数据中心整机柜供电面临的技术挑战和解决方案

2022-11-02  

得益于5G、云计算、人工智能等新一代信息技术快速发展,传统行业在信息技术升级的趋势下迎来转型,数字化新生态系统不断涌现出新数字业务模式,数字经济不断释放潜力。数据中心作为各个行业信息系统运行的物理载体,已成为经济社会运行不可或缺的关键基础设施,在数字经济发展中扮演至关重要的角色。数据中心的发展主要具有市场规模增速稳定、受惠于国家政策扶持和鼓励、市场竞争激烈以及低碳环保、电源安全深受关注等几大特点。

市场规模增速稳定。中国信通院《数据中心白皮书2022》报告显示,2021年全球数据中心市场规模超过679亿美元,较2020年增长9.8%。预计2022年市场收入将达到746亿美元,增速总体保持平稳。数据算存需求激增,同时新冠疫情的加剧,使得更多线下业务活动转向线上,旺盛的数字技术应用及消费需求为数据中心产业发展提供了有利的外部环境。

得益于5G、云计算、人工智能等新一代信息技术快速发展,传统行业在信息技术升级的趋势下迎来转型,数字化新生态系统不断涌现出新数字业务模式,数字经济不断释放潜力。数据中心作为各个行业信息系统运行的物理载体,已成为经济社会运行不可或缺的关键基础设施,在数字经济发展中扮演至关重要的角色。数据中心的发展主要具有市场规模增速稳定、受惠于国家政策扶持和鼓励、市场竞争激烈以及低碳环保、电源安全深受关注等几大特点。

市场规模增速稳定。中国信通院《数据中心白皮书2022》报告显示,2021年全球数据中心市场规模超过679亿美元,较2020年增长9.8%。预计2022年市场收入将达到746亿美元,增速总体保持平稳。数据算存需求激增,同时新冠疫情的加剧,使得更多线下业务活动转向线上,旺盛的数字技术应用及消费需求为数据中心产业发展提供了有利的外部环境。

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数据来源:中国信通院

国家政策牵引发展,新兴市场逐步发力。近年来,发展数字经济已成为全球主要国家的重大战略选择。印度、南非等新兴市场逐步加强对数据中心的政策支持和产业投入,成为拉动全球数据中心需求增长的重要增长极。

市场竞争激烈,投资并购活跃。数据中心市场马太效应不断加剧,市场份额不断向头部厂商靠拢,中小云厂商的生存空间被进一步压缩。这也导致该市场投资并购活跃,竞争日益激烈。同时,融资便捷、资金充足、组织灵活的数据中心市场主体多采取并购方式“购买”数据中心资源或项目,以此扩大业务规模。

低碳环保发展受到关注。数据中心蓬勃发展的同时, 数据中心行业能耗问题也再次受到社会各界广泛关注。建设更高效节能、绿色低碳的数据中心成为主要方案,绿色清洁能源、能源高效节能技术将是数据中心能源未来的发展方向。

电源问题越发引起警觉。数据规模持续增长与土地、电力资源稀缺形成对比。因此建设高密度数据中心成为提升数据中心算力水平的重要举措。因此,对高密度服务器电源的设计和技术提出了高要求。提升电源和散热系统的使用效率,降低数据中心运营成本,成为产业所追求的目标,也是共同的挑战。

数据中心整机柜供电的痛点

如今,数据中心的规模不断扩大,使得机房空间成本高昂、交付时间大大增加、海量服务器的运维也变得更加复杂,绿色化、模块化、智能化的机柜服务器,成为云时代数据中心建设的“刚需”。在此大趋势下,供配电作为数据中心的动力心脏,其重要性愈发突出。供配电的技术迭代,都是为了解决产业两大痛点。

耗电大,浪费严重。数据中心耗能较高,电力成本占运营总成本的 60%-70%。尽管当前不少数据中心通过节能优化提升了数据中心电能利用率,但电力成本占数据中心总体成本依然较大。此外,数据中心耗电量中仅有10%左右用于网站计算,其他都用在维持服务器工作状态时被无谓消耗。随着互联网高速发展,这种耗电情况近年来有增无减。

突发停电宕机。数据中心因为停电而发生宕机的事件时常发生。这不仅会导致用户无法正常访问应用程序,还会导致企业业务方面的损失。如今企业在“上云”越来越普遍的情况下,云基础设施的7×24小时运转显得愈发重要。公司规模越大,用户越多,其产生的影响也越大,更严重的情况还将导致企业业务直接受损。

通过集中式供电和独特的电池备份单元,助力解决数据中心电源安全隐患

针对上述痛点,供电电源可从数据中心服务器、交换机各自配电电源转向集中式机柜式供电,所带来的好处则是,之前用电的每一个设备都需要一加一的备份,转为集中式供电可以转为n+1的备份方式,整个机柜空间的利用以及成本方面都带来了改进。针对功耗大问题,整机柜的12伏总线已经转向48伏甚至54伏的总线。

村田的供电电源及电池备份解决方案通过安全、高性能的集中式供电,追根溯源,提供底层解决方案,有效降低数据中心运行过程中产生的热量,并将其转换为算力,从而提升数据中心的能耗使用效率。如今,钛金电源已成为国际市场广泛推广和应用的电源标准之一。村田基于其在电源解决方案领域的丰富经验,不断创新,推出了针对高端数据中心的钛金电源产品和解决方案。

此外,村田独家技术BBU(电池备份单元)能够使其得到有效解决。村田可以将电池做成小型化锂电模组,插入到整机柜。在单AC供电时掉电,能够提供短时间电池备份的能力来供电整个机柜,并在五分钟内保存核心数据。给柴油发电机足够启动的时间,从而达到平稳的AC的输入切换,保证数据安全。

村田整机柜供电电源系统

村田面向数据中心整机柜供电,拥有完整的解决方案。产品系列包含:电源箱,AC/DC电源模块,输入自动切换ATS模块,远程管理单元RMU,电池备份系统以及适配ORV3机架产品等。

其中,村田从2021年开始研发符合OCP标准的ORV3集中式供电电源。目前这款新型电源机架,在50/54V系统中,使用3.6KW钛金电源,在满足“N+1”冗余备份下的最大输出功率为18KW,在满足“N+N”冗余备份下的最大输出功率为10.8KW。21寸可供ORV3使用。19寸非常极限地搭载了6片PSU,最大程度利用了宽度空间。

在铂金效率PSU电源方面,所有PSU(12V、50V、54V)均支持240V和380V的高压直流输入,满足欧盟的严格标准。在宽度的提升下,极大提升了产品效率,还能实现在HDVC环境下工作也能够节能减排。

在RMU (Remote Management Unit) 远程管理单元方面,其被运用于电源框中,与框内PSU电源模块和框外数据中心的TUR进行数据交换,适用于各种电源框,可以通过数据图形化电源状态,工程师可直观且方便地进行检查。

在ATS自动切换开关方面,当1路电源出现故障时,将电流导入2路。对PSU运行几乎没有波动影响(如下图),切换时很稳定,且时间平均在4毫秒。

拥有村田独家技术的BBU单元,配有三元锂电池电芯,使用DC/DC模块,能够给机柜做备电保护,可以代替数据中心的UPS电池,在掉电路径调整时起到暂时续航,保持4KW输出两分钟。该单元正常情况下一般搭载4个,在通过三框并联方式做多可提升到12个。

随着数字化转型的范围不断扩大、程度不断加深,数据中心产业赋能效应逐步深化。在未来发展过程中,基础设施及 IT 技术的创新将不断涌现,数据中心技术内涵也将变得更加丰富。同时,未来的数据中心能够针对相应的器件类的使用效率推出规定,进一步推进效率的提升。

2022年11月4日至7日,2022中国电力电子与能量转换大会暨中国电源学会第二十五届学术年会及展览会(CPEEC & CPSSC 2022)将在厦门市举行。届时,村田中国将进一步展示和分享应用于数据中心的整机柜电源解决方案。

数据来源:中国信通院

国家政策牵引发展,新兴市场逐步发力。近年来,发展数字经济已成为全球主要国家的重大战略选择。印度、南非等新兴市场逐步加强对数据中心的政策支持和产业投入,成为拉动全球数据中心需求增长的重要增长极。

市场竞争激烈,投资并购活跃。数据中心市场马太效应不断加剧,市场份额不断向头部厂商靠拢,中小云厂商的生存空间被进一步压缩。这也导致该市场投资并购活跃,竞争日益激烈。同时,融资便捷、资金充足、组织灵活的数据中心市场主体多采取并购方式“购买”数据中心资源或项目,以此扩大业务规模。

低碳环保发展受到关注。数据中心蓬勃发展的同时, 数据中心行业能耗问题也再次受到社会各界广泛关注。建设更高效节能、绿色低碳的数据中心成为主要方案,绿色清洁能源、能源高效节能技术将是数据中心能源未来的发展方向。

电源问题越发引起警觉。数据规模持续增长与土地、电力资源稀缺形成对比。因此建设高密度数据中心成为提升数据中心算力水平的重要举措。因此,对高密度服务器电源的设计和技术提出了高要求。提升电源和散热系统的使用效率,降低数据中心运营成本,成为产业所追求的目标,也是共同的挑战。

数据中心整机柜供电的痛点

如今,数据中心的规模不断扩大,使得机房空间成本高昂、交付时间大大增加、海量服务器的运维也变得更加复杂,绿色化、模块化、智能化的机柜服务器,成为云时代数据中心建设的“刚需”。在此大趋势下,供配电作为数据中心的动力心脏,其重要性愈发突出。供配电的技术迭代,都是为了解决产业两大痛点。

耗电大,浪费严重。数据中心耗能较高,电力成本占运营总成本的 60%-70%。尽管当前不少数据中心通过节能优化提升了数据中心电能利用率,但电力成本占数据中心总体成本依然较大。此外,数据中心耗电量中仅有10%左右用于网站计算,其他都用在维持服务器工作状态时被无谓消耗。随着互联网高速发展,这种耗电情况近年来有增无减。

突发停电宕机。数据中心因为停电而发生宕机的事件时常发生。这不仅会导致用户无法正常访问应用程序,还会导致企业业务方面的损失。如今企业在“上云”越来越普遍的情况下,云基础设施的7×24小时运转显得愈发重要。公司规模越大,用户越多,其产生的影响也越大,更严重的情况还将导致企业业务直接受损。

通过集中式供电和独特的电池备份单元,助力解决数据中心电源安全隐患

针对上述痛点,供电电源可从数据中心服务器、交换机各自配电电源转向集中式机柜式供电,所带来的好处则是,之前用电的每一个设备都需要一加一的备份,转为集中式供电可以转为n+1的备份方式,整个机柜空间的利用以及成本方面都带来了改进。针对功耗大问题,整机柜的12伏总线已经转向48伏甚至54伏的总线。

村田的供电电源及电池备份解决方案通过安全、高性能的集中式供电,追根溯源,提供底层解决方案,有效降低数据中心运行过程中产生的热量,并将其转换为算力,从而提升数据中心的能耗使用效率。如今,钛金电源已成为国际市场广泛推广和应用的电源标准之一。村田基于其在电源解决方案领域的丰富经验,不断创新,推出了针对高端数据中心的钛金电源产品和解决方案。

此外,村田独家技术BBU(电池备份单元)能够使其得到有效解决。村田可以将电池做成小型化锂电模组,插入到整机柜。在单AC供电时掉电,能够提供短时间电池备份的能力来供电整个机柜,并在五分钟内保存核心数据。给柴油发电机足够启动的时间,从而达到平稳的AC的输入切换,保证数据安全。

村田整机柜供电电源系统

村田面向数据中心整机柜供电,拥有完整的解决方案。产品系列包含:电源箱,AC/DC电源模块,输入自动切换ATS模块,远程管理单元RMU,电池备份系统以及适配ORV3机架产品等。

其中,村田从2021年开始研发符合OCP标准的ORV3集中式供电电源。目前这款新型电源机架,在50/54V系统中,使用3.6KW钛金电源,在满足“N+1”冗余备份下的最大输出功率为18KW,在满足“N+N”冗余备份下的最大输出功率为10.8KW。21寸可供ORV3使用。19寸非常极限地搭载了6片PSU,最大程度利用了宽度空间。

在铂金效率PSU电源方面,所有PSU(12V、50V、54V)均支持240V和380V的高压直流输入,满足欧盟的严格标准。在宽度的提升下,极大提升了产品效率,还能实现在HDVC环境下工作也能够节能减排。

在RMU (Remote Management Unit) 远程管理单元方面,其被运用于电源框中,与框内PSU电源模块和框外数据中心的TUR进行数据交换,适用于各种电源框,可以通过数据图形化电源状态,工程师可直观且方便地进行检查。

在ATS自动切换开关方面,当1路电源出现故障时,将电流导入2路。对PSU运行几乎没有波动影响(如下图),切换时很稳定,且时间平均在4毫秒。

拥有村田独家技术的BBU单元,配有三元锂电池电芯,使用DC/DC模块,能够给机柜做备电保护,可以代替数据中心的UPS电池,在掉电路径调整时起到暂时续航,保持4KW输出两分钟。该单元正常情况下一般搭载4个,在通过三框并联方式做多可提升到12个。

随着数字化转型的范围不断扩大、程度不断加深,数据中心产业赋能效应逐步深化。在未来发展过程中,基础设施及 IT 技术的创新将不断涌现,数据中心技术内涵也将变得更加丰富。同时,未来的数据中心能够针对相应的器件类的使用效率推出规定,进一步推进效率的提升。

2022年11月4日至7日,2022中国电力电子与能量转换大会暨中国电源学会第二十五届学术年会及展览会(CPEEC & CPSSC 2022)将在厦门市举行。届时,村田中国将进一步展示和分享应用于数据中心的整机柜电源解决方案。

文章来源于:电子工程专辑    原文链接
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