(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210936173.9 (22)申请日 2022.08.05 (71)申请人 天津大学 地址 300071 天津市南 开区卫津路9 2号 (72)发明人 朱介北　刘东昊　俞露杰　 (74)专利代理 机构 天津盛理知识产权代理有限 公司 12209 专利代理师 李晶 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/18(2006.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 基于CPU工作状态估算温度的服务器功耗建 模方法 (57)摘要 本发明涉及一种基于CPU工作状态估算温度 的服务器功耗建模方法， 其功耗 建模过程根据在 服务器上运行特定测试程序的实测结果， 使用最 小二乘法拟合精确获取计及温度变量的服务器 功耗数学模 型待求系数。 为避免实际使用中对于 温度的额外测量， 设计了基于CP U工作状态的CP U 核心温度估算方法， 根据CPU利用率时间序列平 均值离散度的变化情况判断CPU工作状态， 进而 估算CPU核心温度。 为获得更为准确的CP U工作状 态判断结果， 设计了CP U时间序列长度及CPU工作 状态判定阈值参数寻优 方法， 以获取使得模型计 算误差最小的参数最优值。 本方法所提建模流程 具备通用性， 最终建模结果可在不引入额外测量 设备的前提下显著提高功耗计算 准确度。 权利要求书3页 说明书8页 附图6页 CN 115391998 A 2022.11.25 CN 115391998 A 1.一种基于CPU工作状态估算温度的服务器功耗建模方法， 其特征在于： 包括以下步 骤： 步骤1， 建立计及温度变量的服务器功耗数学模型， 其以CPU利用率实测值和CPU核心温 度实测值为输入并输出服务器总功 耗计算值， 并对计及温度变量的服务器功 耗数学模型中 的系数进行设定； 步骤2， 根据 步骤1建立的服务器功耗数学模型， 估算基于CPU工作状态的CPU核心 温度， 通过CPU利用率时间序列变化情况判断CPU波动或阶跃不同工作状态， 获得CPU核心温度估 算值， 以代 替步骤1所建立计及温度变量的服务器功 耗数学模 型的CPU核心温度实测值的输 入； 步骤3， 基于步骤1建立的计及温度变量的服务器功耗数学模型以及步骤2获得的CPU核 心温度估算值， 以模 型误差最小为目标， 对步骤2中时间序列长度Δt和CPU工作状态判定阈 值RMVD,th进行寻优。 2.根据权利要求1所述的一种基于CPU工作状态估算温度的服务器功耗建模方法， 其特 征在于： 所述建立计及温度变量的服 务器功耗数 学模型的方法为， 包括如下步骤： 步骤1.1， 配置对服务器进行功耗测量及 分析所需的设备， 包括可模拟特定计算负载的 测试程序、 AIDA64软件检测引擎、 可测量并记录服务器总功耗 实测值的功率表、 可对测量数 据记录与分析的计算服务器， 所述AIDA64软件检测引擎用于获取CPU利用率实测值、 CPU功 率实测值、 CPU 核心温度实测值和散热风扇转速实测值； 步骤1.2， 在测试服 务器上运行测试程序并采集记录相关数据； 步骤1.3， 根据CPU功耗实测值、 CPU利用率实测值以及CPU核心 温度实测值， 按照三者对 应关系利用最小二乘法拟合获取其中CPU利用率系数a和温度系数b0、 b1： 其中， 为tn时刻的CPU功耗； Pidle为CPU空闲功耗， 设定其为恒定值； 为tn时刻的 CPU利用率； 为tn时刻的CPU 核心温度； 步骤1.4， 根据CPU功耗实测值和服 务器总功耗实测值推算 服务器散热风扇功耗： 其中， 为tn时刻的服务器散热风扇功耗； 为tn时刻的服务器总功耗； 为tn时刻 的CPU功耗； Pother为除CPU和散热风扇外其 余部分的功耗； 步骤1.5， 根据散热风扇功耗计算数据以及散热风扇转速实测值， 按照二者对应关系利 用最小二乘法拟合获取其中风扇功耗系数c0、 c1、 c2以及c3： 其中， 为tn时刻的服 务器散热风扇功耗； 为tn时刻的服 务器散热风扇转速； 步骤1.6， 根据散热风扇转速实测值以及CPU核心温度实测值， 按照二者对应关系利用 最小二乘法拟合获取其中服务器低负荷状态下风扇转速fmin、 服务器高负荷状态下风扇转 速fmax， 风扇转速在恒速变速工作状态间切换温度阈值Tmin、 Tmax， 以及变速 区间转速随温度 改变的变化 率kfan：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115391998 A 2其中， 为tn时刻的服 务器散热风扇转速； 为tn时刻的CPU 核心温度； 步骤1.7， 根据CPU核心温度实测值、 CPU利用率实测值， 按照使用等效热参数模型计算 方法求解得到的CPU核心温度稳态值 ‑CPU利用率对应关系， 利用最小二乘法拟合获取稳态 温度参数 μ0、 μ1以及 μ2： 其中， 为CPU利用率在 状态下的CPU核心温度稳态值； 为tn时刻的CPU利用 率。 3.根据权利要求1所述的一种基于CPU工作状态估算温度的服务器功耗建模方法， 其特 征在于： 所述对计及温度变量的服务器功耗数学模型中的系 数进行设定的方法为： 在服务 器上运行特定测试程序并测量CPU利用率、 CPU功率、 CPU核心温度、 散热风扇转速以及服务 器总功耗， 根据数 学关系使用最小二乘法进行拟合设定 。 4.根据权利要求1所述的一种基于CPU工作状态估算温度的服务器功耗建模方法， 其特 征在于： 所述计及温度变量的服务器功耗数学模型中的系数包括CPU利用率系数a， 温度系 数b0、 b1， CPU空闲功耗Pidle， 风扇功耗系数c0、 c1、 c2、 c3， 服务器低负荷状态下风扇转速fmin， 服务器高负荷状态下风扇转速fmax， 风扇转速在恒速变速工作状态间切换温度最小阈值 Tmin， 风扇转速在恒速变速工作状态间切换温度最大阈值Tmax、 变速区间转速随温度改变的 变化率kfan， 稳态温度参数 μ0、 μ1、 μ2。 5.根据权利要求1所述的一种基于CPU工作状态估算温度的服务器功耗建模方法， 其特 征在于： 所述估算基于 CPU工作状态的CPU 核心温度的方法， 包括如下步骤： 步骤2.1， 对于tn时刻的温度估算， 提取tn时刻前Δt时间内CPU利用率时间序列 步骤2.2， 对于 CPU利用率时间序列U计算 其平均值离 散度MVD值： 其中， 为tn时刻的CPU利用率时间序列平均值离散度， 其在CPU 波动工作状态数值较 小， 在CPU阶跃工作状态数值较大； Δt为时间序列长度； 为第t时刻的CPU利用率； 步骤2.3， 根据 的变化情况， 判断CPU处于波动或阶跃的工作状态， 进而更新CPU核 心温度估算 值 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115391998 A 3