服務(wù)器電源是整個(gè)數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)建設(shè)的出發(fā)點(diǎn)和歸宿點(diǎn)，了解服務(wù)器電源的相關(guān)外特性對(duì)于數(shù)據(jù)中心的供配電系統(tǒng)建設(shè)具有基礎(chǔ)的意義。充分了解服務(wù)器電源的容量、冗余方式、制冷要求和能效設(shè)計(jì)等主要指標(biāo)對(duì)于數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是完全有必要的。
1. 服務(wù)器電源容量
在數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首要的工作就是確定負(fù)載的容量。那么，負(fù)載的容量和服務(wù)器電源容量到底是什么關(guān)系？這個(gè)問(wèn)題十分令人困擾。
可以先考察業(yè)界某知名廠商的一款電源的銘牌，如圖1所示。
圖1 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)器的外殼上，而是貼在服務(wù)器電源外殼比較空曠的地方，通常只有從服務(wù)器取出電源后才能看到。
其中，INPUT（輸入）：220V～/4A 50Hz，定義的是該電源的輸入?yún)?shù)，通常很容易讓人誤解，服務(wù)器的功率就是INPUT 220V×4A=880VA，即該服務(wù)器的額定視在功率。
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4A是指最大額定輸入電流能力，表征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正確的。
OUTPUT（輸出）：250W MAX是該服務(wù)器電源最大輸出功率，這個(gè)參數(shù)通常只有在服務(wù)器電源銘牌上才能看到，因此也稱為銘牌功率（Nameplate Rating），它對(duì)設(shè)計(jì)具有現(xiàn)實(shí)的意義。
負(fù)載的容量并不直接等同于服務(wù)器電源的最大輸出功率。
圖2 所示為服務(wù)器電源容量與效率曲線。圖中右平面從右至左有三根垂直的直線，對(duì)應(yīng)服務(wù)器的3種工況。
（1）銘牌功率：指服務(wù)器電源銘牌功率。
（2）最大工況設(shè)置：指服務(wù)器系統(tǒng)工作在最大用電負(fù)荷時(shí)的耗電功率。
（3）CPU 100%利用率典型工況：CPU工作在100%利用率時(shí)的耗電功率。
從圖11-12中可以看出，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)放寬了大致20%的富余量。
而CPU 100%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)的能耗還小于該值。
圖2 服務(wù)器電源容量與效率曲線
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數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)者納入考慮。
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)的名稱為冗余電源（Redundant PowerSupply）。
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”電路結(jié)構(gòu)，如圖11-13所示。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為受控調(diào)節(jié)器；SENSE1，SENSE2，…，SENSEn為電源檢測(cè)信號(hào)；FB為負(fù)載電壓反饋信號(hào)。
圖3 服務(wù)器冗余電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)正常工作時(shí)，控制模塊通過(guò)調(diào)整電源1-n的工作參數(shù)，使系統(tǒng)均衡地使用每個(gè)電源模塊——每個(gè)電源模塊向系統(tǒng)提供相同的電流，這種工作模式稱為電流共享；或者控制受控調(diào)節(jié)器使得某一個(gè)/組電源工作，其余個(gè)/組電源備份。
根據(jù)圖3所示的服務(wù)器冗余電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可知，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，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)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可靠的物質(zhì)基礎(chǔ)。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)立的能量源取電，就能夠獲得最高的可靠性。所以，關(guān)鍵點(diǎn)是供電路由獨(dú)立和能量源獨(dú)立。
UPS系統(tǒng)（服務(wù)器的能量源）的傳統(tǒng)供電方案，如單機(jī)/串聯(lián)熱備份/N+1直接并機(jī)等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)地?zé)o法獨(dú)立，即每個(gè)環(huán)節(jié)都存在著明顯的單點(diǎn)故障，因此無(wú)法和服務(wù)器的雙電源結(jié)構(gòu)進(jìn)行匹配。所以，2N的供電結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖4）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，GB 50174—2017和ANSI/TIA 942—2014將2N的供電結(jié)構(gòu)歸入最高可靠度供電等級(jí)。
圖4 2N供電結(jié)構(gòu)
3. 服務(wù)器電源制冷
服務(wù)器電源是通過(guò)其內(nèi)置的風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)制制冷的。如表11-9所示，Intel在Power Supply Design Guideline for 2008Dual-socket Server and Workstations中，定義了關(guān)于服務(wù)器電源的相關(guān)環(huán)境參數(shù)。
表1 服務(wù)器電源溫度參數(shù)要求
制冷系統(tǒng)和物理結(jié)構(gòu)關(guān)系密切，以ERP1U（Redundant 1U Power Supply）為例，其機(jī)械外形尺寸及氣流方向如圖5所示。從圖5中可以明顯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)架擺放方式的基礎(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。
圖5 ERP1U機(jī)械外形尺寸及氣流方向
圖6 所示為服務(wù)器機(jī)柜面對(duì)面、背靠背冷熱通道放置方式。
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。
圖6 服務(wù)器機(jī)柜面對(duì)面、背靠背冷熱通道放置方式
“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)2.0 W和4.0 W，且對(duì)空閑（Idle）狀態(tài)下的功率消耗也做出了規(guī)定（A類(lèi)≤50.0 W；B類(lèi)≤65.0 W；C類(lèi)≤95.0 W）；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版第一階段要求于2009年7月1日開(kāi)始生效，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，諸多知名計(jì)算機(jī)廠商積極參與計(jì)算產(chǎn)業(yè)氣候拯救行動(dòng)（CSCI），CSCI提出的計(jì)算機(jī)電源最低能效要求實(shí)現(xiàn)時(shí)間表如表11-10所示。
表2 CSCI提出的計(jì)算機(jī)電源最低能效要求實(shí)現(xiàn)時(shí)間表
表3所示為Intel在2008年提出的針對(duì)服務(wù)器電源的效率要求。
表3 Intel在2008年提出的針對(duì)服務(wù)器電源的效率要求
摘自《新基建：數(shù)據(jù)中心規(guī)劃與設(shè)計(jì)》
