软件定义电源如何提高数据中心容量

基于策略的SDP(软件定义电源)创建了一种真正强大的方法,可以在不升级电源设施的情况下为现有数据中心增加电力容量。

全球计算能力正在发生变化:受到运营成本模型、灵活性和几乎无限增长空间的吸引,各种规模的企业正在将工作负载从自己的基础设施转移到云中。消费者也越来越多地使用云计算(有时没有意识到),从电子邮件中到共享基础设施上的文档、照片,以及健康数据。

云计算的电力挑战

云计算平台实际上是一个庞大的数据中心网络。随着全球市场需求的增长,这些设施的能力将推向极限。许多运营商不断地提供更多资源来确保他们能够满足每个客户的需求。在许多情况下,最稀缺的资源不是服务器或存储容量,而是电源。

仔细想想,这很有道理:服务器和存储产品是相对容易购买的商品。但是,增加数据中心的电力量可能涉及复杂、昂贵且耗时的基础设施升级。

这就是数据中心运营商希望优化其使用方式的原因。一些运营商采用室外空气和冷却水进行冷却,而不是采用传统的机房空调,推出了更高效的冷却和湿度控制系统。为使现代服务器更高效,并降低其闲置功耗已经做出了重大努力。因此,大型数据中心现在能够实现低于1.2的能源使用效率(PUE)。

在数据中心采用2N冗余架构的特定情况下,有一种新方法可以从现有的电源拓扑中获得更多电力容量,从而可靠地为额外的机架负载(以及因此的收入)提供电源。为了理解这一点,简要地介绍一下2N冗余架构。

数据中心的2N冗余架构

传统2N冗余架构的数据中心使用两台容量相同的不间断电源(UPS)(如图1所示)。每台UPS必须能够自行为数据中心的所有工作负载供电。但是,在大多数情况下,两台UPS同时运行,这意味着它们的运行容量都不超过50%。为了达到冗余目的,这为两台UPS保留了高达50%的剩余容量。对于传统的电源架构,这种冗余电源不能用于其他用途,并且只在极少数情况下,也就是在紧急情况下或在计划维护期间调用。

图1传统的2N数据中心为UPS提供高达50%的容量以实现冗余

2N冗余假定数据中心的所有内容都是关键任务,并且它是全天候运行的关键任务。实际上,通常情况并非如此。例如,测试、开发和其他非生产环境通常不需要高可用性,甚至不需要一直运行。因此,它们可能不需要2N电源冗余。同样,生产系统可能在某些时候只需要高可用性。作为“一刀切”方法,始终提供全面的2N电源冗余,可以防止数据中心的大部分电源被用于其他地方。

因此,即使可以安装部署其他服务器,数据中心也可能无法为其供电。

更加智能的电源管理

这就是称为软件定义电源(SDP)的开创性技术。软件定义电源(SDP)将智能软件与专用电源控制硬件结合在一起,将电源转换为可在整个数据中心内动态汇集的资源,使用调峰和动态冗余以从现有架构中获得更大价值。

对于数据中心运营商而言,这非常重要。这意味着他们能够可靠地接入以前为了冗余而锁定的容量,从而为额外的非关键工作负载创造了空间。至关重要的是,即使一台UPS不可用,他们也可以在不影响任务关键型2N冗余工作负载可用性的情况下实现这一目标。

软件定义电源如何工作

软件定义电源(SDP)的软件从每个机架中的电源控制硬件收集数据。它使用预测分析和机器学习处理这些数据,并通过其对数据中心总体电源要求的整体视图,为每个控制单元发送特定于设备的电源策略。

这些策略每10秒发送给控制硬件,并且包含关于如果其中一个UPS变得不可用时如何操作的指令。如果发生这种情况,电源控制硬件将自动采取措施,以确保2N机架负载保持运行,并且关闭非关键机架负载。这种关闭可以立即实施,也可以是在预定义的暂停时间段之后,以便能够关闭或正确迁移工作负载。

以下通过探索峰值调整和动态冗余来看看UPS在实践中是如何工作的。

调整峰值

通过在低功率使用期间对UPS的电池充电,然后利用它们为峰值负载供电来进行调峰。在这种情况下,通过确保UPS不会超出其负载容量,调整峰值可以在第一台UPS停止运行时保护第二台UPS。削减峰值暂时为系统提供额外的电源,以便允许初始保持时间,或者覆盖2N机架的需求暂时增加(如图2所示)。

图2调峰

动态冗余

同时,动态冗余通过区分关键(2N)和非关键工作负载来解决数据中心中的所有负载都需要高可用性的假设。通过动态冗余,当两个UPS均可运行时,可以将大部分冗余容量用于非关键负载。

在这种情况下,只要一台UPS不可用,电源控制硬件就会查看从控制软件收到的最新策略,并采取措施确保2N冗余工作负载保持活跃状态。

以下采用一个具体的例子来说明这一点。例如,2N冗余数据中心的任务关键型机架负载在峰值下需要获得400kVA的电力容量。该数据中心设施拥有两台400kVA的UPS,可提供所需的高可用性,但凭借其传统的电源架构,数据中心还有充足的电力容量。即使在正常运行情况下,每台UPS仅运行功率为200kW的负载,但无法再添加其他设备,因为这会影响任务关键型机架的2N冗余要求。但是,通过使用动态冗余,此数据中心可以添加运行非关键环境的机架负载,而不会影响2N机架的可用性。

假设添加了200kW的非关键机架负载,总峰值负载功率为600kW,或每台UPS的容量为300kVA(如图3所示)。在正常情况下,这完全在每台UPS的400kVA容量范围之内,因此UPS电源系统运行稳定,无需特殊控制。

图3动态冗余使2N数据中心能够为其他非关键机架提供更多的容量

但是,如果一台UPS不可用,则智能电源控制系统将启动分配策略。这意味着下一步需要提供本地处理器的速度,而不需要每个设备通过中央电源管理软件查询。

该策略告诉每台设备执行以下三种操作:如果是2N冗余的机架负载,则继续在剩余的UPS上运行。如果是非关键机架负载,则立即关闭,或在定义的暂停期间关闭(在这种情况下,它暂时使用调峰,使用电池来保护剩余的负载)。

通过立即卸载200kW的非关键工作负载,数据中心的功率需求立即从200kW升至2N机架所需的400kW(如图4所示)。这超出了剩余UPS的容量,这意味着它可以继续为高可用性机架负载供电。调峰将保持活跃状态,以确保UPS不会承载超过400kW的负载。

图4软件定义电源(SDP)策略在一台UPS不可用的情况下控制硬件关闭机架负载

这个例子说明了使用调峰和动态冗余的软件定义功率如何在数据中心为非关键工作负载创建高达50%的额外功率余量,而无需升级电源基础设施的成本和复杂性。

节省成本

对于数据中心运营商而言,基于策略的软件定义电源(SDP)是一项重大发展。它首次创建了一种真正强大的方法,可以在不升级电源设施的情况下为现有数据中心增加容量。这为企业增加收入提供了更多的机会,与传统方式升级数据中心设施的电力基础设施所需的费用相比要少得多。

它还为数据中心可为其客户提供的服务提供了更大的灵活性。机架可以动态分配2N冗余系统或非关键负载,这意味着随着工作负载的优先级在一天、一周或一年内发生变化,数据中心的负载可以进行调整。这最终确保最大限度地利用其电力架构,同时为客户提供有效和经济的服务。

由于灵活性是云计算的关键卖点之一,因此需要软件定义电源(SDP)等智能电源管理技术来确保其背后的基础设施能够以经济高效的方式实现其承诺。(中国IDC圈编译)

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