下一代的PDU與數(shù)據(jù)中心共享更多信息，這可以幫助數(shù)據(jù)中心管理人員們提高對于數(shù)據(jù)中心環(huán)境條件的理解。但隨著功率密度的提高，企業(yè)IT部門正在重新考慮使用哪種數(shù)據(jù)中心電源電壓。在本文中，我們將為廣大讀者諸君介紹關于相關的備選方案和數(shù)據(jù)中心在做出最佳選擇時需要考慮的相關因素，以及監(jiān)控能耗情況至關重要的原因所在。

什么是智能能源數(shù)據(jù)中心的PDU?

下一代PDU跨現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心的局域網(wǎng)，提供了對于數(shù)據(jù)中心能量消耗和環(huán)境極具細粒度的監(jiān)控和管理。

在其最簡單的形式下，一款配電單元(PDU)將組織電氣布線并控制每臺單一服務器的電源——就如同您家里的電源板一樣。但隨著時間的推移，關于“什么是PDU”的問題已經(jīng)發(fā)生了演變。今天的PDU提供了關于數(shù)據(jù)中心中的電源使用、效率和環(huán)境條件的大量數(shù)據(jù)，所有這些都通過LAN連接成網(wǎng)絡，并通過Web瀏覽器或命令行界面(CLI)進行管理。

功率監(jiān)控的功能特性

基于機架的PDU的主要作用是控制分配到每臺機架中的服務器、存儲單元、網(wǎng)絡交換機和其他設備的功率。這使得PDU處在了一個獨特的位置，得以能夠進行與能耗相關的測量和計算，進而可以詳細說明每款設備到底消耗了多少能量，其效率如何。

一款PDU通過測量每條電路的輸入電壓和電流，以瓦或千瓦為單位來計算功率，并用千瓦時為單位計算能耗。其也能計算所使用的總功率容量，讓數(shù)據(jù)中心的操作運營人員們能夠知道他們何時會接近需要配備額外的PDU。

這些測量的細粒度隨PDU產(chǎn)品的不同而變化。某些PDU可能僅在總PDU級別計算——例如，總功率和一切連接到PDU的能量消耗。因此，您的數(shù)據(jù)中心可以確定機架的總能量特性，但無法確定其各個設備的能量特性。

為了獲得更好的細粒度，建議尋找能夠監(jiān)控到插座級別的PDU。IT人員可以更輕松地找到耗電量更多，能效更低的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)將是下一次技術更新周期中更換系統(tǒng)的首選。

具備功率提升排序(power-up sequencing)功能的PDU可以錯開每個插座的激活，避免當機架從災難性電源損耗中恢復時出現(xiàn)危險的電流沖擊。例如，一款PDU可以被配置為首先對存儲系統(tǒng)和網(wǎng)絡設備供電，然后系統(tǒng)地對每臺單獨的服務器供電。

使用從PDU獲得的功率數(shù)據(jù)來幫助計算更廣泛的能量度量，例如電源使用效率(PUE)。可以將在每臺機架中使用的功率的總和與建筑物中所使用的總功率進行比較，以形成一個PUE計算的基礎。

操作環(huán)境監(jiān)測功能

數(shù)據(jù)中心的運營會散發(fā)大量的熱量。新的PDU集成了多款溫度和濕度/水傳感器。熱和濕度是機架設備的關鍵因素，特別是對于采用冷水或免費空氣進行服務器冷卻的數(shù)據(jù)中心。

智能PDU跟蹤環(huán)境因素并及時發(fā)出提醒警報。此外，數(shù)據(jù)中心的操作管理人員可以將環(huán)境數(shù)據(jù)與能源數(shù)據(jù)進行比較，并將服務器電源使用和在機架內(nèi)對溫度控制所采取的保護措施行為的實際影響相關聯(lián)。

一些PDU包括了用于檢測物理條件的干式接觸傳感器，例如機架門開口。這種物理監(jiān)控可以幫助防止人員進行未經(jīng)授權的非法篡改，這是一個經(jīng)常被忽視的數(shù)據(jù)中心安全漏洞。

PDU訪問和網(wǎng)絡功能

除非數(shù)據(jù)中心的操作管理人員可以輕松地訪問數(shù)據(jù)，否則對于重要功能特征的監(jiān)控也沒多大意義。故而企業(yè)客戶需要尋找能夠通過Web服務器或CLI提供對于通用LAN訪問的PDU。

一款內(nèi)置的Web服務器和固件允許管理員跟蹤PDU的當前狀態(tài)，并隨著時間的推移回顧查看測量的數(shù)據(jù)。 Web界面啟用了可編程選項，例如為簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議陷阱或其他電子郵件警報備選方案設置警報閾值和選項。具有Web服務器支持的PDU通常支持安全套接字層(SSL)和SSH(Secure SHell)安全功能，并且可以支持網(wǎng)絡功能，包括諸如動態(tài)主機配置協(xié)議、Active Directory和輕量級目錄訪問協(xié)議。最新的PDU支持IPv4和IPv6網(wǎng)絡協(xié) 議用于設備尋址。

具有CLI支持的PDU使用更傳統(tǒng)的串行接口，如Telnet或RS-232接口。雖然接口比Web服務器訪問更簡單，但技術人員必須直接訪問PDU來連接。一個CLI還需要很好地掌握PDU的命令集，這可以是相當廣泛的?？紤]到當前IT管理員的工作量，CLI和Telnet管理比基于Web的門戶的吸引力要低。

機架式PDU可以從簡單的電源開關演變?yōu)橹悄芑臏y量和監(jiān)控工具。 PDU的詳細功率和環(huán)境信息可以幫助數(shù)據(jù)中心提高能源使用和效率，同時提升每臺機架內(nèi)的熱處理。

您企業(yè)應該使用哪種數(shù)據(jù)中心電源分配電壓?

數(shù)據(jù)中心的電源系統(tǒng)的設計將涉及到包括關于電源路徑中的組件的許多決定。在世界上的大多數(shù)地區(qū)，有兩種主要的電壓方案(三相)，要么是基于北美的480/208/120 V(加拿大則為600/208/120 V)或者是在歐洲和亞洲的一些地區(qū)所使用的400/230 V系統(tǒng)。在所有系統(tǒng)中，更高的電壓被用來從公共供電服務為數(shù)據(jù)中心站點現(xiàn)場傳送電力，但這并不是本文所要討論的部分。要注意的是，我們一般指的是400/230 V系統(tǒng)(這代表了380/220 V到415/240 V的中點電壓)。雖然一些數(shù)據(jù)中心正在探索使用直流(DC)來提高整個計算系統(tǒng)的整體效率，但是交流(AC)功率仍然是數(shù)據(jù)中心中主要的功率形式。

機架級的功率密度和分布

幾家制造商提供了高架的“buss tracks”允許您企業(yè)能夠簡單地插入一個包括了斷路器和插座或電源線(單相或三相)的模塊。這提供了一個極其靈活的選擇，并允許您幾乎能夠為任何機架提供任何水平和類型的電源，而無需預先規(guī)劃。這在更新的數(shù)據(jù)中心設計中越來越受歡迎。

不斷上升的數(shù)據(jù)中心功率密度是推動重新研究IT設備的電壓選擇、以及在配電系統(tǒng)中采用哪種電壓的重要因素之一。

在北美，當每臺機架都使用1-2 kW的功率和一個單一20 A電路(兩個用于A-B冗余)時，常見的120 V使用效果就很好。隨著刀片服務器的出現(xiàn)，通常需要208 V或230 V電路并使用五千瓦或更多千瓦的機架以及裝滿1U服務器的機架，現(xiàn)在，新的基準為每臺機架5 kW。

10到20千瓦已經(jīng)是屢見不鮮了，甚至30千瓦及以上也并非不可預見的(我們可以在這些水平提供電力，但冷卻是一個更大的挑戰(zhàn))。此外，幾乎所有的IT電源現(xiàn)在所具備的自動檢測和通用電壓能力(100~250V)都允許同一款產(chǎn)品能夠在全球范圍內(nèi)運作。事實上，他們在120 V(甚至在日本更低不到100 V)比在208 V或230 V也能更有效的運行。

我們可以通過增加電壓(或電流強度)以及通過在機架運行三相電源來增加提供給每臺機架的功率。電纜的直徑?jīng)Q定了其“安培容量”或其可以安全承載的安培數(shù)(及其成本)。所使用的電壓將決定通過相同導體規(guī)模尺寸下在不同電壓下可以提供多少功率(例如：12號線，通常用于距離高達50英尺的20 A供電)。

請注意，根據(jù)北美電氣規(guī)范，分支級斷路器額定值為80%，因此只有16 A可以被輸送到負載。

分支電路：單相電源分配

　　分支電路：三相電源分配

請注意，通過在機架中提供三相電源，可將可用功率增加300%，但是電纜導體數(shù)量和成本增加僅66%。

此外，通過將三相208/120 V電源部署到機架，您企業(yè)既可以提供208 V單相也可以提供208 V三相電源，并為老舊或專用IT設備提供120 V電源(可能只能在120 V工作)。

事實上，通過運行三相電源，一些機架級PDU(也稱為機架電源板)可以從相同的電源板同時提供208 V和120 V電源。

除了硬接線，也可考慮使用三相連接器，例如NEMA“Twist-Lock”L21-20或L21-30(分別為20 A / 5.7 kVA或30 A / 8.6 kVA)或更大的IEC 309 40-60連接器(也稱為“套管”)，或甚至用于更高功率的Russell Stove。這將允許您在設備更換時更換電源板，無需重新布線。雖然這在前期的成本有點更昂貴，但其在設備升級過程中可以通過提供一個容易和更低成本的設備遷移、添加和更改解決方案，從長遠來說，可以節(jié)省很多錢。

關于機架級的PDU，請考慮使用允許遠程監(jiān)控，以防止過載，并允許進行能量管理和容量規(guī)劃的單元。

在400/230 V系統(tǒng)中，所有輸出電路均為230 V單相(從任意相位到中性點和地面)。

地板或機架行級別的功率分配

根據(jù)數(shù)據(jù)中心規(guī)模大小和所需的功率量(和功率密度)的不同，北美的功率分配可以為480V或208 / 120V。假設您企業(yè)有較大的安裝，480 V是UPS和所有主要配電的最常見和首選的選擇，直到其到達數(shù)據(jù)中心地板。

一旦480 V電源已經(jīng)傳遞到地板或機架行PDU，它需要使用計算機設備被轉化到208 / 120 V。變壓器的類型會影響其效率和數(shù)據(jù)中心的整體效率。

變壓器類型和K系數(shù)

如若沒有提到變壓器類型和“K系數(shù)”，那么關于配電的討論就是不完整的。

在400/230 V配電系統(tǒng)中，不需要變壓器，只有斷路器保護分支電路。有時歐洲的數(shù)據(jù)中心站點會在PDU中指定一個變壓器，以提供額外的隔離，并且還減輕相位不平衡對上游UPS的影響，特別是如果它是無變壓器UPS的話。

北美208/120 V的配電系統(tǒng)也不需要變壓器，只需要斷路器保護分支電路。然而，數(shù)據(jù)中心設計人員有時會在PDU中指定一個變壓器，以提供額外的隔離，并減輕上游UPS的相位不平衡的影響，尤其是如果是無變壓器UPS。

正如在機架級功率的討論中所指出的，電壓越高，向負載提供相同功率所需的電流就越低。較低的安培數(shù)還將降低整個系統(tǒng)中使用的電氣開關、UPS、配電板和銅纜的規(guī)模和成本。這可以相當于達到整體性的節(jié)省。

在不同電壓下向PDU提供300 KVA的電流需求

相反，這里有一個圖表顯示了一個固定的電流容量(如基于現(xiàn)有的導線規(guī)模)與電壓的影響。

以不同電壓向PDU傳輸電力*

　　*示例使用了400 A額定電路和供電布線。

如果您企業(yè)正在考慮通過改造配電系統(tǒng)進行電壓升級，并希望通過重新使用PDU現(xiàn)有的電纜和管道來節(jié)省資金和施工時間，這是非常有用的。例如，將現(xiàn)有供電電纜從208 V轉換為480 V，您可以通過同一電纜提供超過兩倍的功率——只需確保面板和開關設備達到更高的電壓。

安全隱患和電壓

在北美，我們通常使用208 / 120 V至最終用戶的使用標準的插頭和插座的設備。對于電氣工程師來說，這也是增加電路到208 / 120 V配電板的一種常見的做法。480 V服務具有更高的發(fā)生電弧的可能性，因此其不被認為是安全的插件設備。在480 V，弧閃危險是很大的，電工需要額外的安全裝置以便在480 V的電路上工作，并且由于電氣工作期間發(fā)生電弧，導致服務中斷的可能性更高。

歐洲電壓在美國數(shù)據(jù)中心奏效嗎?

在歐洲，只有單相230 V通過標準IEC C13和C19型插座和插頭分布到插入式設備，最高可達16A。然而，三相400 V電源也可通過更大的IEC型309插座，最高可達60A。在歐洲，400V是常見的(使用適當?shù)陌踩b置)，因為這是所有配電系統(tǒng)的基礎。

從歷史上看，您企業(yè)數(shù)據(jù)中心所處的具體地理位置決定了既定國家和數(shù)據(jù)中心所使用的電壓類型。然而，數(shù)據(jù)中心的內(nèi)部已成為了其自己的一個縮影，有時獨立于其所處的地理位置。很顯然，歐洲數(shù)據(jù)中心將繼續(xù)使用400 / 230 V系統(tǒng)，因為這已經(jīng)形成了他們現(xiàn)有的整體電力系統(tǒng)。

400V歐洲系統(tǒng)的主要優(yōu)點之一是沒有電壓轉換;因此，也就沒有用于電壓轉換(除了主公用變壓器)所需的額外的變壓器。這使得整個電力系統(tǒng)可能更小，并且整體上更有效。

在北美，幾家供應商現(xiàn)在已將400/230 V產(chǎn)品作為傳統(tǒng)的208/120 V配電系統(tǒng)的更高效率的替代品。他們通常在地板或行級PDU中使用“自動變壓器”(比傳統(tǒng)的降壓/隔離變壓器更小，更輕，更節(jié)能)。這允許這些PDU能夠與標準的480V UPS和480V配電系統(tǒng)一起工作，然后PDU將230V(單相)輸出到IT機架。其在數(shù)據(jù)中心地板上提供更高的效率和更小的占用空間。一些供應商已經(jīng)創(chuàng)建了400/230 V“非接觸式”模塊化PDU系統(tǒng)，其屏蔽主總線，允許容易且安全地添加和移除電路板(斷路器和電纜)。

在更先進的400 V電源的情況下，UPS將以400 V供電，在PDU中無需變壓器。數(shù)據(jù)中心的主要輸入功率和所有的電力設備的開關設備，發(fā)電機等都將是400 V;其會像一處歐洲的數(shù)據(jù)中心——北美的高電壓轉換下降為400 V(而不是480 V)將只有一次。之后，將不再需要變壓器降壓，從理論上說，這避免了所有的變壓器損失，并最大限度地減少銅布線的損失，同時允許IT電源在230V下工作，這是最有效的。

在北美，400V功率的數(shù)據(jù)中心可能需要許多年，或者可能永遠不會成為主流系統(tǒng)。所有參與到數(shù)據(jù)中心的設計、構建和操作的相關人員都需要經(jīng)歷大量思維方式的變化。此外，現(xiàn)有設備具有慣性，并且很少有人或設備制造商可能希望進行這樣的重大改變以期望獲得2-5%的潛在能量效率的增加。然后，如果能源價格繼續(xù)上漲，還可能會導致涉及到數(shù)據(jù)中心的每個環(huán)節(jié)的人員都需要檢查每個選項。

為什么監(jiān)控數(shù)據(jù)中心的功耗是非常重要的

在現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心的設計中，最被忽視的元素是功率利用、消耗和監(jiān)控。即使建立了數(shù)據(jù)中心，對于電源使用情況的考慮也必須始終在所有IT管理人員的頭腦中。做出正確的決策可以有助于提高服務器的運行狀況和數(shù)據(jù)中心效率。另一方面，忽略一些簡單的事情，如監(jiān)測數(shù)據(jù)中心的功耗，可能會對操作環(huán)境產(chǎn)生有害的和成本代價昂貴的影響。參考本文中所給出的提示，相信將有助于您企業(yè)學習到一些關于高效管理數(shù)據(jù)中心電源的策略。

創(chuàng)建一個能源意識的數(shù)據(jù)中心

這個理念很簡單：您無法對不能監(jiān)控的東西實施有效地管理。正確運行優(yōu)化的數(shù)據(jù)中心的唯一方法是對您的操作環(huán)境設計一個堅實的監(jiān)控平臺。但每家數(shù)據(jù)中心都是獨一無二的，具體的電源要求將因機器設備和站點而異。因此，重要的是研究您數(shù)據(jù)中心現(xiàn)在有什么，你想在今后五到十年內(nèi)添置什么，以及技術采購如何影響您數(shù)據(jù)中心的電力使用，包括長期和短期的。

監(jiān)控功耗。對于數(shù)據(jù)中心功耗的整體視圖的把握需要對電力系統(tǒng)進行全面的監(jiān)控。電源管理的一個重要任務是了解和計算數(shù)據(jù)中心的電源使用效率(PUE)。為此，應在UPS處進行測量，然后提供對于數(shù)據(jù)中心功耗的基本測量。在用測量結果來計算PUE，并識別能量使用趨勢。通過監(jiān)視PDU，管理員可以在PDU級別防止某些過載條件。通過有效監(jiān)控聚合PDU，管理員還可以幫助確保功率在數(shù)據(jù)中心設施中的均勻分布?？梢哉f，數(shù)據(jù)中心功耗的最佳視圖來自位于機架內(nèi)的配電單元?，F(xiàn)代機架式PDU具有集成的監(jiān)控和控制功能，可實現(xiàn)持續(xù)的電源監(jiān)控。這些PDU還可被配置為向集中式管理代理發(fā)送警報和更新，以便進行數(shù)據(jù)分析。

由于機架和數(shù)據(jù)中心的功耗量根據(jù)基礎設施內(nèi)的特定設備以及相應的負載的不同而各異，因此每臺單獨的機架都應配備自己的PDU。對于一些更高級的環(huán)境，電源工程師建議在雙總線環(huán)境中使用兩個PDU。使用兩個PDU有兩個方面的幫助：能夠監(jiān)控機架PDU的功耗，并提供更多的過載保護插座組。

在電源供應鏈的所有點收集伏特、千瓦、千瓦/時和安培數(shù)據(jù)——從插座到機架到PDU。這將創(chuàng)建一個精確的電力使用情況視圖，這樣您可以看到數(shù)據(jù)中心的系統(tǒng)在哪些方面不是那么有效。與機房PDU結合的現(xiàn)代機架PDU還應該通過允許對單獨的插座進行遠程電源管理來幫助IT chargeback和防止過載。

監(jiān)測能源效率。 IT管 理員們都知道，能源成本可能迅速消耗掉大部分的數(shù)據(jù)中心運營成本。不幸的是，鑒于許多設施仍然缺乏固定的能源監(jiān)測能力的事實。這方面的解決方案便來自于業(yè)界的集中監(jiān)控系統(tǒng)的形式。集中式監(jiān)控系統(tǒng)，如來自艾默生電氣公司或Liebert公司的產(chǎn)品，目前可用于現(xiàn)有IT網(wǎng)絡或專用網(wǎng)絡。在創(chuàng)建專用電源監(jiān)控環(huán)境時，建議的最佳實踐方案很簡單：

占地面積在2000和3000平方英尺之間的站點一般選擇使用現(xiàn)有的網(wǎng)絡基礎設施，而不是建立一個單獨的網(wǎng)絡。

具有更大數(shù)據(jù)中心要求的更大設施將受益于專用網(wǎng)絡。這可以提供與建筑自動化和管理系統(tǒng)集成以及管理多個企業(yè)站點的能力。

管理數(shù)據(jù)中心電源不必是手動過程。自動匹配收集過程，然后分析來自相應的UPS和PDU監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，通過跟蹤效率來幫助降低能量消耗。采用自動化系統(tǒng)的另一個主要好處是有助于提高了IT生產(chǎn)力。 能效監(jiān)測允許管理員跟蹤數(shù)據(jù)中心總的能源消耗情況，自動計算和分析PUE，并進一步優(yōu)化替代能源的使用。 UPS設備攜帶了豐富的信息。監(jiān)控系統(tǒng)可以跟蹤UPS功率輸出，并確定這些設備何時以最高效率運行。使用現(xiàn)代化的，功率敏感的系統(tǒng)，甚至在面板監(jiān)控功率也是有益的。選擇在普通服務器以外檢查電源使用情況的系統(tǒng)和機架參數(shù)，并查看非IT系統(tǒng)(如照明和發(fā)電機)的功耗，以確保對這些系統(tǒng)的絕對最佳使用。

實施電源監(jiān)控的貼士和優(yōu)勢

對電力使用情況進行正確監(jiān)控和管理的企業(yè)，可以獲得諸多的優(yōu)勢：包括降低能源成本、成為能源之星企業(yè)、并享受國家相關優(yōu)惠、獲得綠色認證、更好的IT chargeback和減少碳排放量，這些都是對企業(yè)的益處。

記住，當涉及到成功的功耗監(jiān)控時，小的細節(jié)可能會帶來大的改觀。如下，是一些常見的、提升功效的貼士：

1、密切關注您數(shù)據(jù)中心服務器機房的溫度：通過跨整個數(shù)據(jù)中心的機架、排氣、熱/冷群島等安裝網(wǎng)絡溫度傳感器，可以幫助管理員們確保相關設備是運行在ASHRAE所推薦的溫度范圍(64.4到80.6華氏度)內(nèi)運行的。借助冷卻檢查，數(shù)據(jù)中心的功耗也可以正常化。這有助于保持服務器正常運行，并降低電源成本。

2、管理您數(shù)據(jù)中心的提示和警報：自動化系統(tǒng)可以幫助保持對電力使用情況的檢查，并帶來更健康的運行環(huán)境。創(chuàng)建提示和警報，以便管理員可以主動采取一種非常重要的數(shù)據(jù)中心功能——電源管理。通過在發(fā)生實際問題之前了解問題區(qū)域，管理員可以采取必要的操作卸載電源或根據(jù)需要重新分配電源。

3、保持電池的正常：防止數(shù)據(jù)丟失或服務器損壞的最佳方法便是配置恰當?shù)膫浞蓦姵丨h(huán)境。最佳實踐是部署能夠連接到并跟蹤每個電池的健康運行狀況的UPS或電池監(jiān)視系統(tǒng)。最有效的電池監(jiān)控系統(tǒng)將持續(xù)跟蹤所有電池的參數(shù)，包括內(nèi)部電阻，這意味著使用直流測試電流以確保測量的精度和重復性。預防性維護，電池更換計劃和UPS監(jiān)控可以幫助保持數(shù)據(jù)中心和電池系統(tǒng)的正常運行，這將在發(fā)生電源中斷時使得數(shù)據(jù)中心獲益。