如何估算數據中心電力負載?

發表時間:2022-01-18 17:53

數據中心工程師往往過分夸大了對電力負荷的要求,因為他們并不了解如何估算電力負荷或者他們總是擔心供電不足。是否縮減不間斷電源(UPS)或空調的數量和UPS蓄電池,您要知道您數據中心的實際電力負載。是IT部門給工程師們施加了駭人的高負荷需求當電力負荷估算過高時,就可能造成能源和金錢的浪費以及冷卻能效??纯催@是為什么? 對于大多數人來說“真正的負荷”卻還仍舊是一個神秘的東西?!?回想起關于歐姆定律的基本公式:功率(瓦特)=電壓(伏特)Х電流(安培)。這個公式對于直流(DC)電路是正確的,但是對于交流(AC)則并不是很精確,而我們幾乎所有的數據中心都用交流電。在另外一篇文章中,我們將討論為什么以及何時會發生這樣的問題,但是其誤差對于如今的計算機硬件來說都顯得微不足道,所以我們將忽略這部分誤差而繼續討論更為重大的事項。(如果您擁有一個大型的數據中心,這部分的誤差可以進行累積,但是您必須讓您的工作人員都非常清楚地了解誤差的存在。) 如果我們仍然可以假定功率=電壓Х電流,那么問題出在哪里?這個要追溯至老程序員的口頭禪,GIGO——如果您輸入了無用信息,那么毫無疑問您將得到無用信息。最重要的是公式中的伏特(V)和安培(A)這些數字來自于何處。如果那些數字是錯誤的,那么其結果也必然是錯誤的。 中心數據負載箱都必須有一個銘牌,在銘牌上面列出了工作電壓和工作電流(安培)。有時也會有功率,但通常并不會有。它可能并不是很醒目,但它總是在那里,以附件形式、以絲網形式或印模至金屬表面。對于人們來說普遍的做法是:將這些數字從每個設備(或者往往是其中有相同信息的數據表)記錄下來,并將電壓V乘以電流A,然后將這些乘積結果進行累加,最后將最終結果交給設計工程師,說這就是預估的電力負荷。不幸的是,那些數字往往會偏高40%至60%。電氣工程師往往傾向于采用這種估算結果,并設法將UPS蓄電池其降至最低。這并不是一個很合適的方法,對嗎? 為什么會存在這么大的誤差?答案就在于銘牌上的額定值是如何進行評定的。銘牌上的工作電流的數值是指該設備在完全以每個可能的選項進行配置,并在100%的使用率和設備仍能正常運行的最低電壓下運行所輸出的最大電流值。我們都知道,幾乎沒有任何一個設備能夠在每個可能的配置都安裝的情況下每天24小時每周7天以100%的效率運行。但那只是部分的誤差。這只是造成最大誤差的一部分。

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當您將電流條目從銘牌上拿走,而只是簡單地將電壓乘以電流時,您使用什么電壓值呢?如果您在美國,您可以使用120伏或208伏的電壓,因為那就是我們UPS系統所穩定和持續提供的電壓值。但是當您使用銘牌上的電流值并將之乘以120伏,您得到的結果可能至少超過了33%,但那并不是全部。制造商可以舍入將銘牌上的電流值取其更高的數值,那么2.4安培就迅速變成了3安培,這就造成了未知量值的另外一個增加。而且我們仍舊還未考慮硬件配置或使用級別。我們都很清楚數值將會如何快速增長至一個駭人聽聞的程度,所以這顯然并不是確定您數據中心功耗的最佳方法。制造商會提供更好的數據,一個方法就是可以通過大部分主要制造商使用合適的在線“配置”。如果你有足夠的時間和耐心使用它們,它們會針對特殊的硬件配置為您提供準確的功耗數值,一般都極為繁瑣。但比我們用于估計數據中心電力需求分析的精度更高。此外,他們通常都是基于100%的使用率,而這種100%的情況對于任何機器來說都是罕見的。更少見的是數據中心中的每一個硬件都同時以100%的使用率在運行。



什么是硬件電源的額定功率?一個500瓦的電源是不會提供超過500瓦的功率的,因此您立刻就至少擁有了一個“限額”數值。電源很少會以超過其能力80%的使用率提供能源,因為它們在大多數電子設備中都是屬于易損部件,所以它們常常被逾限使用以便于盡量減少失效情況的發生。根據歷史記錄,大多數電源的效率都不高(大約75%),這就意味著為了獲得500瓦的功率輸出,您就需要輸入667W。較新型電源的效率則可接近90%,即對于500瓦的功率輸出只需要555瓦的輸入。為簡單起見,讓我們假定效率因子可以抵消使用率百分比。因此,收集數據中心中的每個硬件的額定功率就可以得到數據中心實際最大功耗的合理估計。 目前大多數標準硬件都是雙接線的,這就意味著這個設備具有兩個不同的電源供應線路。在正常操作中,這些電源共享負載,這意味著每個電源都只有一半的負載。不必累加這兩個電源的負荷,一個帶有兩個500瓦電源的服務器仍舊是一個500瓦的設備單元,因為任何一個電源都必須能夠在另外一個電源失效時瞬時支持滿負載。(對于帶有多于兩個電源的設備,例如大型網絡交換機和刀片服務器系統,您將需要確定需要至少多少那樣的電源在其最小負載下滿足設備正常運行,并將它們的數值累加。在這種情況下,這就可能最好的使用配置。)

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綜合上所述;如果您擁有現成的硬件,那么您能夠從UPS的讀數、機柜或UPS蓄電池記錄計量設備得到實際的負載測量,這些設備能夠提供所有的最佳數據。但是測量必須持續一段時間。瞬時讀數有可能發生在當天的最低點,因此瞬時讀數的數據可能會引起誤解。


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