數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備的能量消耗

1、在數(shù)據(jù)中心的IT設(shè)備，包含服務(wù)器、存儲(chǔ)器、交換機(jī)等，其中以服務(wù)器數(shù)量最多，占絕大多 數(shù)。這些IT設(shè)備用電特性基本類似，本文以服務(wù)器為例。在數(shù)據(jù)中心中眾多服務(wù)器為機(jī)架式服務(wù)器，部分高端數(shù)據(jù)中心采用小型機(jī)、大型機(jī)等大型服務(wù)器設(shè)備。圖1：機(jī)架安裝式服務(wù)器、小型機(jī)等服務(wù)器上的電源（POWER），和PC （個(gè)人電腦）電源一樣，都是一種開關(guān)電源。比如聯(lián)想 萬(wàn)全2200C/2400C服務(wù)器就采用了 EPS標(biāo)準(zhǔn)的電源，輸出功率為300W，該電源輸入電壓寬范圍為90264V，功率因數(shù)大于0.95?？纯礃I(yè)界某知名廠商的一款1U標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器電源的銘牌: J 2 0A Ef 0 3AOUTPUT*12V m I 17A

2、25DW MAm +5V I 21A *5VSB *3 3V e i 2QA 取4 胡 i 土 TOTAL OUTfljT MOT EXCEED*33V4+5V 不些 mWU W H2V TOTAL OJTFUT NOT EXCEED WWH 3V &+JV & *12V 堪出本gii 24岫 7 4 42 J TOTAL CLRRPJT NOT EXCEED 064 加&七V以電施不圖2：業(yè)界某知名廠商的一款電源的銘牌關(guān)于服務(wù)器電源的銘牌，一般不會(huì)直接貼在服務(wù)器的外殼，而是貼在服務(wù)器電源外殼比較空 曠的地方，通常都只有在從服務(wù)器取出服務(wù)器電源后才能看到。需要特別強(qiáng)調(diào)的是INPUT（輸入）中2

3、20V是服務(wù)器電源額定輸入電壓；而4A指的是最大 輸入電流能力，表征的電源最大輸入電流能力。因此，服務(wù)器電源的輸入功率（即消耗功率）不 能直接用輸入額定電壓x輸入最大電流來(lái)計(jì)算。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，這個(gè)參數(shù)對(duì)于數(shù) 據(jù)中心設(shè)計(jì)者才具有重要的設(shè)計(jì)意義，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。服務(wù)器電源的輸出最大功率為250W，按照AC/DC轉(zhuǎn)換效率85% （平均值），那么服務(wù) 器的輸入功率（消耗功率）PSERVER為：Pserver=Pmax out/n = 250w/0.8

4、5 = 294.12W295W其中PMAX OUT等于250w，n為AC/DC效率，取平均值85%。服務(wù)器的輸入功率（消耗功率）pserver代表服務(wù)器的最大工作功率，即在設(shè)計(jì)滿配置（CP U、內(nèi)存、硬盤等全滿配置），CPU、內(nèi)存和硬盤等設(shè)備全負(fù)荷100%速度工作時(shí)，所能消耗的 最大功率，而服務(wù)器使用過(guò)程中這種工況是非常罕見(jiàn)的。在數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)中，我們可以參考配置系數(shù)c，同時(shí)利用系數(shù)k。Pactual= Pserver xcxk=295x0.8x0.8=188.8w，其中配置系數(shù)c取0.8，代表服務(wù)器電源的廠家裕量。k為同時(shí)利用系數(shù)，取0.8。上述數(shù)據(jù)符合實(shí)測(cè)結(jié)果，在某數(shù)據(jù)中心測(cè)量Dell Po

5、weredge 1U和2U服務(wù)器的波形為:圖3： 2003年實(shí)際工作功率，非最大功率左圖為 1U 服務(wù)器 222.5V*0.65A=144.63VA，右圖為 2U 服務(wù)器 223.8*1.37 = 306.6 1VA以上討論的是服務(wù)器配置一個(gè)電源的工作功率，但是為了提高服務(wù)器工作可靠性，目前服務(wù) 器普遍采用冗余電源技術(shù)，它具有均流、故障切換等功能，可以有效避免電源故障對(duì)系統(tǒng)的影響， 實(shí)現(xiàn)24x7的不停頓運(yùn)行。冗余電源較為常見(jiàn)的是N + 1冗余（1 + 1、2+1、3+1等），可以保證一個(gè)電源發(fā)生故障的 情況下系統(tǒng)不會(huì)癱瘓（同時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)以上電源故障的概率非常?。?。冗余電源通常和熱插拔技術(shù) 配合，

6、即熱插拔冗余電源，它可以在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)拔下出現(xiàn)故障的電源并換上一個(gè)完好的電源，從 而大大提高了服務(wù)器系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。因?yàn)槿哂嚯娫吹膽?yīng)用，帶來(lái)新的問(wèn)題：每一個(gè)服務(wù)器電源工作在較輕負(fù)荷狀態(tài)之下，導(dǎo)致工 作效率降低，比如1 + 1電源配置下，每一個(gè)服務(wù)器電源的負(fù)載均小于50% （通常只有20%負(fù) 載），這樣電源模塊的效率將只有80%左右，甚至更低至75%。圖4：較高效率的服務(wù)器電源效率圖為了提高服務(wù)器電源的工作效率，減小服務(wù)器體積，服務(wù)器行業(yè)開始向刀片式服務(wù)器升級(jí)。所謂刀片式服務(wù)器，就是指服務(wù)器外形扁而平，活像個(gè)刀片，于是形象的叫做刀片服務(wù)器”。 在標(biāo)準(zhǔn)高度的機(jī)架式機(jī)箱內(nèi)可插裝多個(gè)卡式的服務(wù)器單

7、元（即刀片，其實(shí)際上是符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 板卡，上有處理器、內(nèi)存和硬盤等，并安裝了操作系統(tǒng)，因此一個(gè)刀片就是一臺(tái)小型服務(wù)器）， 這一張張的刀片組合起來(lái)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的互通和共享，在系統(tǒng)軟件的協(xié)調(diào)下同步工作就可以變成高 可用和高密度的新型服務(wù)器。這些刀片服務(wù)器共用系統(tǒng)背板、冗余電源、冗余風(fēng)扇、網(wǎng)絡(luò)端口、光驅(qū)、軟驅(qū)、鍵盤、顯示 器和鼠標(biāo)，一個(gè)機(jī)箱對(duì)外就是一臺(tái)服務(wù)器，而且多個(gè)刀片機(jī)箱還可以級(jí)聯(lián)，形成更大的集群系統(tǒng)。圖5： IBM刀片服務(wù)器現(xiàn)場(chǎng)照片，每個(gè)機(jī)框可安裝14個(gè)刀片因?yàn)橐粋€(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架式機(jī)箱通常內(nèi)置了 814個(gè)刀片服務(wù)器，這些服務(wù)器是共用冗余電源，所 以服務(wù)器電源的工作效率得到很大提升。而刀片服務(wù)器因?yàn)轶w

8、積小，與同等速度與配置的機(jī)架式 服務(wù)器相比，更加省電與節(jié)能。表1列出了 IBM某款刀片服務(wù)器與同等配置機(jī)架服務(wù)器的功率和發(fā)熱量對(duì)比。功率休眠 下T功率最大j單機(jī)功率休眠,下J&W）屋機(jī)功率最大） Jw）14個(gè)刀片包括框架和網(wǎng)絡(luò)單 元；弱蹌377718527014臺(tái)1U機(jī)架式服務(wù)器276377Blade vs Rack33%-28%33%淬餉.相同配置：2=7,0GHz XeonE540 PU; 4*1 GB 內(nèi)存, 2*146GB lOKtpmHDD硬盤表1： 2008年IBM某型號(hào)刀片式服務(wù)器與機(jī)架式服務(wù)器功耗對(duì)比顯然，采用刀片式服務(wù)器，休眠狀態(tài)、最大工況下，功率和發(fā)熱量分別降低33%和28

9、%， 取中間值30%。在一個(gè)中等規(guī)模的數(shù)據(jù)中心，通常會(huì)有數(shù)千臺(tái)服務(wù)器，假定某中型有2800臺(tái)服務(wù)器（全部 折算為1U的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架服務(wù)器），那么折算的用電功率為：參考配置系數(shù)c=0.8PALL SEVER=PMAXxcx2800=377x0.8x2800=844.48kw，如果全部采用刀片式服務(wù)器，需要200個(gè)刀片機(jī)框+2800片刀片單元，這用電功率為：PALL BLADE=PMAXxcx2800 = 270 x0.8x2800=604.8kw，顯然，采用刀片式服務(wù)器，節(jié)約電力239.68kw，假設(shè)全年計(jì)算時(shí)間利用效率為0.7,那么 可節(jié)省的電費(fèi)為：E=（239.68x365x 24x0.7）/0.9 = 2332885.33kwHY=Ex0.7元/度= 163萬(wàn)元其中0.7為全年同時(shí)利用率；0.9為UPS的效率；電費(fèi)粗略計(jì)為0.7元/度電?？梢?jiàn)采用新型的刀片式服務(wù)器，節(jié)約的電費(fèi)是驚人。而因?yàn)楣β实墓?jié)省，還會(huì)帶來(lái)機(jī)房空調(diào) 的節(jié)電，這在下一節(jié)中介紹。宏觀上，中國(guó)大陸