大伊頓電源（上海）有限公司 王偉
隨著云計算和OTT的技術發(fā)展，互聯網對數據的需求呈現爆炸式的增長，這極大地促進了云數據中心的市場需求，近年來國內外幾乎同步興起了建設云數據中心的熱潮。大規(guī)模的建設也引發(fā)了業(yè)界對數據中心基礎架構的重新思考，作為數據中心基礎設施重要組成部分的供電架構自然也不例外。
基于對投資規(guī)劃、高效低碳、安全可用、快速部署、按需擴展等因素的不同解讀和引入互聯網思維的創(chuàng)新激情，產生了各種各樣的數據中心供電架構。從傳統UPS到HVDC，從240V HVDC到336VHVDC，從集中式電源到分布式電源，從微軟的LES架、Facebook的OCP架構到中國的天蝎機柜供電架構，從電源供電到市電直供等等，這讓沉肅了幾十年的電源行業(yè)出現了空前的“繁榮”，那些打著“高安全、高節(jié)能、易規(guī)劃、易部署、易擴容”旗號的新方案、新架構多得有點讓人眼花繚亂、應接不暇。但是，無論供電架構怎樣千變萬化，供電架構用來為服務器提供“供電、備電”服務的核心思想始終不變�！肮╇姟币馕吨霸趺窗淹獠渴须娮钣行У貍鬟f到服務器”，“備電”意味著“在外部市電中斷時怎么接入第二路市電和蓄電池等廣義的備電系統”。為此，本文希望通過對這兩個概念的重新解讀，從構成邏輯上來梳理數據中心供電架構變化的脈絡。本文不討論供電架構的技術細節(jié)，后續(xù)圖中的示意也僅表示數據中心供電架構的邏輯關系，并不是配電結構的實際反映。
基于“供電”的數據中心供電架構的變化模式
數據中心“供電”的概念就是把外部市電以最安全、最有效的途徑傳遞到數據中心內部最底層的IT設備，從目前供電架構的發(fā)展看，這些IT設備可能是服務器，也可能僅僅是服務器去除電源部件PSU后的“板卡/芯片”部件。所以，所謂的數據中心供電架構模式，實際上無非是怎樣把電能送到這些“板卡/芯片”的途徑，從邏輯上看，可能的途徑無非是從集中到分散或從分散到集中的不同程度而已：
1、數據中心電源集中供電模式
該模式如下圖1所示，采用集中的電源室將變配電室送來的外部市電能經變換后送到數據機房，在數據機房內經列頭柜將電能分配到每一個機柜，由機柜內的PDU將電能分送到每一臺服務器。就目前的數據中心應用來看，這一模式是行業(yè)的主流，占比至少超過95%。其主要的優(yōu)點是實現了動力設備與數據設備的物理隔離，實現了強、弱電專業(yè)管理的自然分區(qū)，安全性高，缺點是需要單獨設立動力室，并需要專業(yè)的人員來負責維護。
2、數據中心微模塊的分區(qū)供電模式
微模塊也是近年來數據中心行業(yè)的熱點，該模式如下圖2所示，將變配電室送來的外部市電直接分區(qū)送到每一個微模塊機房的輸入配電模塊，由微模塊內的機柜式電源設備將變換后的電能送到輸出配電模塊，經分配后送到每一機柜的PDU，由機柜內的PDU將電能分送到每一臺服務器。該方案的供電架構特點，是實現了從大電源設備到分區(qū)小電源設備的轉變，對于1000個機柜的數據中心來說，大約需要50~100套這樣的電源系統；節(jié)省的動力室空間，被拆分到每一個微模塊里。其主要優(yōu)點是可以工廠定制化，把不可控的工程時間轉換為工廠化生產的可控時間；主要缺點是數據設備與動力設備，包括電池等化學能設備混裝在一個封閉的物理空間，如果動力系統發(fā)生炸機起火事故，可能危及數據系統。
3、數據中心的機柜級分布式供電模式
如圖3所示，該模式直接將變換電源置于每個服務器機柜的底部，一般視電源大小和后備時間，約占4`6U左右的機柜空間（一般10KVA/10min內）。來自變配電室的電能直接送到列頭柜進行二次配電，二次配電后的電能經機柜內的機架式電源、PDU或匯流銅牌向服務器供電。該模式既是最古老的供電方案又是最新的應用方式，90年代因為大功率用UPS電源設備價格奇高，很多數據機房都不得不采用這種方式，但是近年這一模式又被賦予新的技術內涵，比如電源模塊可以采用機架式HVDC代替機架式UPS、采用鋰電池模塊代替鉛酸電池、采用市電+電源的雙路供電等。相比與微模塊供電架構，這一方案的電源分散性更大，對于1000個機柜的數據中心來說，就需要配置1000套這樣的電源，后續(xù)運行時的日常電源管理是很大的問題，盡管故障時可以熱插拔，但是電源系統偶發(fā)的短路起火、電池漏液等將是很大的安全威脅。當然，該方案也有可快速部署、沒有承重問題等優(yōu)勢。
4、數據中心的服務器級直接供電模式
從上面三種供電模式的推演，我們完全有理由相信，肯定還有最后一種供電模式，那就是由外部市電直接向服務器供電的供電架構模式，目前該模式只有微軟、Google試驗過，如下圖4所示。如果鋰電池在服務器等高熱環(huán)境下的安全性、工作壽命、容積比及低壓工作下的自身損耗都能得到充分的保證，這無疑是供電架構的終極目標，不僅實現了外部電能向服務器最有效的直接供電，也實現了最短路徑的備電。所以將來數據中心的供電是否能象筆記本電腦那樣的直接，完全取決于未來電池技術的發(fā)展，最近報道的石墨烯電池的技術進展給這一應用創(chuàng)造了希望，但目前這一技術也還僅僅停留在實驗室階段。
