣＰＵ負荷を４６％とすることにより、サーバの消費電力をＣＰＵ負荷１００の場合に比較して１４０Ｗ／３４０Ｗ＝約４１％程度に低下させることができる。
このＣＰＵ負荷をどの程度とするかは、このサーバ室に設置する非常用発電機１２の発電する電力の電力容量に対応させるか、サーバ１３の各々で動作させるアプリケーションの処理能力をどの程度に低下させるかにより設定する必要がある。

【0022】

また、サーバ１３＿１、サーバ１３＿２、サーバ１３＿３＿、…、サーバ１３＿ｎの各々には、それぞれ異なる周波数の数値の設定クロック周波数を設定してもよい。
また、記憶部１１３には、非常時において、予めクロック周波数を設定クロック周波数に変更するサーバ１３を指定し、非常時においては、記憶部１１３に予め指定されたサーバ１３のクロック周波数を設定クロック周波数に変更し、他のサーバ１３のクロック周波数の変更は行わないというような運用もできる。
上述のように、サーバ１３の各々を異なる設定クロック周波数で稼働させた際、サーバ室のサーバ１３それぞれの消費電力の総計が、非常用発電機１２が発電する電力電力以下、すなわち発電する電力容量以下（非常用発電機１２の発電する電力で稼働可能な電力容量）となるように、サーバ１３それぞれの設定クロック周波数を予め算出して設定する。

【0023】

図３は、商用電力（商用電源）の供給が有る状態から、一旦供給が無くなり（電源断）、その後商用電源供給が復旧した場合の、各々の状態のサーバにおけるパワーキャッピングの機能の動作（時系列変化）について説明する図である。
図３において、施設電源の項目は、サーバ室に対する商用電源の供給状態を示している。商用電源有りは、サーバ室に対して商用電源が供給されている通常の状態を示している。電源断は、停電などにより、サーバ室に対して商用電源が供給されない非常時の状態を示している。この非常時の状態においては、非常用発電機１２からサーバ室に対して電力が供給される。商用電源復旧は、停電が回復して電源が復旧された状態、すなわち通常の状態に戻ったことを示している。

【0024】

サーバのパワーキャッピングの項目は、サーバ１３におけるパワーキャッピングが機能しているか否かを示している。この項目がＯＦＦの場合は、パワーキャッピング機能が働いていない状態を示している。この項目がＯＮの場合は、パワーキャッピング機能が働いている状態を示している。このとき、サーバ１３は縮退運転により処理能力が低下、すなわちＣＰＵ負荷が低下し、サーバ１３の消費電力が低下する。

【0025】

サーバ最大消費電力の項目は、ＣＰＵ負荷の状態と、そのＣＰＵ負荷に対応した消費電力が示されている。
図３において、商用電源が有りの場合は、通常状態のため、サーバ１３のパワーキャッピング機能が働かない。このとき、サーバ最大消費電力はＣＰＵ負荷が１００％であり、消費電力は３４０Ｗである。
一方、商用電源が電源断となった場合、非常状態のため、非常用発電機１２が発電を開始し、サーバ制御部１１２の制御により、サーバ１３のパワーキャッピング機能が働き、ＣＰＵのクロックが通常のクロック周波数から設定クロック周波数に変更される。このとき、消費電力が設定クロック周波数により１２０Ｗに低下するため、ＣＰＵ負荷は３５％に低減する。ＣＰＵ負荷が３５％に低下することにより、３４０Ｗ−１２０Ｗ＝２２０Ｗの消費電力が低下する。
また、商用電源が有りに戻った場合は、非常状態から通常状態に戻るため、サーバ制御部１１２の制御により、サーバ１３のパワーキャッピング機能が働かない状態に戻す。これにより、サーバ最大消費電力はＣＰＵ負荷が１００％であり、消費電力は３４０Ｗである。

【0026】

図４は、サーバ室に配置されたサーバの消費電力に対応して、このサーバ室に設置する非常用発電機１２が発電する電力の容量の算出の一例を示す図である。
図４（ａ）は、ＣＰＵ負荷を１００％（稼働率１００％）とした場合における非常用発電機１２で必要となる設備容量（発電する電力の容量）を求める図である。
サーバ室におけるサーバ１３全体においては１５００ラック（例えば、１ラックがサーバ一台として換算）があり、ラック毎に６ｋＷの消費電力が必要である。したがって、６ｋＷのサーバが１５００個あるため、サーバ室全体におけるサーバ１３の消費電力は、９０００ｋＷとなる。ここで、ＰＵＥ（Power Usage Effectiveness）を１．５として、空調等のサーバ以外の電力も考慮すると、考慮すると、ＤＣの施設全体としては１３５００ｋＷの電力が必要となる。この結果、非常用発電機１２は、一台４５００ｋＷの発電機を準備する場合、３台が必要となる。さらに、非常用発電機１２のいずれかの故障を想定すると、予備（ヨビ）の非常用発電機１２を一台設置するため、全体で４５００ｋＷの発電機を４台設置することになる。

【0027】

図４（ｂ）は、１５００のラックのなかで、半分の７５０ラックをパワーキャッピング機能により、ＣＰＵのクロックを設定クロック周波数に変更し、ＣＰＵ負荷を３３％として消費電力を２ｋＷに低下させ、残りの半分を通常のクロック周波数で動作させ、ＣＰＵ負荷を１００％のままとする。
これにより、サーバ全体では、６ｋＷ×７５０＋２ｋＷ×７５０＝６０００ｋＷの消費電力となる。そして、図４（ａ）の場合と同様に、ＰＵＥ（空調機１４や照明設備などを含めたＤＣ全体の消費電力に対応した係数）を１．５として考慮すると、ＤＣの施設全体としては９０００ｋＷの電力が必要となる。この結果、非常用発電機１２は、一台４５００ｋＷの発電機を準備する場合、２台が必要となる。さらに、非常用発電機１２のいずれかの故障を想定すると、予備（ヨビ）に非常用発電機１２を一台設置するため、全体で４５００ｋＷの発電機を３台設置することになる。
上述したように、非常時において、サーバのパワーキャッピング機能を利用することにより、１台の非常用発電機１２を低減することができる。

【0028】

上述したように、本実施形態によれば、サーバ制御システム１１が、商用電源が供給されなくなる非常時において、サーバ室に配置されているサーバの全てあるいは一部の各々に対しパワーキャッピング機能を働かせ、ＣＰＵのクロックのクロック周波数を低下させ、ＣＰＵ負荷を低減させるため、停電などの非常時にサーバの稼働を継続させた状態でサーバ全体の消費電力を低減させることが可能となり、非常用発電機の発電する電力の容量を低下させることができる。この結果、本実施形態によれば、非常用発電機の個数あるいは容量を低下させることにより、ＤＣの施設を構築する際のイニシャルコスト、及び設備管理運用にかかるコスト、及び設置スペースを低減することができる。

【0029】

以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

【符号の説明】

【0030】

１０…無停電サーバシステム
１１…サーバ制御システム
１２…非常用発電機１２
１３，１３＿１，１３＿２，１３＿３，１３＿ｎ…サーバ
１４…空調機
１５…電力異常検知器
１６…電力経路切替器
１１１…異常検知部
１１２…サーバ制御部
１１３…記憶部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】