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针对数据中心的软件定义功率

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-03-31  来源:机房360  作者:Archer  浏览次数:617
核心提示:随着企业和普通消费者越来越认识到云技术所能提供的益处,IT行业将呈现针对数据中心处理能力和存储容量不断增长的需求。通过云技术,企业可以避免资本投入和运营自己IT设施的开销,同时可以从任何地点访问信息,并且还可以能够享受增强的数据分析服务。

随着企业和普通消费者越来越认识到云技术所能提供的益处,IT行业将呈现针对数据中心处理能力和存储容量不断增长的需求。通过云技术,企业可以避免资本投入和运营自己IT设施的开销,同时可以从任何地点访问信息,并且还可以能够享受增强的数据分析服务。消费者现在比以往任何时候都更依赖于线上生活,他们不仅仅是喜爱社交媒体和一些照片共享的应用,现在他们可以将其财务、账单和其他信息委托给基于Web的服务,因而不再担心由于硬盘存储故障、盗窃、火灾或洪水造成的数据丢失。

因而,建立更多的数据中心或扩大现有数据中心的容量都是非常必要的,但必须要考虑一个广泛关注的问题:这些IT巨兽的能源消耗。虽然技术进步能够在同样大小的有限空间实现更高的处理能力或存储器容量,但这却提高了系统功率密度,而通常这些系统的总功率也是一个最受限制的因素。同样需要关注的包括保持所有设备机架冷却的能力,因为冷却设备机架也增加了系统的能量需求。产业所需要的解决方案不再局限于专门为关键任务提供冗余或针对峰值需求的功率容量,而解决这个问题的答案就是软件定义功率(Software DefinedPower?)。

在不具备100%冗余情况下如何保证服务可用性

为了确保处理关键任务时的高可用性,三级或四级数据中心采用的电源架构一般需要100%冗余。如图1中所示,其中每个电源元件,包括从公用设施电源或发电机输入,通过UPS备份,再到对各个服务器供电的配电单元,都是双份重复配置。对于双线服务器(dual-corded servers),这种冗余是必要的。但是对于处理不太关键工作负载的单线服务器(如测试或开发任务)而言,显而易见,其一半的功率供应并不是真正需要的。

即使一个数据中心只有30%的工作负载不重要,这意味着其总功率容量的15%可以释放到为其他服务器供电。显然,如何实现这样的目标关键是在更高级别管理电源,即采用软件控制来了解哪些服务器正在运行关键任务,哪些不是,并且相应地连接电源,以确保冗余只用在真正需要的地方。

如何应对峰值服务需求而不需扩展到峰值功率

现代处理器都集成了许多省电功能。因此,CPU在空闲时消耗的功率可以显著低于100%运行时的功率。这种差异可以在服务器和机架级进一步放大,特别是当服务器的工作负载可能加剧功耗变化的情况下,使得规划整个数据中心的功率容量非常具有挑战性。例如,Google报告显示,网络邮件的平均-峰值功率比约为90%,而执行网络搜索任务服务器的平均-峰值功率比要低于73%.

因此,即使根据最高的平均-峰值比来配备数据中心的功率容量也可能导致相当大功率得不到充分利用。更糟糕的是,规划人员在功率配备中还包含有一个安全缓冲区,以应对实际峰值功率需求可能超过其理论模型的可能性。这在某种程度上就是为什么今天全球数据中心的平均功率利用率在考虑冗余配备之前仍然低于40%的原因。

克服这种 为了“预防万一”而过度配置功率,需要更好地了解动态功率使用情况,不仅仅需要在服务器之间重新分配负载,而且还可能在时间上分配负载,把那些时间不是很关键的任务调整到一天较为空闲的时间段。图2即阐述了这一问题,并展示了一种称为峰值平滑(peak shaving)的技术如何可以更好地满足需求。

采用本地发电机组来补充功率仅适用于需求峰值具有相对较长的持续时间,并在发生的时间上可以预测。相比之下,电池存储则是一种更有效的解决方案,在功率需求提高时,这种技术采用智能软件将负载切换电池,而在功率需求降低时则可为电池充电。

软件灵活性和确定任务优先级是解决之道

成功管理数据中心功率配备的关键是需要了解清楚服务器的工作负载,哪些是任务和/或时间关键型,需要进行功率冗余,包括配备发电机组和UPS备份;哪些属于不太重要,可以重新安排到一天中较为空闲的时段,甚至可以在供电故障中断后可以重新启动。通过采用恰当的功率系统管理,数据中心运营者将可以避免时常担心的“失电”局面。更令人高兴的是,智能控制可以使功率冗余或未充分利用的功率容量得到释放,从而可以提高数据处理和存储容量,而无需配备额外的功率容量。

软件定义功率(SDP)技术可以实现上述功能。 SDP是建立在使用“数字电源”基础上,其中调节电源输出的正常反馈环路是采用数字式控制。数据中心电源架构通常是将电源从交流转换为直流,然后依照电压从高到低依次将功率分配到服务器机架到服务器,最后分配给CPU和其他电路。数字控制允许调整这些中间和最终的负载电压,从而优化每个供电级的效率。 SDP技术更进一步,可以监控和控制所有电源的负载。

用智能控制能源技术实现SDP

CUI公司通过与 Virtual Power Systems(虚拟电源系统)合作,已经在针对IT系统的新型SDP解决方案中实施了峰值平滑的概念。智能能源控制(ICE?)系统结合了先进的硬件和软件技术,可以最大限度地提高功率利用率并优化性能。机架式电池存储和切换单元等各种硬件模块放置在数据中心的战略电源控制位置,以便于软件对电源选择进行决策。 ICE操作系统能够从ICE和其他基础架构硬件处收集遥测数据(telemetry data)以支持实时控制,通过使用功率优化算法来释放冗余的功率容量并平滑电源负载。

为了验证ICE的有效性,一个领先的数据中心运营者进行了测试并且证明可以从配备容量为80MW的系统中释放16MW的功率。这一升级所需要的时间与配备额外16MW功率相比可忽略不计,而成本支出只有1/4,这还不包括降低目前运营支出所带来的好处。

 
 
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