戴尔服务器电源方案和配置原则

在数据中心,电力消耗像是一只看不见的老虎,在后台悄悄消耗掉大量的金钱。怎么样高效地使用电力资源,使我们的数据中心更环保?这就要从最基本的服务器电源配置与使用开始做起。

服务器电源功率越大越好吗?

在戴尔第12代服务器中,每一款机型都有多种功率的电源可以选择。例如在R720中,就可以选择495W、750W、1100W三种功率,还有单电源和冗余双电源的选择。那么到底选择哪一种呢?许多用户考虑到将来的扩展,常常会选用最大的1100W电源配置,这样将来无论是添加硬盘,或者是加PCIe的扩展卡,都能够保证有足够的电源功率,不需要另外购买新电源。那么是否真的就是电源功率越大越好呢?我们来看一下下面这张图:

由于服务器电源做的是交直流转换,转换过程中本身需要消耗一定电力。这张图体现了在不同负载情况下,一个白金电源在不同功率的负载情况下,电源的转换效率曲线图。从图上可以大致看出:

  • 电源转换效率在低负载情况下是很低的,也就意味着相对要消耗更多的电力在电源本身上
  • 随着负载的增加迅速上升,在40%-60%负载时达到最高转换效率
  • 然后随着负载功率的上升有略微下降

由此看来,我们应该合理配置电源,使平均负载功率在电源额定功率的40-60%之间,这样我们的电源使用效率最高,耗电最少。也就是说,我们应该考虑服务器本身的平均负载和最高负载,反过来计算并且配置合适的电源,这样比起不合理的配置可以减少高达8-12%的电力消耗。在一个拥有大量服务器的数据中心,这样的额外电力消耗可能造成每月几十万到几百万的损失。

那么如何计算呢?

服务器的负载与使用的CPU、内存、硬盘、PCIe设备相关,与应用的类型也有紧密关系。如果让我们自己去计算,无疑是非常复杂的过程。不用担心,戴尔提供了戴尔智能能源解决方案顾问工具:Dell Energy Smart Solution Advisor,只需要连上网络,选取服务器类型及组件,就可以了解服务器的负载。甚至它能建议您应该选用什么样的电源类型。这个工具不仅可以用来了解服务器负载,也可以用来了解存储、网络、机架等等的负载。链接如下:

http://essa.us.dell.com/dellstaronline/Launch.aspx/ESSA?c=us&l=en&s=bsd

1. 选取220V电源,设置环境温度,以及每瓦电费,点击OK继续

2. 选择”Server”,点击”Add to Solution”加入相应服务器。

3. 服务器会在右边的列表中显示。单击右边列表下方的服务器,就可以在图表左边更改选中的服务器配置,应用类型等等。相应的功耗会在右边列出。

4. 也可以在左边列表中选择”Power Supply”,点击”Help Me Choose”,系统会给您建议应该用哪种电源。

总结一下:电源不是配置越大越好。合理配置电源,在数据中心环境下可以大大减少电力的消耗。

单电源还是冗余双电源?双电源下如何提高电源使用效率?

应该配置单电源还是冗余双电源?

单电源成本低,不过由于是单路电源供应,一旦电源供应出现问题,或者电源本身出现任何问题,服务器就会出现宕机。所以在对业务连续性要求比较高的环境下,建议使用双电源提高系统的可靠性。另外使用双电源供应也意味着总电源功率的提高,将来的可扩展性也会更好。

不过使用双电源时又会面临一个问题:两个电源要同时工作(负载均衡),还是把其中一个电源作为热备(Active/Standby)?现在的技术可以保证在任何一种情况下,如果一个电源供应出现问题,另一个电源都可以及时接管。因此我们应该考虑的是电源的转换效率,这又与负载有段。我们举两个例子来看看:

  1. 两个1100的电源,总负载是500W
    1. 单电源工作,也即Active/Standby情况下:工作的电源会工作在近50%的负载,工作电源的转换效率最高,备用电源会消耗少许电力维持备用状态
    2. 两个电源都工作,也即负载均衡情况下:两个电源都会工作在近25%的负载,根据前面的讨论,效率会比情况a低接近10%,损耗超过情景a中备用电源所消耗的电力
  2. 两个1100的电源,总负载是1000W
    1. 单电源工作,也即Active/Standby情况下:工作的电源会工作在近90%的负载,工作电源的转换效率降低,备用电源也会消耗少许电力维持备用状态
    2. 两个电源都工作,也即负载均衡情况下:两个电源都会工作在近50%的负载,转换效率最高,损耗低于情景a

其实戴尔的工程师专门做了研究,下图就是在使用不同方式下电源损耗与系统负载的关系图。如图所示,在电源负载小于50%左右,系统使用Active/Standby方式更高效,而高于50%左右就是负载均衡方式更合适了。

传统服务器基本上都是使用负载均衡的电源使用方式,而一般情况下负载小于50%,这样电源转换效率较低。因此在戴尔的第12代服务器中,提供了一项Hot Spare功能,不仅可以设置成Active/Standby的电源使用方式,还可以监测负载,根据负载使用的情况自动选择最合适的电源使用的方式。只需要在iDRAC卡的配置中,简单地将电源使用设置为Hot Spare,系统就会自动根据负载大小调节电源运作的方式,自动实现电源效率的最大化。

结论:在对业务连续性要求比较高的环境下,建议使用双电源提高系统的可靠性。同时在iDRAC卡的配置中,将电源使用设置为Hot Spare,自动配置双电源使用方式,实现电源效率的最大化。

另外,戴尔在电源技术中使用了智能功率因数校正的技术,也就是当电源输入的功率因数不正常时(电流电压相位不匹配),自动启用功率因数校正,提高交流电的使用效率;而在输入的功率因数正常时,自动禁用功率因数校正,减少由校正带来的约3%的额外电源消耗。

在戴尔12代服务器中,还免费提供了一个高级电源管理软件,Dell OpenManage PowerCenter。使用这个软件,可以对带有iDRAC Enterprise远程控制卡的12代服务器上启用高级电源管理,例如对多台服务器电源进行监控、调优,甚至在需要时对单台或者某组服务器进行电源封顶。

总的来说,戴尔利用各种技术,提高电源的转化效率,帮助客户以最高效的方式进行电源管理。

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