服务器电源在机房供配电系统设计中的基本意义

服务器电源是整个机房供配电系统建设的出发点和归宿点，了解服务器电源的相关特性，对于机房供配电系统的建设具有基本意义。充分了解服务器电源的容量、冗余方式、制冷要求和能效设计等主要指标，对于机房供配电系统的设计是完全必要的。

4.2.3.1　服务器电源容量

在机房供配电系统设计时，首先的工作就是确定负载的容量。负载的容量和服务器电源容量到底是何种关系？

可以先考察某知名厂商的一款电源的铭牌（如图4-1所示）。

图4-1　某知名厂商的一款电源的铭牌

关于服务器电源的铭牌，一般不会直接贴在服务器的外壳，而是贴在服务器电源外壳比较空旷的地方，通常只有在从服务器取出电源后才能看到。

INPUT（输入）：220V～/4A，50Hz，定义的是该电源的输入参数，通常很容易让人误解为服务器的功率就是INPUT 220V×4A=880V·A，就是该服务器的额定视在功率。

此处需要特别强调的是：INPUT（输入）中的220V是服务器电源的额定输入电压，而4A指的是最大额定输入电流能力，表征电源在最低输入工作电压时的最大输入电流能力。因此，直接用输入额定电压×输入额定最大电流来表征额定输入功率是不正确的。

OUTPUT（输出）：250W MAX，这个参数才是该服务器电源最大输出功率，这个参数通常只有在服务器电源铭牌上才能看到，因此这个参数也被称为铭牌功率（Nameplate Rating），这个参数对设计具有确实的意义。

负载的容量并不直接等同于服务器电源的最大输出功率。

①铭牌功率：指的是服务器电源铭牌功率。

②最大工况设置：指的是服务器系统工作在最大用电负荷时的耗电功率。

③CPU 100%利用率典型工况：CPU工作在100%利用率时的耗电功率。

可以看到服务器最大的功率消耗是铭牌额定值的80%，这是因为服务器厂家在选择电源时也宽放了大致20%的裕量。

CPU 100%利用率典型工况是铭牌额定值的67%。事实上，服务器正常工作时的能耗还小于该值。

因此，在具体的设计工作中，建议机房设计者考虑这种裕量和工况差异。4.2.3.2服务器电源冗余

在服务器设备中广泛使用两个或两个以上的电源同时供电，这种多电源供电技术称为“冗余电源（Redundant Power Supply）”。

（1）冗余电源的系统结构。

冗余电源系统采用输入总线、负载总线和共享总线的“三总线”的电路结构，如图4-2所示。电源1，电源2…电源n为热插拔电源模块，它们以并联方式相连接；C1，C2…Cn为各电源模块的控制模块；S1、S2…Sn为受控调节器；SENSE1，SENSE2…SENSEn为电源检测信号；FB为负载电压反馈信号。

图4-2　服务器冗余电源系统结构图(www.xing528.com)

系统工作正常时，控制模块通过调整电源1～n的工作参数，使系统均衡地使用每个电源模块——每个电源模块向系统提供相同的电流，这种工作模式称为“电流共享”；或者控制受控调节器使得某一个/组电源工作，其余个/组电源备份。

冗余电源系统中的每个供电模块均可以热插拔，一旦某个供电模块损坏，就能在不停电情况下完成维修工作，而丝毫不影响系统的正常工作。热插拔（Hot-Swapping）是指将模块、板卡或电源等设备带电“接入”或“移出”正在工作的机器。

（2）冗余电源对前端供配电系统的要求。

服务器冗余电源系统最终都可以归结到双电源系统上。服务器冗余电源（双电源系统）设计为提高服务器本身供电的可靠性奠定了可靠的物质基础。如果双电源服务器的每一路电源都能够通过独立的供电路由找独立的能量源取电，就能够获得最高的可靠性。关键点是供电路由独立和能量源独立。

UPS系统（服务器的能量源）：其传统供电方案，如单机/串联热备份/N+1直接并机等都不能做到能量源相互独立，与之相配套的供电路由也相应地无法独立，也就是说每个环节都存在着明显的单点故障，因此无法和服务器的双电源结构进行匹配。因此，2N/2（N+1）的供电结构正是基于服务器冗余电源结构而兴起的供电解决方案，GB 50174-2008和TIA/EIA-942将2N/2（N+1）的供电结构归入最高可靠度供电等级。

2N供电结构示意图如图4-3所示。

图4-3　2N供电结构示意图

4.2.3.3　服务器电源制冷

服务器电源制冷是通过其内置的风扇进行强制制冷的。Intel公司在《Power Supply Design Guideline for 2008 Dual-socket Server and Workstations》版本1.0中，定下了服务器电源的相关环境参数。服务器电源温度参数要求如表4-3所示。

表4-3　服务器电源温度参数要求

制冷系统和物理结构相关密切，下面以ERP1U（Redundant 1U Power supply）为例。

ERP1U机械外形尺寸及气流方向如图4-4所示。

图4-4　ERP1U机械外形尺寸及气流方向

从图4-4中可以明显看到气流成水平流动方向，这对于机房气流组织、机架摆放方式形成了基础性影响。目前，业界流行的面对面、背靠背的机架摆放方式的基础之一就源于单台服务器制冷气流由前至后的水平流动方向。服务器机柜面对面、背靠背的冷、热通道的放置方式如图4-5所示。

图4-5　服务器机柜面对面、背靠背的冷、热通道的放置方式

4.2.3.4　服务器电源的能效

计算机/服务器电源的能效一直是业界近几年来最为关注的主题之一，业界在计算机/服务器的能效方面也取得了很多成果。

“能源之星”针对计算机电源的要求也在不断升级。“能源之星”4.0规范自2007年7月20日开始生效，要求台式机在待机和休眠模式下的功率消耗分别不超过2.0W和4.0W，并且对空闲（Idle）状态下的功率消耗也做出了规定（A类＜50.0W，B类＜65.0W，C类＜95.0W）；而在20%、50%和100%负载条件下的效率最低达80%。此外，更新的5.0规范第一阶段要求于2009年7月1日生效，要求使用内置电源的计算机在50%负载条件下的工作效率最低达到85%，而在20%和100%负载条件下的最低效率达到82%。

业界还涌现了新的节能要求，如吸引了诸多知名计算机厂商参与的计算产业气候拯救行动（CSCI）的要求。