數(shù)據(jù)中心IT設備的能量消耗

1、在數(shù)據(jù)中心的IT設備，包含服務器、存儲器、交換機等，其中以服務器數(shù)量最多，占絕大多 數(shù)。這些IT設備用電特性基本類似，本文以服務器為例。在數(shù)據(jù)中心中眾多服務器為機架式服務器，部分高端數(shù)據(jù)中心采用小型機、大型機等大型服務器設備。圖1：機架安裝式服務器、小型機等服務器上的電源（POWER），和PC （個人電腦）電源一樣，都是一種開關電源。比如聯(lián)想 萬全2200C/2400C服務器就采用了 EPS標準的電源，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標準服務器電源的銘牌: 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于服務器電源的銘牌，一般不會直接貼在服務器的外殼，而是貼在服務器電源外殼比較空 曠的地方，通常都只有在從服務器取出服務器電源后才能看到。需要特別強調(diào)的是INPUT（輸入）中2

3、20V是服務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輸入最大電流來計算。OUTPUT（輸出）250W MAX，這個參數(shù)才是該服務器電源最大輸出功率，這個參數(shù)對于數(shù) 據(jù)中心設計者才具有重要的設計意義，但很遺憾的是，通常服務器廠家沒有將這個參數(shù)標識在服 務器外殼上，這個參數(shù)通常只有在服務器電源銘牌上才能看到。服務器電源的輸出最大功率為250W，按照AC/DC轉換效率85% （平均值），那么服務 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%。服務器的輸入功率（消耗功率）pserver代表服務器的最大工作功率，即在設計滿配置（CP U、內(nèi)存、硬盤等全滿配置），CPU、內(nèi)存和硬盤等設備全負荷100%速度工作時，所能消耗的 最大功率，而服務器使用過程中這種工況是非常罕見的。在數(shù)據(jù)中心設計中，我們可以參考配置系數(shù)c，同時利用系數(shù)k。Pactual= Pserver xcxk=295x0.8x0.8=188.8w，其中配置系數(shù)c取0.8，代表服務器電源的廠家裕量。k為同時利用系數(shù)，取0.8。上述數(shù)據(jù)符合實測結果，在某數(shù)據(jù)中心測量Dell Po

5、weredge 1U和2U服務器的波形為:圖3： 2003年實際工作功率，非最大功率左圖為 1U 服務器 222.5V*0.65A=144.63VA，右圖為 2U 服務器 223.8*1.37 = 306.6 1VA以上討論的是服務器配置一個電源的工作功率，但是為了提高服務器工作可靠性，目前服務 器普遍采用冗余電源技術，它具有均流、故障切換等功能，可以有效避免電源故障對系統(tǒng)的影響， 實現(xiàn)24x7的不停頓運行。冗余電源較為常見的是N + 1冗余（1 + 1、2+1、3+1等），可以保證一個電源發(fā)生故障的 情況下系統(tǒng)不會癱瘓（同時出現(xiàn)兩個以上電源故障的概率非常?。Ｈ哂嚯娫赐ǔ：蜔岵灏渭夹g 配合，

6、即熱插拔冗余電源，它可以在系統(tǒng)運行時拔下出現(xiàn)故障的電源并換上一個完好的電源，從 而大大提高了服務器系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。因為冗余電源的應用，帶來新的問題：每一個服務器電源工作在較輕負荷狀態(tài)之下，導致工 作效率降低，比如1 + 1電源配置下，每一個服務器電源的負載均小于50% （通常只有20%負 載），這樣電源模塊的效率將只有80%左右，甚至更低至75%。圖4：較高效率的服務器電源效率圖為了提高服務器電源的工作效率，減小服務器體積，服務器行業(yè)開始向刀片式服務器升級。所謂刀片式服務器，就是指服務器外形扁而平，活像個刀片，于是形象的叫做刀片服務器”。 在標準高度的機架式機箱內(nèi)可插裝多個卡式的服務器單

7、元（即刀片，其實際上是符合工業(yè)標準的 板卡，上有處理器、內(nèi)存和硬盤等，并安裝了操作系統(tǒng)，因此一個刀片就是一臺小型服務器）， 這一張張的刀片組合起來，進行數(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器。這些刀片服務器共用系統(tǒng)背板、冗余電源、冗余風扇、網(wǎng)絡端口、光驅、軟驅、鍵盤、顯示 器和鼠標，一個機箱對外就是一臺服務器，而且多個刀片機箱還可以級聯(lián)，形成更大的集群系統(tǒng)。圖5： IBM刀片服務器現(xiàn)場照片，每個機框可安裝14個刀片因為一個標準機架式機箱通常內(nèi)置了 814個刀片服務器，這些服務器是共用冗余電源，所 以服務器電源的工作效率得到很大提升。而刀片服務器因為體

8、積小，與同等速度與配置的機架式 服務器相比，更加省電與節(jié)能。表1列出了 IBM某款刀片服務器與同等配置機架服務器的功率和發(fā)熱量對比。功率休眠 下T功率最大j單機功率休眠,下J&W）屋機功率最大） Jw）14個刀片包括框架和網(wǎng)絡單 元；弱蹌377718527014臺1U機架式服務器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某型號刀片式服務器與機架式服務器功耗對比顯然，采用刀片式服務器，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%。在一個中等規(guī)模的數(shù)據(jù)中心，通常會有數(shù)千臺服務器，假定某中型有2800臺服務器（全部 折算為1U的標準機架服務器），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器，需要200個刀片機框+2800片刀片單元，這用電功率為：PALL BLADE=PMAXxcx2800 = 270 x0.8x2800=604.8kw，顯然，采用刀片式服務器，節(jié)約電力239.68kw，假設全年計算時間利用效率為0.7,那么 可節(jié)省的電費為：E=（239.68x365x 24x0.7）/0.9 = 2332885.33kwHY=Ex0.7元/度= 163萬元其中0.7為全年同時利用率；0.9為UPS的效率；電費粗略計為0.7元/度電?？梢姴捎眯滦偷牡镀椒掌?，節(jié)約的電費是驚人。而因為功率的節(jié)省，還會帶來機房空調(diào) 的節(jié)電，這在下一節(jié)中介紹。宏觀上，中國大陸