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1、在数据中心的 IT 设备,包含服务器、存储器、交换机等,其中以服务器数量最多,占绝大多 数。这些 IT 设备用电特性基本类似,本文以服务器为例。在数据中心中众多服务器为机架式服务器,部分高端数据中心采用小型机、大型机等大型服 务器设备。图 1:机架安装式服务器、小型机等服务器上的电源(POWER),和PC (个人电脑)电源一样,都是一种开关电源。比如联想 万全2200C/2400C服务器就采用了 EPS标准的电源,输出功率为300W,该电源输入电压宽范围为90264V,功率因数大于0.95。看看业界某知名厂商的一款 1U 标准服务器电源的铭牌WUT(M50H? &科:AM011SOUTPUT+
2、12V17A,-1ZV*J 0:9A.25DW 邛虹 +5V i 21A *5/SB l 2*3 3T ej 20A 4V r 0 3A4 jV & 巧;TOTAL OUTPUT 洎T EXCEED 冷*) 3V 4 +5V*t 出不理理 14W3 SV A *4V & +12V TOTAL OJTRJT NOT EXCEED 24QW J; i*5VA*t2V 岂*记;不呢 J MOW$V & -12V TOTAL CLRRENT NOT EXCEED 0.8A 剔 k 42V 烂电不 MilOSA咛图 2:业界某知名厂商的一款电源的铭牌关于服务器电源的铭牌,一般不会直接贴在服务器的外壳,而
3、是贴在服务器电源外壳比较空 旷的地方,通常都只有在从服务器取出服务器电源后才能看到。需要特别强调的是INPUT(输入)中220V是服务器电源额定输入电压;而4A指的是最大 输入电流能力,表征的电源最大输入电流能力。因此,服务器电源的输入功率(即消耗功率)不 能直接用输入额定电压x输入最大电流来计算。OUTPUT(输出)250W MAX,这个参数才是该服务器电源最大输出功率,这个参数对于数 据中心设计者才具有重要的设计意义, 但很遗憾的是,通常服务器厂家没有将这个参数标识在服 务器外壳上,这个参数通常只有在服务器电源铭牌上才能看到。服务器电源的输出最大功率为250W,按照AC/DC转换效率85%
4、 (平均值),那么服务 器的输入功率(消耗功率) PSERVER 为:PSERVER=PMAX OUT/n = 250W/0.85 = 294-12W-295W其中PMAX out等于250w, n为AC/DC效率,取平均值85%。服务器的输入功率(消耗功率) PSERVER 代表服务器的最大工作功率,即在设计满配置( CP U、内存、硬盘等全满配置),CPU、内存和硬盘等设备全负荷100%速度工作时,所能消耗的最大功率,而服务器使用过程中这种工况是非常罕见的。在数据中心设计中,我们可以参考配置系数c,同时利用系数k。PACTUAL= PSERVER xcxk=295x0.8x0.8=188.
5、8w,其中配置系数c取0.8,代表服务器电源的厂家裕量。k为同时利用系数,取0.8。上述数据符合实测结果,在某数据中心测量Dell Poweredge 1U和2U服务器的波形为:图3:2003 年实际工作功率,非最大功率左图为 1U 服务器 222.5V*0.65A=144.63VA,右图为 2U 服务器 223.8*1.37 = 306.6 1VA以上讨论的是服务器配置一个电源的工作功率,但是为了提高服务器工作可靠性,目前服务 器普遍采用冗余电源技术,它具有均流、故障切换等功能,可以有效避免电源故障对系统的影响, 实现24x7的不停顿运行。冗余电源较为常见的是N + 1冗余(1 + 1、2+
6、1、3+1等),可以保证一个电源发生故障的 情况下系统不会瘫痪(同时出现两个以上电源故障的概率非常小) 。冗余电源通常和热插拔技术 配合,即热插拔冗余电源,它可以在系统运行时拔下出现故障的电源并换上一个完好的电源, 从 而大大提高了服务器系统的稳定性和可靠性。因为冗余电源的应用,带来新的问题:每一个服务器电源工作在较轻负荷状态之下,导致工 作效率降低,比如1+1电源配置下,每一个服务器电源的负载均小于 50%(通常只有 20%负 载),这样电源模块的效率将只有 80%左右,甚至更低至 75%。图 4:较高效率的服务器电源效率图为了提高服务器电源的工作效率,减小服务器体积,服务器行业开始向刀片式
7、服务器升级。 所谓刀片式服务器,就是指服务器外形扁而平, 活像个刀片,于是形象的叫做 “刀片服务器”。 在标准高度的机架式机箱内可插装多个卡式的服务器单元 (即刀片,其实际上是符合工业标准的 板卡,上有处理器、内存和硬盘等,并安装了操作系统,因此一个刀片就是一台小型服务器), 这一张张的刀片组合起来,进行数据的互通和共享,在系统软件的协调下同步工作就可以变成高 可用和高密度的新型服务器。这些刀片服务器共用系统背板、冗余电源、冗余风扇、网络端口、光驱、软驱、键盘、显示器和鼠标,一个机箱对外就是一台服务器,而且多个刀片机箱还可以级联,形成更大的集群系统。图 5: IBM 刀片服务器现场照片,每个机
8、框可安装 14 个刀片因为一个标准机架式机箱通常内置了 814个刀片服务器,这些服务器是共用冗余电源,所 以服务器电源的工作效率得到很大提升。而刀片服务器因为体积小,与同等速度与配置的机架式 服务器相比,更加省电与节能。表1列出了 IBM某款刀片服务器与同等配置机架服务器的功率和发热量对比。功率休眠 下了W功率最大了单机功率饰眠iw)茧机功率(最大 Jw)14个刀片上包括框架和网络单 元;377718527014台1U机架式服勢器is 6 4l.278.276377Blade vs Rack33%28%33%相同配置:2=7,0GHz XeonE540 -n:PU; 4*1 GB 内存, 2*
9、146GB lOKtpmHDD硬盘表 1:2008 年 IBM 某型号刀片式服务器与机架式服务器功耗对比 显然,采用刀片式服务器,休眠状态、最大工况下,功率和发热量分别降低 33%和 28%, 取中间值 30%。在一个中等规模的数据中心,通常会有数千台服务器,假定某中型有 2800 台服务器(全部 折算为 1U 的标准机架服务器),那么折算的用电功率为:参考配置系数 c=0.8Pall sever =PMAXxcx2800=377x0.8x2800=844.48kw, 如果全部采用刀片式服务器,需要 200个刀片机框+2800片刀片单元,这用电功率为:Pall blade =PMAXxcx28
10、00 = 270x0.8x2800=604.8kw,显然,采用刀片式服务器,节约电力239.68kw,假设全年计算时间利用效率为0.7,那么 可节省的电费为:E=(239.68x365x 24x0.7)/0.9 = 2332885.33kwHY=Ex0.7元/度= 163万元其中0.7为全年同时利用率;0.9为UPS的效率;电费粗略计为0.7元/度电。 可见采用新型的刀片式服务器,节约的电费是惊人。而因为功率的节省,还会带来机房空调 的节电,这在下一节中介绍。宏观上,中国大陆每年的PC服务器总发货量在70万台左右,按照每台服务器400W功耗 计算,一年消耗电力24亿度,如果全部采用刀片,可以节约7.3亿度电,相当于少燃烧 36万 吨标准煤。即便我们能把10的服务器改成刀片也还能节约仅 4万吨标准煤,这对当前倡导节能减排 还是非常有意义的。(假定 1 吨煤可发电 2000 度电)