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    将来数据中央UPS需求浅谈

      数据中央的生长

      数据中央(DataCenter)的生长从底子办法层面可以大略分别为三个阶段:

      第一阶段重要是园地、电源、网络线路、通讯设置装备摆设等底子电信资源和办法的托管和线路维护办事,多由电信企业提供,客户包罗行业、大型企业等。

      第二阶段是90年月中后期互联网的遍及所带来的主机托管、网站托管等业务的快速生长,IT设置装备摆设的会合安排和对维护的要求也相应进步。IDC成为企业IT底子办法的焦点。

      第三阶段是2000年后,随着云盘算等技能的提出与高性能IT设置装备摆设的应用,数据中央渐渐向大型化、假造化、绿色化生长。新型数据中央接纳高性能底子架构,可以实现资源的按需分派,并通过范围化运营与多种新型节能技能来低落团体运营本钱。

      据Gartner统计,停止2010年末,环球的数据中央总量为339万个,约占环球电力消耗的1.3%.而在美国,这一比例更高,凭据美国环境掩护署的陈诉表现,2011年纪据中央能源消耗占到了美国电网总量的2%,而且还将出现每五年翻一番的态势。另据ICTResearch统计,2012我国数据中央能耗高达664.5亿度,占当年天下产业用电量的1.8%.凭据预测,到2015年我国数据中央能耗预计高达1000亿度,相称于整个三峡水电站一年的发电量。

      比年来,数据中央的生长渐渐出现以下几个趋向,限于篇幅本文对付详细实现和技能细节不做过多先容,仅对付底子办法尤其是与供配电体系相干的种种趋向举行分析。

      1)假造化,化繁为简

      比年来,随着云盘算的鼓起,假造化技能渐渐成熟。办事器假造化技能是指通过运用假造化的技能充实发挥办事器的硬件性能,确保在企业投入本钱的同时,进步运营服从,节省能源,低落经济本钱和淘汰空间浪费。如原来四台20%利用率的办事器,通过假造化资源整合,可将业务会合到一台80%利用率的办事器上,从而提拔资源利用率。

      最新Foresight观察陈诉表现,进步业务一连性和实现劫难规复在消耗者接纳假造化的动机中排名前线,假造化文件和数据的备份、规复、快照、复制、归档技能已经有一个相对健全的市场。

      2)底子架构,分久必合

      比年来,融合底子架构成为数据中央的新趋向。所谓融合底子架构,简朴说来是将办事器、存储、网络以及办理软件等资源融合于一体,形成一个团体的办理方案。和传统的数据中央架构相比,融合底子架构冲破了存储、盘算、网络的界限,简化了IT底子办法的摆设、运维和办理,从而收缩了用户的摆设时间,进步了资源利用率,大大低落了企业的采购本钱。

      现在,IBM、惠普、戴尔、华为、甲骨文均推出了各有特色的融合底子架构产物。预计到2017年,融合底子架构会占到环球办事器、网络、架谈判办事市场总开支的三分之二,市场远景非常辽阔。而对付底层的供配电设置装备摆设,将来也将进一步与IT设置装备摆设举行融合。

      3)绿色节能,局势所趋

      不停上涨的能源本钱和不停增长的盘算需求,使得数据中央的能耗题目引发越来越多的存眷。在工信部公布的《关于数据中央设置装备摆设布局的引导意见》中,指出重点推广绿色数据中央和绿色电源,明白要求新建大型云盘算数据中央的能耗服从(PUE)值到达1.5以下,已建的数据中央通过整合、改革和升级,PUE值应降到2.0以下。2014年2月1日,上海率先颁发了海内首个数据中央能耗限额的逼迫性地方尺度,正式吹响了数据中央节能范畴的前锋军号。

      在外洋,苹果、亚马逊、谷歌等公司都已积极开展数据中央的“绿色”改革,并推出很多超低PUE的数据中央,这些乐成案例为海内的绿色数据中央设置装备摆设提供了有益的鉴戒。

      数据中央供配电体系的近况

      1)传统UPS技能远远落伍于数据中央的生长

      “硅进铜退”已成为电力电子范畴的生长趋向。在履历了MOSFET、IGBT等功率器件的更新换代、DSP与数字电路的广泛应用、LLC、软开关、三电平逆变等新拓扑的渐渐成熟后,高频化、数字化、智能化已成为电子产物的主流趋向。“铜”所代表的变压器、滤波电感等传统模仿电路器件正渐渐被“硅”所代表的种种单片机、控制芯片、新型半导体功率器件等数字电路器件所取代。正是“硅”的大量应用,使得电子产物体积越来越小、服从越来越高、运算速率越来越快,这一趋向在IT范畴尤为显着,如刀片办事器、原子路由器等。在消耗电子范畴,则表现为越来越薄的手机、越来越小的种种盒子等。而对UPS行业来说,“铜”代表的是传统工频UPS的断绝变压器,“硅”代表的是越发智能化的高频UPS.“硅”的大量利用,使得UPS越发智能化,由于涉及到软件的要求越来越多,UPS也已从传统的硬件产物酿成了软硬联合的产物。同时,从环保的角度来看,铜是不行再生资源,而硅重要来自于沙子,储量巨大。以是,无论从技能角度照旧从经济本钱角度思量,“硅进铜退”都必将是UPS生长的重要趋向。

      多方因素拦阻UPS技能进步。相比消耗类电子产物的快速更新换代,数据中央的供配电产物显着进步迟钝。这重要是由于供配电产物的“底子办法”属性注定了,只要不坏,客户很少会主动举行调换。除此之外,部门设置装备摆设厂商出于自身长处的思量,也进一步拦阻了新技能在UPS范畴的应用。效果导致在海内新建的种种数据中央中,仍时时可以看到种种传统工频机的身影。

      2)供电设置装备摆设恒久低服从运转,电力浪费严峻

      对数据中央来说,寻求更低的PUE和运营本钱是CIO们永久的使命。由输入变压器和ATS开关所构成的UPS输入供电体系,以及由UPS及其相应的输入和输出配电柜所构成的UPS供电体系,它们的功耗约占数据中央机房所需总功耗的10%左右。此中7%左右的功耗泉源于UPS供电体系,3%左右泉源于UPS输入供电体系。对付大型数据中央来说,低落UPS供电消耗,可有效提拔PUE,节省电费开支。

      而现实环境是,对付大部门的数据中央来说,UPS现实运行负载率都不会凌驾40%.尤其是对付可靠性要求较高的数据中央,传统供配电体系在计划时每每会接纳2N架构,UPS现实运行负载率乃至还不到20%.而对付大部门传统UPS来说,在20%负载率左右的现实服从广泛低于85%.以是,在数据中央现实运营中,大部门UPS都在恒久低服从的运行,电费浪费环境严峻。据测算,对付200kW的小型数据中央而言,要是能将UPS现实运行服从提拔到95%以上,每年仅电费就可节省30万元。

      3)傻大笨重,安置维护困难

      传统工频UPS一样通常接纳塔式布局,其内置变压器每每导致UPS体积巨大、笨重,运输安置困难。对付大功率UPS,每每会由于超重而不得不接纳大型工程机器来举行吊装,要是运输通道过窄,乃至还必要砸开机房墙壁举行搬运。以是一旦初期安置完成,根本很难再举行扩容。但对付业务快速生长的企业尤其是互联网企业来说,将来的不确定性每每要求底子设置装备摆设也同样具备随需扩容的本领,传统的UPS显然无法满意这一诉求。腾讯微模块观点的提出、HVDC的大量应用,无疑都是对快速设置装备摆设、快速扩容、快速维护这一趋向的表现。

      比年来云盘算的敏捷鼓起,假造化技能的大量应用,使得种种应用与IT硬件设置装备摆设进一步解耦。与此同时,自制好用的X86办事器渐渐取代传统小型机,模块化的架构计划也早已成为IT设置装备摆设的广泛趋向。“即插即用、坏了就换”的维护模式,使得对IT运维职员的数目和本领要求进一步低落。而传统的塔式UPS,一旦破坏就必须停机由专业职员举行维护,维护用度奋发、规复时间漫长,妨碍的UPS恒久运行在旁路模式的同时也使得业务停止的危害大幅增长。传统塔式UPS已经成为制约数据中央稳固运营的瓶颈。

      数据中央必要什么样的UPS

      起首应该认可,不偕行业对UPS的认知与应用仍存在巨大差别。种种方案的应用也因人而异,并无同一尺度。但是在包管可靠供电的条件下,笔者以为将来的数据中央将会在以下几个方面对供配电体系提出更高的要求。

      1)起首是“快”,即快速设置装备摆设、快速扩容。

      现在在数据中央的设置装备摆设方法上,模块化的理念已渐渐被各人所担当。无论是模块化数据中央照旧集装箱数据中央,都是这一理念的详细实现。模块化UPS同样符合这一理念。要是仅从团体摆设速率来看,模块化UPS和塔式UPS差别并不大。但要是从后期扩容方面以及初期投资方面,模块化的上风都非常显着。起首,按需扩容的功率模块,更符合业务生长的必要。尤其是对付均匀寿命只有3到5年的互联网企业,谁能早一天完成摆设,早一天实现扩容,就能早一步赢得客户,早一步占据市场。相比传统塔式UPS一到两周的安置时间,模块化UPS只需几分钟即可完成扩容。其次,贸易竞争日趋猛烈,市场环境幻化莫测,以及将来生长的不确定性都要求CEO们必须在恒久计划与初期投入之间探求最符合的均衡点。模块化的布局只必要预留符合空间,而不需一次性投入,将来可凭据业务生长分批分期投入,显着低落企业运营危害。对客户而言,无论是自建照旧出租,模块化UPS都更得当企业的将来久远生长。

      2)其次是“易”,即易用性、高可用性。

      相比传统数据中央为包管可靠性而计划的庞大的Tire4架构、2N体系,旁路模式、市电直供+UPS备份等等“不行思议”的方案正在被互联网巨擘们接纳。正是假造化的技能实现,使得互联网企业从寻求单纯的供电可靠性酿成了更看重以快速维护代表的可用性。

      因此UPS也要向IT设置装备摆设一样易维护。这对UPS有两点要求:1、产生妨碍不克不及影响业务运行,即不影响正常电力提供;2、产生妨碍后要方便维护,最好运维职员可自行维护而无需接洽厂家。显然,模块化UPS最符合这一要求。无论是交换模块化UPS照旧直流模块化UPS(高压直流)都表现出了更高的可用性和易维护性。

      3)然后是“省”,即节省。

      省空间:现在的中小型数据中央大多设置装备摆设在寸土寸金的楼宇之间,高密度不停是IT设置装备摆设的广泛寻求,如刀片式办事器。更高功率密度,体积越发小巧的UPS可以大概为用户节省更多空间,对提供出租办事的企业来说,则意味着可以摆设更多的IT设置装备摆设用于租赁;另一方面,如前文所述,底子办法架构融合,已成为数据中央生长的趋向之一,而更高功率密度的UPS将更方便地与办事、存储等IT设置装备摆设实现一体化摆设,现在各主流厂家均已推出了这种一体化产物。

      省电费:奋发的电费开支,也使得用户更青睐高服从的UPS,由于高服从UPS除自己消耗更低之外,还能低落制冷方面的能耗开支。有一点必要指出的是,固然大多数厂家都宣称可提供高效UPS,但负载率的影响仍旧要思量。对大部门数据中央而言,UPS的现实负载率不会凌驾30%(新建数据中央乃至只有10%),而随着假造化技能的实现,CPU利用率上升之后,UPS的现实负载率一样通常也不会凌驾40%(以1+1体系为例)。因此只有在低负载率(20%~40%)也能做到94%以上高效的UPS才最符合数据中央的现实需求。

      除此之外,现在的主流办事器由于大量接纳PFC校正电路,其输入功率因数已广泛凌驾0.9.这就要求为其供电的UPS同样应能提供0.9乃至更高的输出功率因数,不然为了立室这些办事器,用户将不得不采购更多的UPS.好比,按理论盘算(不思量冗余等现实环境),10台500VA/450W(功率因数0.9)的办事器,其总功耗为5KVA/4.5KW,只需采购一台5KVA输出功率因数大于0.9(输出功率大于4.5KW)的UPS即可。而要是UPS功率因数为0.8乃至更低,则必要两台5KVA的UPS.

      末了是“智”,即智能化。

      险些全部的UPS厂商都宣称可提供智能化的设置装备摆设。但现在的智能化重要照旧会合在UPS自己的技能层面,或网管方面。面对IT与CT行业屡见不鲜的新理念、新产物,尤其是比年来陪同移动互联网而出现的智能终端、可穿着设置装备摆设,UPS行业的“智能化”显然还不敷智能。那么将来十年,将有哪些方面会出现突破?

      ①能耗精致化办理

      现在办事器芯片已可以通过在空闲时封闭部门功效来实现低落能耗,而办事器电扇的转速可调也已经大量应用,这些都为L1层供配电设置装备摆设与L2层IT设置装备摆设的联动与同一降耗提供了方便。随着传感器的大量应用,机房内的局部环境与用电环境已经可以被轻松获取,一个包罗了机房内部物理生态体系(供配电体系、温控体系、IT设置装备摆设等)与机房外部天然生态体系(电网信息、景象信息、用户利用信息等)的综合能耗办理体系已经初见雏形,一些互联网巨擘以此为底子通过机器学习技能将终极实现整个数据中央的自我优化与瓦特级的能耗办理。

      ②信息处置处罚与代价发掘

      UPS作为网元之一,将与配电柜、空调实现联动。作为电网与设置装备摆设之间的前言,作为被办理的网元之一,包罗UPS在内的供配电体系自己将负担更多的信息网络与处置处罚的功效,电网数据、负载数据,都将是将来的有效信息,通过数据分析,它将为用户刻画出一副数据中央的团体用电图谱,客户可以快速的盘问到相干信息,如最耗电的办事器、用电的周期纪律等;而互联网大数据技能的应用,将会进一步发掘这些信息的代价,现在已有一些互联网企业开始投入研究,信赖在不久的将来,以UPS为主的供配电体系很大概从纯粹的消耗性设置装备摆设酿成可以大概提供利润的生产性设置装备摆设。

      ③物联网技能应用

      随着移动通讯技能的进一步遍及,万物互联的期间已经到来。网管APP、移动式运维、主动化维护将渐渐取代传统的运维方法。假想一下,位于内蒙古某太阳能发电站相近的数据中央,机房中空无一人。千里之外的北京,某公司IT维护职员打开手机,发明网管体系给出告警“12#UPS负荷已凌驾预期”,体系主动追踪后发明某几台办事器用电量大幅上升,缘故原由是办事器上运行的某款游戏用户数目暴增。这时体系给出了两个选择:“1、启动备用供电模块(将增长体系电费65元/天)”和“2、迁徙部门应用到453#空闲办事器(将增长体系电费32元/天)”。网管体系则凭据选择主动开启供电模块或办事器。除了对数据中央的一样寻常办理,物联网技能的应用,还将带来设置装备摆设维护方法的厘革。如设置装备摆设寿命预测、妨碍防备、妨碍处置处罚等。用户会像在淘宝购物一样凭据网管体系的提示购置相应的维护产物,并长途授权厂家维护职员前去妨碍所在举行维护,而单板级的空间定位体系则可以引导维修职员快速调换妨碍部件。

      设置装备摆设日益智能化的同时,随之而来的信息宁静题目也不克不及轻忽。传统用户每每以为病毒、黑客都是只有互联网才会遇到的倒霉事,对付“纯硬件”的供配电体系来说,可以不消过于担心。但随着移动互联网与智能化技能的遍及,底子办法必将被纳中计络办理体系,以是同样也碰面对种种网络宁静的危害。如前段时间曝出的OpenSSL“心血”毛病,评释部门UPS网管体系就大概会存在泄漏用户账号暗码的危害。即即是黑客们不克不及通过网管体系来封闭UPS(部门小容量UPS确实具备长途封闭办事器的功效),而仅仅是转变一些要害参数,也大概会对整个供电体系造成严峻影响。

      由此可见,高服从、智能化的模块化UPS显然更符合将来数据中央生长的要求。据相识,现在模块化UPS年市场增长率凌驾6%,预计将来将会凌驾10%.而在近来竣事的中移动集采中,模块化UPS作为独立标段,已占据120kVA以上容量段凌驾14%的采购份额。在电信行业,高频化、模块化已经成为UPS采购的主流趋向。

      UPS行业的机会与挑衅

      传统的数据中央面对转型。当前很多企业都是根据90年月尺度设置装备摆设的数据中央,在体系的可靠性、能耗办理和制冷体系等方面都不克不及满意业务生长的必要,也使得企业面对高能耗和高运营本钱的题目。现在很多数据中央的运营者和拥有者都开始操持大概正在举行数据中央的升级改革计划。陪同着大量数据中央的扩容与迁徙,对UPS的需求将会加大。这对UPS行业来说,无疑是个好消息。

      但传统UPS厂家可不要开心的太早。与此同时,更具颠覆性的挑衅则来自于互联网巨擘们。相比传统企业数据中央,互联网行业生长迅猛,对数据中央的需求也越恐慌迫。互联网企业每每通过自建、租用、团结设置装备摆设等方法大范围摆设数据中央,由于没有老旧设置装备摆设的拖累,他们每每更乐于接纳开始进的技能。在海内,腾讯通过微模块数据中央实现批量摆设与快速设置装备摆设,而供电体系则接纳HVDC的模块化计划来挣脱对传统UPS的依赖。在百度,IT工程师们乃至接纳传统数据中央不敢实验的市电直供+UPS备份的情势来给办事器供电。而在外洋,谷歌的做法越发激进,他们扬弃了传统的供电体系,转而接纳新型的自带电池的定礼办事器来淘汰对传统UPS体系的依赖。为了寻求高效、弹性、按需摆设、快速扩容,互联网企业的工程师们无所不消其极。

      

     
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