トップ :: H 電気 :: H05 他に分類されない電気技術




【発明の名称】 電子部品を冷却する方法およびシステム
【発明者】 【氏名】サチン・ネヴィン・チダ

【氏名】ステファン・カール・バ−スン

【氏名】リカルド・イー・エピノザ−イバラ
【要約】 【課題】電子部品の電力使用量の変化傾向を考慮した、局所的な温度制御システムを提供する。

【解決手段】電子部品（１００）によって生成された熱を放散する局所的システムであって、制御可能な冷却装置（１０１）と、前記冷却装置を制御する制御システム（１３０、１３１、１３２）とを具備し、前記制御システムが、前記電子部品の消費電力の変化に応じて、前記冷却装置の動作速度を調整することを特徴とする局所的システム。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品によって生成された熱を放散する局所的システムであって、
制御可能な冷却装置と、
前記冷却装置を制御する制御システムとを具備し、
前記制御システムが、前記電子部品の消費電力の変化に応じて、前記冷却装置の動作速度を調整することを特徴とする局所的システム。
【請求項２】
前記制御システムが、さらに、前記電子部品の温度変化に応じて前記冷却装置の前記速度を調整することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記電子部品の前記消費電力が増大したときに、前記制御システムが、前記冷却装置の前記速度を上げることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記電子部品の前記消費電力が減少したときに、前記制御システムが、前記冷却装置の前記速度を下げることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記制御システムは、
前記冷却装置から、前記冷却装置の前記速度の実測値である回転計出力信号を受け取り、前記冷却装置の前記速度を調整する制御信号を出力する第１の制御機能と、
前記電子部品の前記消費電力の読み取り値に基づいて、前記第１の制御機能から出力された制御信号を修正する第２の制御機能とを有し、
前記制御信号が、前記第２の制御機能によって修正された後で、前記制御信号が、前記冷却装置に入力され、前記冷却装置の前記速度を調整することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記制御システムが、前記消費電力の動向を認識しかつそれに従って前記冷却装置の前記速度を調整するための規則を有するよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
電子部品によって生成された熱を放散する方法であって、前記電子部品の消費電力の変化に応じて、制御システムによって冷却装置の動作速度を調整する段階を有する方法。
【請求項８】
前記電子部品の温度変化に応じて、前記冷却装置の前記速度を調整する段階をさらに有する請求項７に記載の方法。
【請求項９】
電子部品によって生成された熱を放散するシステムであって、前記電子部品の消費電力の変化に応じて冷却装置の動作速度を調整する手段を有するシステム。
【請求項１０】
前記電子部品の温度の変化に応じて、前記冷却装置の前記速度を調整する手段をさらに有する請求項９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品を冷却する方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータや他の電子装置は、熱を発生するプロセッサ、メモリ製品、グラフィックス製品などの多数の電子部品や他の集積回路（ＩＣ）を含む。ほとんどの電子部品は、熱の影響を受けやすく、熱くなりすぎると故障したり物理的に破損したりすることがある。しかしながら、所定の電子装置内の各部品が安全に動作することができる熱しきい値は、各部品ごとに異なる。したがって、システム・レベルの冷却装置ならびに装置内の個々のＩＣに取り付けられた冷却装置は、多くの電子装置の機能に不可欠である。そのような冷却装置は、熱拡散器、ファン、ブロワ、ヒートシンク、その他のものでよい。
【０００３】
いくつかの冷却装置は、手動であるいは電子装置の一部である制御システムによって制御することができる。例えば、ファンを、様々な速度で動作するように制御することができる。制御可能な冷却装置は、最大速度で動作させないことによって電力を節約しシステム全体のノイズを減らすため、多くの電子装置において有利である。
【０００４】
電子装置によっては、その温度管理をシステム・レベルの冷却装置だけに依存しているものもある。しかしながら、多くの電子装置において、システム全体の冷却は、高価でかつ場所をとるオーバヘッドタイプのものを必要とする。したがって、多くの場合、特定の電子装置内の一部またはすべてのＩＣの個別の冷却装置（冷却ソリューション）は、システム・レベルの冷却装置よりも効率が高く、必要なスペースが小さく、安価である。
【０００５】
制御可能なほとんどの温度制御システムは、冷却するＩＣの温度を基準にしている。例えば、特定のＩＣの温度が、望ましくない温度まで上昇した場合に、ファンの速度が高められる。しかしながら、ＩＣの温度だけを基準にする温度制御システムは、不正確で、非効率的で、ＩＣの電力使用量の特定の動向を認識しそれに応答できないことがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電子部品の電力使用量の変化傾向を考慮した、局所的な温度制御システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
電子部品によって生成された熱を放散するための局所的システムが、制御可能な冷却装置と、冷却装置を制御する制御システムとを含む。制御システムは、電子部品の消費電力の変化に応じて冷却装置の動作速度を調整する。
【０００８】
添付図面は、本発明の様々な実施形態を示し、本明細書の一部分である。示した実施形態は、本発明の単なる例であり、本発明の適用範囲を限定しない。
【０００９】
図面全体にわたって、同一の参照番号は、類似しているが必ずしも同一とは限らない部品を指す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本明細書において、集積回路（ＩＣ）と関連した冷却装置（冷却部品）を制御する方法およびシステムを説明する。制御システムは、制御システムへの入力として、ＩＣの温度と消費電力を使用する。制御システムは、ＩＣの温度だけでなくその消費電力も監視することによって、ＩＣによって生成された熱の量を予測し、ＩＣをより正確かつ効率的に冷却することができる。このシステムは、単に説明を容易にするためにＩＣの文脈で説明される。しかしながら、本明細書に示した制御システムが、チップセット、中央処理装置（ＣＰＵ）、電圧調整器、記憶ユニット、ディスク・ドライブ、入出力装置などの多くの様々な電子部品および一群の構成部品を冷却するために使用することができる。
【００１１】
図１は、例示的な実施形態による冷却装置を備えた例示的な集積回路（ＩＣ）構成を示す。図１に示したように、ＩＣ（１００）は、動作するために特定の電圧（Ｖ）を必要とする。この電圧には、ＩＣ（１００）によって、その動作において使用される電流（Ｉ）が関連付けられる。ＩＣ（１００）によって使用または消費される電力（Ｐ）は、式Ｐ＝Ｖ×Ｉを使って計算することができる。換言すると、ＩＣ（１００）によって使用される電力は、ＩＣ（１００）に供給される電圧と電流の積と等しい。同じ式を使って、任意の電子部品によって消費される電力を計算することができる。
【００１２】
電圧と電流は、ＩＣ（１００）と独立したシステムによって供給されることがある。図１の構成が、本質的に例示的であり、他の多くの電圧供給構成が可能であることに注意されたい。例えば、ＩＣ（１００）は、複数の電圧を使用することができる。その場合、消費電力は、前に示した電力式において、電圧値（Ｖ）として主要電圧レール（voltage rail、主要電源電圧）または様々なレールの関数を使って計算することができる。
【００１３】
図１に示したように、ＩＣ（１００）は、動作中に熱を発生する。当業者に既知の理由のために、ＩＣ（１００）によって消費される電力のほとんどは熱になる。したがって、ＩＣ（１００）によって消費される電力を計算することによって、ＩＣ（１００）によって生成される熱の概算量を求めることができる。換言すると、ＩＣ（１００）によって生成される熱の量は、ＩＣ（１００）によって消費される電力の量とほぼ同等である。
【００１４】
図１は、ＩＣ（１００）によって生成された熱が、例示的な実施形態による冷却装置（１０１）によって放散されることを示す。冷却装置（１０１）は、ＩＣ（１００）が過熱するのを防ぐのを支援する。ＩＣが過熱すると、一時的に故障したり永久的に破壊したりすることがある。図１の例示的な構成の冷却装置（１０１）は、ファンまたはブロワである。しかしながら、冷却装置（１０１）は、ファン、ブロワ、ターボ・クーラー、ヒートシンク、熱拡散器でよいが、これらに限定されない。冷却装置（１０１）は、ＩＣ（１０１）に取り付けられていてもよく、ＩＣ（１００）を含む電子装置内のＩＣ（１０１）近くに配置されてもよい。冷却装置（１０１）は、ＩＣ（１０１）に電力を供給するのと同じ電源から電力を供給されてもよく、それ自体の電源を備えていてもよい。
【００１５】
ＩＣ（１００）の冷却装置（冷却ソルーション）において、複数の冷却装置があってもよい。冷却装置は、回路と、ＩＣ（１００）によって生成された熱を放散する冷却装置とを含む。例えば、図のＩＣ（１００）には、ファンまたはブロワ（１０１）の他に、上部に取り付けられたヒートシンク（図示せず）を含む冷却ソルーションがあってもよい。特定の冷却ソルーションに使用される冷却装置の数は、冷却するＩＣの構造および温度条件によって異なる。
【００１６】
冷却するＩＣの特性変化に応じて、冷却装置の動作方法を手動または自動で（すなわち、マイクロコントローラによって）制御することができる場合に、冷却装置は、制御可能である。特性変化は、ＩＣの温度、消費電力、あるいは温度変化を示すＩＣの何らかの他の特性変化でよい。図１の冷却装置（１０１）が制御可能である場合、その動作速度を、ＩＣ（１００）の温度変化および／または消費電力の変化に応じて調整することができる。制御可能な冷却装置を含む制御可能な冷却ソルーションは、本明細書および添付した特許請求の範囲において、特に断らない限り、温度制御システムまたは単に制御システムと呼ばれる。
【００１７】
いくつかの冷却装置は、他の冷却装置よりも制御が容易である。例えば、１部の温度制御システムである冷却装置は、ファン、ブロワおよびターボ・クーラーを含むがこれらに限定されない。一方、ほとんどのヒートシンクは、受動的冷却装置であり、制御可能ではない。しかしながら、いくつかのヒートシンクは、制御可能なことがあり、したがって、例示的な実施形態による温度制御システムの一部分でよい。
【００１８】
図２に、例示的な温度制御システムを示す。この例示的な実施形態において、制御システムは、閉ループ制御システムを使用して実現されている。図２に示したように、閉ループ制御システムは、冷却装置（１０１）の出力を常に監視し、その出力を多くの因子のうちのいずれかによって調整するシステムである。例えば、図２の制御システムは、冷却装置（１０１）の速度を制御する制御信号を調整するために使用できるいくつかの制御機能（１２０）を含む。
【００１９】
図２の制御機能（１２０）は、いくつかの機能のうちの任意のものを実行することができる。実行する厳密な機能は、制御システムの特定の実施形態に最も役立つように変化する。したがって、制御機能（１２０）の以下の説明は、制御機能（１２０）が実行できる多くの可能な機能のうちのいくつかの例示としてのみ役立つ。
【００２０】
図２に示したように、冷却装置（１０１）は、制御可能な冷却装置（１０１）である。例えば、図２の冷却装置（１０１）は、回転計出力信号を有するファンまたはブロワである。回転計出力信号は、冷却装置（１０１）がどれだけの速度で動作しているかの実測値である。例えば、回転計出力信号は、ファンのモータがどれだけの速度で動作しているかを回転数／分（ＲＰＭ）で表した実測値である。ＲＰＭは、今後および添付の特許請求の範囲において、特に断らない限り、冷却装置の動作速度または動作レベルの例示的な実測値として使用される。冷却装置の動作レベルの他の実測値を使用することもできる。
【００２１】
図２に示したように、回転計出力信号は、制御機能（１２０ａ）に入力される。制御機能（１２０ａ）は、回転計出力信号にその信号を増幅する定数を掛け、その後でそれを他の制御機能（１２０ｂ、ｃ）に送ることができる。もう１つの実施形態によれば、制御機能（１２０ａ）は、回転計出力信号を設定値と比較し、それに従って、回転計出力信号を調整する。例えば、設定値は、冷却装置（１０１）の理想ＲＰＭ値である。回転計出力信号が理想ＲＰＭ値よりも低い場合は、制御機能（１２０ａ）からの出力された制御信号は、冷却装置（１０１）に提示してそのＲＰＭを高めるように修正される。同様に、回転計出力信号が理想ＲＰＭ値よりも高い場合は、制御機能（１２０ａ）から出力された制御信号は、冷却装置（１０１）に提示してそのＲＰＭを低くするように修正される。
【００２２】
代替の実施形態は、図２の制御システムが制御機能（１２０ａ）を備えていないことである。この場合、回転計出力信号は、冷却装置（１０１）から制御機能（１２０ｂ）に直接送られる。
【００２３】
図２を再び参照すると、制御機能（１２０ａ）は、制御信号を出力する。この制御信号は、後で説明するように、他の制御機能（１２０ｂ、ｃ）によって修正されることがある。この制御信号は、修正された後で、冷却装置（１０１）にフィードバックされる。したがって、図２の制御システムは、閉ループ制御システムである。制御信号は、冷却装置（１０１）の動作速度を制御する。例えば、冷却装置（１０１）のＲＰＭの速度を高めるために、制御信号の振幅が大きくされる。
【００２４】
図２の制御信号は、冷却装置（１０１）を制御する任意のタイプの制御信号でよく、特定の用途に最もよく役立つように変化する。１つの例示的な制御信号は、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御信号である。ＰＷＭ制御信号は、駆動トランジスタを使用して冷却装置（１０１）に対する供給電圧のオン／オフ・デューティサイクルを変化させる。そのようにして、ＰＷＭ制御信号は、冷却装置（１０１）のモータに送られる有効電力を効率的に制御することができる。
【００２５】
もう１つの例示的な制御信号は、線形電圧制御信号である。線形電圧制御信号は、冷却装置（１０１）に印加される直流（ｄｃ）電圧を変化させて、冷却装置の速度（例えば、ＲＰＭ）を変化させる。ファンなどのいくつかの冷却装置への直流電圧を変化させると、それに比例してのＲＰＭがある程度変化する。
【００２６】
図２に戻り、制御機能（１２０ａ）から出力された制御信号は、制御機能（１２０ｂ）に入力される。制御機能（１２０ｂ）は、制御システムが冷却するＩＣ（１００）の温度の読み取り値を含む信号のためのもう１つの入力を有する。この温度信号は、ＩＣ（１００）自体の中のインライン検出（inline sensing）を使用して得ることができる。また、この信号は、他の多くの温度検出装置または回路を使用して得ることができる。
【００２７】
制御機能（１２０ｂ）は、制御信号と温度信号により、いくつかの機能のうちの１つまたは複数を実行することができる。例えば、制御機能（１２０ｂ）は、温度信号の変化に基づいて制御信号を調整する。ＩＣ（１００）の温度が高くなると、冷却装置（１０１）にそのＲＰＭを高めることを示すように、制御信号を増幅するか修正することができる。同様に、ＩＣ（１００）の温度が低くなると、冷却装置（１０１）にそのＲＰＭを低くすることを示すように、制御信号の振幅を小さくするか修正することができる。このようにして、冷却装置（１０１）が高いＲＰＭで動作する必要がないときに、電力を節約することができまたシステム・ノイズを減らすことができる。
【００２８】
もう１つの例示的な実施形態は、制御機能（１２０ｂ）が、ＩＣ（１００）の温度を、ＩＣ（１００）が適切に動作できる最高温度を表す設定値と比較することである。例えば、ＩＣ（１００）が動作できる最高温度は、摂氏７５度（Ｃ）である。制御機能（１２０ｂ）は、ＩＣ（１００）の実際の温度をこの値と比較して、冷却装置（１０１）が、ＩＣ（１００）を最高許容温度よりも低い温度に冷却するように、制御信号を調整することができる。また、制御システムは、温度が最高許容温度よりも高くなった場合に、ＩＣ（１００）またはシステム・レベル制御システムに障害信号（障害発生を示す信号）を送って、ＩＣ（１００）を停止するように（ＩＣの電源を落とすように）構成することができる。
【００２９】
もう１つの例示的な実施形態は、制御機能（１２０ｂ）が、ＩＣ（１００）の温度を、ＩＣ（１００）が動作すべき理想温度を表す設定値と比較することである。例えば、ＩＣ（１００）が動作する理想温度は３０℃である。制御機能（Ｉ２０ｂ）は、ＩＣ（１００）実際の温度をこの値と比較し、冷却装置（１０１）がＩＣ（１００）をこの理想温度と同等の温度まで冷却するように制御信号を調整することができる。
【００３０】
さらにもう１つの例示的な実施形態は、制御機能（１２０ｂ）が、前述の機能の組み合せを実行することである。例えば、制御機能（１２０ｂ）は、ＩＣ（１００）の温度の変化に基づいて制御信号を線形的に（比例的に）調整することができ、同時に、ＩＣ（１００）の温度が、動作できる最高許容温度を超えないようにする。
【００３１】
制御信号は、制御機能（１２０ｂ）によって修正された後、制御機能（１２０ｃ）に送られる。また、制御機能（１２０ｃ）は、制御システムが冷却するＩＣ（１００）の消費電力の読み取り値を含む電力信号のための別の入力を有する。この電力信号は、ＩＣ（１００）の入力電圧および電流を測定し、次に、図１と関連して説明した電力式（Ｐ＝Ｖ×Ｉ）を使って得ることができる。電力信号は、ＩＣ（１００）によって消費される電力を測定できる他の装置を使用して得ることもできる。
【００３２】
制御機能（１２０ｃ）は、制御信号と電力信号によって、いくつかの機能のうちの１つまたは複数を実行することができる。例えば、１つの例示的な実施形態は、制御機能（１２０ｃ）は、ＩＣ（１００）によって消費される電力の変化に基づいて制御信号を調整することができる。図１と関連して説明したように、ＩＣ（１００）によって消費される電力が増えると、ＩＣ（１００）は、より多くの熱を生成する。したがって、放散しなければならない熱がさらに他にある場合は、冷却装置（１０１）にそのＲＰＭを高めることを示すように制御信号を増幅しまたは修正することができる。同様に、ＩＣ（１００）によって消費される電力が減少した場合は、冷却装置（１０１）にそのＲＰＭを低くすることを示すように制御信号の振幅を小さくするかまたは修正することができる。そのようにして、冷却装置（１０１）が高いＲＰＭで動作する必要がないときに、電力を節約することができ、システム・ノイズを減少させることができる。
【００３３】
制御システムは、制御機能（１２０ｃ）によって、ＩＣ（１００）が消費する電力を監視するので、制御システムは、温度が高くなるのを待ってからＩＣ（１００）を冷却するのではなく、熱が生成されたときに機先を制して冷却装置（１０１）のＲＰＭを高め熱を放散させることができる。換言すると、制御システムは、ＩＣ（１００）の消費電力を監視することにより、ＩＣ（１００）によって生成される熱の量を予測し、それに応じて冷却装置（１０１）を調整して上昇した熱を補償することができる。
【００３４】
図２に示したように、制御信号は、制御機能（１２０ｃ）によって修正された後、冷却装置（１０１）あるいは冷却装置（１０１）を制御する回路に入力される。例示的な実施形態により、制御信号は、冷却装置（１０１）のＲＰＭの速度を上昇または低下させる。
【００３５】
代替の実施形態は、図２に示した制御システムが、ＩＣ（１００）の温度に基づいて制御信号を修正する制御機能（１２０ｂ）を備えていないことである。この場合、ＩＣ（１００）から制御システムへの入力は、制御機能（１２０ｃ）に入る電力信号だけである。
【００３６】
図２に示した制御システムは、複数の方法で実現することができる。図３は、例示的な実施形態により、マイクロコントローラ（１３０）を使用する制御システムの例示的な実施形態を示す。図３に示したように、マイクロコントローラ（１３０）には、３つの入力がある。入力の１つは、冷却装置（１０１）からの回転計出力信号である。他の２つの入力は、ＩＣ（１００）からの温度（１３１）と電力（１３２）の読み取り値である。１つの実施形態によれば、温度と電力の入力（１３１，１３２）は、アナログ入力でよい。しかしながら、もう１つの実施形態によれば、これらの入力は、ディジタル信号入力でよい。図３に示したように、マイクロコントローラ（１３０）は、冷却装置（１０１）に制御信号を出力する。したがって、例示的な実施形態によれば、マイクロコントローラ（１３０）は、図２に関して説明した制御機能（１２０）をすべて実行する。マイクロコントローラ（１３０）は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラム可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、信号処理プロセッサ（ＤＳＰ）、または他のタイプのＩＣでよい。
【００３７】
代替の実施形態は、制御システムを、各制御機能（１２０）ごとにアナログ構成部品を使用して実現できることである。アナログ構成部品を使用する厳密な実現方法は、当業者には明らかであり、本明細書では説明しない。
【００３８】
制御システムは、図４の例示的な構成に示したような、システム・レベルでの冷却装置で実現されることがある。図４に示したように、システム温度管理コントローラ（１４０）が、システム全体を冷却するシステム冷却装置（１４１）を制御する。システム冷却装置（１４１）は、前に検討した冷却装置のうちの任意の１つまたは複数でよい。例えば、システム冷却装置（１４１）は、システム全体を冷却するシステム・ファンである。システム温度管理コントローラ（１４０）は、ＩＣ（１００）を含むシステムの温度環境を制御する。
【００３９】
図４に示したように、この構成のＩＣ制御システム（１３０）には、２つの出力がある。１つの出力は、冷却装置（１０１）を制御する制御信号である。１つの例示的な実施形態によれば、もう１つの出力は、システム温度管理コントローラ（１４０）に送られる２段階の警報信号である。２段階警報信号は、２つの機能を実行する信号でよい。第１段階警報は、システム温度管理コントローラ（１４０）に、システム冷却装置（１４１）のファン速度を高めるように要求する。２段階警報信号の第２段階は、システム温度管理コントローラ（１４０）に、放散できない過剰な熱によりシステム全体を停止すること（システム全体の電源を落とすこと）を要求する障害信号でよい。２段階警報信号は、システム温度管理コントローラ（１４０）に送られる可能性のある多くの警報信号のうちの１つである。警報信号によって要求される厳密な動作は、特定の用途に最も役立つように変化することができる。
【００４０】
図５は、複数の制御システムおよび冷却装置を、システム・レベルの冷却装置と組み合わせて使用することができる例示的な実施形態を示す。図５に示したように、システム温度管理コントローラ（１４０）およびシステム冷却装置（１４１）と組み合わせて、２つの制御システムと冷却装置（１５２，１５３）が使用される。図５の例示的な構成には、２つの制御システムと冷却装置があるが、当業者に容易に明らかなように、他のシステムには、１つまたは複数の制御システムと冷却装置があってもよい。図５に示したように、ＩＣ（１００）とチップセット（１５１）のための冷却装置を示していないが、これらの冷却装置は、説明を容易にするために制御システム・ブロック（１５２，１５３）と一体化されている。
【００４１】
図５において冷却される２つの構成部品は、中央処理装置（ＣＰＵ）（１５０）とチップセット（１５１）である。チップセットは、１つまたは複数の関連する機能を実行する際に最小構成単位として働くように設計された１群のマイクロチップまたはＩＣである。ＣＰＵ（１５０）とチップセット（１５１）は、入出力（１０）コントローラやメモリ・ユニットなどの同じシステム内で冷却することができる多くのタイプのＩＣの例である。
【００４２】
図５は、ＣＰＵ（１５０）とチップセット（１５１）が、それ自体の局所的冷却装置を有することを示す。そのような冷却装置は、システム・レベルの冷却装置ものである。この構成は、使用可能な管理処理能力が複数のＩＣを監視するのに不十分なローエンド・システムに使用されることがある。
【００４３】
図５に示したように、ＵＰＵの制御システム（１５２）は、システム温度管理コントローラ（１４０）に２段階警報を送るように構成されている。２段階警報信号は、図４と関連して説明した２段階警報信号と同じものである。チップセットの制御システム（１５３）は、システム温度管理コントローラ（１４０）に、システム全体またはチップセット（１５１）だけを遮断するように要求する障害制御信号だけを送るように構成される。この場合も、システム温度管理コントローラ（１４０）に送られる制御信号は、任意のタイプの制御信号でよい。例えば、チップセットの制御システム（１５３）は、システム温度管理コントローラ（１４０）に２段階で警報信号を送信するように構成される。
【００４４】
もう１つの例示的な実施形態は、ＩＣ（１００）用の制御システムを、規則（取決め又は予め定められた手順）またはメモリ（記憶内容）を有するように作成できることである。換言すると、制御システムは、消費電力、温度変動、またはＩＣまたはシステムの不規則挙動における特定の動向を認識するようにプログラムまたは設計することができる。そのような動向、変化または不規則挙動を認識することにより、制御システムは、冷却装置に対する適切な制御信号を維持することができる。
【００４５】
図６は、メモリを有するように制御システムを作成またはプログラムすることができる、ＩＣによる消費電力を示すグラフである。図６は、例示的なＩＣの消費電力を時間の関数として示す。図６に示したように、時間ｔ0とｔ1の間に、しきい値を超える消費電力の短いスパイク（１６０）がある。その他の時間は、消費電力は、通常レベルあたりでわずかに変化するだけである。例示的な実施形態によれば、継続時間が指定時間長よりも短い場合に、しきい値を超える消費電力のスパイク（１６０）を無視するように、制御システムを作成またはプログラムすることができる。例えば、指定時間長は、２５０ミリ秒であり、しきい値は７０ワットである。このケースにおいて、消費電力のスパイク（１６０）が、１５０ミリ秒間７０ワットを超えた場合は、制御ループは、スパイク（１６０）を無視し、消費電力の一時的増大を補償するために冷却装置（１０１）の速度を高めることはしない。指定しきい値と指定時間長は、特定の用途に最も役立つように変化する。
【００４６】
図６と関連して説明した状況のために、制御ループをメモリと共に使用することがある応用例がいくつかある。例えば、ＣＰＵは、主に整数を処理する。しかし、場合によっては、浮動小数点数を処理する。ＣＰＵが浮動小数点数を処理するときに、図６のスパイク（１６０）と類似の消費電力のスパイクがある。
【００４７】
もう１つの例示的な実施形態によれば、制御システムは、消費電力の変化を選択的に無視することを可能にするメモリ（記憶内容）または規則（ｒｕｌｅ、予め定められた手順）を備えることがある。図７は、消費電力の変化によって、制御システムが消費電力の変化を選択的に無視することを必要とすることがある、ＩＣによる消費電力を示すグラフである。図７は、例示的なＩＣの消費電力を時間の関数として示す。図７に示したように、消費電力は頻繁に変化する。応用例によっては、冷却装置（１０１）は、消費電力の変化と同じ割合で速度を変化させることができないことがある。したがって、この例示的な実施形態によれば、制御システムは、消費電力の変化の一部分を無視し、その代わりに制御機能（１２０ｃ）へ入力として消費電力の定期的な読み取り値を使用する。図７は、制御システムが、時間ｔ0，ｔ1，．．．，ｔ7における消費電力の値を使用することを示す。
【００４８】
図７と関連して説明した代替実施形態は、制御システムが、消費電力のｎ番目ごとの変化を選択することである。例えば、消費電力が、毎秒５千万回変化する場合、制御システムは、制御機能（１２０ｃ）へ入力として１千万回目ごとの変化を使用するように選択する。
【００４９】
前に説明した制御システムにプログラムすることができる規則は、制御システムが有することができる多くの様々な規則の例である。特定の応用例に最も役立つようにＩＣの消費電力または温度変化の他の動向を認識するために、別の規則を実施することができる。
【００５０】
もう１つの例示的な実施形態は、制御システムを使用して予測される障害の解析を実行することを必要とする。制御システムは、冷却装置と関連したデータを収集し、そのデータをメモリに記憶することができる。このデータは、動作速度の変化や、冷却装置によって消費される電力などである。次に、制御システムは、このデータを解析し、冷却装置が、特定時間長の後に故障する特定の確率を有することを示す傾向を認識することができる。制御システムは、そのような傾向を認識し、その傾向にいくつかの形で応じるようにプログラムすることができる。例えば、１つの実施形態において、制御システムは、より高いレベルのもの（制御機構）に、故障に先行する状態の存在を報告する。例示的なより高いレベルのものは、システム・レベルの温度管理プロセッサと保守要員であるが、これらに限定されない。代替実施形態は、制御システムが、高い故障可能性を有すると判定された冷却装置を使用不能にし、その代わりにバックアップ冷却装置を使用可能できることである。
【００５１】
図８は、１つの例示的な実施形態によるメモリを備えた本制御システムを実現することができる方法を示すフローチャートである。図８のステップは、電力信号の入力を有する制御機能（図２の１２０ｃ）に対応する。図８のステップは、制御システムにプログラムされることがある。また、これらのステップは、このステップを実行するように構成されたプロセッサまたは別の装置によって実行されてもよい。
【００５２】
図８に示したように、最初のステップは、冷却されるＩＣの現在の消費電力を測定することである（１８０）。次に、制御システム内にプログラムされた任意の規則またはメモリ（記憶内容）が適用される（１８１）。そのような規則は、既に前に説明した規則のうちの任意のものでよい。次に、制御システムは、以前の消費電力の実測値からＩＣ消費電力が増加したかどうかを判定する（１８２）。増加した場合、冷却装置の速度を高める（１８３）。ＩＣ消費電力が増加せず、減少した場合は（１８４）、冷却装置の速度が低下される（１８４）。消費電力が増減しなかった場合は、冷却装置の速度を、以前の割合で維持することができる（１８６）。しかしながら、ステップ（１８４）の代替ステップ（図示せず）は、消費電力が増減しなかった場合に、冷却装置の速度を遅くできることである。
【００５３】
図９は、１つの例示的な実施形態によるメモリを有する本制御システムを実現することができる方法を示すもう１つのフローチャートである。図９のステップは、ＩＣ温度の読み取り値の入力を有する制御機能（図２の１２０ｂ）に対応する。図９のステップは、制御システムにプログラムすることができる。これらのステップは、また、これらのステップを実行するように構成されたプロセッサまたは別の装置によって実行されてもよい。
【００５４】
図９に示したように、最初のステップは、冷却するＩＣの現在の温度を測定する（１９０）。次に、制御システム内にプログラムされた任意の規則またはメモリ（記憶内容）が適用される（１９１）。これらの規則は、既に前に説明した規則のうちの任意のものでよい。次に、制御システムは、以前の温度の実測値からＩＣ温度が上昇したかどうかを判定する（１９２）。上昇した場合、冷却装置の速度が高められる（１９３）。ＩＣ温度が上昇しなかったが低下した場合は（１９４）、冷却装置の速度が遅くされる（１９４）。温度が上昇も低下もしなかった場合、冷却装置の速度は、以前の速度で維持することができる（１９６）。しかしながら、ステップ（１９４）の代替ステップ（図示せず）は、温度が上昇も低下もしなかった場合に、冷却装置の速度を遅くできることである。
【００５５】
図８と図９に示した方法は、例示的な実施形態にしたがって同時に実行することができる。これらは、また、システム温度管理コントローラ（図５の１４０）と共に機能するように一体化されてもよい。
【００５６】
以上の説明は、本発明の実施例を例示し説明するためにのみ提示された。説明は、網羅的でもなく、本発明を開示した厳密な形態に限定するものでもない。以上の教示を鑑みて、多くの修正および変形が可能である。本発明の適用範囲は、以下の特許請求の範囲によって定義されるものである。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、ＩＣ（集積回路）等の電子部品の冷却に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施形態による冷却装置を備えた例示的な集積回路構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態による例示的な温度制御システムを示す図である。
【図３】本発明の実施形態によるマイクロコントローラを使用する制御システムの例示的な実施形態を示す図である。
【図４】本発明の実施形態によるシステム・レベル冷却装置（冷却ソリューション）において制御システムがどのように実現されるかを示す例示的な構成である。
【図５】本発明の実施形態によるシステム・レベルでの冷却装置と組み合わせて複数の制御システムと冷却装置をどのように使用できるかを示す図である。
【図６】本発明の実施形態にしたがってメモリを有するように制御システムを作成またはプログラムすることができる集積回路による消費電力を示すグラフである。
【図７】本発明の実施形態にしたがって消費電力の変化により制御システムが消費電力の変化を選択的に無視するように要求されることがあるＩＣによる消費電力を示すグラフである。
【図８】本発明の実施形態によるメモリを有する本制御システムを実現する可能な方法を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施形態によるメモリを有する本制御システムを実現する可能な方法を示すもう１つのフローチャートである。
【符号の説明】
【００５９】
１００ 集積回路
１０１ 冷却装置
１２０ 制御機能
１３０ マイクロコントローラ
１４０ システム温度管理コントローラ
【出願人】 【識別番号】５０３００３８５４
【氏名又は名称】ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー．
【出願日】 平成１６年６月２１日（２００４．６．２１）
【代理人】 【識別番号】１０００７５５１３
【弁理士】
【氏名又は名称】後藤 政喜

【識別番号】１０００８４５３７
【弁理士】
【氏名又は名称】松田 嘉夫

【識別番号】１０００７８０５３
【弁理士】
【氏名又は名称】上野 英夫

【識別番号】１００１２０２６０
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 雅昭
【公開番号】 特開２００５−１９９９２（Ｐ２００５−１９９９２Ａ）
【公開日】 平成１７年１月２０日（２００５．１．２０）
【出願番号】 特願２００４−１８２３７２（Ｐ２００４−１８２３７２）