价值观的数量基本大都通过UPS来给服务器供电

传统的数据中心大都通过UPS来给服务器供电,为了保证系统的高可靠性,通常采用了2N甚至2N+1)的UPS冗余配置,得到两路独立输入给双电源服务器。然后服务器内的两个电源同时工作均分负载输出12V以及5V等电压给主板和相关部件供电,主板上还有一级VRM电源再将12V输入进一步降压到1.3V等电压给CPU以及周边芯片供电。整个供电路径非常复杂以及多处冗余,造成真正用于计算的能源不足30%。

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UPS环节的节能其实可以通过采用一定技术手段,达到不太牺牲可靠性的情况下实现高效率,而且业界已经有很多大规模运行的案例,具体可参考拙作《数据中心市电直供方案介绍》等。

而服务器电源环节的节能往往受制于服务器设备厂商,毕竟一般用户无法定制服务器并且在电源效率指标等方面没有太多话语权。更为主要的是目前数据中心的能效指标,比如PUE等是不考虑IT设备内电源损耗的,因此一直没有得到足够的重视。这里也呼吁早日定制服务器设备的能源之星标准,或者按SPUEServer
PUE,即真正用于设备供电末端有效的能源利用指标)来反映数据中心的绿色节能水平。

言归正传,我们再分析传统双电源服务器的工作情况,以便找到节能办法。其原理是正常工作时候每个服务器电源自动均流各承担一半负载。当其中一个电源出现故障或者异常时候自动退出,另外一个则承担起全部负载,保证设备的可靠供电。

这种模式下设备的可靠性是得到了保证,但却是以牺牲系统效率为代价的。我们知道电源的效率和负载率有一定的关系,通常是负载率越低效率越低,其效率曲线并不平坦。

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而且通常IT设备厂商在选择服务器电源的时候为了保证系统可靠以及减少物料种类,会选择容量较大的成熟电源,来覆盖尽可能多的各种不同型号不同功率的服务器。比如主流的两三百瓦功耗的服务器会采用750W,甚至是1100W的服务器电源。那么这种情况下采用双电源同时工作的服务器其电源负载率会很低,往往只有20%多,此负载率下普通电源效率只有80%左右,尽管这些电源的最高效率号称达到90%以上。造成本该用于计算的能源大量浪费,而且散发到机房中还需要额外的空调能量来散热。如下图,某型号服务器能耗分布图中占比达44%的other部分其实很大一部分来自AC/DC转换环节的能耗。

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为了解决这个问题,我们自然而然想到几种办法,一种办法是采用高效率电源模块,特别是轻载下的高效率电源,这样即便两电源同时工作均分负载,但在低负载下仍保持较高效率,保证了系统的低能耗;另一种办法是仍采用两个模块互为备份,但正常时候只让一个其中一个电源带载,另外一个处于备份,这样来提高工作电源的负载率,从而提高服务器电源的效率;还有一种办法是采用其他的备份技术,比如虽然设备只有一个服务器电源,但在其12V输出端挂接电池备份,来替代另外一个电源。这样即便工作电源出现输入掉电,但仍有电池等备份保证系统继续工作,直至柴油发电机起来继续供电。最后一种办法是采用集中电源供电方案,单台服务器内不再有传统的AC/DC电源,集中电源插框得到12V通过背板铜母排直接给每个服务器单元供电,这样电源负载率很高,而且可以用更少的电源,进一步降低成本,在下面分别介绍这几种技术。

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