服務器電源系統(tǒng)于新一代數(shù)據(jù)中心設計的基礎意義

此處需要特別強調(diào)的是：INPUT(輸入)中220V是服務器電源額定輸入電壓而指的是最大額定輸入電流能力，表征的電源在最低輸入工作電壓時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表征額定輸入功率是不合適也是不正確的。

OUTPUT(輸出)250W MAX，這個參數(shù)才是該服務器電源最大輸出功率，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，因此這個參數(shù)也被稱為銘牌功率(nameplate rat-ing)，這個參數(shù)對設計才具有確實的意義。

值得一提的是，隨著服務器電源技術的發(fā)展以及節(jié)能要求的提高，PFC技術(Power Factor Corrected)越來越廣的被采用，銘牌功率和服務器輸入電壓和電流乘積之值越來越接近。

那么，接下來的問題是負載的容量是否直接等同于服務器電源的最大功率?

答案依然是否定的，見圖1。

圖1能夠說明很多問題。對于服務器電源的容量而言，這張圖表揭示其實目前服務器廠家對電源的選擇思路。改圖右平面從右至左有三根垂直的直線，對應服務器的三種工況。

銘牌功率：指的是服務器電源銘牌功率。

最大工況設置：指的是服務器系統(tǒng)工作在最大用電負荷時耗電功率。

CPU100％利用率典型工況：CPU工作在100％利用率時耗電功率。

從圖中可以注意到服務器最大的功率消耗是銘牌額定值的80％，這是因為服務器廠家在選擇電源時也寬放了大致20％的裕量。

而CPU100％利用率典型工況是銘牌額定值的67％。事實上服務器正常工作時的能耗還有小于這個值。

因此，在具體的設計工作中，這種裕量和工況差異也建議被設計者納入考慮。

正因為如此，目前業(yè)界有一種呼聲：考慮到一些用戶為了更靈活、更容易地升級，可能也愿意犧牲效率，但也有許多用戶愿意在標準配置電源和最大配置電源中做出選擇。服務器制造商應該考慮提供可選電源方案。

2．服務器電源冗余

服務器設備中廣泛使用兩個或兩個以上的電源同時供電，這種多電源供電技術的學術名稱為“冗余電源(Redundant Power Supply)”。

1)冗余電源的系統(tǒng)結(jié)構

冗余電源系統(tǒng)采用輸入總線、負載總線和共享總線的“三總線”的電路結(jié)構。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為受控電流調(diào)節(jié)器／隔離器。SENSE1、SENSE2…SENSEn為電源檢測信號，F(xiàn)B為負載電壓反饋信號。

系統(tǒng)正常工作時，控制模塊通過調(diào)整電流調(diào)節(jié)器／隔離器的導通程度，使系統(tǒng)均衡地使用每個電源模塊一每個電源模塊向系統(tǒng)提供相同的電流，這種工作模式稱為“電流共享”；或者控制受控電流調(diào)節(jié)器／隔離器使得某一個／組電源工作，另個／組電源備份。冗余電源系統(tǒng)中的每個供電模塊均可以熱插拔，一旦某個供電模塊損壞，就能在不停電情況下完成維修工作，而絲毫不影響系統(tǒng)的正常工作。熱插拔(hot-swapping)是指將模塊、板卡或電源等設備帶電“接入”或“移出”正在工作的機器。

2)冗余電源的對于前端供配電系統(tǒng)的要求

服務器冗余電源系統(tǒng)從性質(zhì)上最終都可以歸結(jié)到雙電源系統(tǒng)上。服務器冗余電源(雙電源系統(tǒng))設計為提高服務器本身供電的可靠性提供了極佳的物質(zhì)基礎。常識上講，如果雙電源服務器的每一路電源都能夠通過獨立的供電路由找獨立的能量源去電，就能夠獲得最高的可靠性。請注意：關鍵點是供電路由獨立和能量源獨立。

而傳統(tǒng)意義上的能量源，也就是UPS，無論是(單機／串聯(lián)熱備份／N+1直接并機)都不能做到能量源相互獨立，與之相配套的供電路由也相應的無法獨立，也就是說每個環(huán)節(jié)都存在著明顯的單點故障，明顯的無法和服務器的雙電源結(jié)構進行匹配。所以，2N／2(N+1)的供電結(jié)構正是基于服務器冗余電源結(jié)構而興起的供電解決方案，而事實上，TIA-942(Telecommunications Infrastructure Standard for DataCenter，April2005)將2N／2(N+1)的供電結(jié)構歸入Tir4(最高可靠度供電等級)。

3．服務器電源制冷

服務器電源的制冷是通過其內(nèi)置的風扇進行強制制冷的。Intel在《Power Supply Design Guideline for2008 Dual-socket Serverand Workstations》版本1.0中，定下了關于服務器電源的相關環(huán)境參數(shù)(如圖4)。

但制冷系統(tǒng)和物理結(jié)構相關密切，以Redun-dant1U Power Supply(ERP1U)為例(如圖5)。

所以，明顯可以看到氣流成水平流動方向，這對于數(shù)據(jù)中心氣流組織，機架擺放方式形成了基礎性的影響，目前業(yè)界流行的面對面、背靠背的機架擺放方式基礎之一就源于單臺服務器制冷氣流由前至后的水平流動方向。

4．服務器電源能效

計算機／服務器電源的能效一直是近幾年來業(yè)界最為人關注的主題之一，業(yè)界關于計算機／服務器的能效也取得了很多成果。

“能源之星”針對計算機電源的要求也在不斷升級。 “能源之星”4.0版規(guī)范的自2007年7月20日開始生效，要求臺式機在待機和休眠模式下的功率消耗分別不超過2.0W和4.0W，且對空閑(Idie)狀態(tài)下的功率消耗也作出了規(guī)定(A類≤50.0W；B類≤65.0W；C類≤95.0W)；而在20％、50％和100％負載條件下的效率最低達80％。此外，更新的5.0版規(guī)范第一階段要求將于2009年7月1日開始生效，將要求使用內(nèi)置電源的計算機在50％負載條件下工作效率最低達85％，而在20％和100％負載條件下最低效率達到82％。

業(yè)界還涌現(xiàn)了新的節(jié)能要求，如吸引了諸多知名計算機廠商參與的計算產(chǎn)業(yè)氣候拯救行動(CSCI)的要求，如表1所示。

Intel針對服務器電源在2008年2月更新了對EPS電源的效率要求，如表2所示。

可以發(fā)現(xiàn)，不同的規(guī)范之間也在相互影響，有著趨近甚至趨同的趨勢。

四、結(jié)語

隨著各種新思想，新架構，新技術不斷涌現(xiàn)和發(fā)展，服務器電源本身的改變也呈現(xiàn)出顯著的加速趨勢，適當?shù)牧私夂驼莆辗掌麟娫吹南嚓P進程對于我們的設計實踐有著十分重大和現(xiàn)實的意義。