直流供電成數(shù)據(jù)中心節(jié)能新選擇

劉　琦

數(shù)據(jù)中心設(shè)備都會(huì)存在交流與直流多次轉(zhuǎn)換造成的電力損耗，而采用全新的直流供電方式，可極大地提高效率，有效減少能源消耗，并且可以提高可靠性，增加設(shè)備壽命。這項(xiàng)結(jié)果由美國(guó)能源部下屬國(guó)立研究機(jī)構(gòu)勞倫斯·伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研究證實(shí)。

算算緊張的能源賬

數(shù)據(jù)中心是網(wǎng)絡(luò)主干，為互聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)及其數(shù)據(jù)庫(kù)提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并且為每個(gè)大型公司和組織提供強(qiáng)大支持。而能源和冷卻需求的快速增長(zhǎng)，以及電力成本的增加已經(jīng)成為運(yùn)營(yíng)者亟待解決的問(wèn)題。在數(shù)據(jù)中心一天24小時(shí)、一周七天不間斷的運(yùn)行過(guò)程中，高密度的耗能設(shè)備應(yīng)該予以特別注意。

“相比于一棟典型的辦公建筑，數(shù)據(jù)中心在每單位面積上的電力能耗約為后者的100倍，” 美國(guó)伯克利實(shí)驗(yàn)室研究員William Tschudi說(shuō)，“對(duì)于那些需要兆瓦級(jí)電力的大型數(shù)據(jù)中心，每月有100萬(wàn)美元的能源支出是很常見(jiàn)的事情?！?/p>

網(wǎng)絡(luò)規(guī)?？焖僭鲩L(zhǎng)、網(wǎng)絡(luò)辦公需求增加以及逐漸增強(qiáng)的服務(wù)器功能等諸多因素，促進(jìn)了數(shù)據(jù)中心及其能源消耗的快速增長(zhǎng)。設(shè)備管理人員、企業(yè)信息服務(wù)部門以及互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供者都在尋找能夠減少能源消耗的途徑。

何不試試直流供電

對(duì)于設(shè)備設(shè)計(jì)者和管理者來(lái)說(shuō)，很多方法都可以降低能耗，比如優(yōu)化氣流以充分利用冷卻系統(tǒng)，提高冷卻系統(tǒng)效率，或?qū)⑵涓臑橐豪浞绞降取Ｖ绷鞴╇娛翘嵘茉葱实牧硪环N方法。在典型的數(shù)據(jù)中心中，配電系統(tǒng)向變壓器提供480V交流電，變壓器將其降到208V交流電供給服務(wù)器。

每個(gè)服務(wù)器內(nèi)的相關(guān)設(shè)備會(huì)將外部電壓轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)碾妷海祟惞╇娡ǔＰ什桓?，而且?huì)產(chǎn)生過(guò)多熱量。一般來(lái)講，每臺(tái)服務(wù)器都需要額外的大量電量對(duì)其制冷，這使機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)的電力消耗劇增。更多釋放的熱能也會(huì)限制數(shù)據(jù)中心中存放服務(wù)器的數(shù)量，如果處理不當(dāng)還會(huì)影響穩(wěn)定性。

市場(chǎng)上的一些服務(wù)器可以運(yùn)行在直流電源上，通常是48 V直流電，這也是電信業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。采用直流供電的數(shù)據(jù)中心把高壓交流電直接轉(zhuǎn)換成高壓直流電，然后把高壓直流電降為低壓直流電。通過(guò)跳過(guò)或加強(qiáng)轉(zhuǎn)換的過(guò)程，該方案能夠節(jié)省20%的電力損耗。

然而，因?yàn)楹芏嘣O(shè)備工程師并不熟悉這項(xiàng)技術(shù)，在許多數(shù)據(jù)中心中，用直流電源替代傳統(tǒng)的交流電源的做法還沒(méi)有被廣泛采用。Ultraspeed公司的財(cái)務(wù)主管Jordan Gross說(shuō)：“IT用戶應(yīng)該意識(shí)到，他們可以通過(guò)添加一些特性和功能達(dá)到降低能耗的目的。雖然直流電源與生俱來(lái)的穩(wěn)定性與效率已經(jīng)被企業(yè)熟知多年，但目前卻僅有極少數(shù)的大型公司實(shí)際采用直流電源。”很顯然，企業(yè)在轉(zhuǎn)向?qū)Π踩?、?jīng)濟(jì)性以及可靠性缺乏實(shí)際驗(yàn)證的新技術(shù)時(shí)會(huì)持保守態(tài)度。

試驗(yàn)證實(shí)效果顯著

進(jìn)行直流供電試驗(yàn)的應(yīng)用團(tuán)隊(duì)來(lái)自美國(guó)伯克利實(shí)驗(yàn)室的EET部門，主要解決尚未成為市場(chǎng)主流的高效率低能耗技術(shù)。采用直流供電的數(shù)據(jù)中心對(duì)于這個(gè)應(yīng)用團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)理想的技術(shù)，它有著很大的潛力及優(yōu)勢(shì)，比如安全性、低維護(hù)和操作成本等。

此次項(xiàng)目涉及Sun、Cisco、Intel、IBM等數(shù)十家IT企業(yè)以及銷售直流供電技術(shù)的企業(yè)，參與者以及加州能源委員會(huì)組成鑒定小組，評(píng)價(jià)此次試驗(yàn)的結(jié)果，比較傳統(tǒng)方式與直流供電方式兩者對(duì)數(shù)據(jù)中心性能影響的異同。

在試驗(yàn)過(guò)程中，研究人員在Sun的設(shè)備內(nèi)部設(shè)置了在380V直流電壓下工作的Sun服務(wù)器群和配備英特爾微處理器的服務(wù)器群。以直流供電，可減少所需的多臺(tái)電力轉(zhuǎn)換設(shè)備。另外，作為比較對(duì)象，還同時(shí)運(yùn)行了配置相同，利用普通交流電運(yùn)行的服務(wù)器群。該項(xiàng)目分為兩部分，一部分從設(shè)備層面展示直流供電的結(jié)構(gòu)，提供380V的直流電。另外一部分對(duì)機(jī)架層進(jìn)行直流供電，機(jī)架內(nèi)部供給380V的電壓。

試驗(yàn)結(jié)果表明，盡可能減少數(shù)據(jù)中心內(nèi)部各設(shè)備之間的能源轉(zhuǎn)換次數(shù)，從而降低能耗的做法是可行的。通過(guò)使用直流供電方式取代交流供電，可以消除電力轉(zhuǎn)換中所導(dǎo)致的無(wú)謂損耗，以這種方式運(yùn)行數(shù)據(jù)中心，可以減少10%至20%的能源消耗，并且能夠提高可靠程度。位于Newark的實(shí)驗(yàn)中心給出的初步測(cè)量證明了這個(gè)估計(jì)的準(zhǔn)確度。據(jù)推算，通過(guò)消除目前進(jìn)行的交直流轉(zhuǎn)換過(guò)程，每臺(tái)服務(wù)器的耗電量至少可減少9.34％。