服務(wù)器電源系統(tǒng)于新一代數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)意義

此處需要特別強(qiáng)調(diào)的是：INPUT(輸入)中220V是服務(wù)器電源額定輸入電壓而指的是最大額定輸入電流能力，表征的電源在最低輸入工作電壓時(shí)的最大輸入電流能力，因此，直接用輸入額定電壓×輸入額定最大電流來(lái)表征額定輸入功率是不合適也是不正確的。

OUTPUT(輸出)250W MAX，這個(gè)參數(shù)才是該服務(wù)器電源最大輸出功率，但很遺憾的是，通常服務(wù)器廠家沒(méi)有將這個(gè)參數(shù)標(biāo)識(shí)在服務(wù)器外殼上，這個(gè)參數(shù)通常只有在服務(wù)器電源銘牌上才能看到，因此這個(gè)參數(shù)也被稱(chēng)為銘牌功率(nameplate rat-ing)，這個(gè)參數(shù)對(duì)設(shè)計(jì)才具有確實(shí)的意義。

值得一提的是，隨著服務(wù)器電源技術(shù)的發(fā)展以及節(jié)能要求的提高，PFC技術(shù)(Power Factor Corrected)越來(lái)越廣的被采用，銘牌功率和服務(wù)器輸入電壓和電流乘積之值越來(lái)越接近。

那么，接下來(lái)的問(wèn)題是負(fù)載的容量是否直接等同于服務(wù)器電源的最大功率?

答案依然是否定的，見(jiàn)圖1。

圖1能夠說(shuō)明很多問(wèn)題。對(duì)于服務(wù)器電源的容量而言，這張圖表揭示其實(shí)目前服務(wù)器廠家對(duì)電源的選擇思路。改圖右平面從右至左有三根垂直的直線，對(duì)應(yīng)服務(wù)器的三種工況。

銘牌功率：指的是服務(wù)器電源銘牌功率。

最大工況設(shè)置：指的是服務(wù)器系統(tǒng)工作在最大用電負(fù)荷時(shí)耗電功率。

CPU100％利用率典型工況：CPU工作在100％利用率時(shí)耗電功率。

從圖中可以注意到服務(wù)器最大的功率消耗是銘牌額定值的80％，這是因?yàn)榉?wù)器廠家在選擇電源時(shí)也寬放了大致20％的裕量。

而CPU100％利用率典型工況是銘牌額定值的67％。事實(shí)上服務(wù)器正常工作時(shí)的能耗還有小于這個(gè)值。

因此，在具體的設(shè)計(jì)工作中，這種裕量和工況差異也建議被設(shè)計(jì)者納入考慮。

正因?yàn)槿绱?，目前業(yè)界有一種呼聲：考慮到一些用戶(hù)為了更靈活、更容易地升級(jí)，可能也愿意犧牲效率，但也有許多用戶(hù)愿意在標(biāo)準(zhǔn)配置電源和最大配置電源中做出選擇。服務(wù)器制造商應(yīng)該考慮提供可選電源方案。

2．服務(wù)器電源冗余

服務(wù)器設(shè)備中廣泛使用兩個(gè)或兩個(gè)以上的電源同時(shí)供電，這種多電源供電技術(shù)的學(xué)術(shù)名稱(chēng)為“冗余電源(Redundant Power Supply)”。

1)冗余電源的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

冗余電源系統(tǒng)采用輸入總線、負(fù)載總線和共享總線的“三總線”的電路結(jié)構(gòu)。電源1、電源2…電源n為熱插拔電源模塊，它們以并聯(lián)方式相連接，C1、C2…Cn為各電源模塊的控制模塊，S1、S2…Sn為受控電流調(diào)節(jié)器／隔離器。SENSE1、SENSE2…SENSEn為電源檢測(cè)信號(hào)，F(xiàn)B為負(fù)載電壓反饋信號(hào)。

系統(tǒng)正常工作時(shí)，控制模塊通過(guò)調(diào)整電流調(diào)節(jié)器／隔離器的導(dǎo)通程度，使系統(tǒng)均衡地使用每個(gè)電源模塊一每個(gè)電源模塊向系統(tǒng)提供相同的電流，這種工作模式稱(chēng)為“電流共享”；或者控制受控電流調(diào)節(jié)器／隔離器使得某一個(gè)／組電源工作，另個(gè)／組電源備份。冗余電源系統(tǒng)中的每個(gè)供電模塊均可以熱插拔，一旦某個(gè)供電模塊損壞，就能在不停電情況下完成維修工作，而絲毫不影響系統(tǒng)的正常工作。熱插拔(hot-swapping)是指將模塊、板卡或電源等設(shè)備帶電“接入”或“移出”正在工作的機(jī)器。

2)冗余電源的對(duì)于前端供配電系統(tǒng)的要求

服務(wù)器冗余電源系統(tǒng)從性質(zhì)上最終都可以歸結(jié)到雙電源系統(tǒng)上。服務(wù)器冗余電源(雙電源系統(tǒng))設(shè)計(jì)為提高服務(wù)器本身供電的可靠性提供了極佳的物質(zhì)基礎(chǔ)。常識(shí)上講，如果雙電源服務(wù)器的每一路電源都能夠通過(guò)獨(dú)立的供電路由找獨(dú)立的能量源去電，就能夠獲得最高的可靠性。請(qǐng)注意：關(guān)鍵點(diǎn)是供電路由獨(dú)立和能量源獨(dú)立。

而傳統(tǒng)意義上的能量源，也就是UPS，無(wú)論是(單機(jī)／串聯(lián)熱備份／N+1直接并機(jī))都不能做到能量源相互獨(dú)立，與之相配套的供電路由也相應(yīng)的無(wú)法獨(dú)立，也就是說(shuō)每個(gè)環(huán)節(jié)都存在著明顯的單點(diǎn)故障，明顯的無(wú)法和服務(wù)器的雙電源結(jié)構(gòu)進(jìn)行匹配。所以，2N／2(N+1)的供電結(jié)構(gòu)正是基于服務(wù)器冗余電源結(jié)構(gòu)而興起的供電解決方案，而事實(shí)上，TIA-942(Telecommunications Infrastructure Standard for DataCenter，April2005)將2N／2(N+1)的供電結(jié)構(gòu)歸入Tir4(最高可靠度供電等級(jí))。

3．服務(wù)器電源制冷

服務(wù)器電源的制冷是通過(guò)其內(nèi)置的風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)制制冷的。Intel在《Power Supply Design Guideline for2008 Dual-socket Serverand Workstations》版本1.0中，定下了關(guān)于服務(wù)器電源的相關(guān)環(huán)境參數(shù)(如圖4)。

但制冷系統(tǒng)和物理結(jié)構(gòu)相關(guān)密切，以Redun-dant1U Power Supply(ERP1U)為例(如圖5)。

所以，明顯可以看到氣流成水平流動(dòng)方向，這對(duì)于數(shù)據(jù)中心氣流組織，機(jī)架擺放方式形成了基礎(chǔ)性的影響，目前業(yè)界流行的面對(duì)面、背靠背的機(jī)架擺放方式基礎(chǔ)之一就源于單臺(tái)服務(wù)器制冷氣流由前至后的水平流動(dòng)方向。

4．服務(wù)器電源能效

計(jì)算機(jī)／服務(wù)器電源的能效一直是近幾年來(lái)業(yè)界最為人關(guān)注的主題之一，業(yè)界關(guān)于計(jì)算機(jī)／服務(wù)器的能效也取得了很多成果。

“能源之星”針對(duì)計(jì)算機(jī)電源的要求也在不斷升級(jí)。 “能源之星”4.0版規(guī)范的自2007年7月20日開(kāi)始生效，要求臺(tái)式機(jī)在待機(jī)和休眠模式下的功率消耗分別不超過(guò)2.0W和4.0W，且對(duì)空閑(Idie)狀態(tài)下的功率消耗也作出了規(guī)定(A類(lèi)≤50.0W；B類(lèi)≤65.0W；C類(lèi)≤95.0W)；而在20％、50％和100％負(fù)載條件下的效率最低達(dá)80％。此外，更新的5.0版規(guī)范第一階段要求將于2009年7月1日開(kāi)始生效，將要求使用內(nèi)置電源的計(jì)算機(jī)在50％負(fù)載條件下工作效率最低達(dá)85％，而在20％和100％負(fù)載條件下最低效率達(dá)到82％。

業(yè)界還涌現(xiàn)了新的節(jié)能要求，如吸引了諸多知名計(jì)算機(jī)廠商參與的計(jì)算產(chǎn)業(yè)氣候拯救行動(dòng)(CSCI)的要求，如表1所示。

Intel針對(duì)服務(wù)器電源在2008年2月更新了對(duì)EPS電源的效率要求，如表2所示。

可以發(fā)現(xiàn)，不同的規(guī)范之間也在相互影響，有著趨近甚至趨同的趨勢(shì)。

四、結(jié)語(yǔ)

隨著各種新思想，新架構(gòu)，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)和發(fā)展，服務(wù)器電源本身的改變也呈現(xiàn)出顯著的加速趨勢(shì)，適當(dāng)?shù)牧私夂驼莆辗?wù)器電源的相關(guān)進(jìn)程對(duì)于我們的設(shè)計(jì)實(shí)踐有著十分重大和現(xiàn)實(shí)的意義。