大伊頓電源（上海）有限公司 王偉
隨著云計算和OTT的技術(shù)發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)對數(shù)據(jù)的需求呈現(xiàn)爆炸式的增長，這極大地促進了云數(shù)據(jù)中心的市場需求，近年來國內(nèi)外幾乎同步興起了建設(shè)云數(shù)據(jù)中心的熱潮。大規(guī)模的建設(shè)也引發(fā)了業(yè)界對數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)的重新思考，作為數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施重要組成部分的供電架構(gòu)自然也不例外。
基于對投資規(guī)劃、高效低碳、安全可用、快速部署、按需擴展等因素的不同解讀和引入互聯(lián)網(wǎng)思維的創(chuàng)新激情，產(chǎn)生了各種各樣的數(shù)據(jù)中心供電架構(gòu)。從傳統(tǒng)UPS到HVDC，從240V HVDC到336VHVDC，從集中式電源到分布式電源，從微軟的LES架、Facebook的OCP架構(gòu)到中國的天蝎機柜供電架構(gòu)，從電源供電到市電直供等等，這讓沉肅了幾十年的電源行業(yè)出現(xiàn)了空前的“繁榮”，那些打著“高安全、高節(jié)能、易規(guī)劃、易部署、易擴容”旗號的新方案、新架構(gòu)多得有點讓人眼花繚亂、應(yīng)接不暇。但是，無論供電架構(gòu)怎樣千變?nèi)f化，供電架構(gòu)用來為服務(wù)器提供“供電、備電”服務(wù)的核心思想始終不變�！肮╇姟币馕吨霸趺窗淹獠渴须娮钣行У貍鬟f到服務(wù)器”，“備電”意味著“在外部市電中斷時怎么接入第二路市電和蓄電池等廣義的備電系統(tǒng)”。為此，本文希望通過對這兩個概念的重新解讀，從構(gòu)成邏輯上來梳理數(shù)據(jù)中心供電架構(gòu)變化的脈絡(luò)。本文不討論供電架構(gòu)的技術(shù)細(xì)節(jié)，后續(xù)圖中的示意也僅表示數(shù)據(jù)中心供電架構(gòu)的邏輯關(guān)系，并不是配電結(jié)構(gòu)的實際反映。
基于“供電”的數(shù)據(jù)中心供電架構(gòu)的變化模式
數(shù)據(jù)中心“供電”的概念就是把外部市電以最安全、最有效的途徑傳遞到數(shù)據(jù)中心內(nèi)部最底層的IT設(shè)備，從目前供電架構(gòu)的發(fā)展看，這些IT設(shè)備可能是服務(wù)器，也可能僅僅是服務(wù)器去除電源部件PSU后的“板卡/芯片”部件。所以，所謂的數(shù)據(jù)中心供電架構(gòu)模式，實際上無非是怎樣把電能送到這些“板卡/芯片”的途徑，從邏輯上看，可能的途徑無非是從集中到分散或從分散到集中的不同程度而已：
1、數(shù)據(jù)中心電源集中供電模式
該模式如下圖1所示，采用集中的電源室將變配電室送來的外部市電能經(jīng)變換后送到數(shù)據(jù)機房，在數(shù)據(jù)機房內(nèi)經(jīng)列頭柜將電能分配到每一個機柜，由機柜內(nèi)的PDU將電能分送到每一臺服務(wù)器。就目前的數(shù)據(jù)中心應(yīng)用來看，這一模式是行業(yè)的主流，占比至少超過95%。其主要的優(yōu)點是實現(xiàn)了動力設(shè)備與數(shù)據(jù)設(shè)備的物理隔離，實現(xiàn)了強、弱電專業(yè)管理的自然分區(qū)，安全性高，缺點是需要單獨設(shè)立動力室，并需要專業(yè)的人員來負(fù)責(zé)維護。
2、數(shù)據(jù)中心微模塊的分區(qū)供電模式
微模塊也是近年來數(shù)據(jù)中心行業(yè)的熱點，該模式如下圖2所示，將變配電室送來的外部市電直接分區(qū)送到每一個微模塊機房的輸入配電模塊，由微模塊內(nèi)的機柜式電源設(shè)備將變換后的電能送到輸出配電模塊，經(jīng)分配后送到每一機柜的PDU，由機柜內(nèi)的PDU將電能分送到每一臺服務(wù)器。該方案的供電架構(gòu)特點，是實現(xiàn)了從大電源設(shè)備到分區(qū)小電源設(shè)備的轉(zhuǎn)變，對于1000個機柜的數(shù)據(jù)中心來說，大約需要50~100套這樣的電源系統(tǒng)；節(jié)省的動力室空間，被拆分到每一個微模塊里。其主要優(yōu)點是可以工廠定制化，把不可控的工程時間轉(zhuǎn)換為工廠化生產(chǎn)的可控時間；主要缺點是數(shù)據(jù)設(shè)備與動力設(shè)備，包括電池等化學(xué)能設(shè)備混裝在一個封閉的物理空間，如果動力系統(tǒng)發(fā)生炸機起火事故，可能危及數(shù)據(jù)系統(tǒng)。
3、數(shù)據(jù)中心的機柜級分布式供電模式
如圖3所示，該模式直接將變換電源置于每個服務(wù)器機柜的底部，一般視電源大小和后備時間，約占4`6U左右的機柜空間（一般10KVA/10min內(nèi)）。來自變配電室的電能直接送到列頭柜進行二次配電，二次配電后的電能經(jīng)機柜內(nèi)的機架式電源、PDU或匯流銅牌向服務(wù)器供電。該模式既是最古老的供電方案又是最新的應(yīng)用方式，90年代因為大功率用UPS電源設(shè)備價格奇高，很多數(shù)據(jù)機房都不得不采用這種方式，但是近年這一模式又被賦予新的技術(shù)內(nèi)涵，比如電源模塊可以采用機架式HVDC代替機架式UPS、采用鋰電池模塊代替鉛酸電池、采用市電+電源的雙路供電等。相比與微模塊供電架構(gòu)，這一方案的電源分散性更大，對于1000個機柜的數(shù)據(jù)中心來說，就需要配置1000套這樣的電源，后續(xù)運行時的日常電源管理是很大的問題，盡管故障時可以熱插拔，但是電源系統(tǒng)偶發(fā)的短路起火、電池漏液等將是很大的安全威脅。當(dāng)然，該方案也有可快速部署、沒有承重問題等優(yōu)勢。
4、數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器級直接供電模式
從上面三種供電模式的推演，我們完全有理由相信，肯定還有最后一種供電模式，那就是由外部市電直接向服務(wù)器供電的供電架構(gòu)模式，目前該模式只有微軟、Google試驗過，如下圖4所示。如果鋰電池在服務(wù)器等高熱環(huán)境下的安全性、工作壽命、容積比及低壓工作下的自身損耗都能得到充分的保證，這無疑是供電架構(gòu)的終極目標(biāo)，不僅實現(xiàn)了外部電能向服務(wù)器最有效的直接供電，也實現(xiàn)了最短路徑的備電。所以將來數(shù)據(jù)中心的供電是否能象筆記本電腦那樣的直接，完全取決于未來電池技術(shù)的發(fā)展，最近報道的石墨烯電池的技術(shù)進展給這一應(yīng)用創(chuàng)造了希望，但目前這一技術(shù)也還僅僅停留在實驗室階段。
