數據中心電源從宏觀到微觀的考慮因素

2020-12-04 51CTO

電源是當今數據中心設施的命脈。因此，企業採用多種方法來部署其數據中心策略，以確保為數據中心設施提供有效的電力，使其客戶獲得***的價值。

如今，一些新技術的應用越來越普遍，但也會為當前的數據中心設施電力負載帶來更高的需求：

  • 物聯網(IoT)：物聯網設備如今在消費者和業務部門有著數百萬計的潛在應用。據分析師估計，2020年全球約有204億臺物聯網設備在，而目前全球約有84億臺物聯網設備。在很短的時間內，數據中心將會大量增加物聯網設備，這意味著數據中心電力系統的壓力將大幅度增加。
  • 5G：這是一個備受人們期待的新興技術，將會為數據中心的電力帶來更大的影響，5G市場預計將以70%的複合年增長率(CAGR)增長，2025年的支出將達到280億美元。如今，幾乎每個人都有移動手機，而手機本身是數據非常密集的設備。一旦5G技術成為主流，由於增強在線網際網路體驗，需要更大容量的數據中心，以及更低的延遲，數據中心的電力需求將會激增。
  • 虛擬實境(VR)：2015年虛擬實境(VR)市場規模為13.7億美元，預計到2022年將達到33.9億美元，其複合增長率為57.8%。由於頭戴式顯示器(HMD)日益普及，傳輸到VR設備的數據流量將會穩步增加。這一定會對數據中心的供電系統帶來更高的要求。
  • 增強現實(AR)：2016年夏季，口袋妖怪Go遊戲熱潮讓人們了解增強現實(AR)對於數據中心基礎設施的需求。相關機構對增強現實(AR)市場的預測表明，增強現實(AR)市場規模將從2016年的23.9億美元增長到2023年61.39億美元，其複合增長率為55.71%。

很明顯，數據中心行業對電力系統的需求將要達到歷史新高，所以企業能否在數據中心設施中儘可能高效地實現這一目標?

數據中心的選址

從宏觀角度來看，對於任何數據中心來說，首先要考慮的是它的位置。美國是一個遼闊的國家，美國東海岸至西海岸相差3000英裡，其境內有著不同的氣候和天氣模式。正因為如此，並不是所有地區都可以獲得各種可再生能源的資源。以下是一些應用最普遍的可再生能源：

  • 水力發電–這是一種高度可靠的能源，通常由大型水體供給，水電渦輪機從水流中獲得能量產生電力。這種能源不會產生碳排放，並且汙染最小。因此水力發電是最節能的可再生能源之一。因為需要大量的水來發電，數據中心採用這種電源並不是一個十分可行的選擇。
  • 太陽能發電-這種能源來自太陽。但是，如果太陽的光照條件並不一致，不能作為獨立的能源來源。太陽能發電系統的壽命通常為15?30年，但需要大量的安裝空間，並採用大量多晶矽。
  • 風力發電-不產生碳排放，但其能源輸出是以風力為基礎，有一定的地域限制，並佔用大量土地。
  • 地熱能源-該能量源將來自地球的熱能轉化為電能。它是發電的有效手段，對環境影響極小。但地熱數量不多，對於數據中心來說並不是一個很好的選擇。

如果運營商縮小了為數據中心供電的特定可再生能源的選擇範圍，則下一步將根據能源來源的位置確定數據中心的建設位置。能源並不是唯一的決定性因素，運營商了解所需區域的電力成本也至關重要。美國各地的電力成本差別很大，人口最多的地區通常電力價格***，而人口較少的地區的電費往往更加低廉。

災難恢復

災害恢復與數據中心的選址密切相關，從電力的角度來看，必須在主要數據中心設施和備用數據中心設施中考慮採用災難恢復。採用災難恢復的傳統方式是在某地建設一個數據中心，而在另一個地方建設另一個數據中心，並在發生災難時複製關鍵數據。企業認為這不一定是***的辦法。***的方法是具備多個「熱」站點，並將每個數據中心的可靠性和冗餘度重新排列組合，而不是將更多的投資花費在Uptime Institute認證的具有***級別的可靠性和冗餘度Tier 4級的數據中心上。

在理想情況下，企業擁有兩個完全相同任務的同步數據中心設施，這是一個很好的方法，但這並不具有成本效益。在多個地點運行數據中心設施，這些基礎設施異步運行(這意味著每個設施都有自己獨立完成的任務)，在電力和運營成本方面可以節省成本。

企業建設多個設施開展不同的業務。這被稱為業務連續性(BC)策略，這就像用多個籃子存放雞蛋，而不是將雞蛋全放在一個籃子裡。這樣可以節省資金，因為企業所有站點的電力和冷卻基礎架構不用滿負載運行，這樣可以節省成本，這是因為兩個數據中心設施同時存在問題的可能性相對較低。

以下是一些業務連續性策略，其功耗從***到***排列：

  • 「Hot-Hot」同步業務連續性：這是最可靠的業務連續性模式，兩個數據中心設施之間的距離為30英裡或更短。在這個模式中，兩個設施的任務是在完全相同的時間完成相同的計算任務。如果一個數據中心出現重大問題，另一個數據中心可以完全接管計算任務。在電力成本方面，這也是最昂貴的選擇，因為企業的這兩個數據中心始終以***負載運行。

「Hot-Hot」異步業務連續性(多個地區)：在這個模式中，這兩個設施都在運行，但它們執行不同的功能。這種方法在發生自然災害時不會同時影響這兩個設施。在這裡，數據中心運營商需要考慮其設施所在地區的不同電費價格。雖然這種模式需要兩個運營的數據中心，但是由於工作量各自分配，電力需求沒有「Hot-Hot」同步模式那麼大。

  • 「Hot-Hot」異步業務連續性(單個區域)：該模式還可以執行單獨的功能。由於這兩個設施位於同一地區，自然災害可能會影響到兩個設施。從電力角度來看，數據中心運營商只需要考慮單一地區的電力成本(可能會因各地而異)。由於其分離功能方法，該模式的能耗比「Hot-Hot」同步模式要低。

「Hot-Cold」業務連續性：在這個模式中，如果其中一個設備出現故障，企業可以將故障轉移到其他設施。當然，在電費方面更具成本效益的選擇。儘管其投資花費在硬體上，但這種模式的電力和冷卻方面支出的成本更少。

  • 具有雲混合支持的「「Hot Colocation」」：在此模式中，在發生災難時，託管(數據中心功能可以應對雲環境的災難事件。這裡要注意的一個關鍵點是用於備份託管數據中心服務的雲伺服器的物理位置。

數據中心的冷卻方式

以下了解一下數據中心功耗的微觀思維。數據中心冷卻設備起著防止設備過熱的重要作用。

數據中心的冷卻主要通過氣流技術和空調系統來處理。其基本思想是確保熱空氣和冷空氣在適當的通道之間自由移動，而不會「混合」，以便使運行的設備周圍的空氣保持***溫度。活動式氣室通過使用煙囪櫃或其他控制方法，在不穿過伺服器房間的冷空氣的情況下直接將熱空氣輸送到通風室，從而有助於安全控制過程。消隱板和穿孔磚也很重要，以確保數據中心的冷卻效率和氣流遏制策略。但是，即使這一切就緒，冷卻數據中心的成本也是巨大的代價。

數據中心通過氣流進行冷卻並不是唯一的方式。高性能計算(HPC)系統的數據中心可能採取了更好的冷卻技術。一些先進的冷卻系統採用後門熱交換器，其在熱空氣離開機櫃之前中和熱量，這意味著避免通過將熱量直接傳遞冷水再回送空氣。這樣就不需要傳統的冷卻系統來冷卻高性能計算(HPC)環境。這些類型的系統不斷監控空氣變量，實時調整，提高數據中心的效率。

採用數據中心軟體進行監控

電費是衡量電力成本有形的指標，但是有一些技術可以實時監控電力使用情況。數據中心基礎設施管理(DCIM)解決方案可以使運營商了解在日常設施運營中無法體現的內容。

工作人員逐可以採用管理軟體了解電源使用情況，因為可以監控溫度和溼度，以確保不會發生過冷的情況。數據中心運營商了解機架的熱點至關重要，以便可以管理冷卻設備，熱通道，冷通道，消隱面板，水冷卻等設備，這些設備的數據將被DCIM技術採集。

在其他方面，還有一些技術可以讓數據中心關閉一些照明或其他未被使用的設備，將會節省更多的電力成本。

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【責任編輯：

武曉燕

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