浅析数据中心UPS供电系统演进方向

admin

数据中心是信息社会的关键基础设施，是ICT技术的核心载体。ICT技术发展带来的个人信息消费的增加与企业及各种机构的信息化建设与改造催生了巨量的数据中心建设需求。据ICT research预测，2012年至2020年间，中国数据中心的数量将从4万个增至8万个，从1000万m2增长至3000万m2.数据中心的大规模建设进一步加大了市场对于UPS的需求。然而，现在的UPS真的能适应数据中心的发展，尤其是未来云数据中心的发展吗？未来的数据中心需要什么样的UPS呢？笔者认为，在保证可靠供电的前提下，未来的数据中心的UPS供电系统至少具备以下几个方面的特点。
       
        1.“快”：快速部署、快速扩容
       
        目前在数据中心的建设方式上，模块化的理念已逐渐被大家所接受。无论是模块化数据中心还是集装箱数据中心，都是这一理念的具体实现，模块化UPS同样符合这一理念。如果仅从整体部署速度来看，模块化UPS和塔式UPS差别并不大，但如果从后期扩容方面看模块化的优势就非常明显。按需扩容的功率模块，在线热插拔的扩容，更符合业务快速发展的需要。尤其是对于平均寿命只有3到5年的互联网企业，谁能早一天完成部署，早一天实现扩容，就能早一步赢得客户，早一步占据市场。相比传统塔式UPS一到两周的安装时间，模块化UPS只需十几分钟即可完成扩容。
       
        2.“易”：易用性、高可用性
       
        相比传统数据中心为保证可靠性而设计的复杂的Tier4架构、2N系统，ECO模式、市电直供+UPS备份等等“不可思议”的方案正在被互联网巨头们采用。正是虚拟化的技术实现，使得互联网企业从追求单纯的供电可靠性变成了更看重以快速维护代表的可用性。
       
        因此UPS也要向IT设备一样易维护。这对UPS有两点要求：1、发生故障不能影响业务运行，即不影响正常电力供应；2、发生故障后要方便维护，最好运维人员可自行维护而无需联系厂家，自行拿备件替换。显然，模块化UPS最符合这一要求。无论是交流模块化UPS还是直流模块化UPS（高压直流）都体现出了更高的可用性和易维护性。
       
        3.“省”：节省空间和运行费用
       
        省空间：目前的中小型数据中心大多建设在寸土寸金的楼宇之间，高密度一直是IT设备的普遍追求，如刀片式服务器。更高功率密度，体积更加小巧的UPS能够为用户节省更多空间，对提供出租服务的企业来说，则意味着可以部署更多的机架用于租赁；另一方面，基础设施架构融合，已成为数据中心发展的趋势之一，而更高功率密度的UPS将更方便地与服务、存储等IT设备实现一体化部署，目前各主流厂家均已推出了这种一体化产品，如华为mircoDC， APC infraStruXure等。
       
        省电费：高昂的电费开支，也使得用户更青睐高效率的UPS，因为高效率UPS除本身损耗更低之外，还能降低制冷方面的能耗开支。有一点需要指出的是，虽然大多数厂家都宣称可提供高效UPS，但负载率的影响仍然要考虑。对大部分数据中心而言，UPS的实际负载率不会超过30%（新建数据中心甚至只有10%），而随着虚拟化技术的实现，CPU利用率上升之后，UPS的实际负载率一般也不会超过40%（以1+1系统为例）。因此只有在低负载率（20%~40%）也能做到94%以上高效的UPS才最符合数据中心的实际需求。
       
        除此之外，目前的主流服务器因为大量采用PFC校正电路，其输入功率因数已普遍超过0.9.这就要求为其供电的UPS同样应能提供0.9甚至更高的输出功率因数，否则为了匹配这些服务器，用户将不得不采购更多的UPS.比如，按理论计算（不考虑冗余等实际情况），10台500VA/450W（功率因数0.9）的服务器，其总功耗为5kVA/4.5kW，只需采购一台5KVA输出功率因数大于0.9（输出功率大于4.5kW）的UPS即可。而如果UPS功率因数为0.8甚至更低，则需要两台5kVA的UPS.
       
        4.“智”：智能化，更易于管理
       
        几乎所有的UPS厂商都宣称可提供智能化的设备。但目前的智能化主要还是集中在UPS本身的技术层面，或网管方面。面对IT与CT行业层出不穷的新理念、新产品，尤其是近年来伴随移动互联网而出现的智能终端、可穿戴设备，UPS行业的“智能化”显然还不够智能。那么未来将有哪些方面会出现突破？
       
        ①能耗精细化管理：通过传感器轻松获取机房内部物理生态系统（供配电系统、温控系统、IT设备等）与机房外部自然生态系统（电网信息、气象信息、用户使用信息等），实现整个数据中心的自我优化与瓦特级的能耗管理。
       
        ②信息处理与价值挖掘：将收集到的信息数据，通过数据分析，它将为用户描绘出一副数据中心的整体用电图谱，客户可以快速的查询到相关信息，如最耗电的服务器、用电的周期规律等，并将会进一步挖掘这些信息的价值。
       
        ③物联网技术应用：网管APP、移动式运维、自动化维护将逐渐代替传统的运维方式，除了对数据中心的日常管理，物联网技术的应用，还将带来设备维护方式的变革。如设备寿命预测、故障预防、故障处理等。
       
        综上所述，从未来数据中心需求的角度上来说，最佳UPS系统应该具有可快速部署和扩容，简单易用，具有高可用性、高效率、高密度和智能化等特点。工频机由于自身的局限性，难以匹配未来数据中心的需求；采用高频技术的塔式机比起传统的工频塔式机虽然在体积、效率等方面有了明显改善，但塔式机仍非最优选择；而基于高频技术基础的模块化UPS则很好的匹配未来数据中心的发展需求，必将取代工频机、塔式机成为未来数据中心的不间断供电系统的主流选择。
       
        事实上，随着行业的发展和技术的演进，高频化、模块化的UPS已经获得了广泛的接受。主流厂商如华为、艾默生、APC等也在将重点转向了对高频模块化UPS的研发和推广，逐步退出了工频机、塔式机的研发，同时用户也对高频和模块化也表现出越来越高的接受度，例如中国电信和中国电信2014年的UPS集采中，5个标段有均有4个标段为高频机，且模块化UPS均作为独立标段出现。而根据行业知名网站机房360的关于UPS技术发展趋势的一项专题调查显示，90%以上的用户建设机房时会优先考虑高频机。这些都在表明，高频化、模块化的UPS是数据中心供电演进的必然方向。